Лист

30

555555555

Тпжа. 165130. 005пз

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Принципиальная схема вертикального кожухо-трубчатого перегревателя паров шихты и её описание . . . . . . . . . . . .7

2 Алгоритм расчета перегревателя паров шихты. . . . . . . . . 9

2.1 Определение температуры контактного газа на входе в перегреватель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 Определение эксергетический КПД перегревателя . . . . . 15

2.3 Вычисление изменения эксергии . . . . . . . . . . . . 17

2.4 Эксергетический КПД перегревателя . . . . . . . . . . 17

2.5 Эксергетический баланс перегревателя паров шихты . . . . . 18

2.6 Изображение изменения состояния рабочего тела в термодинамических процессах на T-S, P-V и P-H диаграммах . . . . 22

3 Диаграмма потоков и потерь эксергии Грассмана-Шаргута . . . . 26

4 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . 29

Введение.[4]

В современной прикладной термодинамике для проведения успешной энергосберегающей политики необходим научно обоснованный анализ всей последовательности энергетических превращений в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте и в быту. Этот анализ должен начинаться от первичных энергоресурсов и сырья, а завершаться на стадии использования вторичных ресурсов и отходов с учетом экологических воздействий.

В настоящее время применяются два метода термодинамического анализа систем: энтропийный и эксергетический. Эти методы основаны на втором законе термодинамики и позволяют определить в данной системе суммарную потерю производимой или затраченной работы вследствие необратимости всех реальных процессов. Наиболее универсальным способом термодинамического исследования различных процессов преобразования энергии в энергохимико-технологических системах (ЭХТС) является эксергетический, он основан на широком использовании эксергии.

Понятие эксергии существенно отличается от понятия энергии. В то время как энергия связана с фундаментальными свойствами материи, эксергия является частным понятием, которое характеризует превратимость, пригодность энергии в данных условиях окружающей среды, параметры которой независимы от воздействия рассматриваемой системы.

Эксергия – это свойство термодинамической системы или потока энергии, определяемое (характеризуемое) количеством работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при обратимом их взаимодействии с окружающей средой до установления полного равновесия.

Использование эксергии позволяет решать широкий круг технических и технико-экономических задач на основе единой, логически последовательно построенной термодинамической методики.

Разработка основ эксергетического метода была начата еще во второй половине XIX в. профессором университета в Лионе Ж. Гюи (1854-1926) и с тех пор продолжает развиваться и совершенствоваться в трудах других ученых до сих пор.

Универсальность эксергетического метода термодинамического исследования ЭХТС следует рассматривать в том смысле, что характер процессов анализируемой системы не имеет принципиального значения: подход к решению задачи и метод ее решения не изменяются. В эксергетическом методе термодинамического анализа ЭХТС каждый ее элемент рассматривается как самостоятельная термодинамическая система. Таким образом, при определении потерь эксергии в каждом элементе исследуемой ЭХТС выявляются и количественно оцениваются причины несовершенства протекающих в них процессов, что дает информацию о возможности повышения совершенства во всех элементах и позволяет создать наиболее совершенную ЭХТС. Это является основной целью эксергетического метода ЭХТС.

Эксергетический метод анализа необратимых тепловых процессов получил в последнее время широкое распространение. Он позволяет наиболее обоснованно проводить установление тарифов на энергоносители, определение технического уровня различных видов оборудования по энергетическим, весовым и другим показателям, эффективность различных технологических процессов.

Тепловые процессы - нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).

Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим. В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1) поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена - глухую стенку;

2) теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

Значительно реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми телами – насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем.

Поверхностные теплообменники наиболее распространены, и их конструкции весьма разнообразны.

В химической технологии применяются теплообменники, изготовленные из самых различных материалов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана, тантала и др.), а также из неметаллических материалов, например, графита, тефлона и др. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью, причем конструкция теплообменного аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала.

Конструкции теплообменников должны отличаться простотой, удобством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.

Принципиальная схема перегревателя паров шихты[4].

Т=432°С Т=575°С

Р=100кПа Р=100кПа

Т=490°С

Р=180кПа

Т=150°С

Р=180кПа

Рисунок 1. –Принципиальная схема вертикального кожухо-трубчатого перегревателя паров шихты с «плавающей» головкой

1 – верхняя крышка трубного пространства; 2, 3 – секционные перегородки; 4 – опорная лапа; 5 – трубки; 6 – «плавающая» трубная решетка; 7 – нижняя крышка трубного пространства; 8 – крышка межтрубного пространства; 9 – кожух; 10 – патрубок; 11 – неподвижная трубная решетка.

Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространенный тип теплообменной аппаратуры в химической технике.

Они позволяют создать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, могут работать при высоких давлениях теплоносителей, могут быть испарителями, конденсаторами, подогревателями, кипятильниками, просты в изготовлении и надежны в работе. Однако имеют и ряд существенных недостатков:

-сложность или невозможность чистки межтрубного пространства,

- высокая металлоемкость и, как следствие, большая масса,

-необходимость компенсации температурных деформаций при разнице температур теплоносителей более 25-30 °С.

Последний недостаток компенсируется конструктивными решениями: линзовые компенсаторы на внешнем кожухе, теплообменники с «плавающей» головкой, с U-образными трубками и т.п.

Кожухо-трубчатые теплообменники могут быть одно- и многоходовыми по трубному и/или межтрубному пространству.

На рисунке 1 представлен типовой вертикальный кожухотрубчатый перегреватель шихты с «плавающей» головкой.

Он состоит из цилиндрической обечайки-кожуха 9. В трубных решетках плотно закреплен пучок труб 6. Для ввода и вывода теплоносителей к кожуху и крышке 1 приварены патрубки 10. Теплообменник устанавливается на опорных лапах 4. Пары шихты входят через верхний патрубок в обечайке теплообменника в межтрубное пространство, разделенное на секции перегородками 3. Контактный газ проходит по трубкам 5, закрепленным одним концом в неподвижной трубной решетке 11, а другим в незакрепленной трубной решетке 6. трубное пространство разделено перегородкой 2 на два хода. Тепло от одного теплоносителя другому передается через стенки труб.