Тепловой расчет котельных установок. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод)

Тепловой расчет котельного агрегата проводят со следующими це­лями:

Определение конструктивных характеристик и размеров радиацион­ных и конвективных поверхностей нагрева;

Определение температур ‘рабочего тела и продуктов сгорания топли­ва или другого теплоносителя, используемого для повышения темпера­тур и энтальпий рабочего тела.

Ниже изложена методика проверочного теплового расчета, выпол­няемого с целью определения характеристик рабочего тела и дымовых газов для серийно выпускаемых агрегатов. Проверочный тепловой рас­чет следует проводить после составления и расчета тепловой схемы источника теплоснабжения, когда известны следующие данные: производительность котельного агрегата;

Конечные параметры рабочего тела - давление, температура воды, пара - после котлоагрегата;

Вид и характеристики используемого топлива; способ сжигания топлива, тип топочного устройства; температуры рабочего тела, обычно воды и воздуха, поступающих в котельный агрегат;

Тип и конструктивные характеристики котельного агрегата; способы подачи воздуха и удаления продуктов сгорания из котло­агрегата;

Качество воды, поступающей в котельный агрегат, и требования по­требителя к качеству пара.

При реконструкции котлоагрегата иногда требуется выбирать тип водяного экономайзера, воздухоподогревателя, способ регулирования температуры перегретого пара и температуру уходящих газов. Тепловой расчет следует начинать с выяснения элементарного состава и теплоты сгорания рабочей массы топлива; при подсушке и размоле с удалением испаренной влаги в атмосферу необходимо пересчитать состав топлива и его теплоту — сгорания на новую влажность, с которой топливо посту­пает в топочное устройство рассчитываемого котлоагрегата. Характе­ристики топлива даются в справочниках, см., например, [Л. 12, 13], а для некоторых топлив приведены в табл. 1-3, 1-4, 1-6, 1-10 и 1-11.

Зная состав топлибэ, способ его сжигания и тип топки, следует с помощью формул (2-21) и (2-22) определить количество теоретически необходимого воздуха. При принятом типе топочного устройства следу­ет с помощью табл. 2:5 выбрать величину избытка воздуха. Там же можно найти примерные значения присосов холодного воздуха по газо­ходам или элементам агрегата и определить в каждом из них величину 78

Избытка воздуха. Для расчета объема и состава продуктов сгорания необходимо составить табл. 2-6 и с помощью выражений (2-34) для твердых и жидких топлив и (2-46) для газообразного найти теоретиче­ский объем сухих тазов.

Затем, используя выражения (2-36) для твердого и жидкого топлив и (2-47) для газообразного топлива, найти теоретические объемы водя­ных паров. Зная избытки воздуха по газоходам и элементам котлоагре — гата, можно с помощью выражений (2-35), (2-37) и (2-45) найти дей­ствительные объемы сухих газов, водяных паров и полный объем про­дуктов сгорания твердого или жидкого топлива, а для газообразного по выражению (2-50).

Рис 2-10. Пример /-^-диаграммы.

Проверить расчет можно по [Л. 12 и 13]. — Используя выражения <2-51), находят объемные доли или парциальные давления трехатомных газов и водяных паров в элементах агрегата и вносят их в табл. 2-6, «уда заносят и результаты расчетов по определению массы продуктов. сгорания, найденной с помощью выражений (2-52) и (2-53).

При расчете котлоагрегатов на твердом топливе в ту же таблицу. обычно вносят и величины концентраций летучей золы в дымовых га­зах, найденные по (2-54). Имея объемы воздуха и продуктов сгорания топлива, можно перейти к определению их энтальпии, используя для этого величины теплоемкостей, взятые из табл. 2-7, последовательно заполняя таблицу формы 2-9. Энтальпию теоретического объема дымо­вых газов подсчитывают по выражению (2-56), энтальпию теоретически (Необходимого количества воздуха по выражению (2-55) и золы по вы­ражению (2-58). Для проверки расчетов целесообразно построить диа­грамму зависимости энтальпии от температуры при нескольких избыт­ках воздуха по типу рис. 2-10.

После определения состава, количества и энтальпий продуктов сго­рания топлива следует определить расход топлива из выражения (2-70); к. п. д. находят после составления теплового баланса или берут по рас­четным (заводским) данным из каталогов и справочнике®, например из [Л. 13].

Для котлоагрегатов, в которых сжигается жидкое или газообразное топливо, сумма потерь теплоты определяется значениями с/2, <7з и <75. Величина <75, как уже отмечалось, может быть найдена из рис. 2-7 и пересчитана по формулам (2-89) и (2-90). Потери теплоты с уходящими газами <72 определяются по формулам (2-85) и (2-86), в которых тем­пературу уходящих газов можно взять по справочникам.

/При установке за котлоагрегатом водяного экономайзера количест­во теплоты, воспринятое водой, можно найти, если задаться температу­рой уходящих газов, величина которой для котлов небольшой произво­дительности может быть взята из табл. 2-13; там же даны температуры поступающего воздуха, необходимые для защиты стальных воздухопо­догревателей от интенсивной коррозии. При сжигании твердых топлив к потерям теплоты <72, <7з и <75 следует прибавить потери теплоты <74 И <7б. Их можно найти в таблицах расчетных характеристик топок с слоевым сжиганием топлива или камерных топок для сжигания пылевидного топлива, см. [Л. 12-14] и т. д.

