Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Выбор утилизационного оборудования

Оборудование для использования

Вторичных энергоресурсов

Методические указания

к выполнению курсового проекта по дисциплинам:

«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

для студентов специальностей 100700 и 100800 всех форм обучения

и «Оборудование для использования ВЭР»

для студентов направления 140100.68 «Теплоэнергетика»

 

 

  Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета

 

 

Саратов 2010

Общие положения

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является одним из основных принципов функционирования современного промышленного производства. Рассматривая энергосберегающие мероприятия по цепи преобразования исходного топлива в конечные энергоносители непосредственно у технологического потребителя, необходимо отметить неравнозначность энергосберегающих решений в зависимости от стадии преобразования энергоносителей. Максимальный эффект ожидается при внедрении мероприятий по экономии энергоресурсов на конечной стадии преобразования, то есть у технологического потребителя. При этом большое практическое значение приобретают вопросы полезного использования энергетического потенциала отходящих от теплотехнологических установок потоков продуктов и отходов.

Повышение энергетической эффективности существующих теплотехнологических установок можно обеспечить по двум направлениям.

Первое направление связано с повышением коэффициента использования топлива и энергии основного технологического агрегата, в том числе за счет возврата отходящих энергетических потоков для интенсификации основного технологического процесса. При этом осуществляется принцип регенерации энергии, результатом которого является снижение удельных расходов топлива в самом технологическом процессе.

Второе направление связано с использованием энергетических отходов как источника вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) для обеспечения энергией других технологических установок или для получения энергетической продукции: водяного пара, горячей воды и т.д. В этом случае реализуется принцип внешнего энергоиспользования, удельный расход топлива в агрегате-источнике не меняется, однако в замещаемых энергогенерирующих установках обеспечивается экономия топлива, эквивалентная использованию ВЭР.

Решение задач энергосбережения является обязательным элементом деятельности инженеров-промтеплоэнергетиков и инженеров-энергетиков теплотехнологии, поэтому в учебном плане специальностей «Промышленная теплоэнергетика» (ПТЭ) и «Энергетика теплотехнологий» (ЭТТ) предусмотрено выполнение курсового проекта, в котором проводится анализ энергопотребления и энергоснабжения технологических объектов, определяются резервы в энергоснабжении и на основе расчетов даются рекомендации по энергосберегающим мероприятиям.

Курсовой проект по дисциплине «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» является важным видом самостоятельных занятий при подготовке инженеров специальностей ПТЭ и ЭТТ. Курсовой проект выполняется по индивидуальному заданию под руководством преподавателя и должен состоять из расчетно-пояснительной записки и графической части.

Тема проекта, как правило, основана на реальном материале, соответствует реальным задачам, которые решаются в промышленной теплоэнергетике и энергетике теплотехнологий на современном уровне науки и техники.

Целью выполнения курсового проекта является закрепление знаний и овладение навыками проектирования основных видов утилизаторов теплоты.

Задачей курсового проектирования является выработка у студентов умений и навыков, позволяющих:

- выбирать утилизационное оборудование, наиболее соответствующее теплотехнологическому процессу;

- выполнять балансовые расчеты основного и утилизационного оборудования;

- проводить тепловые расчеты утилизаторов теплоты с целью определения их конструктивных и режимных характеристик;

- рассчитать технико-экономические показатели разработанных энергосберегающих мероприятий.

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

1) титульный лист, оформленный в соответствии с действующими требованиями;

2) задание на курсовой проект;

3) реферат;

4) содержание;

5) введение, где определяется место проектируемой установки в теплотехнологической схеме, ставится задача проектирования, приводится основание для проектирования;

6) основная часть;

7) заключение;

8) список использованной литературы;

9) приложения.

Расчетно-пояснительная записка оформляется чернилами на бумаге формата А4 (210х297) на одной стороне листа. Допускается оформление записки на компьютере в редакторе Word. Текст записки размещается на листе с соблюдением полей: с левой стороны – 25мм, с остальных сторон – 20мм. Записка оформляется в соответствии с ГОСТ 2.118-73 применительно к выполнению технического предложения [5].

