Энергосбережение и экономия энергоресурсов в системах теплогазоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

КУРСОВАЯ РАБОТА:

«Энергосбережение и экономия энергоресурсов в системах ТГС»

Выполнил: студент гр. ТЭ-4 Кауфов М.Х

Руководитель: преподаватель Бируля В.Б.

Санкт-Петербург

2014

Исходные данные

Состав природного газа.

%

%

%

%

%

%

теплогазоснабжение сгорание теплообменник

Определение теплоты сгорания топлива

Высшая теплота сгорания для сухого топлива рассчитывается по формуле:

Низшая теплота сгорания для сухого топлива рассчитывается по формуле:

где

- объемные доли компонентов, входящих в состав газовой смеси, .

- высшая теплота сгорания i-го компонента для сухого топлива, входящего в состав газовой смеси, (по табл. 5 прил. II [2]).

- низшая теплота сгорания i-го компонента для сухого топлива, входящего в состав газовой смеси, (по табл. 5 прил. II [2]).

Для пересчёта на рабочий состав при известной влажности газа, которая составляет , предварительно, рассчитываем вспомогательный коэффициент.

Определяем теплоту сгорания для влажного топлива.

Определение количества воздуха, необходимого для горения топлива

Теоретический объем сухого воздуха, необходимый для полного сгорания газообразного топлива определяем по формуле:



где коэффициенты, стоящие перед компонентами газовой смеси - это теоретическая потребность в кислороде компонентов смеси, .

- процентное содержание компонентов, входящих в состав газовой смеси.

Теоретический объем влажного воздуха, необходимого для полного сгорания газообразного топлива определяем по формуле:

где

- влагосодержание атмосферного воздуха.

Действительный расход воздуха, необходимого для полного сгорания топлива:

где - коэффициент избытка воздуха для применённого вида горелки.

Определение объемов продуктов сгорания

1) Объем содержащегося в продуктах сгорания диоксида углерода:

2) Объем содержащегося в продуктах сгорания водяных паров:

где

- влагосодержание подаваемого на горение газа.

- влагосодержание подаваемого на горение воздуха.

3) Объем содержащегося в продуктах сгорания азота:

4) Объем содержащегося в продуктах сгорания кислорода:

5) Полный объем влажных продуктов сгорания:

Определение температур горения

Различают следующие температуры горения газов: температуру жаропроизводительности, калометрическую, теоретическую, действительную.

1) Температура калориметрическая:



2) При температурах в топках котлов и печей до степень диссоциации водяных паров невелика, ею можно пренебрегать. Из этого следует, что калориметрическая температура горения приравнивается к теоретической, т.е.

3) Температура действительная:

где

- низшая теплота сгорания газовой смеси.

- объемы компонентов , содержащихся в продуктах сгорания газа при действительном коэффициенте избытка воздуха и температуре , .

- объемные теплоемкости при постоянном давлении компонентов и температуре , (по табл. 1 прил. II [2]).

- физическая теплота, вносимая в топочный объем.

- физическая теплота, вносимая в топочный объем с газовым топливом.

- объемные доли i-х компонентов, входящих в состав газовой смеси, .

- средняя удельная теплоемкость при постоянных давлении и температуре i-го компонента, входящего в состав газовой смеси, (по табл. 3 прил. II [2]).

- начальная температура газовой смеси.

- физическая теплота, вносимая в топочный объем с вторичным воздухом.

- действительный расход воздуха.

- средняя удельная теплоемкость воздуха при постоянных давлении и температуре (по табл. 1 прил. II [2]).

- температура подаваемого в топочный объем воздуха.

- пирометрический коэффициент, который зависит от конструкции топки (по табл. 9 прил. II [2] для камерной печи).

Составление уравнения теплового баланса печи

В общем виде уравнение теплового баланса для любой тепловой установки имеет вид:

где

- статьи часового прихода теплоты в тепловую установку, .

- статьи часового расхода теплоты из тепловой установки, .

Уравнение часового прихода теплоты в промышленную печь:

где

1) - часовой приход теплоты с загружаемыми в печь деталями.

- часовой расход металла, подаваемого в печь.

- энтальпия загружаемого металла.

- средняя удельная теплоемкость металла - Ст.45 [табл.10 прил.II].

- температура металла в момент его загрузки.

2) - часовой приход теплоты с подаваемым в зону горения вторичным воздухом.

- физическая теплота, вносимая в топочный объем с вторичным воздухом.

3) - часовой приход теплоты с газовым топливом.

- физическая теплота, вносимая в топочный объем с газовым топливом.

4) - часовой приход теплоты, поступающий в результате химических реакций горения газового топлива.

- высшая теплота сгорания газовой смеси.

