Проектирование блоков утилизации тепла уходящих газов

Проектирование блоков утилизации тепла уходящих газов включает в себя:

· Тепловой расчет котла-утилизатора: находится паропроизводительность котла и испарительная поверхность нагрева котла.

· Организация водного режима для избежания образования накипи, загрязнения пара и коррозии

· Выбор вспомогательного оборудования:

Расчет деаэрационно-питательной установки сводится к определению: Количества и производительности деаэраторов, расхода пара на деаэрацию; Типа, количества, производительности и напора питательных насосов; Диаметров соединительных трубопроводов; Регулирующей арматуры, приборов КиА.

 Определение производительности деаэраторов и расхода греющего пара:

a) Производительность деаэратора определяется количеством деаэрированной воды, идущей на питание всех котлов-утилизаторов при расчетной их паропроизводительности;

b) По необходимому расходу деаэрированной воды выбирается барботажный деаэратор соответствующей производительности;

c) Емкость бака-аккумулятора к деаэратору должна быть не менее 20-30 минутной максимальной производительности котлов.

d) Расход пара на деаэрацию определяется из уравнения теплового баланса деаэратора.

· Хвостовые поверхности нагрева

К хвостовым поверхностям нагрева относятся: водяные экономайзеры, воздухоподогреватели. Водяные экономайзеры:требования к установке:устанавливаются за котлами паропроизводительностью 2,5 т/ч и более;температура дымовых газов за котлом более 250 °С.

Применение экономайзеров:Применяются для более глубокого охлаждения дымовых газов, уходящих из котла, и подогрева питательной воды с целью уменьшения тепла, идущей на процесс парообразования. Экономайзер имеет поверхность змеевикового типа, располагается в конвективном опускном газоходе. Схема движения воды по отношению к продуктам сгорания — противоточная, обтекание труб газами — поперечное, компоновка труб — шахматная и коридорная.

Для интенсификации теплообмена применяют трубы малого диаметра (d = 21-32 мм при толщине стенки 2,5—4 мм.

Различают одно- и двухступенчатые экономайзеры.

 

 

 

29. Уравнение теплового баланса котла-утилизатора.

Котлы утилизаторы - установки, без которых основной технологический процесс может протекать без изменений.

Уравнение теплового баланса котла-утилизатора

 

где    - тепло, отданное дымовыми газами, кДж/ч;

       - расчетный расход топлива на все печи, кг/ч;

- энтальпия дымовых газов на входе в котел, кДж/кг;

- энтальпия дымовых газов на выходе из котла, кДж/кг;

       - количества тепла, вносимое присасываемым продуктом, кДж/кг;  - коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду, (принимается = 0,98).

 

где    - присос воздуха при номинальной нагрузке котла;

      - энтальпия присасываемого в котле воздуха, кДж/кг.

Энтальпия присасываемого в котле воздуха

где - теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, кг/кг (принимается из расчета процесса горения);

    - температура холодного воздуха (условно принимается равной 30°С); - теплоемкость холодного воздуха, кДж/кг∙°С.

где    - тепло, воспринятое питательной водой, кДж/ч;

  - паропроизводительность котла-утилизатора, кг/ч;

- энтальпия перегретого или насыщенного пара на выходе из котла, кДж/кг;  - энтальпия питательной воды, кДж/кг;

    - расход воды на продувку котла, кг/ч;

   - энтальпия продувочной воды при кипении, кДж/кг.

Расход воды на продувку котла;

 

где    - величина непрерывной продувки (принимается не более 10 %).

Уравнение теплопередачи:

где    - тепло, воспринятое поверхностью нагрева, или тепловосприятие котла-утилизатора, кДж/ч;

- расчетная поверхность нагрева, м²;  - температурный напор, °С

30. Расчет конвективных поверхностей нагрева.

1. Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе, м²:

где    - наружный диаметр труб, м;

- длина труб расположенных в газоходе, м;

- общее число труб, расположенных в газоходе.

2. Площадь живого сечения (м²) для прохода продуктов сгорания:

- при поперечном омывании гладких труб:

- при продольном омывании гладких труб:

где и - размеры газохода в расчетных сечениях, м;

  - длина труб, м;   - число труб в пучке.

