Тепловой расчет котельных агрегатов. Методика конструктивного и поверочного теплового расчёта котельных агрегатов
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тепловой расчет котельного агрегата КВ-ТС-30
Содержание
1 Введе-ние……………………………...……………………………………………..….4
2 Исходные данные. 4
3 Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. 5
3.1 Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам 5
3.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания 6
3.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания 9
4 Расчетный тепловой баланс и расход топлива. 10
5 Расчет топочной камеры. 13
6 Расчет фестона. 18
7 Расчет конвективных пучков. 22
8 Расчет воздухоподогревателя. 27
9 Сводная таблица теплового расчета и расчетная невязка теплового баланса. 31
Приложение 1. диаграмма………………………………………………………..33
Список использованной литературы 34
1 Введение
Котёл серии КВ-ТС-30 необходим для нагревания воды. Предназначен для сжигания твёрдого топлива, оборудуется слоевой топкой с пневмомеханическим забрасывателем и цепной решёткой обратного хода.
Имеет П-образную компоновку, экранированы боковые стены и задняя стена. В то-почной камере фронтового экрана нет, боковые экраны выполнены наполовину из Г-образных труб диаметром 60х3 мм.
Конвективная поверхность нагрева котла представляет собой U-образные ширмы, со-бранные в один пакет. Стояки ширм выполнены из труб диаметром 83х3,5 и расположе-ны на боковых стенах конвективной шахты.
2 Исходные данные
Тип котла КВ-30-ТС
Тип топки Слоевая с пневмомеханическими забрасыва-телями и решётками обратного хода типа ТЛЗ, ТЧЗ
Теплопроизводительность 34,89 мВт
Температура воды на входе в котёл 70 °С
Температура воды на выходе из котла 150 °С
В качестве топлива используется твердое топливо Назаровского месторождения.
Топливо имеет следующие расчетные характеристики:
1. Рабочая масса, %:
2. Максимальное содержание, %:
3.
4. Нелетучий осадок: спекшийся
5. Плавкость золы, :
6. Объем воздуха (при), :
9. Объем продуктов сгорания, :
Приведенные характеристики топлива:
3 Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания.
3.1 Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным га-зоходам
Значение коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газохода:
, где
номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания;
коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.
Расчет ведется согласно таблице 1.
Таблица 1. Присосы воздуха по газоходам и расчетные коэффициенты избытка воздуха
Участок газового тракта Присосы Расчетный к-т
избытка воздуха
1. Топка
0,1
1,5
2. Фестон
0
1,55
3. Конвективный пакет
0,05
1,575
4. Воздухоподогреватель
0,03
1,615
3.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
При тепловом расчете паровых и водогрейных котлов определяются теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания.
Последовательность расчета:
1. Определение теоретического объема воздуха, необходимого для полного сгорания:
Определение теоретического объема азота в продуктах сгорания:
2. Определение объема трехатомных газов:
3. Определение теоретического объема водяных паров:
4. Определение действительного объема водяных паров:
Конвективный пакет:
Воздухоподогреватель:
Данные заносим в таблицу 2.
5. Определение полного объема продуктов сгорания:
Конвективный пакет:
Воздухоподогреватель:
Данные заносим в таблицу 2.
6. Определение объемной доли трехатомных газов и водяных паров, а также сум-марной объемной доли:
Конвективный пакет:
Воздухоподогреватель:
Данные заносим в таблицу 2.
7. Определение концентрации золы в дымовых газах:
, где
доля золы топлива в уносе, принимается по .
Конвективный пакет:
Воздухоподогреватель:
Данные заносим в таблицу 2.
Таблица 2. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов, концентрация золы
Величина Теоретические объемы:
; ;
;
Газоход
Топка Фестон Конвек-тивный пакет Воздухо-подогре-ватель
Средний коэффициент избытка 1,5 1,55 1,575 1,615
Объем водяных паров,
0,76 0,763 0,766 0,769
Полный объем продуктов сгорания,
9,64 9,94 10,1 10,34
Объемная доля трехатомных газов 0,114 0,111 0,109 0,106
Объемная доля водяных паров 0,079 0,077 0,076 0,074
Суммарная объемная доля 0,193 0,188 0,185 0,18
Концентрация золы в дымовых газах,
0,21
273,86
0,204
265,59 0,201
261,39 0,196
255,32
3.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Последовательность расчета:
1. Энтальпии теоретического объема воздуха и продуктов сгорания, отнесён-ные к 1 кг или 1 м3 топлива при соответствующей температуре приводятся в таб-лицах XIV, XV .
