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.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ Главной целью теплового расчета контактных теплоутилизаторов является определение объема насадки (ее геометрической поверхности), который обеспечивает нагрев воды до заданных параметров. В соответствии с заданием уточняем исходные данные для выполнения расчетов: а) температуру дымовых газов на входе в КТУ (температуру уходящих из котла газов принимаем из характеристик котельного агрегата [2]), =1460С; б) температуру дымовых газов на входе в КТУ (по заданию), =400С; в) температуру воды на входе в КТУ (по заданию), =50С; г) теоретические объемы воздуха, водяных паров, азота, трехатомных газов принимаем из приложения 8 [1]: =2,24 м3/м3; =9,03 м3/м3; =1,31 м3/м3; =11,13 м3/м3 – теоретический объем воздуха; =12,58 м3/м3 – теоретический объем газов; д) коэффициент избытка воздуха принимаем согласно рекомендациям [2], =1,3; е) расчетный КПД котла, расход топлива (из характеристик котельного агрегата [2]): =92,1 %; Расход топлива рассчитываем по формуле:
,
где теплопроизводительность котла, кВт, определяемая по формуле:
,
где номинальная паропроизводительность, кг/с, (из характеристик котельного агрегата [2]), 10 т\ч=2,77 кг/с; расход воды на продувку, кг/с, принимается кг/с; энтальпия перегретого пара, питательной и котловой воды, МДж/кг. определяем при =194 0С (прил.5,[1]), =2789,08 кДж/кг; определяем при 0С (прил.4.[1]), =419,1 кДж/кг; определяем при =1,4 МПа, (прил.4.[1]), =830,8 кДж/кг; располагаемая теплота, принимаемая МДж/м3;
м3/с Определяем удельный объем дымовых газов: ,
где коэффициент избытка воздуха; м3/м3 Определяем объемные доли компонентов в дымовых газах:
, , ,
Определяем начальное влагосодержание дымовых газов:
,
где объемная доля компонента; молекулярная масса компонента, г/моль, 18 г/моль, 44 г/моль, 28 г/моль, 29 г/моль. кг/кг. Тепловой расчет контактного теплоутилизатора ведется на 1 кг сухого газа, поэтому необходимо определить начальное влагосодержание сухих газов, кг/кг с.г. ,
где молекулярная масса сухих газов. кг/кг с.г. Определяем конечное влагосодержание дымовых газов, полагая, что на выходе из теплоутилизатора при температуре газ является насыщенным, кг/кг с.г.:
,
где газовая постонная сухого газа, ; газовая постоянная водяного пара (молекулярная масса пара =18), ; Р – давление влажного газа в аппарате, МПа, принимаем Р=0,1 МПа; РМАКС – давление насыщенного пара при =400С, МПа (прил. 6 [1]), РМАКС=0,0076 МПа; кг/кг с.г. Определяем давление водяных паров в аппарате по формуле:
МПа По давлению водяных паров определяем предварительное значение температуры мокрого термометра (прил. 6 [1]): =52,2 0С при =0,0141 МПа Определяем влагосодержание дымовых газов , кг/кг с.г. при по формуле:
кг/кг с.г.
Уточняем температуру мокрого термометра по методу, предложенному Н.И. Егоровым. Этот метод основан на составлении теплового баланса теплоутилизатора в момент насыщения газа парами и достижения жидкостью температуры мокрого термометра. В этом случае тепло, содержащееся в газе, равно сумме тепла, внесенного газом в аппарат, и тепла паров, образовавшихся при испарении жидкости. Тепловой баланс аппарата по газу тогда запишется следующим образом:
,
где теплоемкость сухих газов, определяемая при средней температуре дымовых газов в аппарате =930С, (по прил. 7 [1]): 1,043 кДж/(кг0С); энтальпия пара при =52,2 0С: 2595 кДж/кг, [3]; энтальпия водяного пара при =1460С, (по прил. 5 [1]), 2741,66 кДж/кг [3]; Подставив значения и , а также и в это уравнение, проверяем сходимость баланса: %. Так как погрешность баланса превышает 1 %, то задаемся другим значением температуры мокрого термометра; увеличиваем, так как левая часть баланса меньше правой . Принимаем =56,0 0С, тогда =0,01688 МПа. Влагосодержание дымовых газов , кг/кг с.г. определим по формуле:
кг/кг с.г.