Все расчетные формулы даются сначала в алгебраическом выражении, затем приводятся пояснения и размерности для всех входящих в формулу величин. После этого в формулу подставляют численные значения величин, и дается результат расчета.

В тексте записки даются ссылки на использованную литературу, при этом порядковый номер источника проставляется в квадратных скобках

([ ]). Список литературы составляется в порядке упоминания источника в тексте записки и оформляется в соответствии с ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись, библиографическое описание) [6].

Расчетно-пояснительная записка должна быть снабжена необходимыми схемами, эскизами и расчетными графиками, которые могут быть выполнены на миллиметровой бумаге, кальке, белой нелинованной бумаге формата А4. Все иллюстрации оформляются в виде рисунков.

Основная часть расчетно-пояснительной записки содержит следующие разделы: анализ и предварительный выбор энергосберегающих решений; материальный и тепловой расчеты основного и утилизационного оборудования; расчет экономических показателей предлагаемых вариантов.

Графическая часть проекта выполняется на 1–2 листах формата А1 карандашом или на компьютере с соблюдением ЕСКД [6].

 

Гладкотрубного рекуператора

 

Цель расчета: определение тепловой нагрузки и конструктивных основных характеристик рекуператора (площади поверхности теплопередачи и размеров рекуператора).

Исходные данные:

· Объем нагреваемого воздуха (при входе в рекуператор)….…... , м3

· Объем дымовых газов (при входе в рекуператор)……….……… , м3

· Состав дымовых газов (% об.): N2, CO2, H2O, O2, SO2

· Температура подогрева воздуха (у печи) ……………….….….... , 0С

· Начальная температура воздуха……………………….….…...… , 0С

· Температура дымовых газов перед рекуператором…………….. , 0С

· Внутренний диаметр и толщина стенки трубки рекуператора.. , м

Могут быть применены трубы из жаропрочной стали, сохраняющей свои свойства при температуре =800…9000С.

 

 
 

Рис. 5. Схема материальных потоков в системе «печь – рекуператор»

 

Принимаем падение температуры в воздухопроводе от рекуператора до горелок печи =500С (рис. 5). Тогда необходимая температура подогрева воздуха равна:

, 0С.

Средняя температура воздуха в рекуператоре

, 0С.

Определяем объемную среднюю теплоемкость воздуха , кДж/(м3·гр) (приложение I).

Количество тепла, воспринятое воздухом в рекуператоре,

, кВт.

Принимаем потери тепла в окружающую среду 10%, тогда количество тепла, которое дымовые газы должны передать в рекуператоре, определится по выражению:

, кВт.

Определяем теплоемкость газов при (приложение I).

Количество тепла, вносимое в рекуператор газами,

, кВт.

Количество тепла, уносимое из рекуператора газами,

, кВт.

Определяем температуру газов на выходе из рекуператора методом итераций (последовательных приближений):

1) задаемся предварительно ;

2) определяем теплоемкость газов при ;

3) вычисляем по формуле: ;

4) если полученное значение отличается от заданного менее чем на 100С, то расчет считается законченным. В противном случае необходимо задаться новым значением и повторить расчет по пунктам 2–3.

Определяем температурный напор (рис. 6).

 
 

Рис. 6. Определение температурного напора

Принимаем условную скорость воздуха и дымовых газов в рекуператоре из следующих диапазонов:

Общее сечение каналов для прохода воздуха

, м2.

Общее сечение каналов для прохода газов

, м2.

Принимаем (согласно рис. 1), что дымовые газы движутся внутри труб, а воздух обтекает трубы снаружи.

Сечение для прохода газов одной трубы

, м2.

Примерное число труб на пути движения дымовых газов

.

Принимаем расположение труб шахматное и в плане располагаем трубы по прямоугольнику: по току воздуха n1 рядов и в направлении, поперечном току воздуха, – n2 рядов.

Уточняем число труб:

.

Действительная площадь для прохождения газов

, м2.

Действительная скорость газов

, м/с.

