Контрольные задания
Задача 1
Составить пароконденсатный баланс производственного участка и определить тепловые потери, связанные с невозвратом конденсата источнику пароснабжения. Варианты исходных данных приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1.
Варианты исходных данных к задаче 1.
|
Расход и давление потребленного пара |
Условия, поддерживаемые в конденсаторе |
|||||||
Вар. |
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
Dп, кг/с |
pп, МПа |
Dп, кг/с |
pп, МПа |
Dп, кг/с |
pп, МПа |
pк, МПа |
Tк, °C |
B, % |
1 |
2,0 |
0,6 |
3,2 |
0,8 |
4,8 |
0,4 |
0,10 |
95 |
70 |
2 |
4,1 |
0,5 |
4,7 |
0,6 |
0,9 |
1,0 |
0,12 |
90 |
60 |
3 |
10,2 |
0,7 |
1,2 |
0,5 |
1,34 |
0,9 |
0,10 |
97 |
80 |
4 |
5,7 |
0,9 |
6,3 |
0,4 |
2,8 |
0,6 |
0,12 |
95 |
55 |
5 |
4,3 |
0,6 |
5,5 |
0,9 |
6,0 |
0,4 |
0,10 |
95 |
30 |
6 |
1,2 |
0,4 |
2,8 |
0,5 |
9,6 |
0,6 |
0,12 |
85 |
75 |
7 |
2,5 |
0,8 |
2,0 |
0,4 |
2,0 |
1,0 |
0,12 |
95 |
70 |
8 |
3,7 |
0,6 |
4,5 |
1,2 |
4,1 |
0,4 |
0,15 |
90 |
60 |
9 |
8,2 |
0,5 |
12,0 |
0,6 |
10,0 |
0,8 |
0,10 |
97 |
80 |
10 |
7,0 |
0,4 |
6,0 |
0,4 |
5,5 |
0,55 |
0,12 |
80 |
40 |
11 |
6,0 |
0,9 |
3,5 |
0,6 |
4,0 |
0,7 |
0,12 |
85 |
50 |
12 |
1,8 |
0,5 |
1,8 |
0,8 |
1,2 |
0,9 |
0,14 |
90 |
60 |
13 |
3,2 |
0,6 |
6,3 |
0,9 |
2,8 |
0,4 |
0,13 |
95 |
75 |
14 |
4,7 |
0,5 |
5,7 |
0,8 |
6,0 |
0,9 |
0,12 |
97 |
50 |
15 |
1,2 |
0,7 |
2,8 |
0,8 |
9,0 |
0,5 |
0,10 |
80 |
60 |
Пример решения
Исходные данные.
На
производственный участок поступает
пар давлением
МПа
в количестве
кг/с.
Конденсатосборник открытого типа.
Процент возврата конденсата составляет
70%. Определить потери
теплоты, связанные с невозвратом
конденсата источнику теплоснабжения.
Решение.
1. Суммарное количество конденсата, невозвращенного в источник теплоснабжения:
,
где
– количество чистого конденсата,
невозвращенного источнику теплоснабжения:
кг/с;
– количество пролетного пара в
невозвращенном источнику теплоснабжения
конденсате:
кг/с;
– потери конденсата с паром вторичного
вскипания:
кг/с.
Суммарное количество конденсата, не возвращенного в источник теплоснабжения:
кг/с.
2. Суммарные потери тепла с невозвращенным источнику конденсатом:
,
где
кДж/кг
– энтальпия чистого конденсата в
конденсатоотводчике пароиспользующего
аппарата при
МПа;
кДж/кг
– энтальпия пролетного пара при давлении
МПа
в пароиспользующем аппарате;
кДж/кг
– энтальпия пара вторичного вскипания
при атмосферном давлении.
Суммарные потери тепла:
кВт.
3. Тепловые потери с невозвращенным конденсатом по отношению к количеству тепла, подведенного на производственный участок с греющим паром:
.
Задача 2
Определить количество пара вторичного вскипания, которое можно получить при расширении насыщенного конденсата высокого давления. Варианты исходных данных приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2.
Варианты исходных данных к задаче 2.
|
Расход и давление потребленного пара |
Давление, поддерживаемое в бачке-сепараторе, |
|||||
Вар. |
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
Dп, кг/с |
pп, МПа |
Dп, кг/с |
pп, МПа |
Dп, кг/с |
pп, МПа |
p0, МПа |
1 |
2,0 |
0,6 |
3,2 |
0,8 |
4,8 |
0,4 |
0,20 |
2 |
4,1 |
0,5 |
4,7 |
0,6 |
0,9 |
1,0 |
0,15 |
3 |
10,2 |
0,7 |
1,2 |
0,5 |
1,34 |
0,9 |
0,40 |
4 |
5,7 |
0,9 |
6,3 |
0,4 |
2,8 |
0,6 |
0,20 |
5 |
4,3 |
0,6 |
5,5 |
0,9 |
6,0 |
0,4 |
0,40 |
6 |
1,2 |
0,4 |
2,8 |
0,5 |
9,6 |
0,6 |
0,15 |
7 |
2,5 |
0,8 |
2,0 |
0,4 |
2,0 |
1,0 |
0,15 |
8 |
3,7 |
0,6 |
4,5 |
1,2 |
4,1 |
0,4 |
0,40 |
9 |
8,2 |
0,5 |
12,0 |
0,6 |
10,0 |
0,8 |
0,20 |
10 |
7,0 |
0,4 |
6,0 |
0,4 |
5,5 |
0,55 |
0,40 |
11 |
6,0 |
0,9 |
3,5 |
0,6 |
4,0 |
0,7 |
0,15 |
12 |
1,8 |
0,5 |
1,8 |
0,8 |
1,2 |
0,9 |
0,20 |
13 |
3,2 |
0,6 |
6,3 |
0,9 |
2,8 |
0,4 |
0,30 |
14 |
4,7 |
0,5 |
5,7 |
0,8 |
6,0 |
0,9 |
0,25 |
15 |
1,2 |
0,7 |
2,8 |
0,8 |
9,0 |
0,5 |
0,35 |
Пример решения
Исходные данные.
