ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
в г. Смоленске
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Расчетное задание
по курсу: «Эксплуатация систем энергообеспечения промышленных предприятий»
на тему: «Определение паропроизводительности котла-утилизатора с использованием t,Q-диаграммы»
Преподаватель: Митяшин И.П.
Группа: ЭО2-04
Студент: Романова И.В.
Вариант: 19 (11)
Смоленск 2009
ЗАДАНИЕ
В теплотехнологической установке сжигается донецкий каменный уголь №1 со следующим природным составом и низшей теплотой сгорания:
Wр
= 13 %
Ар
= 21,8
%
Sр
= 3 %
Cр
= 4
9,3 %
Hр
= 3,
6 %
Nр
= 1,0 %
Oр
= 8,3
%
Qн
р
= 19,
61 МДж/кг
Определить паропроизводительность котла-утилизатора, работающего на тепловых отходах установки, с использованием диаграммы температура-теплота (t-Q- диаграмма) для следующих условий:
Давление вырабатываемого пара Рпп
= 1,8
МПа.
Температура вырабатываемого пара tпп
= 360
°С.
Температура питательной воды tпв
= 10
5 °С.
Температура окружающей среды ос
= 30
°С.
Расчетный расход топлива Вр
= 0,6
кг/с.
Температура продуктов сгорания на входе котла-утилизатораог
=800°С.
Коэффициент избытка воздуха на входе котла-утилизатора αог
= 1,2
.
Коэффициент избытка воздуха на выходе из котла-утилизатора αуг
= 1,5
.
РЕШЕНИЕ
1. Определим объем теоретически необходимого воздуха для сжигания газа:
V0
в
= 0,0889×(Ср
+0,375×Sр
)+0,265×Нр
-0.0333*Op
= 0,0889×(43+0,375×3)+0,265×3,6-0.0333*8,3 =
5,16 м3
/кг т.
2. Определим объёмы продуктов сгорания на 1 кг топлива.
Теоретический объём азота:
V0
N
2
= 0.79× V0
в
+0.008× Nр
= 0,79×5,16+0,008×1 =
4,084 м3
/кг т.
Объём трёхатомных газов:
V0
RO
2
= 0,01816×(Ср
+0,375×Sр
) = 0,01816×(49,3+0,375×3) =
0,916 м3
/кг т.
Теоретический объём водяных паров:
V0
Н2О
= 0,111×Нр
+0,0124×Wр
+0,0161× V0
в
= 0,111×3,6+0,0124×13+0,0161×5,16 =
0,644 м3
/кг т.
V0
СГ
= VRO
2
+ V0
N
2
= 0,916+4,084= 5,00 м3
/кг т.
V0
г
= V0
СГ
+ V0
H
2
O
=5,00 +0,644 =
5,64 м3
/кг т.
3. Определим объем отходящих из ГТУ продуктов сгорания при температуре ог
= 800 °С:
Vог
= Bp
(V0
г
+ (αог
-1)V0
в
)( ог
+ 273)/273 =
= 0,6 *(5,6464+(1,2- 1)5,16)(800+273)/273 = 15,73 м3
/ м3
.
4. Определим объем уходящих продуктов сгорания из котла-утилизатора при ос
= 30 °С:
Vос
= Bp
(V0
г
+ (αуг
-1)V0
в
)( ос
+ 273)/273 =
=0,6 *(5,64+(1,5- 1)5,16)(30 +273)/273 = 5,47 м3
/с.
5. Определим количество теплоты, содержащееся в отходящих продуктах сгорания при температуре ог
= 800 °С:
Qог
= Vог
Cог
ог
= 15,73*1,
52*800= 19127,7 кВт.
6. Определим количество теплоты, содержащееся в отходящих продуктах сгорания при температуре ос
= 30 °С:
Qос
= Vос
Cос
ос
= 5,47*1,
423*30= 233,5 кВт.
7. Определим расчетное количество теплоты Qmax
:
Qmax
= Qог
- Qос
= 19127,7– 233,5= 18894,2 кВт.
8. По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара определяем параметры воды и водяного пара:
Рпп
= 1,8 МПа, tпп
= 360 °С : hпп
= 3
163,42 кДж/кг.
При Pб
= 1.1Pпп
= 1,1*1,8 = 1,98 МПа: tн
= 211,81 °C, hн
= 906,04 кДж/кг.
hнп
= 2
796,16 кДж/кг.
При tпв
= 105°С: hпв
= 4
40,17 кДж/кг.
9. Скрытая теплота парообразования:
r= hнп
- hн
= 2796,16-906,04=1890,12 кДж/кг.
10. Определим удельный расход тепла на генерацию и перегрев пара:
qпар
= hпп
– hн
= 3163,42-906,04=2257,38 кДж/кг.
11. Из диапазона минимальных значений разности температур между нагреваемой средой и продуктами сгорания для пары газ-пар выбираем
Δt’ =
70 °C и производим проверки на возможность получения пара с давлением Рпп
= 1,8 МПа при ог
=800°С:
ог
- tн
=800- 211,81=588,19°С > 70°С, следовательно пар может быть получен.
tпп
= 360 °С
ог
- tпп
=800-360=440°С >70°С.
12. Определим tпс
, при которой перепад температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой имеет минимальное значение:
кр
= tн
+ Δt’ =211,81 + 70=281,81 °С.
Данная температура соответствует началу испарительного участка t,Q-диаграммы.
13. Определяем количество теплоты, передаваемое нагреваемой среде при охлаждении отог
=800°С до кр
=281,81 °С
Qкр
= Qmax
=18894,2
=12715,31 кВт.
14. Определяем расход пара с параметрами Рпп
= 1,8 МПа, tпп
= 360 °С, который генерируется в котле-утилизаторе:
Gпар
= Qкр
/qпар
= 12715,31 /2257,38 = 5,63 кг/с.
15. Определяем расход теплоты на нагрев питательной воды в количествеGпар
=5,63 кг/с от температуры tпв
=105°С до tн
= 211,81°С
Qпв
= Gпар
(hн
– hпв
) = 5,63 (906,04- 440,17) = 2622,85 кВт.
16. Определяем предварительное значение температуры уходящих продуктов сгорания из котла-утилизатора. Для этого из диапазона минимальной разности температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой для пары газ-вода выбираем Δt’’ = 65°C:
= tпв
+ Δt’’ = 105 + 65=
170 °С.
17. Определяем количество теплоты, выделяемое при охлаждении продуктов сгорания от критической температуры до :
Qкон
= Qmax
= 18894,2
=15458,89 кВт
Qпред
= Qкон
-Qкр
= 15458,89-12715,31 =2743,58 кВт.
18. Сравниваем Qпв
с Qпред
Так как Qпв
< Qпред
(2622,85 < 2743,58), следовательно для нагрева питательной воды в количестве 5,63 кг/с от tпв
= 105°С до tн
=211,81°Сколичество тепла, выделенного при охлаждении продуктов сгорания с
кр
= 281,81 °Сдо = 170 °С хватает.
Gпар
=G’пар
19. Определим фактическую величину Δt:
Q=G’пар
qпар
=5,632257,38=12709,05 кВт
°С.
Δt=- tн
=282,1-211,81=70,3 °С.
20. Определяем точку начала перегрева:
Для этого определим количество теплоты для парообразования:
Qпо
= rGпар
= 1890,12 *5,63 = 10641,38 кВт.
Qпер
= Qпар
– Qпо
= 12709,05 – 10641,38 = 2067,67 кВт.
Заключение:
для заданных параметров пара паропроизводительность котла-утилизатора составляет 5,63 кг/с.
t-Q- диаграмма