Расчёт тепловых процессов паросиловой установки

РЕФЕРАТ

 

        Пояснительная записка 29 с., 7 рис., 1 табл., 7 источников.

 

ПАРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА, ПАРОГЕНЕРАТОР, ТОПКА, КОНДЕНСАТОР, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, КПД БРУТТО, ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД, ЦИКЛ БРУТТО.

 

       Пояснительная записка состоит из трёх разделов. Первый раздел включает в себя 8 подразделов, второй – 2, третий–3. В первом разделе приводится схема паросиловой установки, пневматическая форсунка; определяем теоретический и действительный объём воздуха в топке, вычисляем  полный объём уходящих дымовых газов и объём избыточного воздуха, энтальпию продуктов сгорания и температуры горения топлива, рассчитываем тепловой баланс, КПД Брутто и расход топлива. Во втором - расчёт теплообменного аппарата. В третьем разделе вычисляем термический КПД цикла Ренкина и удельный расход пара.

 

 

 

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………..3

1.Расчёт процесса горения, КПД Брутто, расхода топлива………….4    1.1 Схема паросиловой установки…………………………………..4    1.2 Схема котельной  установки……………………………………..5    1.3 Схема пневматического форсуночного устройства высокого давления ………………………………………………………………..6    1.4 Выбор исходных данных………………………………………...7    1.5 Определение теоретического и действительного объёмов   воздуха в топке и продуктов сгорания………… ………………8

1.6 Определение полного объёма уходящих дымовых газов …….9    1.7 Определение энтальпии продуктов сгорания и температуры горения топлива…………………… …………………………….9    1.8 Расчёт теплового баланса, КПД брутто и расхода топлива …14 2.Расчет теплообменного аппарата…………………………………..16    2.1Конструктивные  характеристики конденсатора……………….16    2.2 Расчет поверхностей теплообмена……………………………..17 3.Термический КПД цикла Ренкина и удельный расход пара……..24    3.1Описание процессов цикла Ренкина………… ………………...24    3.2 Построение цикла Ренкина……… …………………………….25    3.3 Вычисление термического КПД цикла Ренкина… …………..26

Заключение……………………………………………………………..28

Список использованных источников…………………………………29

 

 Введение

 

Курсовая работа служит основой  для выполнения теплового расчета ПСУ.

         Характерной особенностью работы  парогенераторных установок является  их связь и общность по многих  направлениям с производственными  технологическими агрегатами промышленных  предприятий. Например, в целлюлозно-бумажном производстве применяется содорегенерационные котлоагрегаты, энерготехнологические установки с камерными топками, в которых топливом служит чёрный щёлок – отход основного производства.

          Гидролизные заводы имеют теплообменные станции, в которых применяются кожухотрубные теплообменники. Испарители, конденсаторы, а так же сушилки и другая аппаратура.

         Химическая технология древесины  включает термическую обработку  древесных материалов водяным  паром, варку древесины для  получения целлюлозы, пиролиз  древесины в среде с газовым теплоносителем, сушку щепы.

         При изготовлении древесных плит  необходимо поддерживать условия  эффективного теплообмена в аппаратах,  в которых протекают основные  процессы химической технологии.

         

 

1. Расчёт процесса горения, КПД Брутто, расхода топлива

 

1.1 Схема паросиловой установки

 

_{Рисунок 1.1 –  Принципиальная тепловая схема паросиловой установки.}

1– котел; 2 – турбина; 3 – генератор; 4 – конденсатор; 5 – насос;

 

        Преобразование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых установках (п. с. у.), которые являются базой современной крупной энергетики. Принципиальная схема простейшей паросиловой установки показана на рис. 1.1.

 В паровом котле  1 вода превращается в перегретый пар с параметрами p₁, t₁, i₁, который по паропроводу поступает в турбину 2, где происходит его адиабатное расширение до давления p₂ с совершением технической работы, приводящей во вращательное движение ротор электрического генератора 3. Затем пар поступает в конденсатор 4, который представляет собой трубчатый теплообменник. Внутренняя поверхность трубок конденсатора охлаждается циркулирующей водой.

         В конденсаторе при помощи охлаждающей воды от пара отнимается теплота парообразования и пар переходит при постоянных давлении р₂ и температуре t₂ в жидкость, которая с помощью насоса 5 подаётся в паровой

котёл 1. В дальнейшем цикл повторяется.

 

 

 

 

 

 

1.2 Схема котельной  установки.

 

         Схема котельного агрегата дана на рис. 2.2. Он состоит из топки,

горизонтального и вертикального  газохода, а также включает устройство подачи  топлива (горелка), поверхности нагрева, воспринимающие теплоту от пламени и продуктов сгорания, и систему удаления золы, шлака и продуктов сгорания. Устройство подачи топлива определяется видом используемого топлива.

          К поверхностям нагрева котла относятся: испарительные поверхности нагрева (экранные трубы и котельный пучок), пароперегреватель с регулятором перегрева пара, водяной экономайзер и воздухоподогреватель.

 

 

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема котельного агрегата с камерной топкой.

 

1 – обмуровка; 2 – фронтовой  и потолочный экран; 3 – задний  и подовый экран;  4 – левый  боковой экран; 5 – горелка; 6 –  система удаления шлака и золы;  7 – конвективная шахта-газоход; 8 – пароперегреватель; 9 – водяной экономайзер; 10 – воздухоподогреватель; 11 – тягодутьевое устройство.