В
сборный бачок-сепаратор поступает
конденсат давлением
МПа
в количестве 5,2 кг/с.
Определить выход пара вторичного
вскипания при расширении конденсата
до давления
МПа.
Решение.
1. Энтальпия конденсата высокого давления МПа (см. таблицу приложения П.3):
кДж/кг.
2.
Энтальпия конденсата при давлении
МПа:
кДж/кг.
3. Скрытая теплота парообразования при давлении МПа:
кДж/кг.
4. Доля пара вторичного вскипания, образуемого при снижении давления от МПа до МПа:
.
5. Выход пара вторичного вскипания из бака-сепаратора:
кг/с.
6. Количество тепловых потерь, которое может быть сэкономлено с паром вторичного вскипания:
кВт.
Задача 3
Известен график присоединенной тепловой нагрузки в относительных единицах описан кусочно-заданной функцией f(x), где f(x) = Qотб(x) / Qmax; x = τт / τгод:
участок 0 < x < 0,631
,
где
,
,
,
,
,
.
участок 0,631 < x < 1
Вид функции f(x) показан на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Вид графика присоединенной нагрузки ТЭЦ.
Определить оптимальный коэффициент теплофикации
а) по энергетическим показателям:
– удельный
расход топлива на отпуск электроэнергии
на альтернативной КЭС, г/(кВт∙ч);
– коэффициент
приведения, учитывающий разный отпуск
электрической энергии от ТЭЦ и КЭС,
изменение потерь электроэнергии в
транспортирующих сетях, расхода
электроэнергии на собственные нужды
станции и другие факторы;
– удельный
расход топлива на выработку электроэнергии
для ТЭЦ, работающей в конденсационном
режиме, г/(кВт∙ч);
– удельный
расход топлива на выработку электроэнергии
для ТЭЦ, работающей в теплофикационном
режиме, г/(кВт∙ч);
– удельный
отпуск теплоты внешним потребителям;
– удельная
выработка электроэнергии на тепловом
потреблении;
– продолжительность
отопительного периода, ч/год.
б) по экономическим показателям:
– цена
единицы мощности ТЭЦ, руб/кВт;
– доля
налогов и амортизационных отчислений;
– цена
единицы топлива, руб/т;
– заработная
плата рабочих на единицу мощности ТЭЦ,
руб/кВт.
Максимальную
присоединенную тепловую нагрузку ТЭЦ
при расчете температуры максимального
зимнего режима принять
МВт.
Варианты исходных данных приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3.
Варианты исходных данных к задаче 3.
Вар. |
bКЭС |
bТЭЦэ.т |
bТЭЦэ.к |
|
qотб |
ψ |
τгод |
1 |
2,7 |
1,4 |
3,0 |
0,4 |
1,7 |
0,8 |
5500 |
2 |
2,7 |
1,4 |
3,1 |
0,5 |
1,7 |
0,9 |
6000 |
3 |
2,8 |
1,4 |
3,2 |
0,45 |
1,75 |
0,8 |
6500 |
4 |
2,7 |
1,3 |
3,0 |
0,4 |
1,8 |
1,0 |
7000 |
5 |
2,7 |
1,3 |
3,0 |
0,4 |
1,75 |
0,8 |
7500 |
6 |
2,8 |
1,4 |
3,0 |
0,45 |
1,7 |
0,8 |
8500 |
7 |
3,1 |
1,6 |
3,5 |
0,65 |
1,9 |
1,0 |
6000 |
8 |
2,0 |
1,5 |
3,3 |
0,45 |
1,8 |
1,2 |
5500 |
9 |
2,6 |
1,2 |
4,0 |
0,55 |
1,7 |
1,4 |
7000 |
10 |
2,8 |
1,1 |
3,2 |
0,6 |
1,85 |
1,0 |
6500 |
11 |
2,7 |
1,4 |
3,4 |
0,5 |
1,75 |
0,8 |
8500 |
12 |
2,9 |
1,3 |
3,0 |
0,4 |
2,0 |
0,9 |
7500 |
13 |
2,8 |
1,1 |
3,3 |
0,65 |
1,85 |
1,0 |
6500 |
14 |
2,7 |
1,5 |
3,7 |
0,45 |
1,75 |
0,95 |
7000 |
15 |
2,5 |
1,3 |
3,5 |
0,55 |
1,9 |
1,2 |
6000 |
16 |
2,9 |
1,4 |
3,4 |
0,6 |
2,0 |
1,0 |
5500 |
17 |
3,1 |
1,5 |
3,0 |
0,5 |
1,7 |
0,9 |
7500 |
18 |
2,6 |
1,6 |
3,2 |
0,4 |
1,8 |
0,8 |
8500 |
19 |
2,9 |
1,5 |
3,1 |
0,45 |
1,85 |
1,0 |
8500 |
20 |
2,0 |
1,6 |
3,3 |
0,65 |
2,0 |
1,4 |
6000 |
21 |
2,6 |
1,1 |
3,5 |
0,6 |
1,75 |
1,2 |
7000 |
22 |
3,1 |
1,2 |
3,4 |
0,55 |
1,8 |
0,8 |
6500 |
23 |
2,8 |