После определения расхода топлива и подсчета по выражениям (2-99) и (2-100) видимых тепловых напряжений решетки или зеркала горения и объема топочной камеры проверяют их допустимость. При определении расхода топлива необходимо учитывать и теплоту в про­дувке по выражению (2-69), величина которой может быть принята в пределах от 0,05 до 0,10 от И котлоагрегата. При сжигании твердого топлива расчетный расход топлива определяется с учетом поправки на механическую неполноту сгорания топлива по формуле (2-81). После составления теплового баланса котлоагрегата и определения расхода топлива производят расчет топочного устройства, приняв внесенную теп­лоту равной теплоте сгорания топлива.

При наличии воздухоподогревателя необходимо выбрать темпера­туру горячего воздуха и учесть теплоту, им внесенную. Последнюю определяют с помощью формулы (2-55), учтя избыток воздуха в топке, или по составленной таблице энтальпий (см. табл. 2-9). При этом сле­дует помнить, что через Воздухоподогреватель проходит часть воздуха, попадающего в топочное устройство, а остальной воздух дают присосы. Величина последних для слоевых и камерных топок, не имеющих плот­ных гидравлических затворов в местах удаления шлака, составляет Да=0,1; для камерных тонок, в которых сжигается газ или мазут, она составляет До=0,05. Разность между избытком воздуха в топке и сум­мой присосов в топке и системе пылеприготовления Дапл составляет долю воздуха, проходящего через воздухоподогреватель, обозначаемую через р*зП:

Рбзп=От-Дат-Дсспл — (2-104)

При проверочном расчете котлоагрегатов малой и средней произво­дительности тип топочной камеры и топочное устройство для данного топлива являются заданными заводом-изготовителем.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Липецкий государственный технический университет

Кафедра Промышленной теплоэнергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу «Котельные установки и парогенераторы»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тепловой расчет котельного агрегата

Липецк 2013

АННОТАЦИЯ

Данная пояснительная записка к курсовому проекту представляет собой расчёт котельного агрегата прототипом которого является котел типа К-50-40-1 (модель ТП-13/Б) вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, паропроизводительностью 500 т/ч. Сжигаемое топливо - смесь природного и коксового газов.

Пояснительная записка содержит страниц, 11 иллюстраций и 9 таблиц.

Графическая часть продольный и поперечный разрезы котла, всего листов формата А1 - 2.

ОПИСАНИЕ КОТЛОАГРЕГАТА ПРОТОТИПА

Парогенератор к-50-40-1

Топочная камера полностью экранирована трубами D 60 мм с шагом 70 мм. Оборудована четырьмя пылеугольными горелками, расположенными на боковых стенках (по 2 на стенку). Схема испарения - трёхступенчатая. Чистый отсек (первая ступень) расположен в средней части барабана, солевые (вторая ступень) - по его торцам. В солевых отсеках находится по два внутрибарабанных циклона. В третью ступень включены два выносных циклона D 377 мм с внутренней улиткой.

Перегреватель агрегата - горизонтального типа, змеевиковый, радиационно-конвективный, расположен за фестоном и выполнен из труб

W 32х3 мм. В рассечку перегревателя включён пароохладитель.

Экономайзер - парогенератора - стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый с шахматным расположением труб D 28х3 мм. Установлен в опускном газоходе «в рассечку с воздухоподогревателем». Поперечный шаг труб: первой ступени - 80 мм, второй - 45 мм; продольный (для обеих ступеней) - 54 мм.

Воздухоподогреватель - трубчатый, двухступенчатый, четырёхходовой (по воздуху), с вертикальным расположением труб D 40х1,5 мм. Поперечный шаг труб - 54 мм, продольный - 42 мм.

котельный парогенератор топливо горение

РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА, ОБЪЕМОВ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Из справочной литературы берем состав газов на рабочую массу. В данном расчете принимаем влажность газов равной нулю, поэтому рабочая масса равна сухой массе.

Состав природного газа:

C 4 H 10 = 0,87%

C 5 H 12 = 0,30%

С 6 Н 14 = 0,07%

Состав коксового газа:

1.Определение доли каждого газа в смеси.

х 1 - доля природного газа, тогда х 2 = (1-х 1) - доля коксового газа.

Составляем уравнение:

Тогда доля коксового газа - 0,608.

Процентный состав смеси газов:

Проверим заданную низшую теплоту сгорания газа:

Определим ошибку:

2. Определение присосов воздуха коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам.

Коэффициент избытка воздуха по мере движения по газоходам котла увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах меньше давления окружающей среды и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт котла.

Расчетные присосы холодного воздуха на поверхность каждой ступени берем из справочной литератур.

Таблица 1. Расчетные присосы холодного воздуха в газоходах паровых котлов.

Расчетный коэффициент избытка воздуха на выходе из топки

Коэффициент избытка воздуха на выходе из последней ступени:

3.Расчет удельных объёмов воздуха и продуктов сгорания

4) dг = 10 г/м 3

Таблица 2. Характеристика продуктов сгорания и поверхностей нагрева.

Величина и расчетная формула	Топочная камера	Пароперегреватель	Вторая ступень экономайзера	Вторая ступень воздухоподогревателя	Первая ступень экономайзера	Первая ступень воздухоподогревателя
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева б"= б т +УДб i
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева б ср
Объем водяных паров, м 3 /м 3
Полный объем газов, м 3 /м 3
Объемная доля водяных паров
Объемная доля трехатомных газов
Доля трехатомных газов и водяных паров

4. Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания при расчетной температуре, о С определяют по формула:

где - энтальпия одного м 3 воздуха при расчетной температуре, кДж/м 3 ;

Теоретический объем воздуха, м 3 .

