Tính toán quá trình nhiệt

Из всего многообразия отходов особый интерес вызывают отходы производства и потребления, с которыми приходится иметь дело подавляющему большинству населения в различных странах мира. Среди таких отходов особое место занимают твердые бытовые отходы (ТБО). Бытовые («муниципальные») отходы следует относить к непромышленным отходам. Но при этом не следует забывать, что деление отходов на бытовые и промышленные достаточно условно, так как в промышленные отходы попадают остатки древесины, резины, кожи, бумаги и других органических веществ и полимерные материалы.

Министерство образования и науки Российской Федерации ФБГОУ ВО «Национальный Исследовательский Университет «МЭИ» Кафедра Энергетики Высокотемпературных Технологий «Тепловой расчет котельного агрегата для сжигания твердых бытовых отходов» Выполнила: Ламажык Чайнаш Группа: ФП-02м-17 Проверила :СтепановаТ.А Москва, 2017 г Оглавление 1.Задание 2.Расчетные характеристики топлива 3.Расчетная схема компоновки .5 4.Расчет выхода газов и золы .6 Расчет энтальпии продуктов сгорания (H-t) диаграмма Тепловой баланс и расход топлива Конструктивный расчет топки 8.Расчет фестона 12 9.Расчет пароперегревателя 15 10.Расчет первой ступени воздушного подогревателя .19 11.Расчет водяного экономайзера .21 Заключение 25 Список литературы 26 Приложение .27 1.Задание Перевести котельный агрегат БКЗ-75-39ФБ работающий на каменном угле, на новый вид топлива, а именно на твердые бытовые отходы Ниже представлены основные характеристики этого котла Паропроизводительность котла - D= 75 т/ч Давление пара - P= 3.9 Мп Температура перегретого пара - tПП= 450 °С Температура питательной воды - tПВ= 145 °С Температура холодного воздуха - tХВ= 25 °С 2.Расчетные характеристики топлива Морфологический состав и теплота сгорания ТБО, а также массовый состав берем из учебника Б.И Левина «Использование твердых бытовых отходов в системах энергоснабжения» [6] Морфологический состав,% Бумаг а Кухонные Текст отходы иль 30.8 39.11 Бумага Кухонные отходы Текстиль Пластмасс а Стекло, металл, камни Дерево Кожа, резина прочие 5.47 Пластмасса Стекло, Дерев металл, о камни 4.6 7.42 3.3 Массовый состав [6] Кожа, прочие резина 1.6 7.7 С, % 27.7 12.6 Н, % 3.7 1.8 О, % 28.3 N, % 0.16 0.95 S, % 0.14 0.15 A, % 15 4.5 W, % 25 72 35.4 55.1 4.9 7.6 22.3 17.5 3.4 0.9 11 0.3 10.6 15 - - - - - 100 - 40.5 65 4.8 33.8 12.6 0.1 0.2 0.6 0.8 11.6 20 47 5.3 27.7 0.1 0.2 11.7 Рабочая масса топлива и его низшая теплота сгорания [1] Состав С,% Н,% О,% N,% S,% A,% W,% Qн, ккал/к г Кузнецкий уголь 66.0 4.7 7.5 1.8 0.5 11.0 8.5 6240 Некоторые характеристики при разбавлении ТБО шинами и углем Вид топлива Qн, кДж/кг Vв°, м3/кг Vro2,м3/кг Vn2,м3/кг Vh2o, м3/кг В,кг/с Та, °С Qт, кДж/кг Тт, °С ТБО с добавление м шин с 30% добавление м угля с 50% добавление м угля 8483 2,423 0,45 1,919 12481,9 3,488 0,638 2,491 12213,6 3,376 0,62 2,675 14108,2 2,96 0,696 2,346 Чисты й уголь 100% 26257, 6,896 1,237 5,462 0,887 8,1 1038 11570 900 0,933 5,25 1330,9 15549 1050 0,878 5,37 1311,3 15282 1050 0,805 4,59 1449,7 17167 1050 0,741 2,37 2333,7 29255 1050 Теплота сгорания ТБО, МДж/кг Бумага Кухонные Тексти отходы ль 9.49 3.43 15.72 Пластмасса Стекло, Дерево металл, камни 24.37 14.46 Кожа, резин а 25.8 прочи е 18.1 Для последующих расчетов будут применены характеристики сжигания ТБО с разбавление 50% каменного угля 2.1 Расчет элементарного состава топлива [1] С=0.308•27.7+0.391•12.6+0.0547•35.4+0.046•55.1+0.033•40.5+0.016•65+0.077• •47=36.976 % Н=0.308•3.7+0.391•1.8+0.0547•4.9+0.046•7.6+0.033•4.8+0.016•5+0.077•5.3= =3.637 % О=0.308•28.3+0.391•8+0.0547•22.3+0.046•17.5+0.033•33.8+0.016•12.6+0.077• •27.7=14.04 % N=0.308•0.16+0.391•0.95+0.0547•3.4+0.046•0.9+0.033•0.1+0.016•0.2+0.077•0.1 =1.041% S=0.308•0.14+0.391•0.15+0.0547•11+0.046•0.3+0.016•0.6+0.077•0.2 = 0.662 % A=100•0.23164= 23.164% W=0.308•25+0.391•72+0.0547•15+0.046•55.1+0.033•8+0.016•20+0.077•8= = 28.375% 2.2 Низшая теплота сгорания QНР=339•23.925+1256•3.104 - 109•(17.319-0.742) - 25.14•(9•3.107 + 40.407) = 14108.199 МДж/кг 2.3 Теоретический расход воздуха на горение V0=0.0889•(Сp+0.375•Sp)+0.265•Hp-0.0333•(Оp-Sp)=0.0889•(23.925+0.375•0.74) +0.265•3.107-0.0333(17.319-0.742) = 2.960 м3/кг 2.4 Удельный выход сухих трехатомных газов VRO2=0.0187•(С+0.375•Sp)=0.0187•(23.925+0.375•0.742) = 0.696 м3/кг 2.5.