1,4 |
3,2 |
0,4 |
1,9 |
1,0 |
5500 |
24 |
2,7 |
1,3 |
3,1 |
0,5 |
1,7 |
0,9 |
7500 |
25 |
3,0 |
1,3 |
3,4 |
0,55 |
1,85 |
0,9 |
6000 |
26 |
2,9 |
1,2 |
3,1 |
0,6 |
1,75 |
0,8 |
7000 |
27 |
2,8 |
1,1 |
3,3 |
0,4 |
2,0 |
1,0 |
8500 |
28 |
2,0 |
1,5 |
3,5 |
0,5 |
1,9 |
1,4 |
8500 |
29 |
2,6 |
1,6 |
3,2 |
0,65 |
1,8 |
1,2 |
6500 |
30 |
2,5 |
1,6 |
3,0 |
0,45 |
1,7 |
1,0 |
5500 |
31 |
2,3 |
1,5 |
3,4 |
0,6 |
1,75 |
1,4 |
8500 |
32 |
2,5 |
1,1 |
3,3 |
0,55 |
2,0 |
1,2 |
7000 |
33 |
3,0 |
1,2 |
3,1 |
0,45 |
1,85 |
1,0 |
6000 |
34 |
2,7 |
1,3 |
3,5 |
0,65 |
1,7 |
0,9 |
7500 |
35 |
2,6 |
1,4 |
3,2 |
0,5 |
1,9 |
0,8 |
6500 |
36 |
2,8 |
1,2 |
3,0 |
0,4 |
1,8 |
1,0 |
5500 |
37 |
2,8 |
1,2 |
3,5 |
0,6 |
1,75 |
1,2 |
7000 |
38 |
2,7 |
1,3 |
3,4 |
0,55 |
1,8 |
0,8 |
6500 |
39 |
3 |
1,4 |
3,2 |
0,4 |
1,9 |
1 |
5500 |
40 |
2,9 |
1,5 |
3,1 |
0,5 |
1,7 |
0,9 |
7500 |
41 |
3,1 |
1,6 |
3,4 |
0,55 |
1,85 |
0,9 |
6000 |
42 |
2,6 |
1,5 |
3,1 |
0,6 |
1,75 |
0,8 |
7000 |
43 |
2,9 |
1,6 |
3,3 |
0,4 |
2,0 |
1,0 |
8500 |
44 |
2,1 |
1,1 |
3,5 |
0,5 |
1,9 |
1,4 |
8500 |
45 |
2,6 |
1,2 |
3,2 |
0,65 |
1,8 |
1,2 |
6500 |
Пример решения
Исходные данные.
а)
в расчете оптимального коэффициента
теплофикации по энергетическим
показателям используются следующие
исходные данные:
;
;
;
;
;
;
ч/год.
б)
для расчета по экономическим показателям
помимо указанных величин необходимы
руб/кВт,
,
руб/т,
руб/кВт.
Решение.
Расчет по энергетическим показателям
1. Число часов работы турбины в теплофикационном режиме по энергическим показателям определяется из уравнения:
.
2. Подставив заданные величины, определим число часов работы ТЭЦ в теплофикационном режиме:
ч/год,
и в конденсационном режиме:
ч/год.
3. Изобразим годовой график присоединенной нагрузки ТЭЦ в именованных единицах.
По годовому графику присоединенной нагрузки ТЭЦ, заданном в кусочной форме, находим долю отборов ТЭЦ в относительных единицах:
,
отсюда
при известном
находим долю отборов ТЭЦ в абсолютных
единицах:
МВт.
4. Оптимальный коэффициент теплофикации ТЭЦ:
.
5. Нагрузка пиковых источников теплоснабжения на ТЭЦ:
МВт.
6. Комбинированная выработка электроэнергии на ТЭЦ:
ГВт∙ч.
Расчет по экономическим показателям
1. Число часов работы турбины в теплофикационном режиме с использованием экономических показателей находится из уравнения:
или
2. Подставив заданные величины, определим число часов работы ТЭЦ в теплофикационном режиме:
ч/год;
и
в конденсационном режиме:
ч/год.
3. Изобразим годовой график присоединенной нагрузки ТЭЦ в именованных единицах.
По годовому графику присоединенной нагрузки ТЭЦ, заданном в кусочной форме, находим долю отборов ТЭЦ в относительных единицах:
, отсюда при известном находим долю отборов ТЭЦ в абсолютных единицах:
МВт.
Это значение практически совпадает со значением, найденным без учета экономических показателей.
4. Оптимальный коэффициент теплофикации ТЭЦ:
.
5. Нагрузка пиковых источников теплоснабжения на ТЭЦ:
МВт.
6. Комбинированная выработка электроэнергии на ТЭЦ:
ГВт∙ч.
Результаты расчета показывают, что оптимальный коэффициент теплофикации ТЭЦ зависит главным образом от технических показателей станции. Экономические показатели, такие как цена топлива, заработная плата рабочих, цена единицы мощности ТЭЦ, налоги и амортизационные отчисления практически не влияют на оптимальный коэффициент теплофикации ТЭЦ.