2. Определение энтальпии избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур:
3. Определение энтальпии продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха:
, где
энтальпия золы не учитывается, так как;
, где
энтальпия 1 золы определяется по таблице XIII.
Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сво-дим в таблицу 3.
Таблица 3. Энтальпия продуктов сгорания
Поверхность нагрева Температура после поверх-ности нагрева,
2000
1800
1600
1400
1200
1100
1000
900
800
700
18465
16450
14481
12511
10571
9612
8652
7718
6813
5904
22278
19810
17376
14979
12599
11451
10307
9168
8041
6943
31510,5
28035
24616,5
21234,5
17884,5
16257
14633
13027
11447,5
9895
2000
1800
1600
1400
1200
1100
1000
900
800
700
18465
16450
14481
12511
10571
9612
8652
7718
6813
5904
22278
19810
17376
14979
12599
11451
10307
9168
8041
6943
32433,75
28857,5
25340,55
21860,05
18413,05
16737,6
15065,6
13412,9
11788,15110190,2
Конвективный пакет
600
500
400
300
200
4999
4123
3264
2426
1605 5870
4831
3809
2816
1852 8744,43
7201,73
5685,8
4210,95
2774,88
Воздухоподо-греватель
300
200
100
2426
1605
796 2816
1852
913 4307,99
2839,08
1402,54
4 Расчетный тепловой баланс и расход топлива
Последовательность расчета:
1. Определение располагаемой теплоты:
Так как используется твердое топливо и нет подогрева воздуха вне котлоагрегата, то:
, где
низшая теплота сгорания топлива, .
2. Определение потерь теплоты от химической неполноты сгорания:
3. Определение потерь теплоты от механической неполноты сгорания:
- принимаем по таблице .
4. Определение температуры уходящих газов:
- была принята предварительно.
5. Определение энтальпии уходящих газов:
Для принятой температуры уходящих газов по таблице 3 находим энтальпию уходя-щих газов:
6. Определение температуры воздуха в котельной:
Принимается равной:
7. Определение энтальпии воздуха в котельной:
Для принятой температуры воздуха в котельной находим энтальпию по формуле:
8. Определение потерь теплоты с уходящими газами:
9. Определение потерь теплоты от наружного охлаждения:
- принимается по
10. Определение потерь с теплом шлака:
, где
доля золы в топливе, перешедшей в шлак;
энтальпия золы, определяется по ;
Располагаемая теплота, .
11. Определение суммы тепловых потерь:
12. Определение КПД агрегата:
13. Определение коэффициента сохранения теплоты:
14. Определение полезной мощности котла:
(из задания)
15. Определение полного расхода топлива:
16. Определение расчетного расхода топлива:
Данные по расчету теплового баланса и расхода топлива заносим в таблицу 4.
Таблица 4. Тепловой баланс теплогенератора
1. Располагаемая теплота
13010
2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания
0,75
3. Потеря теплоты от механиче-ской неполноты сгорания
5,5
4. Температура уходящих газов
230
5. Энтальпия уходящих газов
3279,75
6. Температура воздуха в котель-ной
30
7. Энтальпия воздуха в котельной
239,6
8. Потеря теплоты с уходящими газами
11,98
9. Потеря теплоты от наружного охлаждения
0,95
10. Потеря с теплом шлака
0,26
11. Сумма тепловых потерь
19,44
12. КПД агрегата
80,56
13. Коэффициент сохранения теп-лоты
0,988
14. Тепловая мощность котлоагре-гата
34,89
15. Полный расход топлива
1,9
16. Расчетный расход топлива
5 Расчет топочной камеры
Последовательность расчета:
1. Предварительно задаемся температурой продуктов сгора¬ния на выходе из то-почной камеры:
Принимаем температуру продуктов сгорания на выходе из топочной камеры равной 950 .
