Проектирование промышленной теплоэнергетической установки для сернокислотного цеха

На предприятии ОАО «Сумыхимром» действуют два цеха по производству серной кислоты, оборудование которых как технически, так и морально устарело. Поэтому перед руководительством предприятии встала задача о реконструкции существующих цехов и постройки нового сернокислотного цеха мощность 618 тыс. тонн в пересчёте на 100 % серную кислоту.
Ввиду того, что в процессе преобразования исходной комовой серы в готовый продукт серную кислоту, возникают экзотермические реакции с выделением сравнительно больших тепловых потоков, которые не используются в технологии, возникает вопрос об организации эффективной схемы утилизации данного тепла с ого дальнейшим преобразованием в пар высоких параметров и использование его для производства собственной электроэнергии на электрогенерирующих установках. В действующей системе сернокислотного производства пар высоких параметров редуцируется до усреднённых общезаводских параметров, поэтому установка собственных электрогенерирующих установок весьма актуальна в свете бедующих повышений тарифов на энергоносители. Однако политика предприятия в этом отношении склоняется к потребности пара усреднённых параметров на производственные нужды, а вопрос получения собственной электроэнергии становится как бы не основным, но и немаловажным. Следовательно, электрогенерирующие установки необходимо проектировать с условием промышленного отбора пара усреднённых параметров.
В настоящей дипломной работе рассчитаны тепловые и материальные балансы для трёх вариантов тепловых схем сернокислотного производства, а именно: базовый вариант с редуционно-охладительным устройством, используемым на действующих сернокислотных цехах предприятия; вариант с установкой электрогенерирующего оборудования на базе турбины лопаточного типа, предложенной предприятию сторонними организациями; вариант с установкой электрогенерирующего оборудования на базе винтовой турбины, предложенное дипломантом. Определены тепловые и материальные потоки рабочих сред, их параметры и расходы при условии промышленного отбора заданных параметров.
Для турбины лопаточного типа проделан поверочный расчёт регулировочной ступени скорости, дабы проверить правильность подбора оборудования. Предложена конденсационная турбина ПТ 12-3,4/ 1,0-1 Калужского турбинного завода номинальной мощностью 12 МВт в конденсационном режиме без производственного отбора. Данная турбина представляет собой двухцилиндровый турбогенератор на 18 нерегулируемых и 1 регулируемую ступени. После цилиндра высокого давления находится промежуточная камера для регулируемого отбора пара. После отбора пара основной поток срабатывает в цилиндре низкого давления и направляется в конденсатор. Для турбины данного типа необходимо иметь развитое конденсатное хозяйство, что естественно приводит к удорожанию всей установки.
Для винтовой турбины проведены тепловые и конструктивные расчёты, на основе которых были подобраны геометрические размеры винтов, разработана схема их зацепления. Ввиду того, что после эры большой энергетики, где кроме лопаточных турбин мало что использовалось, малая энергетика развивалась не так интенсивно, и существующие разработки для винтовых турбин просчитаны лишь на малые мощности, для нашего случая, согласно терминологии организации проектировщика ООО «Генерация», паровая винтовая машина на 3,8 МВт. Винтовая турбина представляет собой обратный винтовой компрессор, где к ведущему винту подсоединяют электрогенератор. Рабочими органами являются ведущий и ведомый винты, в виде шнеков. Предусмотрен производственный отбор пара общезаводских параметров. Винтовая турбина имеет на ряду с более низким внутренним относительным КПД , нежели у лопаточные турбины, и существенные преимущества:
• ВТ практически не уступает ЛТ в приделах давлений 0,8-3,9 МПа.
• Придельная неприхотливость к качеству пара (допускается сильная влажность, наличие твёрдых частиц);
• Компактность, простота конструкции, простота монтажных работ;
• Высокая ремонтопригодность;
• Затраты на эксплуатацию меньше, так как возможно обслуживание обычным персоналом котельной, простота обучения;
• Эксплуатационная надёжность и безопасность-маневренность, быстрый пуск и останов;
• Большой диапазон регулирования мощности (10-100 %);
• Постоянство крутящего момента на выходном валу;
• Меньшая стоимость, включая расходы на монтаж и наладку (в 1,5÷2 раза).
• Не нуждается в конденсаторе, что упрощает схему внутренних тепловых коммуникаций.
Так как на выхлопе винтовой турбины можно получить практически конденсат, то необходимость в больших затратах на развитое конденсатное хозяйство фактически отпадает.
Для процесса получения основного теплового потока сжигания жидкой серы был проведён поверочный расчёт серного энерготехнологического котла СЭТА 100-Ц-2М, производительностью 100 тонн серы в сутки. Энерготехнологический котёл состоит из циклонной топки, переходной камеры, испарительного блока, паропере6гревателя, барабана и каркаса. Осушенный воздух из абсорбционного отделения поступает в воздушную рубашку корпуса котла и тангенциально подаётся через фурмы в топку, закручивая факел жидкой серы, создавая перемешивание потоков рабочих сред для полноты сгорания.
Был проведен проектировочный расчёт одного аппарата из теплообменного оборудования утилизационной схемы. Для эти целей выбран экономайзер 2-й ступени., представляющий собой двухходовой теплообменник, в котором в трубном пространстве подпиточная вода из деаэратора, а в трубном пространстве серный ангидрид, полученный при окислении сернистого ангидрида в серный с образованием теплового потока от экзотермической химической реакции в контактном аппарате.
Также был проведён проектировочный расчёт паропровода подачи «острого» пара от котлопечного отделения к энергосиловому, длинной около 850 м. Для него определён подземный способ прокладки в канальном исполнении. Проведены тепловые, конструктивные и прочностные расчёты элементов паропровода: компернсатора, теплоизоляции, выхода из котлопечного отделения, неподвижных опор.
В технологическом разделе дипломной работы разработана технология монтажа паропровода и расчёт объемов земляных работ, по которым было подобрано соответствующие оборудование и сформирован календарный план производства монтажных работ.
В раздел охраны труда рассмотрены вопросы опасных факторов при производстве серной кислоты и при эксплуатации трубопроводов, был проведен расчёт предохранительного клапана для РОУ 13/6.
В экономическом разделе расчётами была определена себестоимость электроэнергии от собственных электрогенерирующих источников, а также срок окупаемости проектов установки данного оборудования.

Ведение 4
1. Описание технологической схемы получения серной кислоты [1,2,3] 7
1.1. Сжигание серы 7
1.2. Контактное окисление SO2 в SO3 8
1.3.Абсорбция триоксида серы. 9
2. Расчёт тепловой схемы производства серной кислоты [1,2,3,4] 12
2.1. Расчёт тепловой схемы с РОУ (базовый вариант) 12
2.1. Расчёт тепловой схемы с лопаточной турбиной 18
2.3. Расчёт тепловой схемы с винтовой турбиной 19
2.4.Определение степени эффективности тепловой утилизационной схемы 21
2.5. Предварительная технико-экономическая оценка 23
3. Выбор основного оборудования тепловой схемы 26
3.1. Поверочный расчёт энерготехнологического котла 26
3.1.1. Краткое описание энерготехнологического котла [5] 26
3.1.2. Тепловой поверочный расчёт котла [2,6,7,8] 28
3.2. Поверочный расчёт лопаточной турбины ПТ 21-3,4/1,0-1 37
3.2.1. Краткое описание лопаточной турбины.[9,10,11 37
3.2.2. Поверочный расчёт двухвенечной ступени скорости турбины [9,10] 40
3.3. Расчёт винтовой турбины 52
3.3.1. Краткое описание [13] 52
3.3.2. Расчёт ПВМ [13.14.15] 54
3.4. Расчёт економайзера 2-й ступени 59
3.4.1. Тепловой расчёт 59
3.4.2. Гидравлический расчёт экономайзера 2-й ступени 63
3.4.3.Прочностной расчёт экономайзера 2-й ступени 64
3.5. Расчёт паропровода перегретого пара [16,17] 64
3.5.1. Гидравлический расчёт паропровода 64
3.5.2. Тепловой расчёт паропровода: 70
3.5.3. Расчёт элементов паропровода: 72
4.Технологическая часть [18] 81
4.1. Расчёт монтажа паропровода 81
5.Раздел охраны труда 84
5.1.Опасные и вредные факторы в сернокислотном производстве [1] 84
5.2. Техника безопасности при эксплуатации трубопроводов[18,19] 88
5.3. Расчёт предохранительных клапанов, установленных на оборудовании, которое работает под давлением [20] 103
6. Раздел экономики 107
Литература 109

1. Постоянный технический регламент производства серной кислоты контактным методом. ОАО «Сумыхимпром».
2. Справочник сернокислотчика. Изд. «Химия», М.:, 1971 г. 744 с.
3. Амелин А.Г., Яшке Е.В. Производство серной кислоты: Учебник для проф.-техн. учеб. заведений.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1980.-245с., ил.
4. В.Я. Рыжкин. Тепловые электрические станции. Учебник для вузов/ Под ред. В.Я. Гиршфельда. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат 1987. – 328 с.: ил.
5. Котёл энерготехнологический СЭТА-Ц-100-2М.Техническое описание 311213.050.006ТО. Министерство энергетического машиностроения.,1983 г.
6. С.Н.Ганз, І.Ю. Кузнєцов. Випалювальні печі хімічної промисловості. Державне видавництво технічної літератури. Київ - 1961 р., 217 с.
7. М.Ш. Исламов. Проектирование и эксплуатация промышленных печей. – Л.: Химия, 1986.- 280с., ил.
8. М.В. Грошев основы расчёта промышленных печей. Государственное издательство технической литературы. Киев – 1954 г., 196 с.
9. Щегляев А.В. Паровые турбины. М., Энергомашиниздат, 1993. 415 с.
10. Костюг А.Г., Фролов В.В. Турбины тепловых и атомных электрических станций. М., Издательство МЭИ, 2001. 488 с.
11. Тепловые электрические станции ( паротурбинные установки ТЭС): Справочное пособие/ Е.А. Бойко, К.В. Баженов, П.А. Грачев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. 152 с.
12. www.KALUGA.ru официальный сайт Калужского турбинного завода.
13. www.generation.ru официальный сайт ООО «Генерация».
14. Кошкин Н.Н. Сакун И.А. Бамбушек Е.М. - Холодильные машины. Ученик для вузов.- Л.: Машиностроение, 1985. 510 с., ил.
15. Кошкин Н.Н. Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин.- Л.: Машиностроение, 1976. 510 с., ил.
16. Теплоснабжение: Учебник для вузов/ А.А. Ионин, Б.М. Хлыбов, В.Н. Братенков, Е.Н Тарлецкая; под ред. А.А. Ионина. – М.: Стройиздат, 1982.- 336 с, ил
17. Проектирование и расчёт конструкций тепловых сетей: Справочное пособие/ А.А. Лямин, А.А. Скворцов. – М.: Стройиздат, 1965.- 295 с, ил