Задача 4
Рассчитать
паропроизводительность
и температуру уходящих газов
котла-утилизатора, если известны:
давление питательной воды
;
давление насыщенного пара
;
температура вырабатываемого пара
;
расход дымовых газов
;
состав дымовых газов, температура
дымовых газов на входе в котел-утилизатор
;
состав дымовых газов. Варианты исходных
данных приведены в табл. 2.4.
Таблица 2.4.
Варианты исходных данных к задаче 4.
Вар. |
Назначение или производимый продукт |
|
|
|
|
|
Состав дымовых газов, % |
||||||
CH4 |
CO |
CO2 |
H2 |
H2O |
N2 |
O2 |
|||||||
1 |
технический углерод |
0,11 |
2,0 |
410 |
680 |
0,009582 |
0,6 |
13,2 |
4,2 |
12,4 |
– |
69,6 |
– |
2 |
матанол |
0,11 |
1,2 |
500 |
530 |
0,000721 |
0,8 |
– |
21,4 |
21,1 |
– |
56,7 |
– |
3 |
матанол |
0,10 |
1,3 |
460 |
540 |
0,000814 |
0,9 |
– |
22,0 |
15,2 |
– |
61,9 |
– |
4 |
технический углерод |
0,10 |
1,7 |
430 |
670 |
0,009075 |
1,0 |
13,2 |
3,7 |
13,9 |
– |
68,2 |
– |
5 |
матанол |
0,11 |
2,2 |
480 |
530 |
0,000648 |
0,9 |
– |
15,3 |
22,3 |
– |
61,5 |
– |
6 |
технический углерод |
0,11 |
2,0 |
520 |
620 |
0,007312 |
0,6 |
14,3 |
4,4 |
13,6 |
– |
67,1 |
– |
7 |
синтетический каучук |
0,12 |
1,4 |
520 |
590 |
0,001250 |
0,8 |
– |
1,3 |
88,5 |
– |
8,1 |
1,3 |
8 |
технический углерод |
0,11 |
2,5 |
420 |
620 |
0,008604 |
0,7 |
12,2 |
4,3 |
12,8 |
– |
70,0 |
– |
9 |
печь нагревательная или реакционная |
0,11 |
2,2 |
460 |
650 |
0,000641 |
– |
– |
8,9 |
– |
3,4 |
80,3 |
7,4 |
10 |
сода каустическая |
0,10 |
1,7 |
440 |
560 |
0,000955 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
11 |
синтетический каучук |
0,11 |
1,8 |
440 |
550 |
0,000729 |
0,6 |
– |
1,3 |
84,3 |
– |
11,9 |
1,9 |
12 |
печь нагревательная или реакционная |
0,11 |
1,5 |
380 |
640 |
0,000812 |
– |
– |
9,0 |
– |
3,0 |
81,4 |
6,6 |
13 |
сода каустическая |
0,10 |
1,4 |
430 |
580 |
0,000821 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
14 |
печь нагревательная или реакционная |
0,10 |
1,8 |
530 |
700 |
0,000664 |
– |
– |
8,4 |
– |
3,4 |
81,7 |
6,5 |
15 |
сода каустическая |
0,11 |
2,4 |
480 |
560 |
0,001267 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
16 |
сода каустическая |
0,11 |
1,5 |
510 |
570 |
0,000751 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
17 |
синтетический каучук |
0,12 |
1,2 |
450 |
570 |
0,001241 |
0,8 |
– |
1,7 |
90,1 |
– |
6,2 |
1,2 |
18 |
технический углерод |
0,10 |
2,3 |
440 |
650 |
0,009259 |
0,5 |
12,1 |
4,3 |
15,7 |
– |
67,4 |
– |
19 |
технический углерод |
0,10 |
2,3 |
390 |
680 |
0,008547 |
0,6 |
13,0 |
3,2 |
14,7 |
– |
68,5 |
– |
20 |
ацетилен |
0,11 |
1,3 |
520 |
530 |
0,001117 |
0,3 |
28,3 |
5,8 |
65,0 |
– |
– |
0,6 |
21 |
печь нагревательная или реакционная |
0,11 |
1,7 |
430 |
630 |
0,001238 |
– |
– |
8,3 |
– |
3,7 |
81,9 |
6,1 |
22 |
сода каустическая |
0,11 |
1,4 |
480 |
600 |
0,000699 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
23 |
печь нагревательная или реакционная |
0,11 |
1,0 |
510 |
680 |
0,001183 |
– |
– |
8,2 |
– |
3,9 |
81,8 |
6,1 |
24 |
синтетический каучук |
0,10 |
1,5 |
470 |
560 |
0,000557 |
0,6 |
– |
1,7 |
89,8 |
– |
5,7 |
2,2 |
25 |
сода каустическая |
0,12 |
1,9 |
460 |
580 |
0,001099 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
26 |
печь нагревательная или реакционная |
0,11 |
1,4 |
400 |
690 |
0,000937 |
– |
– |
9,4 |
– |
3,1 |
79,5 |
8 |
27 |
матанол |
0,10 |
2,4 |
460 |
570 |
0,000806 |
0,2 |
– |
15,3 |
20,1 |
– |
64,4 |
– |
28 |
синтетический каучук |
0,12 |
1,4 |
490 |
590 |
0,000667 |
0,7 |
– |
2 |
87,6 |
– |
7,5 |
2,2 |
29 |
технический углерод |
0,11 |
1,4 |
460 |
700 |
0,009716 |
0,9 |
13,1 |
4 |
13,9 |
– |
68,1 |
– |
30 |
сода каустическая |
0,10 |
2,0 |
490 |
590 |
0,000845 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
31 |
технический углерод |
0,12 |
2,2 |
490 |
680 |
0,007470 |
0,3 |
11,9 |
5 |
12,4 |
– |
70,4 |
– |
32 |