2. Определение полезного тепловыделения в топке:
Так как нет подогрева воздуха вне котлоагрегата и нет возврата продуктов сгорания в топку, то:
, где
- теплота, вносимая в топку воздухом;
3. Определение коэффициента тепловой эффективности экранов:
, где
угловой коэффициент, принимаем по ;
коэффициент загрязнения топочных экранов, принимаем по
4. Определение эффективной толщины излучающего слоя:
, где
объем топочной камеры, принимаем по ;
поверхность стен топочной камеры, принимаем по
.
5. Определение коэффициента ослабления лучей:
, где
коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, где
объемная доля водяных паров, принимаем по таблице 2;
парциальное давление трехатомных газов;
суммарная объемная доля трехатомных газов, принимаем по
таблице 2;
давление в топочной камере котлоагрегата;
абсолютная температура на выходе из топочной камеры, принята по предварительной оценке п.1.
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами
(номограмма 4);
концентрация золы в дымовых газах (таблица 2.2);
коэффициент ослабления лучей частицами кокса, принимается равным 0,15 .
6. Определение суммарной оптической толщины среды:
7. Определение степени черноты факела:
Для твердого топлива степень черноты факела равна степени черноты среды, за-полняющей топку и определяется по формуле:
, где
основание натурального логарифма
8. Площадь зеркала горения (активной части колосниковой решетки):
9. Определение степени черноты топки:
, где
площадь зеркала горения принятой к установке топки.
10. Определение параметра в зависимости от относительного положения мак-симума температуры пламени по высоте топки:
Принимаем равным 0,1.
11. Определение средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания на сжигаемого твердого топлива при нормальных условиях:
, где
теоретическая (адиабатная) температура горения, определяемая из таблицы 3 по значению, равному энтальпии продуктов сгорания;
температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке;
энтальпия продуктов сгорания принимается по таблице 3 при принятой на вы-ходе из топки температуре;
полезное тепловыделение в топке.
12. Определение действительной температуры на выходе из топки:
Так как расхождение между полученной температурой и ранее принятой на вы-ходе из топки не превышает, то расчет считаем оконченным.
Полученную температуру проверяют на устойчивость горения и отсутствие шла-кования поверхностей, расположенных в выходном окне топки .
13. Определение удельной нагрузки колосниковой решетки и топочного объема:
14. Определение общего тепловосприятия топки:
Данные по расчету топочной камеры заносим в таблицу 5.
Таблица 5. Поверочный расчет теплообмена в топке
Рассчитываемая величина Обозначение Размерность Значение
1. Полная площадь стен
134,4
2. Наружный диаметр труб
60
3. Шаг труб
64 и 85
4. Угловой коэффициент
1
5. Площадь лучевоспринимающих поверхностей экранов
34,08
6. Площадь лучевоспринимающей поверхности топки
34,08
8. Степень экранирования топки
0,25
9. Коэффициент загрязнения экра-нов
0,6
10. Коэффициент тепловой эффек-тивности экрана
0,6
11. Средний коэффициент тепло-вой эффективности экрана
0,15
12. Температура газов на выходе из топки
950
13. Энтальпия газов на выходе из топки
24095
14. Полезное тепловыделение в топке
25576,2
15. Эффективная толщина излуча-ющего слоя
2,08
16. Относительный уровень распо-ложения горелок
-
17. Параметр, учитывающий рас-пределение температуры в топ-ке
0,54
18. Коэффициент избытка воздуха в топке
1,4
19. Присос воздуха в топке
0,1
20. Энтальпия холодного воздуха
239,6
21. Количество теплоты, вносимое в топку воздухом
3000,1
22. Теоретическая (адиабатная) температура горения
1628,1
23. Объемная доля водяных паров
0,079
24. Объемная доля трехатомных газов
0,114
25. Суммарная объемная доля трех-атомных газов
0,04
27. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
7,34
28. Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами
0,64
29. Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами
0,15
30. Концентрация золы в газах
0,21
31. Коэффициент ослабления лучей
1,7
32. Суммарная оптическая толщина среды
0,35
33. Степень черноты факела
0,295
34. Степень черноты топки
0,82
35. Средняя суммарная теплоем-кость продуктов сгорания
17,3
36. Действительная температура на выходе из топки
529,3
39. Тепловосприятие топки
6 Расчёт фестона
Таблица 6. Поверочный расчёт фестона
Наименование определяемой вели-чины Обозна-чение Ед. изм. Расчетная формула или способ опреде-ления Результат
1 . Наружный диаметр труб d м по чертежу 0,06
2. Количество труб в ряду z1 шт. по чертежу 11
3. Количество рядов труб z2 шт. по чертежу 4
4. Общее количество труб z шт. по чертежу 46
5. Средняя длина трубы 1ср м по чертежу 4,5
6. Расчетная площадь поверхности нагрева H м2 πdlcp z 39
7. Характер расположения труб конструктивно Шахматный
8. Шаги труб - поперек хода газов - по ходу газов s, мм конструктивно 256
s2 мм 180
9. Относительные шаги поперечный продольный σ1 S, /d 4,27
σ2 S2/d 3
10.Размеры се газохода поперек дви-жения газов A мм по чертежу и схеме фестона 2,64
В 2,175
11 . Длина проекции трубы lпр м по чертежу 1,942
12. Площадь живого сечения для прохода газов F м2 AB-lnpdz1 2,64*2,175-1,942*0,06*11
=4,47
13. Температура газов перед фесто-ном υ’ф °C из расчета топки 1006
14. Энтальпия газов перед фестоном I’Ф кДж из расчета топки 14730,4
кг
15 . Температура газов за фестоном υ’’ф °С по
предварительному выбору 1006-53=953
16. Энтальпия газов перед фестоном 1’’Ф кДж по табл.3 14288,83
кг
17. Количество теплоты, отданное фестону Qг кДж/кг
0,988*
(14730,4 -14288,83+ 0,05*239,6) =448,11
18. Средняя температура газов
°С
0,5·(1006+953)=979,5
19. Теплопроизводительность котла N МВт по заданию 34,89
20. Температура воды
- на входе
- на выходе
t’
t’’ °С по заданию
70
150
21. Расход воды через котёл Gк кг/с
22. Нагрев воды в экранах топки
°С
23. Температура воды на входе в фе-стон
°С
70+44,2=114,2
24. Температура воды на выходе из фестона
°С
25. Средняя температура воды в фе-стоне
°С
26. Температурный напор на входе в фестон
°С
27. Температурный напор на выходе из фестона
°С
28. Среднелогарифмический темпе-ратурный напор
°С
29. Секундный объём газов
30. Расчётная скорость газов ω
31. Коэффициент теплоотдачи кон-векцией
п. 5.2.1
номограмма13
рис. 6.2
32. Толщина излучающего слоя S м
33. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами кг
номограмма3
рис.5.4 10,9
34. Суммарная поглощательная спо-собность трёхатомных газов
35. Концентрация золы в газовом потоке
г/м3
36. Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами кз
номограмма 4
рисунок 5.4 0,047
37. Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока КРS
38. Степень черноты излучающей среды а номограмма 2
рисунок 5.6 0,68
39. Температура загрязнённой стен-ки труб tз °С
115,7+80=
=195,7
40. Коэффициент теплоотдачи излу-чением л
п. 5.2.1
номограмма19
рис. 6.4 170·0,68·
·0,99=114,44
41. Коэффициент использования поверхности нагрева
Для фестонов =1
1
42. Коэффициент теплоотдачи от газов стенке
43. Коэффициент тепловой эффек-тивности
таблица 7.1
таб.6.1, 6.2 0,65
44. Коэффициент загрязнения
45. Коэффициент теплопередачи К
46. Тепловосприятие по уравнению теплопередачи
47. Расхождение расчётных тепло-восприятий
Расхождение не превышает ±5 %, а значит температура выбрана верно и она может участвовать в последующих расчётах.
7 Расчет конвективных пучков
Конвективная поверхность нагрева водогрейных котлов представляет собой U-образные ширмы из змеевиков диаметром 28*3 мм, собранные в один или два пакета. Змее-вики привариваются в два ряда к каждому стояку и образуют шахматный пучок с шагами s1=64 и s2=40 мм.
