35123

Проектирование котла-утилизатора, предназначенного для охлаждения конвертированных газов

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов-важнейшая задача, значимость которой все возрастает. Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов может быть достигнута при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов

Русский

2013-09-09

364.5 KB

28 чел.

PAGE  10

Министерство Образования и Науки Украины

Национальный Технический Университет

“Харьковский Политехнический  Институт”

Кафедра парогенераторостроения

Курсовой проект

Проектирование котла-утилизатора,

предназначенного для охлаждения

 конвертированных газов

по курсу: “Энерготехнологические и утилизационные котлы”

                                                                         

               Выполнил: ст.гр. ЭМ 11-а                   

        Свидерский В.В.

       Руководитель:

                                                                                         проф. Горбатенко В.Я.  

 

Харьков 2005

ЗАДАНИЕ

Расход утилизируемых газов                                                        Vг= 25∙103 м3н/ч

Температура газов на входе                                                                     υ'=850С

Температура уходящих газов                                                                υух= 560С

Состав утилизируемых газов (% по объему):

Окись углерода                                                                                СО=24,0;

          Двуокись углерода                                                                         СО2=14,0;

         Водород                                                                                              H2=24,0;

         Азот                                                                                                    N2=12,0;

         Водяные пары                                                                                 Н2О=25,0;

         Сероводород                                                                                      Н2S=1,0.

Давление насыщенного пара                                                             Рн=0,8 МПа

Температура питательной воды                                                           tпв=105 С

Температура насыщенного пара                                                            tн=170 С

Давление газа перед котлом                                                              Р=0,115 МПа

В качестве прототипа использован котел В-90Б.

Необходимо произвести поверочный и конструктивный расчет.

СОДЕРЖАНИЕ

    Введение…………………………………………………………………....4

1. Описание котла…………………………………………………........................5

2. Тепловой расчет котельного агрегата………………………………………...6

3. Расчет испарительной поверхности …………………………………………10

Заключение………………………………………………………………..16

Список источников информации………………………………………...17

ВВЕДЕНИЕ

Пика своего развития энергетика достигла во времена СССР, когда активно развивалось строительство на бескрайних просторах огромной страны. В рекордные сроки появлялись промышленные города, которые требовали большого количества электроэнергии. Ее им предоставляли гигантские электростанции. Как тепловые, атомные (новое в то время, прогрессивное, направление электроэнергетики), так и гидроэлектростанции, для создания которых реки направляли в другое русло. На этом фоне закономерным было появление и развития энерготехнологических и утилизационных котлов. Они, являясь частью технологической  линии, выполняют сразу несколько функций. Они одновременно служат для охлаждения дымовых газов после печей того или иного производства, служат своеобразной защитой в случае, если газы производства являются токсичными, а также для выработки пара, который идет либо на технологические или отопительные нужды, либо принимает дальнейшее участие в технологической линии.

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов-важнейшая задача, значимость которой все возрастает. Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов  может быть достигнута при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов, имеющихся практически во всех отраслях промышленности, где применяются  теплотехнологические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициент полезного теплоиспользования для многих теплотехнологических процессов не превышает 15-35%.

Использованию вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в последние годы уделяется значительное внимание. Вместе с тем вопросы рационального использования ВЭР освещены недостаточно. Необходимо для рационального использования ВЭР повышать эффективность котлов-утилизаторов и энерготехнологических агрегатов, что может быть достигнуто следующими мероприятиями:

-применение высокоэффективного тепловосприятия поверхностей нагрева (труб с малыми диаметрами, продольным и поперечным оребрениями,турбулизаторами газовой среды);

-разработка и освоение высокоэффективных способов очистки поверхностей нагрева от наружных отложений технологического уноса (акустическая, инфразвуковая ударно-волновая);

-расширение применения труб с покрытием поверхностного слоя элементами, надежно работающими в условиях воздействия коррозионно-эрозионных сред;

-разработка базовых конструкций и создание на их основе унифицированных модулей по узлам и деталям;

-применение систем автоматического проектирования;

- применение систем автоматического управления.

1. ОПИСАНИЕ КОТЛА

Котел-утилизатор В-90Б предназначенный для охлаждения конвертированных газов и производства насыщенного пара паропроизводительностью 5 т/ч и давлением 0,8 МПа и температурой 170ºС для технологических и бытовых нужд предприятия.