Уравнение часовых расходов теплоты из промышленной печи

где

1) - часовой расход теплоты с нагретыми до температуры термообработки деталями, выгружаемыми из печи.

- часовой расход металла, подаваемого в печь.

- энтальпия металла при температуре термообработки.

- средняя удельная теплоемкость металла - Ст.45 [табл.10 прил.II].

- температура термообработки металла.

2) - часовой расход теплоты, уносимой из камеры сгорания с уходящими газами.

- энтальпия продуктов сгорания, покидающих топочную камеру печи.

- объемная доля i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания, .

- теплоемкость i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания, (по табл. 1 прил. II [2]).

- температура покидающих топочную камеру тепловой установки продуктов сгорания.

3) При правильной наладке газогорелочных устройств печи химического недожога топлива не происходит:

4) - часовой расход теплоты, затрачиваемой на компенсацию теплопотерь через наружные ограждения тепловой установки.

- коэффициент теплопередачи ограждения топочной камеры.

- площадь топочной камеры по внутреннему обмеру.

- температура в топочной камере печи.

- температура наружного воздуха в помещении цеха.

5) - часовой расход теплоты через открытые окна в виде тепловой лучистой энергии, выбивающейся в момент загрузки и выгрузки деталей.

- абсолютная действительная температура в топочной камере печи.

- площадь поверхности открытых окон и щелей промышленной печи.

- доля времени, в течение которого окно остается открытым (т.е. отношение времени, в течение которого окно открыто, , к полному времени пребывания материала в тепловой установке ).

- коэффициент диафрагмирования.

- коэффициент прямого излучения окон.

6) - часовой расход теплоты, требуемой для компенсации неучтенных теплопотерь.

Тогда часовой расход газового топлива будет равен:

Сводная балансовая таблица

Статьи прихода теплоты
Наименование статей	Обозначение	Величина	Ед. измерения
Приход теплоты с металлом		830
Приход теплоты с подаваемым воздухом		2140
Приход теплоты с газовым топливом		220
Приход теплоты в результате сгорания газового топлива		342350
Общий приход теплоты		345540
Статьи расхода теплоты
Расход теплоты с нагретым металлом		50490
Расход теплоты с продуктами сгорания		209002,64
Расход теплоты, затрачиваемый на компенсацию теплопотерь через ограждающие конструкции печи		989632
Расход теплоты, затрачиваемый на компенсацию потерь в виде лучистой энергии, теряемой во время загрузки и выгрузки материала из открытых загрузочных дверец печи		15720
Неучтенные потери		16088
Общий расход теплоты		345660

Невязка теплового баланса:

Полный (термический) КПД печи:

Коэффициент использования химической энергии топлива:

где

- часовой расход теплоты, отдаваемой продуктами сгорания до выхода из рабочего пространства печи.

- общий часовой приход теплоты в топку промышленной печи.

8. Расчет первой ступени утилизации теплоты продуктов сгорания (рекуперативного теплообменника).

1. Уравнение теплового баланса для рекуперативного теплообменника.

Уравнение теплового баланса для рекуперативного теплообменника в развернутом виде выглядит следующим образом:

или

1) Из уравнения теплового баланса для рекуперативного теплообменника определяем единственную неизвестную - объемный расход воды (нагреваемого теплоносителя), :

где

- объемный часовой расход греющего теплоносителя (продуктов сгорания).

- полный объем влажных продуктов сгорания газа.

- часовой расход газового топлива.

- начальная энтальпия греющего теплоносителя, .

- конечная энтальпия греющего теплоносителя, .

- удельная объемная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре .

- удельная объемная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре (при расчете предварительно задаем значение ).

- начальная температура греющего теплоносителя.

- объемная доля i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания, .

- удельная объемная теплоемкость i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре , (по табл. 1 прил. II [2]).

- удельная объемная теплоемкость i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре , (по табл. 1 прил. II [2]).

- коэффициент полезного действия теплообменника.

- начальная температура нагреваемого теплоносителя.

- конечная температура нагреваемого теплоносителя.

- средняя температура нагреваемого теплоносителя.

- средняя массовая теплоемкость нагреваемого теплоносителя в области температур и (по табл. 11 прил. II [2]).

- средняя объемная теплоемкость нагреваемого теплоносителя в области температур и .

- плотность нагреваемого теплоносителя в области температур и (по табл. 11 прил. II [2]).

Тогда объемный расход воды будет равен:

2) Среднелогарифмический температурный напор:

где

и - больший и меньший температурные напоры между греющим и нагреваемым теплоносителями на концах рекуперативного теплообменника.

3) Вспомогательные величины:

и

4) Средний температурный напор для определенной конструкции теплообменника:

где

- поправочный коэффициент (по номограмме 4 прил. III [2]).

2. Определение коэффициента тепловосприятия.

