Расчет контактного теплоутилизатора

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Братский государственный университет»

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Курсовой проект

по дисциплине «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

Расчет контактного теплоутилизатора

Пояснительная записка

140106 СБ 10 КП 00000 ПЗ

Выполнил: ст. гр. ЭОП-05 Красуля А.С.

Руководитель: профессор кафедры ПТЭ Семёнов С.А.

Братск 2009

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Братский государственный университет»

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсового проекта по дисциплине

«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

Расчет контактного теплоутилизатора

Студенту группы ЭОП–05 Красуле А.С.

Содержание задания:

1. Исходные данные (В-10):

Тип теплоутилизатора – орошаемый насадочный скруббер;

Тип насадки: кольцевая керамическая (загрузка навалом);

Температура уходящих газов на выходе из теплоутилизатора: 40°C;

Температура воды на входе в теплоутилизатор: 5°C;

Тип котлоагрегата: Е-10-14 ГМ;

Вид топлива: попутный газ Каменный лог - Пермь;

Стоимость топлива: 76 р./1000 м3;

Стоимость электроэнергии: 0,12 р./кВт·ч;

Коэффициент инфляции: 40;

2. Графическая часть – 2 л.

2.1. Чертеж контактного насадочного скруббера ЭК-МБ1. Формат А1.

2.2. Схема газового тракта котла с теплоутилизатором. Формат А2-А3.

Руководитель: профессор кафедры ПТЭ Семёнов С.А.

Задание выполнил ст. гр. ЭОП-05 Красуля А.С.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.  ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

2.  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

3.  КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

4.  ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

5.  ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

 

Задачей курсового проекта является проектирование контактного теплоутилизатора, с этой целью проводится тепловой, конструктивный, гидравлический и экономический расчеты.

В них определяется поверхность теплообмена для передачи заданного количества теплоты, проводится выбор типоразмера теплоутилизатора, определяется количество аппаратов, высоты засыпки насадки в КТУ, проводится анализ влияния размеров насадки на потребляемую мощность, необходимую для продувки газа через КТУ и выбор наиболее экономически целесообразного варианта насадки.

Курсовой проект состоит из двух частей: расчетно-пояснительной записки и графической части.

Ключевые слова: теплоутилизатор теплообмен котлоагрегат

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

Контактные теплообменники получили широкое распространение при конденсации паров, охлаждении газов водой, нагревании воды газами, охлаждении воды воздухом, мокрой очистке газов и в других. Целесообразно их использовать и в качестве теплоутилизаторов, так как с уходящими газами котельных, ТЭЦ, теплопотребляемого оборудования теряется значительное количество теплоты.

При охлаждении дымовых газов в контактных аппаратах экономия тепла обеспечивается как за счет снижения температуры уходящих газов, так и за счет теплоты конденсации содержащихся в них водяных паров.

При сжигании жидкого или твердого топлива, содержащего сернистые соединения, и охлаждении уходящих газов ниже точки росы происходит конденсация паров серной кислоты, поэтому широкое внедрение контактных аппаратов для утилизации теплоты дымовых газов в котельных рекомендуется в настоящее время только для газифицированных котельных и ТЭЦ.

Эффективность КТУ снижается с увеличением температуры воды на входе, поэтому их применение рекомендуется при температурах воды на входе не выше 35°С.

По назначению контактные теплообменники можно подразделить на охладители или нагреватели газа (жидкости), увлажнители или осушители газа и др. Они могут иметь одну или несколько взаимодействующих зон, в которых протекают процессы однофазного нагрева (охлаждения), испарения, конденсации, кристаллизации либо устанавливается динамическое равновесие между энергоносителями.

По конструктивному оформлению среди контактных теплообменников можно выделить: контактные теплоутилизаторы с активной насадкой, полые скрубберы, насадочные скрубберы, барботажные или тарельчатые колонны, скрубберы с подвижным слоем шаровой насадки, трубы Вентури, контактные теплоутилизаторы с активной насадкой.

К основным особенностям работы контактных теплообменников можно отнести следующее:

1)процессы охлаждения или нагрева сред сопровождаются массообменном;

2)нагрев или охлаждение сред происходит до определенного температурного предела, после достижения которого устанавливается динамическое равновесие;

3)нормальная работа теплообменника возможна в относительно узком диапазоне параметров, определяемом конструкцией аппарата, соотношением расходов сред, их взаимным направлением, скоростями, способами распределения, уносом и другими факторами;

4)процессы формирования поверхности контакта между газом и жидкостью имеют стохастический характер, определяемый гидродинамическими и тепловыми режимами аппаратов.

Применение контактных теплоутилизаторов в газифицированных котельных позволяет повысить эффективность использования природного газа до 20% (в зависимости от наличия потребителей горячей воды с температурой до 50°С).

Примерами контактных теплообменников могут являться полые скрубберы, барботажные и тарельчатые колонны, насадочные скрубберы, трубы Вентури, контактные теплоутилизаторы с активной насадкой.