Энтальпию пара находим при =56,0 0С, 2600 кДж/кг, энтальпия водяного пара при =1460С и =0,0141МПа 2741,66 кДж/кг [3]. Тогда проверяем сходимость баланса: %. Погрешность баланса не превышает 1 %. Изображаем на Id–диаграмме процессы охлаждения дымовых газов в контактном теплоутилизаторе : Определяем средний действительный объем дымовых газов в КТУ по формуле:
, где средняя температура дымовых газов в аппарате,
0С;
В – расход топлива, В =0,169 м3/с; удельный объем дымовых газов 15,919 м3/м3; м3с. Рассчитываем массовый расход дымовых газов:
,
где плотность дымовых газов при 0С:
,
где сумма произведений объемных долей и молекулярных масс компонентов, г/моль; кг/м3 кг/с Для устранения возможной конденсации водяных паров необходимо производить подсушку уходящих из КТУ газов путем перепуска (байпасирования) 10¸15 % или более их объема помимо КТУ и их дальнейшее смешение за теплоутилизатором. Массовый расход газов через теплоутилизатор с учетом байпасирования определяем через тепловой баланс: ,
где температура газов в устье дымовой трубы, ; теплоемкость дымовых газов, определяемая по температуре по прил. 7 [1], ; теплоемкость газов при 0С, определяемая по прил. 7[1], ; теплоемкость газов при 0С, определяемая по прил. 7[1], ; кг/с Определяем расчетный расход газов через теплоутилизатор с учетом байпасирования:
м3/с
Находим начальное значение температуры воды, выходящей из теплоутилизатора:
Рассчитываем секундный расход воды, подаваемой в КТУ:
, где теплоемкость сухих газов при определяемая 0С по прил. 7 [1], ; энтальпия водяного пара при 0С , определяемая по прил. 5 [1] 2741,66 кДж/кг [3] ; энтальпия водяного пара при 0С, определяемая по прил. 4 [1], ; теплоемкость воды при 0С, определяемая по прил. 4 [1], ; теплоемкость воды при 0С, определяемая по прил. 4 [1], ; По найденному значению уточняем температуру выходящей из теплоутилизатора воды:
0С
Определяем несовпадение предварительно заданного и рассчитанного значений :
%,
где температура воды на выходе из теплоутилизатора 0С; температура воды на выходе из теплоутилизатора 0С
Так как Д=4,25% < 5% 0С Определяем количество утилизируемой теплоты (теплопроизводительность КТУ):
,
где секундный расход воды, подаваемой в КТУ, 3,274 кг/с; теплоемкость воды при 0С, определяемая по прил. 4 [1], ; начальное влагосодержание дымовых газов, 0,10 кг/кг с.г.; конечное влагосодержание дымовых газов, 0,058 кг/кг с.г. кВт Рассчитываем количество нагретой воды, выходящей из теплоутилизатора:
кг/с.
КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
Задачами конструктивного расчета являются: выбор типоразмера теплоутилизатора, определение количества аппаратов, определение высоты засыпки насадки в КТУ. Расчет конструктивных характеристик теплоутилизатора производится для всех размеров заданного типа насадки (таблица 2.1. [1]). Выбираем тип теплоутилизатора. В качестве КТУ принимаем стандартный контактный экономайзер ЭК-БМ1, выпускаемый двух типоразмеров: ЭК-БМ1-1 с диаметром скруббера 1м и ЭК-БМ1-2 с диаметром 2м. Выбираем ЭК-БМ1-1 с диаметром скруббера 1 м. Рассчитываем количество устанавливаемых аппаратов:
,
где диаметр выбранного типа теплоутилизатора, м; рекомендуемая скорость газов в свободном сечении скруббера
м/с;
шт. Полученное значение округляем до целого числа, т.е. n = 2 шт. Дальнейший расчет ведем для одного аппарата. Определяем действительную скорость газов в свободном сечении теплоутилизатора:
м/с
Рассчитываем среднюю разность температур между теплоносителями: 0С
Определяем плотность орошения:
,
где плотность воды при 0С, определяемая по прил. 4 [1], кг/м3; свободный объем насадки, ; ; ; , размер насадки: 1) 15х15х2; 2) 25х25х3; 3) 35х35х4; 4) 50х50х5 из таблицы 2.1. [1]). м3/(м2ч) м3/(м2ч) м3/(м2ч) м3/(м2ч) Рассчитываем поверхностный коэффициент теплообмена:
,
где коэффициент теплопроводности сухого газа при 0С, определяемый по прил. 7 [1], ; плотность сухих газов при 0С, определяемая по прил. 7 [1], кг/м3; динамическая вязкость газа при 0С, определяемая по прил. 7 [1], ; кинематическая вязкость жидкости, определяемая по прил. 4 [1] при 0С, ; g – коэффициент свободного падения, g=9,81 м/с2; a =1,16 – коэффициент перевода из технической системы единиц в СИ; удельная поверхность насадки в единице объема, ; ; ; (таблица 2.1. [1]); Определяем расчетную поверхность насадки: м2 м2 м2 м2 Рассчитываем объем насадки:
м3 м3 м3 м3
Определяем полную высоту насадки и удельное тепловое напряжение:
,
где площадь сечения аппарата, определяемая по формуле:
,
где количество подаваемой в аппарат воды, ; плотность воды при tж=26,915o С, сж=996,47 кг/м3;
м2 м2 м2 м2
Тогда высота насадки определится:
м м м м.