Таблица 7. Поверочный расчёт конвективных ширм
Наименование определяемой ве-личины Обозна-чение Ед. изм. Расчётная формула или способ определения Результат
Боковые стены конвективной шахты
1. Количество сто-яков
шт. по чертежу 33
2. Диаметр труб стояков
м по чертежу 0,083
3. Длина труб сто-яков
м по чертежу 4,132
4. Расчётная пло-щадь поверхности нагрева
м2
Конвективные ширмы
5. Наружный диа-метр труб d мм по чертежу 0,028
6. Шаги труб S1
S2 мм конструктивно 64
40
7. Относительные шаги σ1
σ2 S1/d
S2/d 64/28=2,28
40/28=1,43
8. Количество ширм по ширине газохода z1 шт.
9. Количество па-кетов в газоходе n шт. по конструкции котла 1
10. Количество пе-тель в ширме
шт. по чертежу 8
11. Количество ря-дов труб
шт.
12. Длина ширмы
м по чертежу
13. Длина трубы поперёк газохода
м по чертежу 2,6
14. Поверхность нагрева ширмы
м2
15. Поверхность нагрева конвек-тивных пакетов
м2
16. Количество труб задней и пе-редней стены
шт. конструктивно 92
17. Длина труб
м конструктивно 4,082
18. Поверхность нагрева стен
м2
19. Суммарная по-верхность нагрева пучка
м2 + +
20. Размеры сече-ния газохода попе-рёк движения га-зов
А
Б м по чертежу 1,85
3,04
21. Живое сечение газохода F м2
22. Температура газов перед кон-вективным пучком (КП)
из расчёта фестона 953
23. Энтальпия га-зов перед КП
кДж/кг из расчёта фестона 14288,83
24. Температура газов за КП
согласно тепловой схе-ме котла 953-400=553
25. Энтальпия га-зов за КП
кДж/кг по таблице 3 8019,36
26. Количество теплоты, отданное КП
кДж/кг
27. Средняя темпе-ратура газов
28. Температура воды на входе в КП
117,2
29. Температура воды на выходе из КП
по заданию 170
30. Средняя темпе-ратура воды в КП
31. Температурный напор на входе в КП
32. Температурный напор на выходе в КП
33. Среднелога-рифмический тем-пературный напор
34. Секундный объём газов
35. Расчётная ско-рость газов ω
36. Коэффициент теплоотдачи кон-векцией
номограмма13
рис. 6.2
37. Толщина излу-чающего слоя S м
38. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными га-зами Кг
39. Концентрация золы в газовом по-токе
из таблицы 2 0,201
40. Коэффициент ослабления лучей золовыми части-цами Кз
41. Суммарная оп-тическая толщина запылённого газо-вого потока KPS -
42. Степень черно-ты излучающей среды а - номограмма 2
рис. 5.6 0,244
43. Температура загрязнённой стенки труб
44. Коэффициент теплоотдачи излу-чением
номограмма19
рис. 6.4
45. Коэффициент использования по-верхности нагрева
- - 0,95
46. Коэффициент теплоотдачи от га-зов стенке
47. Коэффициент тепловой эффек-тивности
- таблица 7.1
таблица 6.1, 6.2 0,65
48. Коэффициент загрязнения
-
49. Коэффициент теплопередачи K
50. Тепловосприя-тие по уравнению теплопередачи
51. Расхождение расчётных тепло-восприятий
%
Расхождение не превышает 2 %, значит, температура выбрана верно и она может участвовать в последующих расчётах.
8 Расчёт воздухоподогревателя
Воздухоподогреватель служит для повышения экономичности котлоагрегата и интен-сификации процесса сжигания. Водогрейные котлы, сжигающие высоковлажные бурые угли, имеют воздухоподогреватели.
В выпускаемой серии водогрейных котлов КВ-ТСВ применяются трубчатые воздухо-подогреватели одноходовые по воздуху и газам с диаметром труб Ø40x1,6. Трубы располо-жены вертикально в шахматном порядке с шагами S1=60 мм, S2=42 мм. Воздухоподогрева-тель является последней конвективной поверхностью нагрева по ходу газов и располагает-ся в вертикальной шахте, при общей П-образной компоновке водогрейного котла. Возду-хоподогреватель работает по схеме продольного омывания труб газами и поперечного смывания воздухом.
Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель ten выбирается в зависимости от вида топлива из условия отсутствия конденсации водяных паров на поверхности нагрева. Для сухого топлива ten=30°С.