сода каустическая |
0,12 |
1,5 |
500 |
580 |
0,000850 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
33 |
матанол |
0,11 |
1,9 |
520 |
580 |
0,000875 |
0,2 |
– |
16,3 |
21,3 |
– |
62,2 |
– |
34 |
сода каустическая |
0,12 |
1,6 |
520 |
560 |
0,001192 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
35 |
синтетический каучук |
0,12 |
1,4 |
490 |
540 |
0,001063 |
0,8 |
– |
1,7 |
89,6 |
– |
6,8 |
1,1 |
36 |
печь нагревательная или реакционная |
0,10 |
1,4 |
530 |
670 |
0,000721 |
– |
– |
9,1 |
– |
3,8 |
80,6 |
6,5 |
37 |
печь нагревательная или реакционная |
0,11 |
1,1 |
550 |
620 |
0,001283 |
– |
– |
8,4 |
– |
3,6 |
80,4 |
7,6 |
38 |
технический углерод |
0,11 |
2,0 |
430 |
650 |
0,008426 |
0,7 |
13,4 |
4,8 |
12,0 |
– |
69,1 |
– |
39 |
матанол |
0,12 |
1,3 |
480 |
530 |
0,001081 |
0,4 |
– |
18,9 |
18,3 |
– |
62,4 |
– |
40 |
технический углерод |
0,11 |
1,8 |
510 |
650 |
0,008190 |
0,8 |
12,6 |
3,5 |
12,4 |
– |
70,7 |
– |
41 |
печь нагревательная или реакционная |
0,10 |
2,3 |
420 |
640 |
0,000937 |
– |
– |
8,8 |
– |
3,8 |
80,6 |
6,8 |
42 |
технический углерод |
0,12 |
2,1 |
400 |
630 |
0,007806 |
0,5 |
12,7 |
3,4 |
14,8 |
– |
68,6 |
– |
43 |
сода каустическая |
0,12 |
1,2 |
520 |
560 |
0,000613 |
– |
– |
– |
100 |
– |
– |
– |
44 |
синтетический каучук |
0,11 |
1,9 |
500 |
560 |
0,000886 |
0,3 |
– |
1,8 |
88,3 |
– |
8,6 |
1 |
45 |
технический углерод |
0,10 |
2,1 |
400 |
660 |
0,008827 |
0,9 |
12,4 |
3,8 |
15,2 |
– |
67,7 |
– |
,
МПа
,
МПа
,
°С
,
°С
,
м3/с
Пример решения
Исходные данные
Требуется рассчитать паропроизводительность и температуру уходящих газов котла-утилизатора в технологическом процессе производства метанола по следующим исходным данным:
давление
питательной воды
МПа;
давление
насыщенного пара
МПа;
температура
вырабатываемого пара
°С;
расход
дымовых газов
м3/с;
состав дымовых газов: CН4 – 0,8 %; CO2 – 17,3 %; H2 – 19,1 %; N2 – 62,8 %;
температура
дымовых газов на входе в котел-утилизатор:
°С.
Решение.
Определим давления и температуры питательной воды, насыщенного пара и перегретого вырабатываемого пара.
Рис. 2.2. Рабочий процесс котла-утилизатора на Т-s диаграмме воды
Термодинамическое
состояние питательной воды соответствует
линии насыщения. Используя таблицы
свойств воды и водяного пара по известному
давлению
определяется температура
и энтальпия
:
°С;
кДж/кг.
Аналогично
определяются термодинамические параметры
в состоянии насыщения: температура
,
энтальпия насыщенной воды
,
энтальпия насыщенного пара
.
;
кДж/кг;
кДж/кг.
Термодинамическое
состояние вырабатываемого пара
определяется исходя из давления
и температуры
по таблицам свойств воды и водяного
пара в состоянии насыщения:
кДж/кг.
Теплоемкость греющих газов:
кДж/(кг∙К),
где
и
– доля i-ого
компонента и его теплоемкость
соответственно; N
– количество компонентов в смеси газов.
Расчет паропроизводительности котла-утилизатора ведется в соответствии с блок-схемой, рис. 2.3.
Рис. 2.3. Блок-схема алгоритма расчета паропроизводительности котла-утилизатора
Удельная
тепловая нагрузка котла-утилизатора
складывается из удельной тепловой
нагрузки экономайзера
,
испарительных поверхностей
и пароперегревателя
:
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг.
Доли каждой составляющей в результирующем значении удельной тепловой нагрузки:
;
;
.
Задаются
значением температуры уходящих газов
°С.
Задаются коэффициентом К, учитывающим изменение температуры газов в котле-утилизаторе относительно первоначально принятого значения.
.
Температура газов распределяется следующим образом:
за пароперегревателем
;
за испарительными поверхностями:
;
за экономайзером
.
Выполняется проверка:
,
где
°С
– минимальная разность температур
между дымовыми газами и нагреваемой
средой.
Если условие не выполняется, необходимо скорректировать исходные данные, иначе достижение требуемых параметров пара невозможно.
