Выбор и расчет КТАНа

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЕЛЬНОЙ

В условиях быстрого роста цен на органическое топливо энергосбережение во всех отраслях промышленности является важнейшим фактором снижения себестоимости производства продукции и повышения её конкурентной способности. Основные направления энергосбережения:

- использование низкопотенциальной энергии промышленных предприятий;

- создание простых и надёжных энергетических установок для производства тепловой и электрической энергии, работающих на местных видах топлива;

- повышение коэффициента использования теплоты топлива на энергетических установках, обеспечивающих тепловой энергией ЖКХ страны.

Реализацию данной программы в уже существующих котельных можно добиться: установкой утилизатора в газоход водогрейного котла.

Выбор и расчет КТАНа

Котельные, работающие на газе, теряют с уходящими газами не менее 13-18 % теплоты. Поэтому для наиболее эффективного использования теплоты уходящих дымовых газов и снижения расхода топлива, в котельных устанавливается контактный аппарат с активной насадкой.

При охлаждении дымовых газов в контактных аппаратах экономия образуется за счет снижения температуры уходящих газов и за счет конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах.

Контактный теплообменник с активной насадкой является аппаратом рекуперативно - смесительного типа и предназначен для утилизации теплоты дымовых газов.

КТАН состоит из корпуса, изготовленного из листовой стали, образующей камеры с системой орошения, активной насадки, выполненной в виде пучка труб с циркулирующим в них теплоносителем, и сепарационного устройства.

1.1.1 Исходные данные для поверочного теплового расчета КТАНа - утилизатора

1) По котлоагрегату, за которым устанавливается КТАН:

t_г` = 150 °C – температура дымовых газов за котлом,

α = 1, 15 – коэффициент избытка воздуха за котлом,

В = 0, 14 м³/с – расход топлива на котел.

2) По параметрам дымовых газов:

Q_н^р = 36, 55 МДж/м³ – низшая теплота сгорания газа,

ρ _т^с = 0, 782 кг/м³ – плотность сухого топлива.

3) Теоретические объемы продуктов сгорания на 1м³ топлива при нормальных условиях:

V⁰_RO2 = 1, 037 м³/м³ – объем трехатомных газов,

V⁰_N2 = 7, 693 м³/м³ – объем азота,

V⁰_H2O = 2, 158 м³/м³ – объем водяных паров,

V⁰ = 9, 696 м³/м³ – объем воздуха теоретически необходимый для сгорания 1 м³ топлива,

d_в = 0, 01 кг/кг с.в. – влагосодержание воздуха, идущего на горение.

4) Данные по параметрам нагреваемой воды в КТАНе:

t_в^` = 5 °C – температура воды на входе в КТАН,

t_в^`` = 50 °C – температура воды на выходе из КТАНа,

G_в^нагр = 9, 72 т/ч – расход воды, нагреваемой в КТАНе,

G_в^орош = 4, 32 т/ч – расход воды на орошение воздухоподогревателя.

1.1.2 Расчет параметров дымовых газов на входе в КТАН

Объем водяных паров на 1 м³ топлива в дымовых газах:

, (1.1)

.

Объем дымовых газов на 1 м³ топлива:

, (1.2)

.

Массовый расход сухих дымовых газов на 1 м³ топлива:

, (1.3)

где ρ _RO2, ρ _N2, ρ _O– плотности RO₂, N₂и воздуха.

.

Массовый расход влажных дымовых газов на 1 м³ топлива:

, (1.4)

.

Влагосодержание дымовых газов на входе в КТАН:

(1.5)

Энтальпия дымовых газов на входе в КТАН:

, (1.6)

С_сг – теплоемкость сухих газов. Принимаем равной 1 кДж/(кг·°С),

С_п – теплоемкость пара, С_п = 1, 97 кДж/(кг·°С),

r – внутренняя теплота парообразования, r = 2491 кДж/кг.

.

1.1.3 Теплобалансовый расчет

Теплобалансовый расчет выполняется с целью определения соответствия возможной теплопроизводительности КТАНа и имеющейся тепловой нагрузкой потребителя в КТАНе воды.

Принимаем по [5] температуру газов после КТАНа t_г^{``</sup> = 40 °С, определяем Y<sub>г</sub><sup>``} = 153, 46 кДж/кг, d^`` = 0, 044 кг/кг с.в.

Определяем теплопроизводительность КТАНа:

, (1.7)

где Δ Y – разность энтальпий дымовых газов на входе в КТАН и выходе из него, кДж/кг;

B – расход топлива на котел, м³/с;

η _об – коэффициент, учитывающий обвод дымовых газов помимо КТАНа для подсушки газов, поступающих в дымовую трубу, η _об = 0, 98.

Определяем расход нагреваемой в КТАНе воды:

, (1.8)

где t_в^``, t_в^` - температуры нагреваемой воды на выходе и на входе в КТАН соответственно, °С;

С_в – теплоемкость воды, кДж/(кг·°С).

1.1.4 Расчет поверхности теплообмена

Принимаем для установки по [5] КТАН – 0, 5 УГ и выбираем

S_пр^в = 0, 31·10^-2 м² и S_пр^г = 0, 36 м² – проходные сечения теплоносителя по воде и по газам соответственно.

Определяем объемный расход дымовых газов в активной насадке КТАНа:

, (1.9)

где t_г^ср - средняя температура дымовых газов в активной насадке, °С.

Скорость дымовых газов в насадке КТАНа:

(1.10)

Скорость нагреваемой воды в КТАНе:

(1.11)

Коэффициент теплоотдачи со стороны трубок насадки к нагреваемой воде:

(1.12)

.

Коэффициент теплоотдачи со стороны дымовых газов к трубкам:

(1.13)

Определяем коэффициент теплопередачи:

(1.14)

где δ – толщина стенки трубки, м;

λ – теплопроводность металла трубки, Вт/(м·°С).

Логарифмическая разность температур:

(1.15)

Определяем требуемую поверхность нагрева активной насадки КТАНа:

(1.16)

Полученное значение поверхности нагрева сравниваем с поверхностью нагрева активной насадки ранее выбранного КТАНа. При этом должно выполняться условие:

(7.17)

Невязка расчета удовлетворяет требуемой точности, поэтому расчет считаем законченным.