Таблица 8. Расчёт воздухоподогревателя
Наименование опре-деляемой величины Обозначе-ние Единица измерения Расчётная формула или спо-соб определения Результат
1. Диаметр труб:
наружный
внутренний
средний
d
dвн
dср мм
2. Шаги труб:
поперечный
продольный
S1
S2
конструктивно
60
42
3. Относительные шаги
-
4. Эквивалентный диаметр dэ
мм
36,8
5. Температура воз-духа на входе в воз-духоподогреватель
в зависимости от вида топ-лива 50
6. Энтальпия воздуха на входе в воздухо-подогреватель
кДж/кг по I-υ диаграмме 57,13
7. Температура воз-духа на выходе из воздухоподогревате-ля
по заданию 200
8. Энтальпия воздуха на выходе из возду-хоподогревателя
кДж/кг по I-υ диаграмме 4307,99
9. Коэффициент из-бытка воздуха на вы-ходе из воздухоподо-гревателя
-
1,4-0,1=1,3
10. Доля рециркули-рующего воздуха
-
11. Количество теп-лоты, полученное воздухом
кДж/кг
12. Коэффициент со-хранения тепла φ - из таблицы 4 0,988
13. Энтальпия и тем-пература газов на входе в возд -тель
из расчёта предыдущей по-верхности 8019,36
553
14. Энтальпия приса-сываемого воздуха
кДж/кг
15. Энтальпия газов на выходе из возду-хоподогревателя
16. Температура газов на выходе из возду-хоподогревателя
по I-υ диаграмме 534,14
17. Температурный напор на горячем конце воздухоподо-гревателя
534,14-200=334,14
18. Средняя темпера-тура газов
19. Средняя скорость газов
м/с принимается предваритель-но 10
20. Средний объём газов
м3/кг таблица 2 10,34
21. Площадь живого сечения труб для прохода газов
м2
22. Коэффициент теплоотдачи с газо-вой стороны
23. Средняя темпера-тура воздуха
24. Средняя скорость воздуха
м/с
25. Площадь живого сечения для прохода воздуха
26. Коэффициент теплоотдачи с воз-душной стороны
27. Коэффициент ис-пользования возду-хоподогревателя
- , таблица 7-4 0,85
28. Коэффициент теплопередачи К
29. Разность темпера-тур между средами:
наибольшая
наименьшая
30. Средний темпера-турный напор при противотоке
31. Перепад темпера-тур:
наибольший
наименьший
32. Безразмерный па-раметр P -
33. Безразмерный па-раметр R -
34. Коэффициент пе-ресчёта от противо-точной схемы к пере-крёстной
номограмма 31 1
35. Температурный напор
415,59
36. Поверхность нагрева Н м2
37. Общее число труб для прохода газов Z шт.
38. Длина труб L м
39. Число рядов труб поперёк хода воздуха Z1 шт.
40. Число рядов по ходу воздуха Z2 шт. Z/Z1 5240/48=66
41. Глубина шахты b м
42. Ширина шахты возд - теля а м
9 Сводная таблица теплового расчёта и расчётная невязка теплового баланса
В результате теплового расчёта водогрейного котла определяют температуру уходя-щих газов, а при наличии воздухоподогревателя и температуру горячего воздуха.
Если расчётная температура уходящих газов отличается от принятой в начале расчёта не более чем на ±10°С, то расчёт теплообмена в котле считается законченным, а найденные температуры - окончательными.
По расчётной температуре уходящих газов υух уточняют потерю теплоты с уходящими газами q2, КПД котла ηка и расход топлива Вр. Далее, по расчётному значению температуры горячего воздуха уточняют полезное тепловыделение в топке Qnm и тепловосприятие луче-воспринимающих поверхностей топки Qтл.
После уточнения балансовых величин составляют сводную таблицу теплового расчёта котла (таблица 9). По данным этой таблицы находят расчётную невязку теплового баланса котла, кДж/кг,
,
где - количество теплоты, воспринимаемое поверхностями нагрева топки, фестона, конвективных пакетов. Значение невязки при правильно выполненном расчёте не должно превышать 0,5% от Qpp:
=82,54
82,54/13010*100=0,36%<0,5%
Расчёт выполнен верно.
Таблица 9. Сводная таблица теплового расчёта котла
Наименование Обозначение Ед. изм. Величина
Тепловой баланс
Располагаемая теплота топлива
кДж/кг 13010
Температура уходящих газов
230
Потеря теплоты с ухо-дящими газами q2 % 5,5
КПД котла
% 80,56
Расход топлива Вр кг/с 1,8
Топка
Температура подогрева воздуха tг.в.
175
Теплота, вносимая воз-духом Qв кДж/кг 3000,1
Полезное тепловыделе-ние Qпт кДж/кг 25576,2
Температура газов на выходе
1006
Тепловосприятие топки Qлт кДж/кг 10715,7
Энтальпия газов на вы-ходе I’’т кДж/кг 24095
Фестон
Температура газов на входе
1006
Температура газов на выходе
953
Энтальпия газов на входе
кДж/кг 14730,4
Энтальпия газов на вы-ходе
кДж/кг 14288,83
кДж/кг 437,36
Конвективный пучок
Температура газов на входе
953
Температура газов на выходе
553
Энтальпия газов на входе
кДж/кг 14288,83
Энтальпия газов на вы-ходе
кДж/кг 8019,36
Тепловосприятие по-верхности нагрева
кДж/кг 6212,67
Список использованной литературы
1. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. - М.: Энергия, 1973.-295 с.
2. Эстеркин Р. И. Котельные установки: курсовое и дипломное проектирование/ Р.И. Эстер-кин - Л.: Энергоатомиздат, 1989.-279 с.
3. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой прозводи-тельности/ К.Ф. Роддатис - М.: Энергоатомиздат, 1989.-466с.
4. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок/Ю.Л. Гусев - М.: Стройиздат, 1973.-248с.
5. Карауш С.А. Современные котлы малой и средней мощности: Методические указания. / С.А. Карауш, Томск.: 2000.-37с.
6. Бузников Е.Ф. Производственные и отопительные котельные/Е.Ф. Бузников, К.Ф. Родда-тис - М.: Энергия, 1984.-230с.
Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
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.
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.
Федеральное агентство по образованию
Томский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра « Теплогазоснабжение »
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине
«Т еплогенерирующие установки систем теплоснабжения »
Выполнил: студент гр. 437/2
Антимонов А.А.
Проверил: Хуторной А. Н.
Томск 2010г.
1.1 ВОДОТРУБНЫЕ ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ……………………………………………………………………………3
1.2 Котлы типа
КВ-ТС……………………………………………………………………….3
2. Определение состава и теплоты сгорания топлива
2.1 Состава топлива……………………………………………………………………………..4
2.2 Выбор коэффициентов избытка и присосов воздуха в газоходах котлоагрегата:…………………………………………………………………………….5
2.3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания:…………………………………………………………………………..5
2.4 Расчёт энтальпий воздуха, продуктов сгорания и золы:……………………………………………………………………………7
3. Тепловой баланс котельного агрегата……………………………………………………………………………..9
3.1 Расчёт потерь теплоты………………………………………………………………………....….9
3.2 Расчёт КПД котельного агрегата, расхода топлива икоэффициента сохранения теты……………………………………………………………..……….….10
4. Тепловой расчёт топочной камеры………………………………………………………………………...….11
4.1 Определение геометрических и тепловых характеристик топочной камеры…………………………………………………………………………....11
4.2 Поверочный тепловой расчёт топочной камеры……………………………………………………………………………12
5. Расчёт первого конвективного пучка……………………………………………………………………………15
5.1 Основные расчётные уравнения теплопереноса…………………………………………………………………………....15
5.2 Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева ………………………………………………………………...……………..16
5.3 Расчет второго конвективного пучка………………………………………………………………..…………..21
5.3.1 Тепловой расчёт конвективного пучка……………………………………………………………………………21
5. 4 . Расчетная невязка теплового баласа ……………………………………………………….…………………...23
10. Список литературы………………………………………………………………….………...2 5
1 . ВОДОТРУБНЫЕ ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ
В последнее время в России получили распространение водотрубные водогрейные котлы серии КВ. Котлы этой серии относятся к стальным прямоточным котлам, применяемым в отопительных котельных. При работе на угле котлы имеют обозначение КВ-ТС (Т- твердое топливо, С- слоевое сжигание), при работе на газе или жидком топливе они имеют обозначение КВ-ГМ (Г-газ, М-мазут). Следующая за обозначение котла цифра показывает его теплопроизводительность в Гкал/ч.Нагрузка котлов регулируется изменением температуры воды на входе и выходе из котла. Нагрев воды может при этом производиться до 150-200.Котлы серии КВ запроектированы без несущего каркаса. Каждый блок котла (топочный и конвективный) имеют опоры, приваренные к нижним коллекторам. Число опор зависит от теплопроизводительности котла. Опоры, расположенные на стыке конвективного блока и точной камеры, являются неподвижными. Для ограждения топочной камеры и конвективной шахты от окружающей среды служит облегченная натрубная обмуровка толщиной около 110 мм и состоящая их трех слоев - шамотобетона по металлической сетке, совелитовых плит или минераловатых матрацев и уплотнительной магнезиальной обмазки. На котле внутренние поверхности топки и конвективной шахты со стороны продуктов сгорания закрыты плотными экранами, что позволило применить облегченную натрубную обмуровку котла.