Котел-утилизатор-газотрубный, с естественной циркуляцией, вертикальный, с вынесенным паросборником. Котел может устанавливаться в закрытом и открытом помещениях с температурой наружного воздуха до -35С.

Испарительная часть представляет собой барабан с внутренним диаметром-1560 мм и толщиной стенки-20мм, с плоскими отбортованными днищами и приваренными к ним испарительными трубами. Барабан устанавливается под углом 10 относительно вертикальной оси для улучшения естественной циркуляции и необходимого парового объема над уровнем воды в барабане и поддержания малой влажности пара. Для подвода и отвода газов предусмотрены газовые патрубки, приваренные к верхнему и нижнему днищам барабана. Газ проходит по 99 дымогарным трубам диаметром 83×3,5мм (сталь 20К). Подвод газов нижний, через входную газовую камеру. Трубы испарительного барабана крепятся в трубных досках путем их развальцовки в них. К концам дымогарных труб установлены специальные колпаки в виде расширяющегося диффузора, которые увеличивают срок службы испарительного барабана и входной кромки труб из-за интенсивного пылеуноса.  Сепарационное устройство в виде дырчатых листов и отражателя расположено в барабане. Паросборник внутренним диаметром 1200 мм с толщиной стенки 13мм установлен на двух опорах (подвижной и не подвижной), приваренных к вертикальной обечайке барабана. Питательная вода с температурой 105ºС  поступает в верхний барабан, а из него по двум опускным трубам-в испарительный барабан. Пароводяная смесь по трубам направляется в сепарационный барабан. При установке котлы опираются на четыре опоры, приваренные к барабану в его нижней части.

Для обслуживания котел-утилизатор оснащен помостами и лестницами,контрольно-измерительными приборами, необходимой арматурой и трубопроводами в пределах котла.

Котел-утилизатор поставляется транспортабельными блоками: два барабана с испарительной поверхностью, барабан-паросборник с сепарационным устройством, кронштейны, опоры, трубопровод в пределах котла, арматура.

Вертикальные газотрубные котлы не получили широкого применения в промышленности из-за известных конструктивных и эксплуатационных недостатков: возможности запаривания верхних плоских днищ, ненадежного крепления труб в трубных досках, невозможности обеспечения стабильного охлаждения трубных досок и др.

 

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

1.Объемные доли газов:

rCO=0,24;

rCO2=0,14;

rH2=0,24;

rN2=0,12;

rH2О=0,25;

rH2S=0,01;

=1,0.

2.Энтальпии газов определяются по формуле:

,                                                        (2.1)

где ()i – энтальпии каждого из элементов газа (таблица XIII [1]).

Для облегчения дальнейшего расчета энтальпии газов, вычисляемые по формуле (2.1) сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 – Энтальпии газов

Температура утилизируемых газов,tуг,С

500

560

600

700

800

850

900

,ккал/м3C

0,0770

0,0775

0,0778

0,0787

0,0794

0,0794

0,0802

,ккал/м3

0,0665

0,0676

0,0683

0,0698

0,0713

0,0719

0,0725

,ккал/м3С

0,0749

0,0749

0,0749

0,0751

0,0754

0,0756

0,0758

,ккал/м3С

0,0381

0,0383

0,0384

0,0388

0,0392

0,0394

0,0395

,ккал/м3

0,0949

0,0958

0,0964

0,0980

0,0996

0,1004

0,1013

,ккал/м3

0,0040

0,0040

0,0041

0,0042

0,0043

0,0043

0,0043

Продолжение таблицы 1

CГ =

0,3554

0,3581

0,3599

0,3646

0,3692

0,3714

0,3736

; 

177,70

200,54

215,94

254,80

295,36

315,69

336,24

,ккал/м3

22,84

15,4

38,86

40,56

20,33

20,55

3. Тепловой баланс котла:

.                                                  (2.2)

Согласно таблице 1, энтальпия газов на входе в котел равна Iг=315,69 ккал/м3 (1322,74 кДж/м3), а энтальпия уходящих газов равна Iух=200,54 ккал/м3 (840,26) кДж/м3).

Таким образом, тепло, воспринятое котельным агрегатом равно

Qка= 25∙103(315,69-200,54)=2878,8∙103  ккал/м3 (12062,17∙103 кДж/м3).

4. Давление в барабане:

Рб= 1,1∙Рн ;                                                        (2.3)

Рб=1,1∙8,0=8,8 кгс/см2 (0,88МПа).