Удельный выход азота VN20 =0.79∙V0+0.008∙Np=0.79∙2.423+0.008∙0.662=2.347 м3/кг 2.6.Удельный выход водяных паров VH2O0=0.0124∙(9∙Н+W) +0.0161∙V0=0.0124(9∙3.107+40.407)+0.0161∙2.423 = =0.805 м3/кг Для выбора параметров сжигания топлива будем пользоваться рекомендациями нормативного метода Температура газов перед фестоном: tT=1050°C 3.Расчетная схема компоновки Для твердых топлив с учетом значительной опасности коррозии золоуловителей температура уходящих газов должна выбираться выше точки росы дымовых газов на 15-20 0С Температура точки росы дымовых газов зависит от температуры конденсации влаги при парциальном ее давлении в газах и приведенного содержания серы в рабочем топливе и равна: = tкoн+∆tp Величина ∆tp в зависимости от приведенных содержаний золы и серы топлива определяется по формуле: ∆tp = где аун– доля золы топлива, уносимая газами Из расчетных характеристик топлива известно, что температура уходящих газов составит: tУГ = 165 °С Температуру подогретого воздуха выбираем по таблице II-10: tГВ= 350 °С По таблице XVII (с 200 [1]) выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки: αТ=1.2 Теперь воспользуемся таблицей XVI для определения присосов воздуха в газоходах: Газоход Пароперегреватель Ступень экономайзера Ступень воздухоподогревателя Δα 0,03 0,02 0,03 Определим температуру насыщенных паров на выходе из барабана котла по известному давлению пара Р=3.9 Мпа и таблицам tНП = 247°С 4.Расчет выхода газов и золы Расчет выхода продуктов сгорания, расхода воздуха и золы Названия, формулы и результаты расчетов занесены в таблицу Таблица №1 Расчет энтальпии продуктов сгорания (H-t) диаграмма В данном пункте воспользуемся таблицей XIV из [1], в которой приведены энтальпии воздуха и ПГ при α=1 в зависимости от температуры Таблица №2 Тепловой баланс и расход топлива Таблица №3 Конструктивный расчет топки Поверхность стен топочной камеры [4]: - боковая стена: F1 = (6.0+2.87)*1.43/2 = 6.34 м2 F2 = 6.0*7.83 = 46.9 м2 F3 = (6.0+5.09)*1.17/2 = 6.48 м2 F4 = (5.09+4.3)/2 = 4.69 м2 F5 = (4.3+1.89)/2 = 3.095 м2 -площадь боковой стенки: Fст.б.=F1+F2+F3+F4+F5=6.34+46.9+6.48+4.69+3.095=67.5 м2 - площадь фронтальной стены (с потолком): Fст.фр.=6.83*(4.3+8.06+1.82+1.43)=106.62 м2 - площадь задней стены: Fст.зд.=6.83*1.5+7.83+1.82+1.43)=85.99 м2 - площадь прохода для фестона: Fф=6.83*2.97=20.28 м2 - суммарная поверхность стен топочной камеры : Fст.=2*67.5+106.62+85.99+20.28 =347.89 м2 - поверхность стен, занятая горелками: и Таким образом: F=4.84 м2 - поверхность стен топки, закрытая экранами: Fпл=Fст-Fф-Fгор=347.89-20.28-4.83=322.78 м2 - лучевоспринимающая поверхность топки: Общую поверхность топки можно разделить на стены с натрубной и накаркасной обмуровкой FНК=264.63 м2 Отношение шага труб экранов к их диаметру равно: S/D=90/76 Выберем по номограмме [1] значения угловых коэффициентов для этих двух стен 0.96 Cреднее значение углового коэффициента: Xср=Xнк=0.96 Лучевоспринимающая поверхность экранов: Нлэ=Xср*Fпл=0.96*264.63=254.05 м2 F=lгоb-z1lгоd=3.91*6.83-25·3.91·0.06=10.30 м2 Эффективная толщина излучающего слоя в м: Тепловой расчет фестона для данной задачи будет заключаться в определении температуры газов за фестоном и тепловосприятия фестона Т.