Принимается
.
Рассчитывается паропроизводительность котла-утилизатора:
.
Выполняется проверка условий:
и
,
где
°С
– минимальная разность температур в
испарителе и пароперегревателе.
Если
хотя бы одно из условий не выполняется,
рассчитывается отклонение действительной
разности температур от минимальной
и коэффициент К:
,
,
.
Рассчитываются
температуры газов в котле-утилизаторе
с учетом поправки.
Если оба указанных условия выполняются, проводится оценка возможности увеличения паропроизводителности котла-утилизатора. Для этого проверяется условие:
°С.
Если оно выполняется, рассчитывается коэффициент К:
и
рассчитываются температуры газов в
котле-утилизаторе с учетом поправки.
Иначе,
при
,
получают искомые значения
паропроизводительности
и температура уходящих дымовых газов
.
В рассматриваемом примере они составляют:
м3/с,
°С.
Задача 5
На
предприятии образуются вторичные
энергетические ресурсы (ВЭР) в количестве
,
МВт. Использование этих ВЭР позволит
сократить расход пара из отборов паровых
турбин ТЭЦ давлением
,
Мпа. Основным источником теплоснабжения
промышленного предприятия является
ТЭЦ.
Определить экономию условного топлива по следующим исходным данным:
– мощность вторичного энергетического ресурса, МВт;
– давление в отборах турбин, МПа,
– продолжительность
отопительного периода,
– число
часов работы ТЭЦ в теплофикационном
режиме,
– КПД
замещаемой котельной,
– КПД теплового потока.
Варианты исходных данных приведены в табл. 2.5.
Таблица 2.5.
Варианты исходных данных к задаче 5.
Вар. |
|
|
|
|
|
|
1 |
330 |
0,85 |
0,98 |
0,46 |
5200 |
7800 |
2 |
450 |
0,85 |
0,98 |
0,61 |
5300 |
6600 |
3 |
410 |
0,91 |
0,98 |
2,40 |
4300 |
7300 |
4 |
270 |
0,85 |
0,98 |
2,94 |
5300 |
8400 |
5 |
360 |
0,85 |
0,98 |
1,99 |
4800 |
6800 |
6 |
400 |
0,82 |
0,98 |
0,32 |
4600 |
8500 |
7 |
390 |
0,90 |
0,98 |
2,34 |
5100 |
7900 |
8 |
160 |
0,82 |
0,98 |
2,23 |
4600 |
7400 |
9 |
240 |
0,92 |
0,98 |
2,88 |
5500 |
8100 |
10 |
220 |
0,81 |
0,98 |
2,44 |
4700 |
6800 |
11 |
230 |
0,90 |
0,98 |
2,75 |
5500 |
6700 |
12 |
150 |
0,89 |
0,98 |
0,53 |
5000 |
8400 |
13 |
480 |
0,89 |
0,98 |
2,78 |
4700 |
8600 |
14 |
160 |
0,88 |
0,98 |
2,60 |
5300 |
7100 |
15 |
230 |
0,86 |
0,98 |
2,47 |
5000 |
7100 |
16 |
110 |
0,82 |
0,98 |
1,43 |
4600 |
8100 |
17 |
490 |
0,88 |
0,98 |
1,46 |
5500 |
8100 |
18 |
210 |
0,80 |
0,98 |
0,45 |
4900 |
7200 |
19 |
450 |
0,82 |
0,98 |
3,07 |
5200 |
8100 |
20 |
480 |
0,83 |
0,98 |
0,41 |
4700 |
8100 |
21 |
210 |
0,83 |
0,98 |
1,07 |
5300 |
8200 |
22 |
150 |
0,87 |
0,98 |
2,48 |
5200 |
6500 |
23 |
330 |
0,80 |
0,98 |
2,39 |
4600 |
7200 |
24 |
250 |
0,86 |
0,98 |
2,79 |
4400 |
7300 |
25 |
460 |
0,85 |
0,98 |
2,02 |
4300 |
8400 |
26 |
360 |
0,88 |
0,98 |
3,07 |
5000 |
7000 |
27 |
310 |
0,91 |
0,98 |
0,52 |
4300 |
6900 |
28 |
420 |
0,90 |
0,98 |
2,17 |
5400 |
8100 |
29 |
450 |
0,90 |
0,98 |
3,04 |
4500 |
7700 |
30 |
470 |
0,90 |
0,98 |
2,29 |
4300 |
8400 |
31 |
400 |
0,83 |
0,98 |
0,36 |
5100 |
7700 |
32 |
240 |
0,84 |
0,98 |
2,57 |
5300 |
7700 |
33 |
390 |
0,91 |
0,98 |
1,85 |
5500 |
7200 |
34 |
370 |
0,91 |
0,98 |
0,49 |
5200 |
7500 |
35 |
330 |
0,89 |
0,98 |
2,12 |
5200 |
7700 |
36 |
150 |
0,84 |
0,98 |
0,72 |
4700 |
8400 |
37 |
220 |
0,91 |
0,98 |
1,16 |
5300 |
7000 |
38 |
320 |
0,88 |
0,98 |
0,66 |
5200 |
7500 |
39 |
450 |
0,84 |
0,98 |
0,56 |
5100 |
7000 |
40 |
390 |
0,85 |
0,98 |
0,79 |
5400 |
6700 |
41 |
410 |
0,84 |
0,98 |
1,93 |
5100 |
8600 |
42 |
280 |
0,87 |
0,98 |
1,59 |
5200 |
7100 |
43 |
180 |
0,85 |
0,98 |
3,12 |
5400 |
7400 |
44 |
330 |
0,90 |
0,98 |
2,95 |
5100 |
8600 |
45 |
200 |
0,91 |
0,98 |
2,23 |
5000 |
7100 |
Пример решения
Исходные данные.