По конструктивным данным подсчитывается относительный поперечный и продольный шаг труб:

где    - наружный диаметр труб, м;

- поперечный шаг труб, м;

- продольный шаг труб, м.

4. Вычисляется, расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе:

 

где и   - температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, °С.

Определяется температурный напор:

где    - температура охлаждающей среды (для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, а для водогрейного - равной полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и выходе из нее, °С .

6. Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с:

 

где  - расчетный расход топлива на все печи, кг/с;

- площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания,м²;

- объем продуктов сгорания на 1 кг твердого и жидкого или на 1 м³ газа;

- средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С.

9. Определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м²∙К:

- при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм:

-

- при продольном омывании:

где    - коэффициент теплоотдачи;

- поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания;

- поправка на компоновку пучка;

- коэффициент учитывающий изменение физических параметров потока;

- поправка на относительную длину.

10. Определяется коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева:

- для запыленного потока (при сжигании твердого топлива):

- для не запыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива):

где    - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²∙К;

- степень черноты продуктов сгорания;

- поправка на температуру от загрязнения стенки.

Для определения    и  вычисляется температура загрязнения стенки:

где    - средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, а для водогрейных - полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее;

- при сжигании твердых и жидких топлив принимается равной 60 °С, газа - 25°С

11. Определяется суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

где    - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон ( для поперечно омываемых пучков принимается -1, для сложно омываемых - 0,95;

12. Определяется коэффициент теплопередачи:

где    - коэффициент тепловой эффективности, определяется по табл. в зависимости от вида сжигаемого топлива.

11. Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на единицу массы сжигаемого топлива:

Температурный напор определяется для прямоточной, противоточной и для случая, когда температура одной из сред постоянна:

 

где    и     - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.

Для испарительной конвективной поверхности нагрева:

 

 

где   - температура насыщения при давлении в паровом котле, °С.

Если для прямотока, противотока, перекрестного тока при постоянной температуре одной из сред                    , то:

12 . По принятым двум значениям температуры  и  и полученным двум значениям    и    производится графическая интерполяция для определения продуктов сгорания после поверхности нагрева.

31. Организация водного режима.

Основные неисправности паровых котлов, зависящие от водного режима:

- образование накипи:

(препятствует охлаждению водой поверхностей нагрева; ведет к увеличению температуры стенки; перегрев и снижение прочности; повышение температуры уходящих газов);

Мероприятие по предупреждению образования накипи:

- предварительное глубокое умягчение питательной воды.

- коррозия поверхностей нагрева;

Мероприятие по предупреждению образования накипи:

- деаэрация питательной воды;

- при кислородной коррозии - соблюдение скоростной циркуляции воды (min = 0,3 м/с).

- Коэффициент теплопроводности стали Кт=39 ккал/м∙К.

- Коэффициент теплопроводности накипи:

- - силикатная накипь - Кт = 0,2 ккал/м∙К.

- - сульфатная накипь - Кт=2,0 ккал/м∙К

- - карбонатная накипь - Кт=5,0 ккал/ккал/м∙К

Основные неисправности паровых котлов, зависящие от водного режима:

- загрязнение пара;

С увеличением солесодержания котловой воды наблюдается процесс пенообразования приводящий:

- к уносу влаги;

- к появлению накипи в паровом тракте (в трубах пароперегревателя).

 

 

32. Классификация термических деаэраторов.

Номинальную производительность, т/ч, деаэраторов (деаэрационных колонок) выбирают из рядов:

ДП: 225; 500; 1000; 2000; 2800;

ДА: 1; 3; 5; 15; 25; 50; 100; 200; 300;

ДВ: 5; 15; 25; 50; 100; 200; 300; 400; 800; 1200.

Условное обозначение деаэратора должно включать:

‒ тип;

‒ номинальную производительность;

‒ полезную вместимость деаэраторного бака.

Полезную вместимость, м³,деаэраторных баков выбирают из рядов:

ДП: 65; 100; 120; 150; 185;

ДА: 1; 1,5; 2; 4; 8; 15; 25; 50; 75.

ДВ не имеют в своем составе деаэраторных баков.