 

Наружный диаметр трубки dН=dВН+2δ, м. Шаг трубок в направлении движения тока воздуха и поперек него принимаем:

s1= s2=1,5·dН, м.

Определяем соотношения:

.

Ширина воздушных каналов в узком сечении

, м.

Высота каналов одного хода воздуха

, м.

Определяем коэффициент теплопередачи в рекуператоре.

Фактическая скорость воздуха при средней температуре

, м/с.

По номограмме (приложение III) определяем коэффициент теплоотдачи и поправочные коэффициенты , , .

Определяем действительный коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху:

, Вт/(м2·гр).

Средняя температура дымовых газов в рекуператоре

, 0С.

Фактическая скорость дымовых газов при

, м/с.

Определяем коэффициент кинематической вязкости для газов (приложение II) , м2/с.

Критерий Рейнольдса

.

В зависимости от режима движения газов определяем конвективный коэффициент теплоотдачи по критериальным уравнениям [2,4]. При переходном режиме величину можно определить по номограмме (приложение IV). При этом полученное значение необходимо умножить на поправочный коэффициент kг (приложение IV).

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от дымовых газов.

Эффективная толщина излучающего слоя для случая движения газов в круглой трубе

, м.

 

 

Вычисляем произведения

· для СО2 , ат·м;

· для Н2О , ат·м,

где , – парциальное давление в дымовых газах соответственно СО2 и Н2О, ат.

По графикам (приложения V, VI, VII) определяем величины:

, , , .

Задаемся средней температурой стенки трубок рекуператора . Зная величину и вводя обозначение по графикам (приложение IX) определяем множитель М.

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением:

, Вт/(м2·гр).

Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов

, Вт/(м2·гр).

Коэффициент теплопередачи в рекуператоре

, Вт/(м2·гр).

Необходимая площадь поверхности теплопередачи рекуператора

, м2.

Средний диаметр труб

, м.

Необходимая длина труб

, м.

Число ходов в рекуператоре по току воздуха

.

Принимаем, что высота трубных досок и компенсатора в сумме составляет 0,2 м, тогда общая длина труб равна:

, м.

В плане габариты рекуператора: ширина – 0,9·n2, м; длина – 0,9·n1, м.

Проверяем максимальную температуру стенки рекуператора:

· определяем отношение ;

· по графику (приложение VIII) определяем соотношение , из которого определяем максимальную температуру стенки . Полученную температуру сравниваем с допустимой температурой для материала труб данного рекуператора . Если , то расчет заканчивается. В случае > необходимо перезадаться и повторить расчет до соблюдения условия .

Вследствие дополнительного излучения предрекуператорного пространства и возможных колебаний соотношения воздуха и дымовых газов при эксплуатации рекуператора фактическая максимальная температура стенок труб рекуператора будет несколько выше определенной аналитическим расчетом, и значение её приблизится к максимально допустимому (в данном случае) для данного материала труб рекуператора.

 

 

Литература

 

1. Куперман Л.И. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности / Л.И. Куперман. Киев: Вища шк., 1986.

2. Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей / Б.П. Тебеньков. М.: Металлургия, 1975.

3. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты / под ред. Л.Н. Сидельковского. М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Удалов В.П. Расчет и проектирование теплоутилизаторов отходящих газов: учеб. пособие / В.П. Удалов. Саратов: СГТУ, 1999.

5. ЕСКД. Основные положения. М.: Изд-во стандартов, 1995.

6. ЕСКД. Сборник. М.: Изд-во стандартов, 2004.

7. Павлов К.Ф.Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А.Носков. 10-е издание. Л.: Химия, 1987.

8. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Официальное
издание. М.: Информэнерго, 1994.

9. Мезенцев А.П. Эффективность применения утилизаторов теплоты
в огнетехнических агрегатах. Л.: Недра, 1987.

10. Васильев Ю.А. Расчет и проектирование установок для использования тепла уходящих газов: учеб. пособие / Ю.А. Васильев. Саратов: СПИ, 1979.

 

Приложение I
Средняя объемная теплоемкость воздуха и дымовых газов
Температура, 0С Теплоемкость, кДж/(м3∙гр.) Температура, 0С Теплоемкость, кДж/(м3∙гр.)
воздуха дымовых газов воздуха дымовых газов
1,3 1,42 1,39 1,52
1,31   1,4  
1,31 1,42 1,41 1,54
1,32   1,42  
1,33 1,46 1,44 1,56
1,34   1,45  
1,36 1,49 1,46 1,59
1,37        

 

Приложение II
Коэффициенты кинематической вязкости и теплопроводности
Температура, 0С Коэффициент кинематической вязкости (при р = 760 мм. рт. ст.) ν ∙ 106 м2 Коэффициент теплопроводности λ ∙ 102 ккал/(м∙ч∙гр.)
воздуха дымовых газов воздуха дымовых газов
13,3 12,2 2,13 1.96
23,2 21,54 2,74 2,69
34,9 32,8 3,29 3,45
48,3 45,81 3,83 4,16
63,11 60,38 4,34 4,9
79,2 76,3 4,84 3,64
96,8 93,61 5,32 6,38
115,1 112,1 5,78 7,11
134,7 131,8 6,22 7,87
155,2 152,5 6,64 8,61
176,7 174,3 7,05 9,37
199,2 197,1 7,43 10,1
222,7 7,81 10,85

 

 

Приложение III   Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков
Приложение IV Коэффициент теплоотдачи конвекцией при принудительном движении воздуха и дымовых газов в трубе или около плоской стенки при переходном режиме а – коэффициент теплоотдачи; б – поправочный коэффициент КГ
Приложение V Условная степень черноты излучения водяных паров без поправки на их парциальное давление
Приложение VI Степень черноты излучения СО2  
Приложение VII   Поправочный множитель β для получения степени черноты водяных паров() Приложение VIII График для определения средней температуры стенки рекуператора
Приложение IX    

 

Оборудование для использования

Вторичных энергоресурсов

Методические указания

к выполнению курсового проекта по дисциплинам:

«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

для студентов специальностей 100700 и 100800 всех форм обучения

и «Оборудование для использования ВЭР»

для студентов направления 140100.68 «Теплоэнергетика»

 

 

  Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета

 

 

Саратов 2010

Общие положения

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является одним из основных принципов функционирования современного промышленного производства. Рассматривая энергосберегающие мероприятия по цепи преобразования исходного топлива в конечные энергоносители непосредственно у технологического потребителя, необходимо отметить неравнозначность энергосберегающих решений в зависимости от стадии преобразования энергоносителей. Максимальный эффект ожидается при внедрении мероприятий по экономии энергоресурсов на конечной стадии преобразования, то есть у технологического потребителя. При этом большое практическое значение приобретают вопросы полезного использования энергетического потенциала отходящих от теплотехнологических установок потоков продуктов и отходов.

Повышение энергетической эффективности существующих теплотехнологических установок можно обеспечить по двум направлениям.

Первое направление связано с повышением коэффициента использования топлива и энергии основного технологического агрегата, в том числе за счет возврата отходящих энергетических потоков для интенсификации основного технологического процесса. При этом осуществляется принцип регенерации энергии, результатом которого является снижение удельных расходов топлива в самом технологическом процессе.

Второе направление связано с использованием энергетических отходов как источника вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) для обеспечения энергией других технологических установок или для получения энергетической продукции: водяного пара, горячей воды и т.д. В этом случае реализуется принцип внешнего энергоиспользования, удельный расход топлива в агрегате-источнике не меняется, однако в замещаемых энергогенерирующих установках обеспечивается экономия топлива, эквивалентная использованию ВЭР.

Решение задач энергосбережения является обязательным элементом деятельности инженеров-промтеплоэнергетиков и инженеров-энергетиков теплотехнологии, поэтому в учебном плане специальностей «Промышленная теплоэнергетика» (ПТЭ) и «Энергетика теплотехнологий» (ЭТТ) предусмотрено выполнение курсового проекта, в котором проводится анализ энергопотребления и энергоснабжения технологических объектов, определяются резервы в энергоснабжении и на основе расчетов даются рекомендации по энергосберегающим мероприятиям.

Курсовой проект по дисциплине «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» является важным видом самостоятельных занятий при подготовке инженеров специальностей ПТЭ и ЭТТ. Курсовой проект выполняется по индивидуальному заданию под руководством преподавателя и должен состоять из расчетно-пояснительной записки и графической части.

Тема проекта, как правило, основана на реальном материале, соответствует реальным задачам, которые решаются в промышленной теплоэнергетике и энергетике теплотехнологий на современном уровне науки и техники.

Целью выполнения курсового проекта является закрепление знаний и овладение навыками проектирования основных видов утилизаторов теплоты.

Задачей курсового проектирования является выработка у студентов умений и навыков, позволяющих:

- выбирать утилизационное оборудование, наиболее соответствующее теплотехнологическому процессу;

- выполнять балансовые расчеты основного и утилизационного оборудования;

- проводить тепловые расчеты утилизаторов теплоты с целью определения их конструктивных и режимных характеристик;

- рассчитать технико-экономические показатели разработанных энергосберегающих мероприятий.

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

1) титульный лист, оформленный в соответствии с действующими требованиями;

2) задание на курсовой проект;

3) реферат;

4) содержание;

5) введение, где определяется место проектируемой установки в теплотехнологической схеме, ставится задача проектирования, приводится основание для проектирования;

6) основная часть;

7) заключение;

8) список использованной литературы;

9) приложения.

Расчетно-пояснительная записка оформляется чернилами на бумаге формата А4 (210х297) на одной стороне листа. Допускается оформление записки на компьютере в редакторе Word. Текст записки размещается на листе с соблюдением полей: с левой стороны – 25мм, с остальных сторон – 20мм. Записка оформляется в соответствии с ГОСТ 2.118-73 применительно к выполнению технического предложения [5].

Все расчетные формулы даются сначала в алгебраическом выражении, затем приводятся пояснения и размерности для всех входящих в формулу величин. После этого в формулу подставляют численные значения величин, и дается результат расчета.

В тексте записки даются ссылки на использованную литературу, при этом порядковый номер источника проставляется в квадратных скобках

([ ]). Список литературы составляется в порядке упоминания источника в тексте записки и оформляется в соответствии с ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись, библиографическое описание) [6].

Расчетно-пояснительная записка должна быть снабжена необходимыми схемами, эскизами и расчетными графиками, которые могут быть выполнены на миллиметровой бумаге, кальке, белой нелинованной бумаге формата А4. Все иллюстрации оформляются в виде рисунков.

Основная часть расчетно-пояснительной записки содержит следующие разделы: анализ и предварительный выбор энергосберегающих решений; материальный и тепловой расчеты основного и утилизационного оборудования; расчет экономических показателей предлагаемых вариантов.

Графическая часть проекта выполняется на 1–2 листах формата А1 карандашом или на компьютере с соблюдением ЕСКД [6].

 

Выбор утилизационного оборудования

 

Повышение энергетической эффективности существующих теплотехнологических установок достигается улучшением режима их работы, а также максимально возможным использованием отходящих энергоресурсов, в первую очередь теплоты отходящих газов.

Выбор оборудования для регенерации теплоты или использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) осуществляется на основании составления энергетического баланса и определения потенциала энергоресурса. В высокотемпературных топливных установках потери тепла с отходящими газами обычно более 30…50%, при этом дымовые газы как теплоноситель характеризуются высокой температурой, низкой теплоемкостью, в связи с чем их использование наиболее целесообразно в непосредственной близости от агрегата-источника. Таким образом, при анализе энергоиспользования в первую очередь должны быть рассмотрены варианты с регенеративным теплоиспользованием. Чаще всего наибольший эффект можно получить от установки воздухоподогревателей, использующих теплоту отходящих газов и служащих для подогрева воздуха, подаваемого на сжигание топлива.

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...