Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

в г. Салавате

(Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате)

Кафедра химико-технологических процессов

Утверждаю Зав. Кафедрой профессор

____________Б. С. Жирнов

“____” ____________2013 г.

Техническая термодинамика

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Пояснительная записка

к курсовой работе на _49___листах

ХТП – 240403.65 - 03.01.34 ПЗ

Исполнитель:

студент гр. ТП-10-21 Л.М Исмагилова

Руководитель работы:

ассистент Е.В. Комарова

Салават 2013

Целью курсовой работы является на примере котельного агрегата рассмотреть методы расчета процессов сжигания и расхода топлива, к.п.д., теплового и энергетического балансов.

В литературном обзоре курсовой работы рассмотрена тема о вторичных энергоресурсах и рациональном их использовании.

В ходе курсовой работы просчитан процесс горения, определена теоретическая температура горения, тепловой и эксергетический баланс котельного агрегата, произведен расчет котла-утилизатора. На основании расчетных данных выбран котельный агрегат, вспомогательное оборудование: пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель и горелка.

Выполнены схема-эскиз котельного агрегата на листе А4,схемы котла-утилизатора, пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и горелки на листе А4.

49 стр., 5 рис., 13 ист. лит.

Содержание С.

Введение 4

1 Литературный обзор 5

2 Принципиальная схема установки. Описание работы установки 15

3 Расчет котельного агрегата 17

4 Упрощенный эксергетический баланс котельного агрегата 22

5 Расчет газотрубного котла-утилизатора 34

6 Описание работы котла-утилизатора и вспомогательного оборудования 42

6.1 Паровой котел Е-50-1,4ГМ 42

6.2 Котел-утилизатор Г-420 42

6.3 Пароперегреватель 43

6.4 Двухпоточный воздухоподогреватель 43

6.5 Экономайзер змеевиковый 44

6.6 Горелка 45

Заключение 46

Список литературы 47

Приложение 49

Введение

Теплотехника - фундаментальная общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности связанных с этим аппаратов и устройств . Современное химическое производство представляет собой совокупность технологических и тепловых процессов и соответствующего технологического теплоэнергетического оборудования.

Котлами называют устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива или подводимой от посторонних источников (обычно с горючими газами). Котлы, использующие теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами-утилизаторами. Комплекс устройств, включающий в себя собственно котел и вспомогательное оборудование, называют котельной установкой. Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей создают специальные производственные и отопительные котельные установки.

В данной работе на примере котельного агрегата рассматриваются методы расчета процесса сжигания и расхода топлива, к.п.д., теплового и энергетического балансов. Экономия топлива при его сжигании является одной из важнейших задач в решении топливно-энергетической проблемы. Вопросы экономии топлива и рационального использования тепла решаются в курсовой работе применением в схеме котельной установки экономайзера, воздухонагревателя, котла-утилизатора.

В качестве источников теплоты для котельных установок используются природные и искусственные топлива, отходящие газы промышленных печей и других устройств, солнечная энергия, энергия деления тяжелых элементов (урана, плутония).[1]

1 Литературный обзор

1.1 Общие понятия

Биомасса, как производная энергии Солнца в химической форме, является одним из наиболее популярных и универсальных ресурсов на Земле. Она позволяет получать не только пищу, но и энергию, строительные материалы, бумагу, ткани, медицинские препараты и химические вещества. Биомасса используется для энергетических целей с момента открытия человеком огня. Сегодня топливо из биомассы может использоваться для различных целей - от обогрева жилищ до производства электроэнергии и топлив для автомобилей.[13]