о Этот расчет является поверочным в отличие от расчета топки Температура газов за фестоном и тепловосприятие будут определяться из совместного решения уравнения теплового баланса и Зависимость тепловосприятия по балансу и уравнения по теплопередачи теплообмену будем приближенно считать линейной температуры газов за фестоном [3] Таблица №5 Тепловой расчет фестона После проведения графической интерполяции было выяснено: - тепловосприятие фестона Qб=Qт=717.4 КДж/кг; - температура газов за фестоном t”г=876.1 °С; - по I-h-таблице I"= 8794.26 кДж/кг 9.Расчет пароперегревателя Геометрические характеристики ПП определяются по чертежам Пароперегреватель состоит из последовательно (по газам) расположенных ступеней и имеет сложную схему парового потока Насыщенный пар по потолочным трубам поступает в змеевики первой ступени пароперегревателя (ПП1), являющиеся продолжением потолочных труб Расположение труб коридорное Шаг по ширине S1=90 мм, шаг по глубине S2=98 Пароохладитель разделяет ПП1 на две части: предшествующую с прямоточной схемой движения теплоносителей и последующую с последовательно смешанным током [3] L =2*(3.325+3.025)+3*3.14*0.150=24.113 м H1=3.14*0.042*24.113*32=101.76 м2 Полная поверхность змеевиков ПП II: HII=243.72 м2 Сечение для прохода газов в разреженной части ПП II: F1=(3.8+3.275)*5.115/2-60*0.038*((3.325+3.075)/2+0.075)=10.63 м2 Шаг труб по ширине котла: -разреженной по ширине части Продольный шаг: S1p=90 мм; -разреженной части S2p=98 мм; ПП1 имеет потолочные трубы , переходящие в змеевики, длиной: L1=1.75*15+3.14*0.075*14+1.5=31.047 м Поверхность петель потолочных труб: Н1=3.14*0.038*31.047*15=55.57м2 Поверхность нагрева потолочных туб: Нпот=0.038*3.14*6.2*15/2=5.55 м2 Длина змеевиков после пароохладителя: L2 =1.7*20+3.14*0.75*14+2=39.3 м Поверхность нагрева после пароохладителя: Н2=3.14*0.38*39.3*23=107.85 м2 Полная поверхность нагрева ступени: НI= Н1 + Нпот + Н2 =55.57+5.55+107.85=168.97 м2 Сечение для прохода газов: F1=4.4*2.15-23*0.38*2.1=7.625 м2 Конструктивные характеристики пароперегревателя в целом Расчетная поверхность нагрева второй по пару ступени НпеII=243.72 м2 Расчетная поверхность нагрева первой по пару ступени НпеI=168.97м2 Расчетная поверхность Нпе=243.72+168.97=412.69 м2 нагрева всего пароперегревателя Среднее сечение для прохода газов в НппII: Fср2=10.63 м2 Среднее сечение для прохода газов в НппI: Fср1 =(43,14+90,07)/(43,14/7,625+90,07/10.91)= 9.6 м2 Среднее сечение для прохода газов во всем пароперегревателе: Fср =(98,72+133,21)/(98,72/10,63+133,21/9,57)=10 м2 Средние шаги труб в газоходе для ПП II: S2ср=120мм, S1ср=95 мм Расчетные шаги труб для всего пароперегревателя в целом: S1 ср   S cp H   S H H  H S2 ср   S cp H  S2 H H  H S1= (120*243.72+90*168.97)/412.69=107.66 мм S2= (140*243.72+95*168.97)/412.69=121.5 мм Эффективная толщина излучающего слоя в пределах ПП^  S1 S s  0.9 d    d   1  S= 0.9*0.04*(4*0.1077*0.1215/(3.14*0.04*0.04)-1)=0.2236 м Сечение для прохода пара: f cp  H1  H2 H f Fср = 267.69/(168.97/0.068+55.57/0.034)=0.065 Первая ступень ПП имеет последовательно смешанный ток теплоносителей Таблица №6 Тепловой расчет ПП Температура газов за пароперегревателем составляет: при Qб=1410 кДж/кг, t"=668 0С, Н'=6602.68кДж/кг Температура пара после пароперегревателя составляет: t"=227 0С, Н'=1080.06 кДж/кг 10.Расчет первой ступени воздушного подогревателя Ступень имеет пятиходовой ход по воздуху Диаметр труб 40х1.5 мм Расположение труб шахматное Состоит воздухоподогреватель одной части Эта часть состоит из секций Воздухоподогреватель имеет S 1=56 мм, S2=44 мм Количество труб z н=2(32*16+31*15)=1954 при омываемой высоте труб lн=4.8125м Поверхность нагрева: Н=3.14*0.0385(1954*4.8125)=978.63 м2 Сечение для прохода газов: F=0.785*0.037*0.037*1954=2.1м2 Сечение для прохода воздуха : f=(1.92*2-0.04*64)*1.650=2.11 м2 Затем определяем температуру газов на входе в первую ступень воздухоподогревателя Таблица №7 Тепловой расчет воздушного подогревателя Расхождение между ωв и ωвl равно