5. Коэффициент полезного действия котельного агрегата:

,                                              (2.4)

.

6. Паропроизводительность котельного агрегата:

 ,                                           (2.5)

где iн- энтальпия насыщенного пара. Определяем по температуре перегретого пара tпе=1050С и давлению насыщенного пара рн=0,88 МПа (по таблице XXV [1]);

      iпв- энтальпия питательной воды при температуре tпв= 105 0С и давлении в барабане, определяется по таблице XXIV [1];

       i - энтальпия насыщения воды при давлении в барабане;

       Iух- энтальпия уходящих газов;

        Iг- энтальпия газов на входе в котел;

            Vг- расход утилизируемых газов;

Дпр-доля продувки;

φ-коэффициент сохранения тепла, принимаем φ=1 в первом приближении.                                                 

Паропроизводительность котла в первом приближении:

 кг/ч.

7. Потери тепла от наружного охлаждения. По рисунку 5-1 [1] в зависимости от паропроиводительности котельного агрегата находим значение q5=1,68 ℅.

Согласно формуле

,                                               (2.6)

   где  q5- потери тепла от наружного охлаждения.

.

Паропроизводительность котла во втором приближении:

 кг/ч.

Потери тепла от наружного охлаждения во втором приближении             q5=1,7 ℅.

.

Паропроизводительность котла в третьем приближении:

 кг/ч.

3. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1. Тепловосприятие по балансу:

,                                                  (3.1)

где φ- коэффициент сохранения тепла;

      - энтальпия газов на входе в котел ,=315,69 ккал/м3 (1322,74 кДж/м3) (при =850°С);

      - энтальпия газов на выходе из котла, =200,54 ккал/м3(840,26 кДж/м3) (при =560°С).

ккал/м3 (460,94 кДж/м3).

2. Средняя скорость газов:

,                                                   (3.2)

где Vг- объем уходящих газов;

       - средняя температура уходящих газов,°С ;

       - сечение для прохода газов, м2.

3.Сечение для прохода газов:

,                                                (3.3)

где z- количество труб;

     -внутренний диаметр труб , =0,076 м.

м2.

4.Средняя температура уходящих газов:

,                                                  (3.4)

где ,- соответственно температура на входе и выходе.

°С.

Средняя скорость газов :

м/с.

5. Средняя температура рабочего тела:

;

°С.

6. Температурный  напор на входе в котел.

                                                 ;                                                      (3.5)

°С.

7.Суммарная поглощающая способность трехатомных газов:

,                                                (3.6)

где - суммарная доля трехатомных газов ;

       - давление газа перед котлом, =1,15МПа ;

       - толщина излучающего слоя, м.

8. Суммарная доля трехатомных газов:

,                                                          (3.7)

где  - объемные доли двуокиси углерода и водяных паров.

.

9. Суммарное парциальное давление:

;                                                     (3.8)

кгс/см2=0,056 Мпа.

10.Толщина излучающего слоя:

;                                                 (3.9)

м.

11.Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

,                               (3.10)

где -средняя температура уходящих газов, К;

      –доля водяных паров.

1/ (м∙кгс/см) (0,186  1/(м∙МПа)).

12.Оптическая толщина излучающего слоя:

.                                        (3.11)

13.Степень черноты потока газов:

;                                                    (3.12)

.

14. Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

,                                  (3.13)

где -коэффициент теплопроводности каждого элемента газовой смеси, определяемый по средней температуре среды, ккал/мч°С, п. 3-05 [1] ;

       -эквивалентный диаметр, м;

       - расчетная скорость, определяемая по п.7-16 [1], м/сек;

       - коэффициент кинематической вязкости, определяемый по средней температуре среды для каждого элемента смеси, м2/сек, п. 3-02 [1];

       - критерий Прандтля при средней температуре потока, определяемый для каждого элемента смеси; п. 3-08 [1];

       -поправка зависящяя от температуры потока и стенки; при охлаждении газов =1;

       - поправка вводится только при течении в кольцевых каналах и при одностороннем обогреве; =1;

      - поправка на относительную длину труб; =1.

ккал/(м2чС) (54,5Вт/(м2К).

15. Коэффициент теплоотдачи излучением:

,                       (3.14)

где -степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей,для расчета теплоотдачи излучением к котельным поверхностям нагрева принимается =0,8, п. 7-32 [1] ;

       - степень черноты потока газов;

       -средняя температура газов, К;

       - температура загрязненной стенки,К;

ккал/(м2∙ч∙°С) (11,6 Вт/(м2К).