1) Коэффициент тепловосприятия, :

где

- критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность теплообмена.

- коэффициент теплопроводности для греющего теплоносителя (по табл. 2 прил. II [2] при температуре ).

- эквивалентный диаметр смоченной тепловоспринимающей поверхности трубок, омываемых греющим теплоносителем (для круглых теплообменников ).

2) Среднеарифметическая температура греющего теплоносителя (продуктов сгорания):

3) Критерий Рейнольдса, характеризующий режим движения теплоносителя:

где

- скорость греющего теплоносителя.

- коэффициент кинематической вязкости греющего теплоносителя (по табл. 2 прил. II [2] при температуре ).

4) Согласно найденному значению критерия Рейнольдса выбираем выражение для расчета критерия Нуссельта (при поперечном омывании продуктами сгорания коридорных пучков труб с углом атаки ):

При :

где

- критерий теплофизических констант греющего теплоносителя, вычисленный при его средней температуре (по табл. 2 прил. II [2]).

- критерий теплофизических констант греющего теплоносителя, вычисленный при средней температуре стенки трубки теплообменника (по табл. 2 прил. II [2], предварительно задавшись значением ).

Тогда, коэффициент тепловосприятия будет равен:

5) Тепловой поток, направляющийся от газов к стенке трубки теплообменника:

Определение коэффициента теплоотдачи

6) Коэффициент теплоотдачи, :

где

- критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность теплообмена.

- коэффициент теплопроводности для нагреваемого теплоносителя (по табл. 11 прил. II [2]).

- эквивалентный диаметр смоченной тепловоспринимающей поверхности трубок, омываемых греющим теплоносителем (для круглых теплообменников ).

7) Среднеарифметическая температура нагреваемого теплоносителя (воды):

8) Критерий Рейнольдса, характеризующий режим теплоносителя:

где

- скорость нагреваемого теплоносителя.

- коэффициент кинематической вязкости нагреваемого теплоносителя.

9) Согласно найденному значению критерия Рейнольдса выбираем выражение для расчета критерия Нуссельта (при продольном омывании пучков труб теплообменника с углом атаки ):

При :

где

- критерий теплофизических констант нагреваемого теплоносителя, вычисленный при его средней температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

- критерий теплофизических констант нагреваемого теплоносителя, вычисленный при средней температуре стенки трубки теплообменника (по табл. 11 прил. II [2], предварительно задавшись значением ).

- длина трубок.

Тогда, коэффициент теплоотдачи будет равен:

10) Тепловой поток, направляющийся от стенки трубки теплообменника к нагреваемому теплоносителю:

11) Невязка тепловых потоков:

12) Коэффициент теплопередачи теплообменника, :

где

- толщина стенки трубки теплообменника, .

- коэффициент теплопроводности материала трубок теплообменника, .

Вследствие очень малого значения, величиной пренебрегают.

Тогда, коэффициент теплопередачи теплообменника будет равен:

13) Необходимая площадь теплопередающей поверхности трубок теплообменника:

14) Площадь теплопередающей поверхности одной трубки теплообменника:

где

- длина трубок теплообменника.

15) Количество трубок теплообменника:

16) Энергетический КПД:

где

- расход теплоты, полезно используемый в теплообменнике первой ступени.

17) Коэффициент использования химической энергии топлива:

где - часовой расход теплоты, уносимой из теплообменника первой ступени с уходящими газами.

- энтальпия продуктов сгорания, покидающих теплообменник первой ступени.

- объемная доля i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания, .

- удельная объемная теплоемкость i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре , (по табл. 1 прил. II [2]).

- температура покидающих теплообменник первой ступени продуктов сгорания.

18) Расход теплоты, теряемый в результате теплопотерь через наружные ограждения теплообменника:

19) Часовой приход теплоты с подаваемой в теплообменник первой ступени водой:

где

- средняя массовая теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

- средняя объемная теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре .

- плотность нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

20) Часовой расход теплоты с уходящей из теплообменника первой ступени нагретой водой:

где

- средняя массовая теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

- средняя объемная теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре .

- плотность нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

9. Расчет второй ступени утилизации теплоты продуктов сгорания- контактного теплообменного аппарата (контактного экономайзера).

В общем виде уравнение теплового баланса для контактного теплообменника имеет вид:

где

- расход теплоты, используемой в контактном теплообменнике, .

- расход теплоты, полезно используемый (расход теплоты, передаваемой нагреваемому теплоносителю) в контактном теплообменнике, .

- расход теплоты, теряемый в результате теплопотерь через наружные ограждения теплообменника, .

Уравнение теплового баланса для контактного теплообменника в развернутом виде выглядит следующим образом:

или

1) Из уравнения теплового баланса для контактного теплообменника определяем единственную неизвестную - объемный расход воды (нагреваемого теплоносителя), :

где

- объемный часовой расход греющего теплоносителя (продуктов сгорания).