Пример условного обозначения деаэратора повышенного давления производительностью 1000 т/ч с баком полезной вместимостью 100 м³:

ДП-1000/100.

 

33. Продувка котлов-утилизаторов

Непрерывная продувка предназначена для удаления мелкодисперстных взвешенных частиц, коллоидных веществ. В зависимости от качества пит. воды и норм содержания солей в котловой воде непрерывная продувка котла составляет 3-5 % от общего расхода воды. Макс. величина продувки не превышает 10 %. Непрерывная продувку производят в сепаратор непрерывной продувки, где получаю пар вторичного вскипания и отсепарированную воду. Периодическая продувка предназначена для удаления в котле шлама.

Определение количества пара, выделяющегося из 1 кг продувочной воды определяется по формуле:

Где i_k - энтальпия котловой воды при давлении и температуре в котле, кДж/кг; η - коэффициент, учитывающий теплопотери через трубы и сепаратор (принимается 0,98); i_P - энтальпия кипящей воды при давлении в сепараторе, кДж/кг; x - степень сухости пара, получаемого в сепараторе (принимается 0,97-0,98);

τ - теплота парообразования при давлении в сепараторе, кДж/кг.

Общее количество получаемого вторичного пара составляет:

 

Где D _ПР - величина непрерывной продувки, кг/ч.

Объем получаемого вторичного пара:

                                                                          

                                                                          

34. Уравнения теплового баланса деаэратора.

                                                                                       

                                                                                         где Q 1- тепло, внесенное с основным потоком греющего пара, кДж/ч; Q 2 - тепло, внесенное с паром от сепаратора непрерывной продувкой, кДж/ч; Q 3 - тепло, внесенное химочищенной водой, кДж/ч; Q 4 - тепло, внесенное с конденсатом от технологических потребителей, кДж/ч; Q 5 - тепло, внесенное конденсатом от пароводяных подогревателей сырой воды, кДж/ч; Q 6 - тепло, отведенное из деаэратора с деаэрированной водой, кДж/ч; Q 7 - тепло, отведенное из деаэратора с выпаром, кДж/ч; Q 8 - потеря тепла в окружающую среду, кДж/ч.

D _П - расход греющего пара, кг/ч; i '’_П- энтальпия греющего пара, кДж/кг.

D _ПР - расход пара от сепаратора непрерывной  продувки, кг/ч; i '’_Пр - энтальпия пара от сепаратора непрерывной продувки, кДж/кг.

J _х.в. - расход химочищенной воды i '_х.в. - энтальпия химочищенной воды, кДж/кг.

J _к - количество конденсата от технологических потребителей, кг/ч; i '_к. - энтальпия конденсата от технологических потребителей, кДж/кг.

 J _кс - количество возвращающегося от пароводяных подогревателей конденсата, кг/ч; i '_к.с. - энтальпия возвращающегося от пароводяных подогревателей конденсата, кДж/ч.

J _д - количество деаэрированной воды на выходе из деаэратора, кг/ч; i '_д – энтальпия деаэрированной воды на выходе из деаэратора, кДж/ч.

 J _вып - расход выпара из деаэратора

(принимается 1,5-2кг/ч на 1т деаэрированной воды), кг/ч; i '_вып - энтальпия паровоздушной смеси, кДж/ч.

 

35. Тяго-дутьевая установка котлов-утилизаторов

Назначение - непрерывный отвод образующихся продуктов сгорания из топочной камеры и их отвод в атмосферу путем создания естественной или искусственной тяги.

Естественная тяга повышается (небольшие гидравлические сопротивления):

‒ с увеличением температуры уходящих газов;

‒ с высотой дымовой трубы.

Искусственная тяга (большие гидравлические сопротивления), создаваемая дымососом.

Требования к эксплуатации дымососа:

1. Температура кожуха не более 70 °С;

2. Устанавливают на открытом воздухе;

3. При t=0 °С водяное охлаждение отключается;

4. Длительная работа допускается при температуре отходящих газов не более 250°С .

В состав газового тракта тяго-дутьевой установки входят:

1. газопроводы;

2. тяго-дутьевые машины (дымососы);

3. котлы-утилизаторы;

4. элементы котлов-утилизаторов, пароперегреватели, водяные экономайзеры, воздухоподогреватели;

5. дымовая труба.