16.Температура загрязненной стенки:

                                                    (3.15)

 К.

17. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для испарительных пучков:

,                                          (3.16)

где -коэффициент использования,учитывающий уменьщение восприятия поверхности нагрева вследствии неравномерного омывания ее газами,для поперечно омываемых труб коэффициент принимается =1, п. 7-07 [1] ;

       - коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/ (м2∙ч∙°С);

       - коэффициент теплоотдачи излучением, ккал/ (м2∙ч∙°С).

ккал/(м2∙ч∙°С) (66,13 Вт/(м2К).

18. Коэффициент теплопередачи в шахматных пучках для испарительных поверхностей:

                                                    (3.17)

где -коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева, для вторых ступеней экономайзеров и других поверхностей нагрева при 400°С коэффициент принимается =0,85, п. 7-55 [1] ;

     - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, ккал/ (м2∙ч∙°С).

ккал/(м2∙ч∙°С) (56,21 Вт/(м2К).

19. Расчетная площадь поверхности испарителя:

,                                                     (3.18)

где - тепловосприятие по балансу ;

     - расход утилизируемых газов, м3н/ ч;

       - коэффициент теплопередачи , ккал/ (м2∙ч∙°С);

      -температурный  напор на входе в котел,°С.

м2

20.Расчетная высота на один погонный метр:

                                           (3.19)

м.

21.Расчетная длина дымогарных труб барабана:

                                              ;                                                      (3.20)

м.

Расчетная длина дымогарных труб составила 2,27 м, на этом расчет заканчивается поскольку величина невязки баланса равна 0.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте приведен поверочный и конструктивный тепловой  расчет котельного агрегата В-90Б предназначенного для охлаждения конвертированных газов.Расчитана паропроизводительность котла Д=5030 кг/с, параметры рабочей среды в поверхности нагрева;конвективная часть котла путем совместного решения уравнений теплового баланса и теплопередачи методом последовательных приближений.

Путем принятия температуры газов за поверхностью нагрева решая уравнение теплового баланса,теплопередачи;вычислив значение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке для испарительных пучков,нашли количество тепла,которое воспринимается поверхностью нагрева от утилизируемых газов Qт,а также тепловосприятие поверхности нагрева путем конвекции и излучения утилизируемых газов Qб.

          Температура уходящих газов известна и была принята как температура газов после испарительной поверхности.Был произведен тепловой расчет котельного агрегата, в результате которого были вычислены: тепловосприятие испарительной поверхности, расчетная длина дымогарных труб барабана, коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, теплопередачи в шахматных пучках конвекцией и излучением с учетом загрязнения стенки труб, средняя скорость газов,погрешность вычислений.Также в результате расчета была определена конструкция  котла в частности увеличение длин дымогарных труб в испарительных барабанах для улучшения тепловосприятия и теплообмена путем излучения утилизируемых газов.

         Расхождение тепловосприятий в допустимых пределах.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1 Тепловой  расчет котельных агрегатов /нормативный метод/под ред. Кузнецова Н.В. и Митора В.В. - М.: Энергия. 1973. 296с.

2 Кириллин М.И., Шейдлин Ю.М. Термодинамические свойства газов. - М.: Энергоиздат. 1981. 237с.

3 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам жидкостей и газов. Энергоиздат. 1972. 720с.

4 Филипьев А.Б., Теплоиспользующие установки. Использование вторичных энергоресурсов в промышленности.: Машиностроение. 1983. 423с.

5 Семененко  Н.А., Котлы-утилизаторы. Энергетическое использование теплоты в промышленных установках. - Ленинград: Энергоиздат. 1981. 277с.

6 СТВУЗ-ХПИ-3.01-2004 ССОУП Текстовые документы в сфере учебного процесса. Общие требования к выполнению

7 СТВУЗ-ХПИ-3.03-2002 ССОУП Конструкторские документы в сфере учебного процесса. Общие требования

8 СТВУЗ-ХПИ-3.04-2002 ССОУП Форматы. Основные надписи. Общие требования

9 СТВУЗ-ХПИ-3.05-2002 ССОУП Конструкторские документы. Чертежи. Требования к выполнению

10 СТВУЗ-ХПИ-3.06-2002 ССОУП Конструкторские документы. Спецификация. Требования к выполнению