где, - энтальпия одного м 3 трехатомных газов, азота и водяных паров, кДж/м 3 ;

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха.

Результаты расчета энтальпий воздуха и газа сводим в Таблицу 3. Поскольку на данном этапе расчета температура газов за той или иной поверхностью нагрева еще неизвестна, расчет энтальпий газов делается на весь возможный (ожидаемый) за данной поверхностью диапазон температур. Искомая температура или энтальпия за поверхностью нагрева определяется по найденному в расчете или принятому значению путем линейной интерполяции в пределах имеющегося диапазона.

Таблица 3. Энтальпия теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания.

Температура, С	V o =6,365 м 3 /кг	V RO2 =0,648 м 3 /кг	V о H2O =1,58м 3 /кг	V о N2 =4,888 м 3 /кг
	H 0 в	H RO2	H 0 H2O	H 0 N2

Таблица 4. Энтальпия продуктов сгорания в газоходе, кДж/м3

t, О С

Н 0 в

H 0 г

Участки газового тракта и коэффициент избытка воздуха

Топка

Пароперегреватель

Экономайзер 2

Экономайзер 1

Н г

Д Н г

Н г

Д Н г

Н г

Д Н г

Н г

Д Н г

Н г

Д Н г

Н г

Д Н г

5. Тепловой баланс котельного агрегата.

Расчет коэффициента полезного действия и потерь теплоты.

Коэффициент полезного действия, %, проектируемого котельного агрегата, определяется из обратного баланса:

Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котла и сжигаемого топлива.

Потеря теплоты с уходящими газами q 2 зависит от выбранной температуры газов, покидающих паровой котел, и избытка воздуха и определяется по формуле

где - энтальпия уходящих газов, кДж/м 3 , определяется по температуре уходящих газов при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем; - энтальпия холодного воздуха при расчетной температуре t Х.В. =30 о С и:

Располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/м 3 .

При сжигании газа определяется по формуле.

Определяем энтальпию уходящих газов:

Потери тепла от химического недожога q 3 =0,3 %. В силу того, что топливо - газ, потерь с механическим недожогом нет, т. е. =0. Потери теплоты от наружного ограждения через внешние поверхности котла q 5 , %, невелики и с ростом номинальной производительности котла D ном, кг/с, уменьшаютсяопределяем q 5 по Рис. 3.1, q 5 =0,9%/ Потерь с физической теплотой удаляемых шлаков нет q 6 = 0 , т. к. топливо - газ.

Таким образом, коэффициент полезного действия котельного агрегата

6. Определение расхода топлива.

Расход топлива В, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового котла, можно определить из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котле:

где - расчетная паропроизводительность котла, кг/с; , - энтальпии соответственно перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг; - расход вторично-перегреваемого пара, кг/с; , - энтальпии вторично-перегреваемого пара на входе и выходе из пароперегревателя, кДж/кг; - расход продувочной воды, кг/с.

В рассчитываемом котле =0;

Энтальпии перегретого пара и питательной воды определяем по таблицам и находим расход топлива

РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

1. Основные конструкционные размеры и параметры топочной камеры.

Рисунок 1 . Эскиз топочной камеры.

Объём: V = 272м 3

Площадь экранирования: F эк = 238м 2

Площадь лучевоспринимающей поверхности настенных экранов: F лв =232м 2 .

Тепловое напряжение топочного объёма

Допустимое тепловое напряжение топочного объема q v = 456 кВт/м 3 больше теплового напряжения для данного топочного объема, следовательно, расчет топки ведется поверочным способом.

2. Тепловые характеристики топочной камеры.

Принимаем температуру газов на выходе из топки = 1000 o C.

Для предварительно принятой температуры уходящих газов определяется энтальпия, по Таблице 4:

Полезное тепловыделение в топке.

Q в -теплота вносимая в топку с воздухом,кДж/м 3 .Складывается из теплоты горячего воздуха и холодного, присосанного в топку.

Температуру горячего воздуха, для котлов, работающих на газообразном топливе, принимаем 350 0 С. Энталпиюю воздуха при этой температуре определим из Таблицы 4

Температуру холодного воздуха принимаем равной 30 0 С.

Калориметрическая температура горения

Степень экранирования топки.

3. Коэффициент тепловой эффективности экранов.

где о-условный коэффициент загрязнения и закрытия экранов.(0,65)

4. Эффективная толщина излучающего слоя.

5. Коэффициент поглощения топочной среды.

где r п - суммарная доля трехатомных газов; m -поправочный коэффициент (при сжигании газов m =0,1 )

6. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газамиk 0 г :

7. Коэффициент поглощения лучей сажистыми частицами:

8. Критерий Бугера.

9. Эффективное значение критерия Бугера.

10. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 м 3 сжигаемого топлива при нормальных условиях.

11. Действительная температура на выходе из топки.

где - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий долю теплоты газов, воспринятую поверхностью нагрева;

Разница между принятой и полученной t не превышает ±100 0 С. Расчет считается законченным.

РАСЧЕТ ФЕСТОНА

Рис. 2. схема Фестона.