При проектировании газового тракта необходимо:

1. составить принципиальную схему газового тракта;

2. выполнить аэродинамический расчет газового тракта;

3.выбрать рациональную аэродинамическую форму элементов газового тракта;

4.выбрать тяго-дутьевые машины и регулирующие устройства;

5.определить диаметр и высоту дымовой трубы.

 

36. Водяные экономайзеры. Рекомендации по проектированию.

Водяные экономайзеры: требования к установке: устанавливаются за котлами паропроизводительностью 2,5 т/ч и более; температура дымовых газов за котлом более 250 °С.

Применение экономайзеров: Применяются для более глубокого охлаждения дымовых газов, уходящих из котла, и подогрева питательной воды с целью уменьшения тепла, идущей на процесс парообразования. Экономайзер имеет поверхность змеевикового типа, располагается в конвективном опускном газоходе. Схема движения воды по отношению к продуктам сгорания — противоточная, обтекание труб газами — поперечное, компоновка труб — шахматная и коридорная.

Для интенсификации теплообмена применяют трубы малого диаметра (d = 21-32 мм при толщине стенки 2,5—4 мм.

Различают одно- и двухступенчатые экономайзеры.

Проектирование стального водяного экономайзера включает: 1. Уравнение теплового баланса экономайзера 2. Определение энтальпию воды после водяного экономайзера 3. По энтальпии воды после экономайзера и давлению определяется температура воды после экономайзера.4 . Температурный напор 5. Число параллельно включенных змеевиков 6. Расчетная скорость воды в экономайзере, м/с 7. При размещении коллектора экономайзера 8. Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с: 9. Площадь живого сечения (м²) для прохода продуктов сгорания 10. Определяется коэффициент теплопередачи, К

Для чугунных экономайзеров:

 

11. Коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²∙К) 12. Степень черноты газов в экономайзере 14. Средняя температура газов в экономайзере, °С:

где t - средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее

15. Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера, м²

 16. Полученная расчетом теплообменная поверхность позволяет окончательно сконструировать экономайзер.

Для чугунного экономайзера: Общее число труб:

             

Число рядов труб:             H тр - площадь поверхности нагрева одной трубы, м². z 1 - принятое число труб в ряду.

Для стального экономайзера:  Длина каждого змеевика,

 определяется по наружному диаметру труб d н, м. z 1 - число труб экономайзера, включенных параллельно.

Число рядов по ходу газов (число петель):                

a ’ - длина пакета экономайзера, м. Число петель должно быть целым или кратным 0,5.   

Полная высота пакета экономайзера, м:                             S пет=2 S- шаг петли экономайзера, м; S 2- расстояние между осями соседних труб по ходу продуктов сгорания, м.

 

37. Стальной водяной экономайзер.

Водяные экономайзеры:требования к установке:устанавливаются за котлами паропроизводительностью 2,5 т/ч и более;температура дымовых газов за котлом более 250 °С.

Применение экономайзеров:Применяются для более глубокого охлаждения дымовых газов, уходящих из котла, и подогрева питательной воды с целью уменьшения тепла, идущей на процесс парообразования. Экономайзер имеет поверхность змеевикового типа, располагается в конвективном опускном газоходе. Схема движения воды по отношению к продуктам сгорания — противоточная, обтекание труб газами — поперечное, компоновка труб — шахматная и коридорная.

Для интенсификации теплообмена применяют трубы малого диаметра (d = 21-32 мм при толщине стенки 2,5—4 мм.

Различают одно- и двухступенчатые экономайзеры.

 Рекомендации по проектированию. Стальной водяной экономайзер: Подогрев воды осуществляется до любой температуры (некипящий тип), а при непосредственном присоединении к барабану до частичного испарения (кипящий тип). Типичный наружный диаметр гладких труб - 26, 28, 30, 32 и 38 мм. Рекомендуемый относительный шаг труб поперек потока газов 2,3-3,0, продольный 1-1,5. При сжигании многозольных пылевидных топлив, скорость дымовых газов - 7-10 м/с.Скорость воды при номинальной нагрузке - 1 м/с и не уменьшаться ниже 0,4 м/с.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: