ВЫСОКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ВЭР

Тепловые ВЭР подразделяются на высокопотенциальные и низкопотенциальные. К высокопотенциальным тепловым вторичным энергоресурсам относятся вещества, имеющие достаточно высокую температуру от 400 до 1000 0С и более. Низкопотенциальными тепловыми ВЭР являются вещества с относительно низкой температурой – ниже 150 – 300 0С. Однако, отметим, что четкой температурой границы между высоко и низкотемпературными ВЭР не существует.

Проблема использования высокотемпературных тепловых вторичных энергоресурсов не вызывает особых затруднений. Более того, их использование является строго обязательным. Проекты всех технологических производств, связанных с наличием высокопотенциальных тепловых ВЭР, предусматривают их дальнейшее применение. Наиболее распространенными установками, предназначенными для использования высокопотенциальных тепловых ВЭР, являются котлы-утилизаторы (КУ). Конструкции КУ могут быть самыми разнообразными. Они нашли широкое применение в различных технологических процессах. Например, в производстве серной и азотной кислот для охлаждения обжиговых газов, имеющих температуру около 850 – 1200 0С. При этом вырабатывается, как правило, пар (рис.44).

Во входной камере имеется конус, в котором располагаются трубки пароперегревателя, к этому же конусу присоединяется нижняя часть контактного аппарата. Пароперегреватель работает в зоне высоких температур. Испарительная часть представляет собой трубчатый теплообменник, по трубкам которого проходят обжиговые газы. Вода находится в межтрубном пространстве. Влажный пар собирается в паросборнике, и по трубкам поступает в пароперегреватель, где перегревается, а затем направляется потребителю. Охлажденный обжиговый газ поступает в последующие аппараты.

 

 

Рис. 44 Принципиальная схема котла-утилизатора

1- входная камера; 2 – выходная камера; 3 – испарительные трубки;

4 – паросборник; 5 – пароперегреватель.

 

Целью теплового расчета котла-утилизатора является определение площади поверхности нагрева. Поверхность нагрева котлов-утилизаторов складывается из поверхностей нагрева жидкости и до температуры кипения, поверхности парообразования и поверхности пароперегревателя. Следовательно, общая поверхность равна:

 

Fобщ = Fн + Fп + Fпер, (10.1)

 

где Fн – поверхность нагрева жидкости, м2; Fп – поверхность парообразования, м2; Fпер – поверхность пароперегревателя, м2.

Тепловой расчет ведется в три стадии соответственно зонам, где происходят перечисленные процессы.

При расчете обычно известны температура газов на входе в котел-утилизатор и выходе из него, а также их расход, давление получаемого пара и его температура.

Уравнение теплового баланса котла без учета потерь теплоты в окружающую среду запишется следующим образом:

 

Q = Gг ∙ Cг ( ) = D(iпер – iн), (10.2)

 

где Gг – массовый расход газов, кг/с; Cг – удельная теплоемкость газов , Дж/(кг∙К); - удельная и конечная температура газов, 0С; D – количество, получаемого пара, кг/с; iпер, iн – энтальпия перегретого пара и питательной воды, Дж/кг.

Энтальпию питательной воды рассчитывают по уравнению:

Iн = Cр ∙ tн, (10.3)

 

где Cр изобарная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙К);

tн – начальная температура питательной воды, 0С (для котлов-утилизаторов tн = 50 ÷150 0С).

Энтальпию перегретого пара определяют по таблицам или по диаграмме i-S для водяного пара по заданным давлению и температуре.



Решая уравнение (10.3), определяют паропроизводительность котла-утилизатора.

Поверхность каждой зоны котла определяют по уравнению теплопередачи:

Q = K ∙ F ∙ Δtср, (10.4)

 

где F – поверхность теплопередачи, м2;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К);

Δtср – средняя движущая сила процесса теплопередачи, 0С.

Для определения величины Δtср необходимо рассчитать температуры газа на выходе из пароперегревателя tг΄ и на выходе из зоны парообразования tг˝, для чего составляется тепловой баланс каждой зоны:

зона перегрева водяного пара:

Q1 = Gг ∙ Cг ( - tг΄) = D(iпер – iнас˝), (10.5)

 

где iнас˝ - энтальпия сухого насыщенного пара, Дж/кг; Q1 – тепловой поток в зоне перегрева, Вт.

Откуда

, (10.6)

 

зона парообразования:

 

Q2 = Gг∙Сг(tг΄ - tг˝) = D∙r, (10.7)

 

где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

Q2 – тепловой поток в зоне парообразования, Вт.

 

Откуда . (10.8)

 

Тепловой поток в зоне нагрева воды до температуры кипения:

 

Q3 = Gг ∙ Cг (tг˝- ) = D(iнас˝ – iн), (10.9)

 

Разность температур теплоносителей на концах зон:

Зона перегрева

(10.10)

 

Зона парообразования

(10.11)

 

Зона нагрева воды до температуры кипения

 

(10.12)

 

 

Рис. 45 . Температурная схема котла-утилизатора.

 

Если Δt1/Δt2 < 2, то среднюю движущую силу процесса теплопередачи определяют по формуле:

(10.13)

 

Если Δt1/Δt2 > 2, то среднюю движущую силу процесса теплопередачи рассчитывают как среднелогарифмическую

 

(10.14)

 

Для зоны парообразования движущая сила

(10.15)

 

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по уравнению:

 

, (10.16)

 

где α1- коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенке, Вт/(м2К);

α2 – коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде, Вт/(м2К);

δ – толщина стенки, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м∙К).

Коэффициент теплоотдачи α1 и α2 изменяются довольно в широких пределах, их можно выбрать из следующей таблицы 31:

Следует отметить, что интенсивность теплообмена при кипении повышается с увеличением давления, так как теплофизические свойства исходности изменяются, при этом наблюдается рост значения коэффициента теплоотдачи. Поэтому наибольшие значения коэффициентов соответствуют большим давлениям. После определения коэффициентов теплопередачи по уравнению (10.16).

Таблица 31

Изменение коэффициентов теплоотдачи α1 и α2

 

  α1, Вт/(м2К) α2, Вт/(м2К)
Зона нагрева воды до температуры кипения 10-60 3000-5000
Зона перегрева водяного пара 10-60 700-2500
Зона парообразования 10-60 1200-20000

 



После рассчитывают необходимые поверхности каждой зоны котла-утилизатора. Выбор котла осуществляют по таблицам (см. приложение табл П.22, П. 23.).

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
П Р И Л О Ж Е Н И Е | НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ВЭР


Дата добавления: 2017-04-20; просмотров: 39; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.093 сек.