1. Фестон (геометрические размеры принимаются по рисунку):

· число рядов Z 2 =4;

· диаметр труб d=60мм;

· поперечный шаг труб S 1 =560мм;

· продольный шаг труб S 2 =220мм;

· общее число труб n=36;

· число труб в ряду Z 1 =9;

· площадь поверхности нагрева: Н=21,85м 2 ;

· Относительный поперечный шаг:

· Относительный продольный шаг:

2. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при поперечном обмывании труб:

глубина газохода; -длина труб фестона(определяется по рисунку);

3. Температура газов на входе в фестон,принимаем о С, тогда температура на выходе из фестона о С

энтальпия газов на входе в фестон и на выходе соответственно, принимаем по Таблице 4.

Тепло, отданное газам:

4. Расчетная скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева:

5. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

по намограммам стр.65 .

6. Степень черноты газового потока, при температуре Т дымовых газов:

kpS -суммарная оптическая толщина продуктов сгорания потока, (м МПа) - 1 ,определяется по формуле.

7. Эффективная толщина излучающего слоя:

8. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:

9. Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания потока:

10. Степень черноты газового потока:

11. Коэффициент загрязнения при сжигании газа.

Для определения необходимо знать температуру стенки труб лучевоспринимающей поверхности t ст , которая принимается равной температуре наружного слоя золовых отложений на трубах t з , 0 С; для фестонов, подвесных труб и экономайзеров температура загрязнений стенки определяется по формуле:

Для фестонов и подвесных труб, расположенных на выходе из топки 0 С ,

t - средняя температура среды, протекающей в рассчитываемой поверхности, 0 С

12. Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности нагрева (для чистого газового потока-при расчете излучения трехатомных газов, не запыленных золой):

с г -поправка,вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания:

ш-коэффициент тепловой эффективности. Принимается в зависимости от скорости газов и вида сжигаемого топлива. ш=0,65

15.Количество теплоты, воспринятое фестоном:

Методом последовательного приближения подбираем Дt таким образом, что бы ДQ ? 5%. После проведенных вычислений определяем, что минимальная ДQ=1,03%, при температуре за фестоном t = 957 єС.

Рисунок 3. Зависимость тепла отданного газами и принятого фестоном от температуры газов.

РАСЧЕТ СТУПЕНЕЙ КОНВЕКТИВНОГО ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ

1. Значение величины лучистой теплоты, полученной конвективным пароперегревателем, определим по следующей формуле:

где - значение величины лучистой теплоты, полученной конвективным пароперегревателем, ; - площадь поперечного сечения газохода перед пароперегревателем,

2 Значение величины тепловосприятия конвективным пароперегревателем определим по следующей формуле:

где - значение величины тепловосприятия конвективным пароперегревателем, ; - понижение энтальпии в пароохладителе, .

3 Величину энтальпии дымовых газов на выходе конвективного пароперегревателя определим по следующей формуле:

где - энтальпия дымовых газов на выходе из конвективного пароперегревателя, ; - энтальпия дымовых газов на входе конвективный пароперегреватель, принимаем равной энтальпии дымовых газов на выходе из фестона; - энтальпия присосов холодного воздуха в конвективном пароперегревателе,

Температура дымовых газов на выходе из конвективного пароперегревателя равна.

Средняя температура дымовых газов в конвективном пароперегревателе:

4 Средний расход дымовых газов в конвективном пароперегревателе определим по формуле (57):

5 Для конвективного пароперегревателя будем использовать трубы с наружным диаметром и толщиной стенки Поперечный шаг труб, продольный шаг труб.

6 Определим количество труб в ряду по ширине газохода пароперегревателя по следующей формуле:

где - количество труб в ряду по ширине газохода пароперегревателя.

Тогда пересчитанное значение поперечного шага:

7 Определим площади живого сечения для прохода газа в конвективном пароперегревателе по следующей формуле:

где - площадь живого сечения для прохода газа, .

8 Определим среднюю скорость движения дымовых газов в конвективном пароперегревателе по формуле:

9. Число параллельно включенных труб в конвективном пароперегревателе определим по следующей формуле:

где - число параллельно включенных труб ступени конвективном пароперегревателе, - средняя массовая скорость перегретого пара, принимаем.

10. Принимаем однопоточную схему движения пара конвективном пароперегревателе. Тогда число рядов труб в змеевике определим по следующей формуле:

где - число рядов труб в змеевике.

принимаем, тогда число параллельно включенных труб.

Уточняем значение скорости движения пара по формуле:

(по таблице AQUADAT)

11 Эффективную толщину излучающего слоя определим по следующей формуле:

где - эффективная толщина излучающего слоя, м.

12 По формуле определим коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

13. Суммарную оптическую толщину потока дымовых газов определим по формуле:

14. Степень черноты газового потока определим по формуле:

15. Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде определим по следующей формуле:

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде, ; - поправка на форму канала (по номограмме);

16. Значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов сгорания при незапыленном потоке для:

Поправка, вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания, (по номограмме), (по номограмме).

17. Значение коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности определим по формуле:

Поправка на число рядов труб по ходу газов, ;

Поправка на компоновку пучка, .

Поправка, которая учитывает влияние на коэффициент теплоотдачи изменений физических характеристик среды (по номограмме);

18. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определим по формуле:

19. Значение коэффициента теплопередачи для конвективного пароперегревателя определим по следующей формуле:

где k - значение коэффициента теплопередачи для конвективного пароперегревателя,

20. Значение среднего температурного напора для конвективного пароперегревателя определим по следующей формуле:

где - средний температурный напор,; - больший температурный напор, ; - меньший температурный напор.