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84716. Функции дипломатических представительств зафиксированные в Венской конвенции о дипломатических сношения 15.17 KB
  Конвенция впитала в себя все то рациональное что содержалось в подобного рода документах регулировавших отношения между государствами в прошлом а также правила и обычаи утвердившиеся в межгосударственном взаимодействии в результате многовековой дипломатической практики. Венская Конвенция 1961 г. Венская конвенция 1961 г. подразделяет глав дипломатических представительств на: класс послов и нунциев аккредитуемых при главах государств; к этому классу конвенция относит также других глав представительств эквивалентного ранга; класс...
84717. Дипломатические привилегии и иммунитеты 17.1 KB
  В наше время привилегии и иммунитеты которыми пользуются дипломатические представительства их главы и сотрудники регулируются как двусторонними соглашениями так и многосторонними конвенциями. Конвенция устанавливает что помещения представительства неприкосновенны. Власти государства пребывания не могут вступать в эти помещения иначе как с согласия главы представительства. При этом под помещениями представительства понимаются здания или часть зданий используемых для целей представительства включая резиденцию главы представительства и...
84718. Порядок назначения глав дипломатических представительств 14.54 KB
  Россия обменивается дипломатическими представительствами с другими государствами в настоящее время только на уровне посольств. Если глава диппредставительства назначается впервые после установления между государствами дипотношений то запрос агремана может быть сделан в третьей стране через диппредставителей обеих договаривающихся сторон. Только после получения агремана может быть издан официальный акт аккредитующей страны о назначении обычно указом главы государства о чем публикуется сообщение в официальном печатном органе. Конвенция...
84719. Дипломатические должности. Аккредитация дипломатических сотрудников представительства. Категории персонала представительств 14.18 KB
  Особую категорию дипломатических кадров представляют аккредитируемые при посольстве военные атташе – представители военного ведомства назначившей их страны при военном ведомстве страны пребывания; они исполняют функции советников посла по военным вопросам. Посольство – высший класс зарубежного органа внешних сношений осуществляющий представительство РФ в стране пребывания. Дипломатический персонал посольства: Чрезвычайный и Полномочный Посол – Возглавляет посольство и является высшим представителем России в стране пребывания....
84720. Деятельность посольства по обеспечению национальных интересов России и реализация ее внешнеполитического курса в стране пребывания 18.65 KB
  Вместе с тем их деятельность определяется собственными законодательными актами Российской Федерации к которым относятся Конституция Российской Федерации утвержденные президентом России Положения о Министерстве иностранных дел о Посольстве и о Чрезвычайном и Полномочном После Российской Федерации. Эти документы – основа для конструирования российских дипломатических представительств для развития положений Венской конвенции применительно к государственной специфике и интересам Российской Федерации. Посольство – высший класс...
84721. Положение о Посольстве Российской Федерации и Чрезвычайном и Полномочном После Российской Федерации 18.16 KB
  Положение о Посольстве Российской Федерации и Чрезвычайном и Полномочном После Российской Федерации. Посольство высший класс зарубежного государственного органа внешних сношений осуществляющий представительство Российской Федерации в стране пребывания. Указанный статус определяет уровень реализации внешнеполитического курса Российской Федерации в стране пребывания; защиту национальных и имущественных интересов своей страны прав и интересов российских граждан и юридических лиц; ведение переговоров с правительством государства пребывания;...
84722. Задачи и функции российских диппредставительств 14.84 KB
  Защита в государстве пребывания интересов аккредитующего государства и его граждан в пределах допускаемых международным правом; ведение переговоров с правительством государства пребывания; выяснение всеми законными средствами условий и событий в государстве пребывания и сообщение о них правительству аккредитующего государства; поощрение дружественных отношений между государствами конструктивное развитие их...
84723. Ремонт Рессоры ГАЗ - 53 1.21 MB
  Рессоры предназначены для смягчения толчков при наезде на неровности на дороге. При наезде автомобиля на какую-нибудь неровность рессоры прогибаются и смягчают толчок. Кроме этого, через них передается автомобилю толкающее усилие от ведущих колес и усилие при их торможении.
84724. Разработка автоматизированного участка изготовления детали Вал 5 499 KB
  Автоматизация производственных процессов на основе внедрения роботизированных технологических комплексов РТК и гибких производственных модулей ГПМ вспомогательного оборудования транспортно-накопительных и контрольно-измерительных устройств объединенных в гибкие...