- полный объем влажных продуктов сгорания газа.

- часовой расход газового топлива.

- начальная энтальпия греющего теплоносителя, .

- конечная энтальпия греющего теплоносителя, .

- удельная объемная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре .

- удельная объемная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре ().

- начальная температура греющего теплоносителя.

- объемная доля i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания, .

- удельная объемная теплоемкость i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре , (по табл. 1 прил. II [2]).

- удельная объемная теплоемкость i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре , (по табл. 1 прил. II [2]).

- начальная температура нагреваемого теплоносителя.

- конечная температура нагреваемого теплоносителя.

- средняя температура нагреваемого теплоносителя.

- средняя массовая теплоемкость нагреваемого теплоносителя в области температур и (по табл. 11 прил. II [2]).

- средняя объемная теплоемкость нагреваемого теплоносителя в области температур и .

- плотность нагреваемого теплоносителя в области температур и (по табл. 11 прил. II [2]).

Тогда объемный расход воды будет равен:



2) Площадь поперечного сечения насадки теплообменника для прохода греющего теплоносителя:

где

- расход греющего теплоносителя через контактный теплообменник.

- скорость греющего теплоносителя в свободном сечении насадки теплообменника.

3) Интенсивность орошения:

4) Площадь необходимой смоченной поверхности насадки теплообменника:

где

- коэффициент полезного действия теплообменника.

- коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя к нагреваемому.

- критерий Кирпичёва.

- критерий Рейнольдса для греющего теплоносителя.

- скорость греющего теплоносителя в свободном сечении насадки теплообменника.

- коэффициент кинематической вязкости греющего теплоносителя (по табл. 2 прил. II [2] при температуре ).

- критерий Рейнольдса для нагреваемого теплоносителя.

- коэффициент кинематической вязкости нагреваемого теплоносителя (по табл. 11 прил. II [2] при температуре ).

- критерий Прандтля для греющего теплоносителя (по табл. 2 прил. II [2] при температуре ).

- коэффициент теплопроводности греющего теплоносителя (по табл. 2 прил. II [2] при температуре ).

- эквивалентный диаметр насадки теплообменника.

- свободный объем насадки теплообменника.

- площадь поверхности насадки в единице объема.

5) Объем насадки теплообменника:

6) Энергетический КПД:

где

- расход теплоты, полезно используемый в теплообменнике первой ступени.

- расход теплоты, полезно используемый в теплообменнике второй ступени.

7) Коэффициент использования химической энергии топлива:

где

- часовой расход теплоты, уносимой из теплообменника первой ступени с уходящими газами.

- энтальпия продуктов сгорания, покидающих теплообменник второй ступени.

- объемная доля i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания, .

- удельная объемная теплоемкость i-го компонента, входящего в состав продуктов сгорания при постоянном давлении и температуре , (по табл. 1 прил. II [2]).

- температура покидающих теплообменник второй ступени продуктов сгорания.

8) Расход теплоты, теряемый в результате теплопотерь через наружные ограждения теплообменника:

9) Часовой приход теплоты с подаваемой в теплообменник второй ступени водой:

где

- средняя массовая теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

- средняя объемная теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре .

- плотность нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

10) Часовой расход теплоты с уходящей из теплообменника третьей ступени нагретой водой:

где

- средняя массовая теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

- средняя объемная теплоемкость нагреваемого теплоносителя при температуре .

- плотность нагреваемого теплоносителя при температуре (по табл. 11 прил. II [2]).

10. Подбор газогорелочных устройств типа ГНП.

1) Часовой расход газового топлива:

2) Секундный расход газового топлива на одну горелку:

где

- количество горелок.

3) Часовой расход воздуха:

4) Часовой расход воздуха на одну горелку:

5) По значению и (температура подаваемого вторичного воздуха) выбираем тип горелки (по прил. IV [2]):

6) Давление газа перед горелкой: .

7) Давление воздуха перед горелкой: .

Технические характеристики горелки:

,	,	,	,	,	,мм	,мм	,мм	Н,мм	Н1,мм	,	Число отверстий	,
45	68	130	14	14	1	10	4,8	110	150	260	4	6	14,4

Список использованной литературы

[1] Комина Г.П., Яковлев В.А. Энергосбережение и экономия энергоресурсов в системах ТГС.Сборник заданий по выполнению курсовой работы. - СПб.: СПбГАСУ, 2009 г. - 24 с.

[2] Комина Г.П., Яковлев В.А. Энергосбережение и экономия энергоресурсов в системах ТГС. Пособие по выполнению курсовой работы. - СПб.: СПбГАСУ, 2009 г. - 133 с.

Размещено на Allbest.ru