21. Значение площади поверхности нагрева в конвективном пароперегревателе определим по формуле:

22. Определим число труб пароперегревателя:

23. Найдем число труб вдоль потока газов:

24. Найдём число петель в змеевике

24. Уточняем теплообменную поверхность пароперегревателя:

25. Уточняем тепловосприятие пароперегревателя:

Так как то расчёт выполнен верно.

26. Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов:

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОСПРИЯТИЙ ПО ПОВЕРХНОСТЯМ НАГРЕВА

Для экономайзера:

D пв = D + D пр =13,88+0,42=14,2 кг/с .

Энтальпия среды на выходе из экономайзера:

То есть экономайзер - некипящего типа.

Примем 65% от тепловосприятия экономайзера на II ступень («горячую»), а на I ступень - 35%:

Определение температуры дымовых газов на выходе из «горячей» ступени экономайзера:

По таблице 4, при данной энтальпии определяем температуру на выходе из второй ступени:

Температура воды на выходе из второй ступени экономайзера

887 кДж/кг ,

Температура воды на входе во вторую ступень (на выходе из первой ступени):

при данной энтальпии температура воды.

Температуру воды на входе в экономайзер определяем при,

Для воздухоподогревателя:

Определение теплоты, воспринятой воздухом:

При t ГВ =350 0 С;

При t =30 0 С.

Примем 50% от тепловосприятия воздухоподогревателя на II ступень, а на I ступень - 55%:

Температура дымовых газов на входе во II ступень воздухоподогревателя:

Температура газов на выходе из II ступени воздухоподогревателя:

Температура дымовых газов на выходе из I ступени экономайзера:

По таблице 4 определяем температуру при данной энтальпии, .

Температура газов на выходе из I ступени воздухоподогревателя:

По таблице 4 определяем температуру при данной энтальпии, .

Температура газов на выходе отличается от заданное менее чем на 10.

Температура воздуха на выходе из I ступени воздухоподогревателя:

I = 197 о С.

Температура воздуха на выходе из II ступени воздухоподогревателя:

По таблице 4 определяем температуру воздуха: t вп II = 319 о С.

Составим тепловой баланс котельного агрегата:

Определим ошибку:

Следовательно, баланс определен правильно.

РАСЧЕТ ВТОРОЙ СТУПЕНИ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Рис.4. Схема II ступени водяного экономайзера

Температура дымовых газов: х" = 587 o C, х"" = 472 о С.

Температура воды: t"= 190 o C, t""=207 о С.

Экономайзер стальной гладкотрубный трубы 28х3.

S 1 = 70 мм - поперечный шаг,

S 2 = 54 мм - продольный шаг,

1. Тепловосприятие второй ступени экономайзера:

2. Расход воды через экономайзер: D эк =14,2 кг/с

3. Число труб в ряду:

4. Сечение для прохода воды:

где z р - число рядов труб, выходящих из одного коллектора; z с - число потоков воды в экономайзере; n=z 1 z р z c =36- число параллельно включенных труб.

Удельный объем воды при p=4,45 МПа.

6. Скорость воды:

7. Средняя температура газов:

9. Сечение для прохода газов:

10. Скорость газов:

14. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами и золой:

Степень черноты:

16. Теплоотдача излучением:

1 = к + л =94,5+7,34=101,8.

19. Температурный напор:

Рис. 5 . Тепловой напор во второй ступениэкономайзера.

21. Длина змеевиков:

22. Число петель:

Принимаем z пет =4

24. Тепловосприятие второй ступени экономайзера:

25. Расхождение между Q б иQ т :

Ошибка менее 5%.

Следовательно, полная высота пакета равна:

10 . Расчет второй ступени воздухоподогревателя

Рис. 5. Схема II ступени воздухоподогревателя

Температура дымовых газов: х " = 472 o C , х "" = 340 o C .

Температура воздуха: t "= 197 o C , t ""= 319 о С.

S 1 = 45 мм - поперечный шаг,

S 2 = 45 мм - продольный шаг,

Число рядов труб;

Число труб в ряду.

3. Скорость газов:

м 2 .

5. Скорость воздуха:

Значения присосов находятся по таблице 3.

10. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

Степень черноты:

12. Теплоотдача излучением:

а з = 0,8 (1, стр.72)

13. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

14. Коэффициент теплопередачи:

, (1, стр. 57)

Где о=0,85 - коэффициент использования воздухоподогревателей.

15. Температурный напор:

ш - поправочный коэффициент для определения температурного напора при перекрёстно-противоточном движении теплоносителей. Этот коэффициент определяем по номограмме, исходя из следующих значений коэффициентов:

16. Площадь поверхности нагрева:

17. Высота трубной поверхности:

Рис.7. температурный напор во второй ступени воздухоподогревателя.

18. Число ходов по воздуху:

Примем число ходов.

19. Уточним высоту хода воздухоподогревателя:

20. Т.к. найденная высота одного хода воздухоподогревателя отличается от ранее принятой, уточняется скорость воздуха.

Сечение для прохода воздуха:

м 2

Скорость воздуха:

21.Уточняем площадь поверхности нагрева:

22. Тепловосприятие воздухоподогревателя:

23. Расхождение между Q б иQ т :

Ошибка менее 5%.

РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Рис. 8. Схема I ступени водяного экономайзера

Водяной экономайзер изготовлен из труб диаметром 28 мм с толщиной стенки 3 мм (сталь 20).

Температура дымовых газов: х " = 140 o C , х "" = 247 °c.

Температура воды: t "= 163 o C , t ""= 193 о С.

Схема противоточная с шахматным расположением труб. Принимаем стальной змеевиковый экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков.

S 1 = 44 мм - поперечный шаг,

S 2 = 70 мм - продольный шаг,

1. Тепловосприятие экономайзера:

2. Расход воды через экономайзер:

3. Число труб в ряду:

4. Сечение для прохода воды:

м 2 .

где z р - число рядов труб, выходящих из одного коллектора; z с - число потоков воды в экономайзере; n=z 1 z р z c =64 - число параллельно включенных труб.

5. Средняя температура воды в экономайзере:

Удельный объем воды при p= 4,45 МПа.

6. Скорость воды:

7. Средняя температура газов:

8. Средний расход дымовых газов:

9. Сечение для прохода газов:

м 2 .

10. Скорость газов:

11. Эффективная толщина излучения:

12. Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

13. Температура стенок экономайзера:

14. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

15. Оптическая толщина излучающего слоя:

Степень черноты:

16. Теплоотдача излучением:

а з = 0,8 (1, стр.72)

17. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

18. Коэффициент теплопередачи:

19. Температурный напор:

Рис.9. Температурный напор в первой ступени экономайзера.

20. Площадь поверхности нагрева:

21. Длина змеевиков:

22. Число петель:

Принимаем z пет =3

23. Площадь поверхности нагрева при полученном числе петель:

24. Тепловосприятие первой ступени экономайзера:

25. Расхождение между Q б иQ т :

Ошибка менее 5%.

26. Шаг одной петли экономайзера:

;Следовательно, полная высота пакета равна:

РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Рис.10. Схема I ступени воздухоподогревателя

Тип воздухоподогревателя - рекуперативный.

Изготовлен из труб диаметром 40 мм с толщиной стенки 1,5мм (сталь 20).

Температура дымовых газов: х" = 247 o C, х"" = 129 o C.

Температура воздуха: t"= 30 o C, t""=197 о С.

S 1 = 44мм - поперечный шаг,

S 2 = 44мм - продольный шаг.

Число рядов труб;

Число труб в ряду.

1.Тепловосприятие второй ступени воздухоподогревателя:

2. Определим сечение для прохода газов:

3. Скорость газов:

4. Сечение для прохода воздуха:

5. Скорость воздуха:

Отношение среднего количества воздуха в воздухоподогревателе к теоретически необходимому:

Значения присосов находятся по Таблице 4.

6. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке:

7. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху:

8. Температура стенок воздухоподогревателя:

9. Эффективная толщина излучения:

10. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами и золой:

11. Оптическая толщина излучающего слоя:

Степень черноты:

12. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

Для первых ступеней воздухоподогревателей:

13. Коэффициент теплопередачи:

где о=0,8 - коэффициент использования воздухоподогревателей, .

14. Температурный напор:

ш - поправочный коэффициент для определения температурного напора при перекрёстно-противоточном движении теплоносителей.

Этот коэффициент определяем по номограмме , исходя из следующих значений коэффициентов:

15. Площадь поверхности нагрева:

16. Высота трубной поверхности:

17. Число ходов по воздуху:

Примем число ходов.

18. Уточним высоту хода воздухоподогревателя:

19. Т.к. найденная высота одного хода воздухоподогревателя отличается от ранее принятой, уточняется скорость воздуха.

Сечение для прохода воздуха:

Скорость воздуха:

значит коэффициент теплопередачи оставляем прежним.

20.Уточняем площадь поверхности нагрева:

21. Тепловосприятие воздухоподогревателя:

22. Расхождение между Q б иQ т:

Ошибка менее 5%.

23. Итоговая высота воздухоподогревателя:

где - высота ремонтного разрыва между соседними пакетами воздухоподогревателя, м.

24. Общая высота ступеней экономайзера и воздухоподогревателя, м:

где 0,9 - разрыв между пакетами экономайзера и воздухоподогревателя.

Т. к. высота вертикального газохода равна 19,23 м, то экономайзер и воздухоподогреватель полностью помещаются в газоход, изменение конструкции не требуется.

СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Уточняем q 2:

где - энтальпия уходящих газов при температуре, определяется по таблице 4,

Расчетная невязка теплового баланса:

расчет выполнен верно.

Таблица 5. Сводная таблица теплового расчета котельного агрегата.

Рисунок 11. Тепловая схема котельного агрегата.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

1) Шацких Ю. В. Тепловой расчет котельных агрегатов: учебное пособие, Липецк: ЛГТУ 2008.-144 с.

2) Тепловой расчёт котельных агрегатов. Нормативный метод. под ред. Кузнецова Н. В. М., “Энергия”, 1973, 295с.

3) Липов Д. М. Компоновка и тепловой расчёт парового котла. М.:Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Описание котельного агрегата ГМ-50–1, газового и пароводяного тракта. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания для заданного топлива. Определение параметров баланса, топки, фестона котельного агрегата, принципы распределения теплоты.

курсовая работа , добавлен 30.03.2015


Описание котельного агрегата типа БКЗ-210-140. Энтальпия продуктов сгорания между поверхностями нагрева. Расчет топки, ширмового и конвективного пароперегревателя. Невязка теплового баланса парогенератора. Расчет и выбор дымососов и вентиляторов.

курсовая работа , добавлен 29.04.2012


Объем и энтальпия продуктов сгорания воздуха. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата. Тепловой расчет топочной камеры. Расчет пароперегревателя, котельного пучка, воздухоподогревателя и водяного экономайзера.