Определяем удельное тепловое напряжение:
,
По полученным данным строим графические зависимости поверхностного коэффициента теплообмена и полной высоты насадки КТУ от удельной поверхности насадки и (рис.4,5).
Рис.4. График зависимости KF=f(f).
Рис.5 График зависимости H=f(f).
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ Целью гидравлического расчета является определение мощности, затрачиваемой на перекачивание газа через скруббер. Продувание газа через КТУ связано с дополнительными затратами энергии. Для определения мощности, затрачиваемой на перекачивание газа, нужно подсчитать сопротивление тракта, которое зависит от типа насадки и гидравлического режима работы аппарата. Н.М. Жаворонковым рекомендуется следующая формула для определения сопротивления сухой (неорошаемой) насадки:
,
где коэффициент сопротивления при прохождении газа через слой насадки; высота слоя насадки, м; эквивалентный диаметр, м (табл.2.1. [1]); скорость газа в свободном сечении насадки (действительная), м/с; плотность газа при 0С, кг/м3 . Действительная скорость газа определяется по формуле:
где скорость газов (из конструктивного расчета); свободный объем, м3/м3 (табл.2.1. [1]). м/с м/с м/с м/с По данным Н.М. Жаворонкова, для неупорядоченной насадки из колец (навалом) коэффициент сопротивления можно определить: при при ,
.
где динамическая вязкость газа при 0С, . Так как , то Сопротивление смоченной насадки всегда больше сопротивления сухой, вследствие уменьшения проходного сечения жидкостной пленки:
,
где коэффициент. При орошении водой величина коэффициента может быть найдена по приближенной формуле:
,
где u – плотность орошения, (из конструктивного расчета). Мощность, необходимая для продувания газа через КТУ определяется:
,
где объемный расход дымовых газов через КТУ, м3/с; КПД нагнетателя, принимаем 0,75. кВт кВт кВт кВт По полученным значениям строим графическую зависимость N= f( f) (рис. 6).
Рис.6. График зависимости N=f(f).
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ Целью экономического расчета является определение годового экономического эффекта и срока окупаемости дополнительных капвложений. Увеличение коэффициента использования топлива котла при установке контактных теплоутилизаторов определяется:
,
где расход топлива, ; количество теплоты, сэкономленное в КТУ, Вт; низшая теплота сгорания топлива.
,
где и т.д. – содержание горючих компонентов в газе, % по прил.8 [1].
Экономия первичного топлива при использовании уходящих газов котла определяется:
,
где число часов работы утилизационной установки в году, Т=7500 ч/год; КПД котла, рассчитанный по высшей теплоте сгорания топлива.
м3/год. Годовая стоимость сэкономленного топлива определяется по формуле:
где прейскурантная цена топлива, определяемая по прил. 3 [1], ; коэффициент инфляции, руб/год. Дополнительные капиталовложения в КТУ:
,
где масса аппарата, принимается 500 кг на 1 м3 насадки: цена 1 кг нержавеющей стали, ; число скрубберов, Годовые амортизационные отчисления от дополнительных капиталовложений: Годовые дополнительные расходы электроэнергии:
где дополнительная мощность, необходимая для продувания газов через теплоутилизатор (из гидравлического расчета), кВт; Годовая стоимость потребляемой электроэнергии определяется:
где тариф на электроэнергию, определяемый по прил.3 [1], ;
Итоговое снижение годовых эксплуатационных затрат
Годовой экономический эффект составит:
2020-02-03 |
379 |
Обсуждений (0) |
|
5.00
из
|
|
Обсуждение в статье: Блочный контактный насадочный скруббер ЭК–БМ1 последней модификации |
Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓ |
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...
Система поиска информации
Мобильная версия сайта
Удобная навигация
Нет шокирующей рекламы