Особое место среди контактных теплоутилизаторов занимают насадочные скрубберы. Они представляют собой колонны, заполненные телами различной формы, и имеют круглое или прямоугольное сечение; диаметр скруббера может составлять 6–9 м, а высота 25–35м. Орошающая жидкость, подаваемая сверху, дробится на капли механическими форсунками грубого распыла, работающими под давлением 0,3–0,4МПа. При этом факелы распыла должны перекрывать все поперечное сечение скруббера. Поток газа со скоростью 0,7–1,5м/с, как правило, направляется противоточно по отношению к каплям, снизу вверх. В скрубберах с установленным для уменьшения уноса жидкой фазы

каплеуловителями скорость газа в пересчете на полное поперечное сечение аппарата может достигать 5–8 м/с. Удельный расход воды в скруббере при охлаждении, например, доменного газа составляет 3–10 кг/м³, он зависит от температуры и начальной влажности газа.

Для создания и увеличения поверхности контакта орошающей воды и уходящих газов на опорные колосниковые решетки насыпают или укладывают в определенном порядке кольцевые и седловые насадки, насадку из колец Палля, седел Берля, стальных шариков, спиралей из стальной ленты и пластмассовых прутков, керамических блоков (рис. 1).

Некоторые типы насадок для контактных теплоутилизаторов

 

Рис. 1. а – кольцевая керамическая; б – седла Берля; в – кольца с перегородками; г – шары; д – пропеллерная насадка; е – кольца Палля; ж – хордовая насадка; з – спираль; и – керамические блоки

Важнейшими требованиями к насадке являются обеспечение большей поверхности контакта фаз, низкий перепад давления в слое, а также равномерное распределение потоков газа и жидкости по сечению аппарата.

С учетом проведенных испытаний научно- исследовательским институтом санитарной техники (НИИСТ, г. Киев) совместно с Промэнергогазом были разработаны конструкции блочных насадочных скрубберов ЭК–БМ1 и ЭК–БМ2 применительно к котлам всех типоразмеров.

Общий вид скрубберов ЭК–БМ1 приведен на рис. 2. В таком виде скрубберы выпускаются с 1986 г. Конструктивная схема блоков ЭК–БМ1 и

ЭК–БМ2 одинакова, но габаритные размеры их различны: диаметр соответственно 1000 и 2000 мм, высота 4000 и 4500 мм, толщина стенок корпуса 4 и 5–6 мм.

Корпус блока состоит из трех секций: верхней, средней и нижней. В каждой секции имеются патрубки, штуцера, лазы, расположение которых зависит от компоновки скруббера в котельной.

Нижняя секция имеет плоское днище, к которому приваривают опорную раму и четыре несущие лапы, устанавливаемые на фундамент. В секции имеется штуцер для отвода горячей воды, а в дне – штуцер для дренажа и продувки водяного объема.

В корпусе средней секции имеется приваренный под углом прямоугольный патрубок для подвода горячих дымовых газов, а также люк для осмотра и ремонта поднасадочного объема и выгрузки насадки. В секции имеется внутренняя рама, на которой устанавливается опорная решетка, несущая рабочий слой насадки из керамических колец.

 В верхней секции имеются люки, служащие для загрузки и укладки колец рабочего слоя, осмотра и ремонта водораспределителя, а также для загрузки насадки каплеулавливающего слоя, патрубок для отвода охлажденных и осушенных в скруббере дымовых газов, опорная решетка, несущая каплеулавливающий слой насадки 200 мм, загруженной кольцами 50x50x5 мм навалом.

Холодная вода подается в скруббер с помощью водораспределителя, состоящего из подводящей трубы, круглого коллектора и восьми радиально расположенных горизонтальных перфорированных труб, вваренных в коллектор. Диаметр отверстий в трубах и коллекторе 5 мм, шаг 50 мм.

Горячая вода удаляется из водяного объема через специальный штуцер.

В настоящее время скрубберы двух типоразмеров выпускает ЛЗГА под маркой ЭК–БМ1–1 (диаметр 1м) и ЭК–БМ1–2 (диаметром 2 м).

Из скруббера уходящие газы выходят с относительной влажностью 95 ¸ 100%, что не исключает возможности конденсации водяных паров из газов в газоотводящем тракте после скруббера. Для устранения этого необходимо

Блочный контактный насадочный скруббер ЭК–БМ1 последней модификации

 

Рис.2. 1 – входной патрубок горячих газов; 2 – штуцер для отвода нагретой воды; 3 – переливной патрубок (труба); 4 – корпус; 5 – люк; 6 – рабочий слой кольцевых насадок, уложенных рядами; 7 – то же, загруженных навалом; 8 – каплеулавливающий насадочный слой; 9 – люк-взрывной клапан; 10 – патрубок для отвода охлажденных газов; 11 – водораспределитель производить подсушку дымовых газов.

Преимуществом насадочных аппаратов по сравнению с безнасадочными является большая компактность, однако они обладают и большим гидравлическим сопротивлением. Насадка склонна к забиванию пылью при обработке запыленных газов.