курсовая работа , добавлен 30.05.2013


Расчетные характеристики топлива. Расчёт объема воздуха и продуктов сгорания, КПД, топочной камеры, фестона, пароперегревателя I и II ступеней, экономайзера, воздухоподогревателя. Тепловой баланс котельного агрегата. Расчёт энтальпий по газоходам.

курсовая работа , добавлен 27.01.2016


Действительное количество воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива. Основные конструктивные характеристики топки. Расчет теплообмена, фестона, пароперегревателя, хвостовых поверхностей и невязки теплового баланса.

курсовая работа , добавлен 24.10.2013


Описание конструкции и технических характеристик котельного агрегата ДЕ-10-14ГМ. Расчет теоретического расхода воздуха и объемов продуктов сгорания. Определение коэффициента избытка воздуха и присосов по газоходам. Проверка теплового баланса котла.

курсовая работа , добавлен 23.01.2014


Расчет объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расчетный тепловой баланс и расход топлива котельного агрегата. Проверочный расчет топочной камеры. Конвективные поверхности нагрева. Расчет водяного экономайзера. Расход продуктов сгорания.

курсовая работа , добавлен 11.04.2012


Поверочный расчет котельного агрегата, работающего на природном газе. Сводка конструктивных характеристик агрегата. Топливо, состав и количество продуктов сгорания, их энтальпия. Объемная доля углекислоты и водяных паров по газоходам котельного агрегата.

курсовая работа , добавлен 06.05.2014


Устройство циркуляционной системы котельного агрегата ПК 14. Исходные характеристики по топливу и котельному агрегату. Пересчет составляющих топлива на рабочие массы и заданную влажность. Теоретический объем и энтальпия воздуха и продуктов сгорания.

курсовая работа , добавлен 26.02.2014


Тепловая схема котельного агрегата Е-50-14-194 Г. Расчёт энтальпий газов и воздуха. Поверочный расчёт топочной камеры, котельного пучка, пароперегревателя. Распределение тепловосприятий по пароводяному тракту. Тепловой баланс воздухоподогревателя.

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

2.1 Общие положения

Тепловой расчет котельного агрегата может иметь двоякое назначение:

а) при проектировании нового котельного агрегата по заданным параметрам его работы (паропроизводительность, температуры перегретого пара, питательной воды, подогрева воздуха и др.) определяют величины всех его поверхностей нагрева.

б) при наличии готового котельного агрегата проверяют соответствие всех величин поверхностей нагрева заданным параметрам его работы.

Первый вид расчета называется конструкторским, второй – поверочным. В курсовом проекте выполняется поверочный расчет. Тепловой расчет котельного агрегата производят по методике, разработанной Всесоюзным теплотехническим институтом им. Ф.А. Дзержинского и центральным котлотурбинным институтом им. И.И. Ползунова ВТИ и ЦКТИ. Величины котельного агрегата рассчитывают последовательно, начиная с топки, с последующим переходом к конвективным поверхностям нагрева. Предварительно выполняют ряд вспомогательных расчетов: составляют сводку конструктивных характеристик элементов котельного агрегата, определяют количество воздуха, необходимого для горения, количество дымовых газов по газоходам котельного агрегата и их энтальпию; составляют тепловой баланс котельного агрегата. Тепловой расчет котельного агрегата выполняют по следующим разделам:

2.2 Сводка конструктивных характеристик котельного агрегата

При поверочном расчете, пользуясь чертежами котельного агрегата, составляют сводку конструктивных характеристик топки, конвективных поверхностей нагрева, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Для облегчения составления сводки конструктивных характеристик следует пользоваться эскизами элементов котельного агрегата.

Характеристика котла ДЕ - 6,5 - 14ГМ

Паропроизводительность, т/ч 6,5 Давление пара на выходе из котла, МПа 1,4

Температура, 0 С

насыщенного пара 194

питательной воды 100

Объем топочной камеры, м 3 11,21

Площадь поверхностей нагрева, м 2

радиационная 27,97

конвективная 63,3

пароперегревателя -

водяного экономайзера 141,6

Температура газов, 0 С

на выходе из топки 1079

за перегревателем -

Температура уходящих газов, 0 С 162

Расчетный КПД брутто, % 91,15

Газовое сопротивление котла, кПа 1,10

Диаметр и толщина стенки труб, мм

экрана 512,5

Масса котлоагрегата, т 9,545

Площадь живого сечения для прохода

продуктов сгорания, м 2 0,348

2.3 Определение количества воздуха, необходимого для горения, состава и количества дымовых газов и их энтальпии

Определить количество воздуха, необходимого для горения и количество дымовых газов по газоходам котла требуется для подсчета скорости газов и воздуха в рассчитанных поверхностях нагрева с целью определения величины коэффициента теплопередачи в них. Определение энтальпии дымовых газов необходимо для составления уравнения теплового баланса рассчитываемых элементов котельного агрегата:

а) определяют теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, и теоретическое количество продуктов сгорания топлива по формулам таблицы 2;

б) выбирают значение коэффициента избытка воздуха в конце топки по данным таблицы 1 приложения 1, а затем, определив по данным таблицы 3 присос воздуха в элементах котельного агрегата, подсчитывают среднее значение коэффициента избытка воздуха по газоходам котла;

в) подсчитывают действительное количество воздуха, необходимое на горение, а также среднее действительное количество продуктов сгорания и парциальное давление трехатомных газов в газоходах котла по формулам 3;

г) подсчитывают энтальпию теоретического количества воздуха, необходимого для горения при различных температурах и коэффициенте избытка воздуха по формуле таблицы 4 с последующим составлением h-t таблицы.