МВт
– мощность вторичного энергетического
ресурса;
МПа
– давление в отборах турбин, МПа,
ч
– продолжительность отопительного
периода,
ч
– число часов работы ТЭЦ в теплофикационном
режиме,
– КПД
замещаемой котельной,
– КПД
теплового потока.
Решение.
В теплофикационном периоде за счет использования ВЭР вытесняется нагрузка пиковых котлов мощностью
МВт.
В конденсационном периоде экономия тепловой энергии определяется по формуле
МВт,
где
– коэффициент ценности теплоты в отборе
пара. Определяется по данным табл.
П.4.
Суммарная годовая экономия теплоты:
МВт∙ч/год.
Или
в ГДж/год
ГДж/год.
Годовая экономия условного топлива:
т,
где
– коэффициент перевода энергии в массу
условного топлива. Определяется через
энергию, выделяющуюся при сжигании
условного топлива:
,
откуда
.
В пересчете на природный газ, 1000 м3:
ед.,
где
– коэффициент пересчета объема природного
газа в массу условного топлива.
Стоимость сэкономленного газа, руб.:
руб.,
где
руб.
– цена 1000 м3
природного газа в Республике Марий Эл
с 01.01.2011.
Задача 6
Определить недостающие показатели работы и теплового баланса трубчатой печи для подогрева отбензиненной нефти.
В печи, схема которой показана на рис. 2.4, происходят нагрев и частичное испарение отбензиненной нефти, направляемой затем на разделение фракций в ректификационную колонну. В конвективном коробе печи встраивается пароперегревательный пучок для внешнего использования теплоты продуктов сгорания. Исходные данные к расчету приведены в табл. 2.6.
Рис. 2.4. Схема трубчатой печи с пароперегревателем: 1 – камера радиации; 2 – камера конвекции; 3 – пароперегреватель
Таблица 2.6.
Исходные данные к задаче 6.
Показатель |
Значение |
Расход топлива (мазут, имеющий состав: С
— 84 %; Н2
— 12 %; S — 3 %; О2
— 1 %),
|
5164 |
Содержание
влаги в мазуте
|
|
Низшая
расчетная теплота сгорания топлива
|
41023 |
Теоретический
расход воздуха
|
|
Коэффициент
избытка воздуха
|
1,3 |
Действительный
расход воздуха
|
|
Теплоемкость
воздуха
|
1,005 |
Количество
газообразных продуктов сгорания
|
19,5 |
Максимальная
температура горения
|
2144 |
Температура газов, К: |
|
– на
перевале
|
1068 |
– на
выходе из II зоны конвекции
|
804 |
– на
выходе из пароперегревателя
|
776 |
– на
выходе из трубчатой печи
|
663 |
Количество
отбензиненной нефти
|
336260 |
Количество
жидкой фракции отбензиненной нефти
|
|
Количество
нефтяных паров на выходе из печи
|
159860 |
Давление отбензиненной нефти, МПа: |
|
– на входе в печь |
1,9 |
– на выходе из печи |
0,25 |
Температура отбензиненной нефти, К: |
– |
– на входе в печь |
513 |
– на входе во II зону конвекции |
531 |
– на входе в зону радиации |
563 |
– на выходе из печи |
633 |
Удельная энтальпия отбензиненной нефти, кДж/кг: |
– |
– на
входе в печь
|
516 |
– на
входе во II зону конвекции
|
549 |
– на
входе в зону радиации
|
623 |
– на выходе из печи: |
– |
– жидкой
фазы
|
849 |
– паровой
фазы
|
1130 |
Количество
водяного пара
|
7165 |
Температура водяного пара, К: |
– |
– на входе в пароперегреватель |
453 |
– на выходе из пароперегревателя |
673 |
Давление водяного пара, МПа |
1 |
Удельная энтальпия водяного пара, кДж/кг: |
– |
– на
входе в пароперегреватель
|
842 |
– на
выходе из пароперегревателя
|
1280 |
Потери теплоты, %: |
– |
– с
уходящими дымовыми газами,
|
19,7 |
– от
химического недожога,
|
1,5 |
– в
окружающую среду вследствие наружного
охлаждения ограждающих конструкций,
|
3,5 |
Теплоемкость газообразных продуктов сгорания, кДж/(кг∙К): |
– |
– в
зоне I конвекции
|
1,073 |
– в
зоне II конвекции
|
1,088 |
– в
камере радиации
|
1,130 |
– на
выходе из трубчатой печи
|
1,072 |
,
кг/ч
,
%
,
кДж/кг
,
кг/кг
,
кг/кг
,
кДж/(кг∙К)
,
кг/кг
,
К
,
кг/ч
,
кг/ч
,
кг/ч
,
кг/ч
Таблица 2.7.