1.2 Образование биомассы

Двуокись углерода из атмосферы и вода из грунта участвуют в процессе фотосинтеза с получением углеводов (сахаридов), которые и образуют "строительные блоки" биомассы. Таким образом, солнечная энергия, используемая при фотосинтезе, сохраняется в химической форме в биомассовой структуре. Если мы сжигаем биомассу эффективным образом (извлекаем химическую энергию), то кислород из атмосферы и углерод, содержащийся в растениях, вступают в реакцию с образованием двуокиси углерода и воды. Процесс является циклическим, потому что двуокись углерода может вновь участвовать в производстве новой биомассы. В дополнение к своему эстетическому значению земной флоры биомасса представляет собой полезный и значимый ресурс для человека. В течение тысячелетий люди добывали энергию Солнца, сохраненную в виде энергии химических связей, сжигая биомассу в качестве топлива или употребляя ее в пищу, используя энергию сахаров и крахмала. В течение нескольких последних веков человечество научилось добывать ископаемую биомассу, в частности, в виде угля. Ископаемые виды топлива представляют собой результат очень медленной химической трансформации полисахаридов в химические соединения, сходные с лигниновой фракцией. В результате химический состав угля обеспечивает более концентрированный источник энергии. Все виды ископаемого топлива, которые потребляет человечество - уголь, нефть, природный газ - представляют собой древнюю биомассу. В течение миллионов лет на Земле остатки растений превращаются в топливо. Несмотря на то, что ископаемое топливо состоит из тех же компонентов - водорода и углерода - как и "свежая" биомасса, оно не может рассматриваться в качестве возобновляемого источника, потому что его образование требует весьма длительного времени. Другое важное различие между биомассой и ископаемыми видами топлива определяется их воздействием на окружающую среду. В процессе разложения растения химические вещества попадают в атмосферу. Напротив, ископаемое топливо "заперто" глубоко под землей и не воздействует на атмосферу до тех пор, пока не будет сожжено. Древесина, по-видимому, является наиболее известным примером биомассы. В процессе сжигания высвобождается энергия, которую дерево усвоило, поглотив солнечные лучи. Однако, древесина - только один пример биомассы. Кроме древесины могут использоваться и другие виды биомассы: сельскохозяйственные отходы (например, жом сахарного тростника, стебли кукурузы, рисовая солома и шелуха, скорлупа орехов), древесные отходы (например, опилки, порубочные остатки, щепа), бумажные отходы, отходы зеленых насаждений в городском мусоре, энергетические растения (быстрорастущие деревья, например, тополь или ива), а также метан, собранный на полигонах твердых бытовых отходов (ТБО), станциях очистки муниципальных сточных вод. Для этой цели может использоваться и навоз животноводческих и птицеферм.

Биомасса считается одним из ключевых возобновляемых энергетических ресурсов будущего. Сегодня она обеспечивает 14% потребления первичной энергии. Для трех четвертей населения человечества, живущих в развивающихся странах, биомасса является самым важным источником энергии. Увеличение населения и потребления энергии на одного жителя, а также истощение ресурсов ископаемого топлива приведут к быстрому увеличению спроса на биомассу в развивающихся странах. В среднем, в развивающихся странах биомасса обеспечивает 38% первичной энергии (а в некоторых странах 90%). Весьма вероятно, что биомасса останется важным глобальным источником энергии в развивающихся странах в течение всего 21 века. В отдельных странах доля биомассы в общем потреблении первичных энергоносителей значительно превышает среднеевропейскую и составляет в Финляндии 23% (мировой лидер среди развитых стран), в Швеции — 19%, в Австрии — 12%, в Дании — 12%.В соответствии с Новым энергетическим планом ЕС (2007 г.), к 2020 г. вклад ВИЭ в общее энергопотребление должен составить 20%. При этом доля ВИЭ в производстве тепловой энергии увеличится до 20% (вклад биомассы — 76% всех ВИЭ), в производстве электроэнергии — до 34% (вклад биомассы — 24% всех ВИЭ). В США, где 4% энергии получают из биомассы (почти столько же, как от атомных электростанций), сегодня работают установки, сжигающие биомассу для получения электроэнергии общей установленной мощностью 9000 МВт. Биомасса может с легкостью обеспечить более 20% энергетических потребностей страны. Другими словами, имеющиеся земельные ресурсы и инфраструктура сельского хозяйства позволяют заменить все работающие атомные станции без изменения цен на продовольственные товары. Более того, использование биомассы для производства этанола могло бы уменьшить импорт нефти на 50%.