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:

W^р = 13 %

А^р = 21,8 %

S^р = 3 %

C^р = 49,3 %

H^р = 3,6 %

N^р = 1,0 %

O^р = 8,3 %

Q_н^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 Р_пп = 1,8 МПа.

Температура вырабатываемого  пара t_пп = 360 °С.

Температура питательной  воды t_пв = 105 °С.

Температура окружающей среды  ^ос = 30 °С.

Расчетный расход топлива В_р = 0,6 кг/с.

Температура продуктов  сгорания на входе котла-утилизатора ^ог=800°С.

Коэффициент избытка  воздуха на входе котла-утилизатора α_ог = 1,2.

Коэффициент избытка  воздуха на выходе из котла-утилизатора α_уг = 1,5. 
 
 
 
 
 
 
 

РЕШЕНИЕ

1. Определим  объем теоретически необходимого  воздуха для сжигания газа:

V⁰_в = 0,0889×(С^р+0,375×S^р)+0,265×Н^р-0.0333*O^p = 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_N2 = 0.79× V⁰_в+0.008× N^р = 0,79×5,16+0,008×1 = 4,084 м³/кг т.

Объём трёхатомных  газов:

V⁰_RO2 = 0,01816×(С^р+0,375×S^р) = 0,01816×(49,3+0,375×3) = 0,916 м³/кг т.

Теоретический объём водяных паров:

V⁰_Н2О = 0,111×Н^р+0,0124×W^р+0,0161× V⁰_в = 0,111×3,6+0,0124×13+0,0161×5,16 = 0,644 м³/кг т.

V⁰_СГ = V_RO2 + V⁰_N2 = 0,916+4,084= 5,00 м³/кг т.

V⁰_г = V⁰_СГ + V⁰_H2O =5,00 +0,644 = 5,64 м³/кг т.

3. Определим объем отходящих из ГТУ продуктов сгорания при температуре ^ог = 800 °С:

V^ог = B_p(V⁰_г + (α_ог-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:

V^ос = B_p(V⁰_г + (α_уг-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:

Q_ог = V^огC^{ог ог} = 15,73*1,52*800= 19127,7 кВт.

6. Определим  количество теплоты, содержащееся в отходящих продуктах сгорания при температуре ^ос = 30 °С:

Q_ос = V^осC^{ос ос} = 5,47*1,423*30= 233,5 кВт. 

7. Определим расчетное количество теплоты Q_max:

Q_max = Q_ог - Q_ос = 19127,7– 233,5= 18894,2 кВт.

8. По  таблицам термодинамических свойств  воды и водяного пара определяем параметры воды и водяного пара:

Р_пп = 1,8 МПа, t_пп = 360 °С : h_пп = 3163,42 кДж/кг.

При P_б = 1.1P_пп = 1,1*1,8 = 1,98 МПа: t_н = 211,81 °C, h_н = 906,04 кДж/кг.

h_нп = 2796,16 кДж/кг.

При t_пв = 105°С: h_пв = 440,17 кДж/кг.

9. Скрытая теплота парообразования:

r= h_нп- h_н= 2796,16-906,04=1890,12 кДж/кг.

10. Определим  удельный расход тепла на генерацию  и перегрев пара:

q_пар = h_пп – h_н = 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 Р_пп = 1,8 МПа при ^ог=800°С:

^ог- t_н=800- 211,81=588,19°С > 70°С, следовательно пар может быть получен.

t_пп = 360 °С

^ог- t_пп=800-360=440°С  >70°С.

12. Определим  t_пс, при которой перепад температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой имеет минимальное значение:

^кр = t_н + 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 от ^ог=800°С до ^кр =281,81 °С

Q_кр = Q_max =18894,2 =12715,31 кВт.

14. Определяем расход пара с параметрами Р_пп = 1,8 МПа, t_пп = 360 °С, который генерируется в котле-утилизаторе:

G_пар = Q_кр/q_пар = 12715,31 /2257,38 = 5,63 кг/с.

15. Определяем расход теплоты на нагрев питательной воды в количестве G_пар =5,63 кг/с от температуры t_пв =105°С до t_н= 211,81°С

Q_пв = G_пар(h_н – h_пв) = 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:

= t_пв + Δt’’ = 105 + 65= 170 °С.

17. Определяем количество теплоты, выделяемое при охлаждении продуктов сгорания от критической температуры до :

Q_кон= Q_max = 18894,2 =15458,89 кВт

Q_пред = Q_кон -Q_кр= 15458,89-12715,31 =2743,58 кВт.

18. Сравниваем Q_пв  с Q_пред

Так как  Q_пв < Q_пред (2622,85 < 2743,58), следовательно для нагрева питательной воды в количестве 5,63 кг/с от  t_пв = 105°С до t_н =211,81°С количество тепла, выделенного при охлаждении продуктов сгорания с

^кр = 281,81 °С до = 170 °С хватает.

G_пар= G’_пар

19. Определим фактическую величину Δt :

Q = G’_пар q_пар=5,63 2257,38=12709,05 кВт

 °С.

Δt = - t_н =282,1-211,81=70,3 °С.

20. Определяем точку начала перегрева:

Для этого  определим количество теплоты для парообразования:

Q_по = r G_пар = 1890,12 *5,63 = 10641,38 кВт.

Q_пер = Q_пар – Q_по = 12709,05 – 10641,38 = 2067,67 кВт.

Заключение: для заданных параметров пара паропроизводительность котла-утилизатора составляет 5,63 кг/с. 

t-Q- диаграмма