Определение паропроизводительности котла-утилизатора с использованием t,Q-диаграммы 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-утилизатора ог =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 от ог =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 =5,63 2257,38=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