Тепловой баланс трубчатой печи перегрева отбензиненной нефти
Статья баланса |
Условное обознач. |
Расход тепловой энергии, ГДж/ч |
Количество теплоты, полученное потоком отбензиненной нефти в I зоне конвекции |
|
|
Количество теплоты, отданное газообразными продуктами в I зоне |
|
|
Количество теплоты, полученное водяным паром в пароперегревателе |
|
|
Количество теплоты, отданное греющими газами в пароперегревателе |
|
|
Количество теплоты, полученное продуктом во II зоне конвекции |
|
|
Количество теплоты, отданное газами продукту во II зоне конвекции |
|
|
Количество теплоты, полученное продуктом в зоне радиации |
|
|
Количество теплоты, отданное газами в камере радиации |
|
|
Количество теплоты, выделившееся при сжигании топлива |
|
|
Количество теплоты, введенное в трубчатую печь с воздухом |
|
|
Количество теплоты, уносимое с уходящими дымовыми газами |
|
|
Таблица 2.8.
Анализ использования теплоты трубчатой печи
Статья баланса |
Выражение статьи баланса |
Колич. тепл., ГДж/ч |
Доля, % |
Приход теплоты: |
|
|
|
полученной от сжигания топлива |
|
211,84 |
98,91 |
внесенной с воздухом |
|
2,34 |
1,09 |
Всего |
|
214,18 |
100 |
Расход теплоты: |
|
|
|
на подогрев отбензиненной нефти |
|
156,8 |
73,21 |
в том числе переданной продукту: |
|
|
|
в I зоне конвекции |
|
11,01 |
5,14 |
во II зоне конвекции |
|
26,56 |
12,40 |
в зоне радиации |
|
119,23 |
55,67 |
на перегрев водяного пара |
|
3,14 |
1,47 |
Всего |
|
159,94 |
74,68 |
Потери теплоты: |
|
|
|
с уходящими газами |
|
42,1 |
19,65 |
в окружающую среду |
|
7,47 |
3,49 |
прочие потери, включая химический недожог топлива |
|
4,67 |
2,18 |
Всего потерь |
|
54,24 |
25,32 |
Итого |
|
214,18 |
100 |
Порядок расчета
Низшая расчетная теплота сгорания топлива, кДж/кг:
,
где
,
,
,
,
– содержание соответственно углерода,
водорода, кислорода, серы и влаги, %.
Откуда содержание влаги в мазуте:
.
Сравнить
полученное значение с нормативом (для
мазута – не более 1,5 %).
Расход воздуха, необходимого для горения. При полном сгорании топлива углерод окисяется до CO2, водород – до H2O, сера – до SO2.
Формально полное окисление серы соответствует образованию SO3. Однако, при топочных температурах SO3 практически не образуется. Окислителем обычно служит воздух, количество которого должно быть достаточным для полного сгорания всех горючих элементов.
Балансовые уравнения, показывающие исходные и конечные состояния участвующих в реакциях компонентов, называются стехиометрическими. В соответствии со стехиометрическим уравнением реакции горения водорода
на
2 кг, т.е. на 1 кмоль водорода, необходимо
затратить 16 кг (0,5 кмоль) кислорода. При
этом образуется 18 кг водяного пара.
Аналогично из реакций
,
следует,
что на 12 кг углерода и 32 кг серы нужно
затратить по 32 кг кислорода. При этом
получается соответственно 44 кг
и 64 кг
.
Следовательно, для полного сгорания 1
кг углерода теоретически требуется
затратить 32/12 = 2,67 кг кислорода, а 1 кг
серы и водорода соответственно 32/32 =
1 кг и 16/2 = 8 кг кислорода. Часть
необходимого кислорода, равная
кг/кг содержится в топливе, остальное
в количестве
нужно
подать с воздухом. В данном случае
.
Состав сухого атмосферного воздуха приведен в таблице 2.9.
Таблица 2.9.
Состав сухого атмосферного воздуха.
Процентный состав |
|
|
|
|
|
по массе |
75,5 |
23,2 |
1,3 |
0,046 |
до 0,4 |
по объему |
78,08 |
20,95 |
0,93 |
0,03 |
>>0,3 |
Теоретический расход воздуха, кг/кг:
Действительный расход воздуха, кг/кг:
.
Количество продуктов сгорания, .
При проектировании теплотехнологических агрегатов нужно знать количество образующихся газов, чтобы правильно рассчитывать газоходы, дымовую трубу, выбирать дымосос и прочее оборудование. Как правило, количество продуктов сгорания, как и подаваемого воздуха, относят на единицу топлива (на 1 кг – для твердого и жидкого и на 1 м3 при нормальных условиях – для газа). Их рассчитывают исходя из уравнения материального баланса горения. Количество газообразных продуктов сгорания:
.
Количество теплоты, полученное потоком отбензиненной нефти в I зоне конвекции, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, отданное газообразными продуктами в I зоне, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, полученное водяным паром в пароперегревателе, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, отданное греющими газами в пароперегревателе, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, полученное продуктом во II зоне конвекции, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, отданное газами продукту во II зоне конвекции, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, полученное продуктом в зоне радиации, ГДж/ч:
,
где
– количество жидкой фракции отбензиненной
нефти на выходе из трубчатой печи, кг/ч.
Количество теплоты, отданное газами в камере радиации, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, выделившееся при сжигании топлива, ГДж/ч:
.
Количество теплоты, введенное в трубчатую печь с воздухом, ГДж/ч:
,
где
К
– разность температуры воздуха и
температуры окружающей среды.
Количество теплоты, уносимое с уходящими дымовыми газами, ГДж/ч:
.
Результаты расчета теплового баланса приведены в таблице 2.7. Анализ использования теплоты в трубчатой печи – в таблице 2.8.