Характеристики топлива: газ Брянск - Москва ,cтр.35

СН 4 = 92,8 % С 2 Н 6 = 3,9 % С 3 Н 8 = 1,1 %

С 4 Н 10 = 0,4 % С 5 Н 12 = 0,1 % N 2 = 1,6 %

Теплота сгорания топлива:

Q С н = 37310 кДж/кг СО 2 = 0,1 %

Проверка:

СН 4 + С 2 Н 6 + С 3 Н 8 + С 4 Н 10 + С 5 Н 12 + N 2 + СО 2 = 100 %

92,8 + 3,9 +1,1 + 0,4 + 0,1 + 1,6 + 0,1=100 %

Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения. Теоретический состав дымовых газов

	Наименование величины			Расчетная формула или источник определения	Расчет	Результаты расчета
						Проме-жуточ-ные	Окончатель-
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения			, таблица 2,9			9,91
2	Теоретический объем азота в дымовых газах			, таблица 2,9			7,84
3	Объем сухих трехатомных газов			, таблица 2,9			1,06
4	Теоретический объем водяных паров в дымовых газах			, таблица 2,9			2,20
5	Полный объем теоретического количества дымовых газов			, таблица 2,9			11,11

Таблица 3

Состав продуктов сгорания и объемная доля углекислоты и водяных паров по газоходам котельного агрегата

Наименование рассчитываемой величины	Обозна-чение		Наименование элементов газового тракта
			Топка	Конвек-тивный пучок 1	Конвек-тивный пучок 2		Экономай-зер
1	2	3	4	5	6		8
1. Коэффициент избытка воздуха в конце топки		-	1,1	-	-
2. Присос по элементам тракта		-	-	0,05	0,05		0,05
3. Коэффициент избытка воздуха за элементом тракта		-	1,1	1,15	1,2
4. Коэффициент избытка воздуха, средний		-	1,175
5. Избыточный объем воздуха			V 0 B ∙ (α СР -1)			1,734
6. Избыточный объем водяных паров			V 0 H 2 O + 0,0161∙ V 0 изб			2,23
7. Действительный объем продуктов сгорания			V 0 RO 2 + V 0 N 2 + V 0 H 2 O +2,23+1,734			15,062
8. Объемная доля сухих трехатомных газов в продуктах сгорания		-				0,070
9. Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания		-	V 0 H 2 O / V Г			0,146
10. Объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания		-				0,216

Энтальпия продуктов сгорания для различных значений температуры и коэффициента избытка воздуха

Построение H – t диаграммы:

Диаграмма H – t имеет важнейшее значение для теплового расчета котла. Поэтому к расчету и построению ее нужно отнестись более тщательно. Масштаб диаграммы должен быть таким, чтобы отсчет температуры можно было производить с точностью до 5 0 С, а энтальпия – 50 кДж/кг. При использовании для этой цели миллиметровой бумаги масштаб принимаем следующий: по оси температур 1 мм – 5 0 ; по оси энтальпий 1 мм – 50 кДж/кг.

Тепловой расчет котельного агрегата производят с целью определения конструктивных параметров и экономических показателей. Различают конструктивный и поверочный тепловые расчеты.

Конструктивный – расчет, производимый для определения размеров топочного объема, радиационных и конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную производительность котла при заданных рабочих параметрах.

Целью расчета является разработка проекта нового котла при заданных характеристиках топлива, производительности и параметрах получаемого теплоносителя (пар, горячая вода).

Поверочный – расчет, при котором по заданной конструкции и геометрической характеристике поверхностей нагрева котла для конкретного вида топлива определяется реальная производительность топки и экономичность ее работы, для чего определяют:

· Тепловые потери;

· КПД котла;

· Расход топлива;

· Скорости теплоносителя, воздуха и продуктов сгорания, температуры теплоносителя и продуктов сгорания.

· Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи элементов поверхностей нагрева котла.

Поверочный расчет выполняется для оценки показателя экономичности, выбора вспомогательного оборудования, получения исходных данных для последующих расчетов:

Аэродинамического расчета котла и теплогенерирующей установки;

Расчета тепловой схемы;

Гидравлических и прочностных расчетов.

Поверочный расчет также производят при переводе котла на сжигание другого вида топлива, при изменении производительности параметров получаемого теплоносителя, реконструкции поверхностей нагрева.

Результаты поверочного расчета позволяют оценить кроме экономичности степень надежности работы топки по условиям шлакования, опасность появления низкотемпературной коррозии, недостаток или избыток площади поверхности пароперегревателя (если он есть).

Спецификой поверочного расчета котла является неизвестность промежуточных температур газа и теплоносителя, включая температуры уходящих газов. Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений, задаваясь в начале некоторыми значениями температур уходящих газов, а затем сравнивая его с результатами расчета. Допустимые значения отклонения этой температуры не должны превышать 10°С.

Теоретический объем кислорода для полного сгорания горючих компонентов, заключенных в 1 кг топлива определяется по формуле:

а для 1 м 3 газообразного топлива по формуле:

В 1 м 3 воздуха - 21% кислорода. Поэтому теоретический объем, необходимый для полного сгорания 1 кг твердого и жидкого:

или 1 м 3 газообразного топлива составит:

Для обеспечения полного сгорания топлива в топочный объем вводится воздуха больше, чем это необходимо по химической реакции V B >V O .

Вводится понятие коэффициента избытка воздуха.