毕业设计（论文）-2000kgh天然气蒸汽锅炉余热回收系统的设计与开发.docVIP

1 引言 天然气作为一种绿色燃料,将越来越多地被广泛应用。由于天然气中杂质含量很少,基本不存在磨损和结渣问题,可以大幅度地提高受热面的烟气流速,从而提高锅炉的整体效率。一般来说,现在保温较好的天然气锅炉的效率已经可以达到90 %左右。虽然锅炉效率已经很高,但是由于天然气的价格昂贵(大约是轻油的1. 5 倍、煤的5 倍) ,所以如何进一步提高天然气锅炉效率仍然很有必要。采用常规的锅炉设计技术,2t/ h以下的锅炉排烟温度接近300 ℃,10t/ h 以下的锅炉排烟在240 ℃左右,而20t/ h的锅炉排烟温度也高达200 ℃,因此,排烟热损失是降低锅炉效率的主要因素。 此外,由于天然气燃料含氢量大,每产生10 ×104kcal 的热量大约可以生成18kg水蒸气,比燃煤锅炉多2 倍,比重油锅炉多46 %左右。常压下水的汽化温度是100 ℃,而各种型号的天然气锅炉其排烟温度都在200 ℃以上,因此大量的水蒸气随烟气排入大气,对其加以回收利用也可提高锅炉的热效率。与此同时,水蒸气的凝结液吸收烟气中的部分酸性气体,起到环保作用。 在以下设计中先对天然气燃烧进行计算，计算出降低不同烟气出口温度下回收的烟气余热及提高的锅炉效率。然后选择余热回收换热器进行换热器结构设计和计算。最后用化工流程模拟软件Simsci ProII软件对换热过程进行模拟机设计优化。 2 燃烧计算 2.1完全燃烧状态下空气和烟气量及焓的计算 以下计算未有特殊说明，均为在标准状况下的计算，并且气体为理想气体。 2.1.1理论空气量V0 V0=0.0476[0.5CO+0.5H2+1.5H2S+∑(m+n/4)CmHn-O2] =0.0476[0.5×0+0.5×0+1.5×1.9×10-4+2×95.502+3.5×1.810+5×0.255+(0.038+0.039) ×6.5+(0.016+0.008+0.002) ×8+6×0.031-0] =0.0476×199.509 =9.497m3/m3 2.1.2 过量空气系数 ，查表2.1取1.12 表2.1 不同燃料过量空气系数的选择 燃料 固体燃料 煤粉 液体燃料 气体燃料 过量空气系数 1.3~1.7 1.2~1.25 1.1~1.3 1.05~1.2 2.1.3 理论烟气量 理论N2的体积=理论空气量N2+燃料本身N2 =0.79×9.497+0.01×0.183 =7.504m3/m3 三原子气体的体积 =0.01× =1.028m3/m3 理论水蒸气体积 =2.133m3/m3 式中 dw——干燃气中湿度（g/m2）。 理论烟气量 =10.665 m3/m3 2.1.4 实际烟气量 （1）不计天然气所带水分进入锅炉燃烧，以干天然气为基础计算。 实际水蒸气体积 = +0.0161 =2.133+0.0161×（1.12-1）×9.497 =2.151 m3/m3 实际烟气体积 =1.028+7.504+2.151+(1.12-1) ×9.497×1.161 =11.97 m3/m3 实际N2体积 =0.79×1.12×9.497+0.01×0.183 =8.405 m3/m3 过量O2体积 =0.21×(1.21-1) ×9.497 =0.239 m3/m3 实际烟气质量 =0.01[1.96×2.335+1.52×1.9×10-4 +1.25×0.183+0+0+0+0.176× 95.502+1.342×1.810+1.968×0.255+0.077×2.594+0.026×3.22+3.216×0.031]+0+1.306×1.12×9.497 =0.01×76.786+13.891 =14.659kg/m3 （2）以湿天然气为基础计算 天然气在进入锅炉时为湿天然气，且相对湿度=80%，则实际水蒸气体积=2.151+0.25=2.401 m3/m3； 烟气总体积Vg=11.97+0.25=12.22 m3/m3； 2.1.5 天然气消耗量 供给自来水温度t=20℃时，由《水及水蒸气性质表》得，=83.865kJ/kg 天然气燃烧放热，水吸收热量生成蒸汽。在P=0.8Mpa时，饱和水温度为ts=165.04℃，=2760.225kJ/kg 则锅炉工作实际有效吸收热量 以天然气低位热值为基础，Qr=36000kJ/m3 则天然气流量=148.69m3/h 2.1.6 产生烟气流量 由以上计算得出消耗1m3天然气，产生12.22m3烟气 则产生烟气流量为 2.2 水蒸气量计算 由于