 

         Поверхности нагрева современных паровых котлов представляют собой системы параллельно включенных труб, воспринимающих теплоту потока (продуктов сгорания) за счет излучения в зоне высокотемпературных  газов  и  конвективным  теплообменом.  Наивысшие воспринятые экранами тепловые потоки находятся в зоне ядра факела и в зависимости от вида сжигаемого топлива составляют от 350 кВт/м² (при сжигании бурых углей) до 400–550 кВт/м²(при сжигании природного газа и мазута). По мере снижения температуры газов и оптической плотности излучаемой среды в верхней части топки воспринятые настенными поверхностями тепловые потоки находятся на уровне 70–80 кВт/м².

 

 

 

 

1.3 Схема пневматического форсуночного устройства высокого давлени.

 

          В типичную систему подачи  пневматического форсуночного устройства  высокого давления входят воздушный  нагнетатель, топливный насос,  фильтр и клапан регулирования давления. При запуске системы насос выкачивает топливо из бака и через фильтр подводит его к клапану регулирования давления, который открывается, когда давление достигает заданного уровня (~0,7 МПа), и топливо поступает в распылитель форсуночного устройства.

           Распылитель форсунки высокого  давления имеет от двух до  шести тангенциальных топливных  каналов в зависимости от производительности  агрегата. Через каналы топливо  поступает в полость распылителя,  закручивается и выбрасывается через сопло. Топливо распыливается, образуя туман из мелких капелек, и поступает в зону горения, куда подается и воздух. Искровое устройство воспламенения генерирует разряд, который воспламеняет смесь воздуха с топливом. При этом внутри камеры сгорания со стенками, изготовленными из жаростойкого материала, образуется факел пламени, а поток продуктов сгорания используется в соответствующей теплогенерирующей установке.

           Пневматические форсунки низкого  давления по своей конструкции  аналогичны вышеописанным, а их принцип действия до некоторой степени аналогичен работе краскопульта. Давление, при котором жидкое топливо поступает в распылитель, обычно не намного выше атмосферного.

 

Рисунок 1.3 - Cхема пневматического форсуночного устройства высокого давления.

 

18 - электроды системы зажигания; 19 - сопло; 20 - изоляторы;21 - воздухопровод; 22 - электропровода; 23 - топливопровод; 24 - двигатель; 25 - нагнетатель воздуха; 26 - трансформатор системы зажигания; 27 - подвод воздуха; 28 - подача топлива.

 

1.4 Выбор исходных данных

 

Исходные данные для  расчета ПТУ приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 - исходные данные для расчета  ПТУ

Величина, размерность	Обозначение	Значение
Вид топлива	Мазут сернистый	-
Присосы воздуха в  отдельных поверхностях нагрева	Δα	0,18
Паропроизводительность  котла, т/ч	D	70
Температура уходящих газов,°С	tух	170
Давление перегретого  пара, МПа	рпп	4,5
Коэффициент избытка  воздуха в топке		1,03
Потери тепла от химической неполноты сгорания, %		0,6
Потери тепла от механического недожога, %		0
Температура перегретого  пара,°С	tпп	400
Температура питательной  воды,°С	tпв	170
Давление на выходе из конденсатора, кПа	p2	3,5
Диаметры труб,мм	d2/d1	21/19
Температура воды на входе в конденсатор, °С		13
Скорость потока в  трубе, м/с		1,6
Низшая теплота сгорания, МДж/кг	QPн	39,7

 

 

Т.к. паропроизводительность котлоагрегата D=70т/ч, вид топлива – мазут сернистый, то выбираем тип топки камерную и коэффициент избытка воздуха в топке α_т=1,03. Следовательно, потери теплоты от химической неполноты сгорания q₃=0,6 и потери теплоты от механической неполноты сгорания q₄=0.

Элементарный состав рабочей массы: С^р=83,8 %; S^p_op+к=1,4 %; Н^р=11,2 %; О^р=0,5 %; А^р=0,1 %; W^р=3 %.

Коэффициент избытка  воздуха за каждой поверхностью нагрева  после топочной камеры подсчитывается прибавлением к   α_т=1,03 присосов воздуха. Таким образом на выходе из парогенератора:

 

;

 

где α_т - коэффициент избытка воздуха; α_т=1,03 - дано по условию; Δα=0,18

 

 

_{1.5 Определение теоретического и действительного объёмов воздуха в топке и продуктов сгорания}

 

_{Согласно  заданию, из таблиц приложения выбирается элементарный состав топлива.}

_{а) Теоретический  объём воздуха, необходимый  для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, равен:}

_{б) Действительное количество воздуха при сгорании может быть найдено по формуле}

где теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, ;

коэффициент избытка воздуха в  топке;

рассчитано раннее; α_т=1,03 дано по условию.

 

 

 

 

 

 

_{1.6 Полный объём уходящих дымовых газов состоит из объёма продуктов сгорания и объёма избыточного воздуха}

В этой формуле объём сухих трёхатомных газов при сжигании мазута равен :

 

Теоретический объём  азота в продуктах сгорания при  сжигании мазута :

 

Теоретический объём  водяных паров при сжигании жидкого  топлива :

 

 

1.7 Определение энтальпии продуктов сгорания и температуры горения топлива

 

       Определение теоретической температуры горения t_T производят по диаграмме H-t , для построения которой необходимо рассчитать величину энтальпии продуктов сгорания при действительном коэффициенте избытка в топке. Расчёт следует производить для всего возможного диапазона температур в топочной камере от 800⁰C до 2000⁰C ( последовательно через каждые 200⁰C ).

        Определение энтальпии продуктов сгорания производится в следующем порядке.В первую очередь необходимо вычислить энтальпию теоретического объёма воздуха для выбранного диапазона температур у жидкого топлива :