Конвективные поверхности нагрева у всех котлов типа КВ состоят из двух пакетов и выполнены одинаково –из труб размером 28*3мм. Находятся они в вертикальной конвективной шахте с полностью экранированными стенками. Задняя и передняя стенки шахты выполненные из труб диаметром 60*3 мм, при этом передняя стенка шахты является задней стенкой топочной камеры. Между трубами у этой стенки проварены металлические вставки для предотвращения перетоков дымовых газов из топочной камеры в конвективную шахту. Боковые стенки шахты выполнены из вертикальных труб диаметром 83*3,5 мм, которые для у-образных ширм из труб диаметром 28*3 мм. Ширмы расставлены таким образом, что трубы образуют шахматный пучек с шагом S 1 = 64 мм и S 2 = 40 мм. Это позволяет интенсифицировать теплоперенос в конвективных поверхностях нагрева.
1.2 Котлы типа КВ-ТС
К отлы типа КВ-ТС, работающие на твердом топливе, отличаются от аналогичных котлов типа КВ-ГМ тем, что у них вместо подового экрана имеется решетка обратного хода. Таким образом, топочная камера оказывается экранированной с 5 сторон. Для примера на рис. 2 приведен эскиз котла КВ-ТС-10. Из топочной камеры продукты сгорания попадают в камеру догорания 2 и далее через четырехрядный фестон 3 они попадают в конвективные пучки 5 и 6. К конвективной шахте дымовые газы, двигаясь вертикально вверх, отдают теплоту и затем выбрасываются в атмосферу. Стены конвективной шахты полностью экранированы.Экраны промежуточной стенки 7 выполнены двухрядными.
Технические характеристики водогрейного котла КВ-ГМ
| № | Параметр | КВ-ГМ-4 |
| 1. | Теплопроизводительность котла Q МВт | 14.740 |
| 2. | Площадь поверхности стен топки F СТ, м 2 | 80.4 |
| 3. | Объём топочной камеры, м 3 | 16,4 |
| 4. | Глубина топочной камеры, мм | 2496 |
| 5. | Ширина топочной камеры, мм | 2040 |
| 6. | Диаметр экранных труб и толщина стенки, мм | 60*3 |
| 7. | Шаг труб боковых, подового и сводового экранов, мм | 64 |
| 8. | Шаг труб фронтового и заднего экранов, мм | 85 |
| 9. | Пощадь поверхности 2-х конвективных пучков, м 2 | 221.8 |
| 10. | Поперечный шаг труб конвективного пучка, мм | 60 |
| 11. | Продольный шаг труб конвективного пучка, мм | 40 |
2 . Определение состава и теплоты сгорания топлива
2.1 Состава топлива:
Состав топлива определяется газопроводом, принимаемым по заданию.
Таблица 1
Расчётные характеристики природных газов
2.2 Выбор коэффициентов избытка и присосов воздуха в газоходах котлоагрегата:
Для эффективного и более полного сжигания топлива в топочных камерах котельных агрегатов приходится подавать больше воздуха, чем это теоретически необходимо α
где V Д –объем подаваемого в топку воздуха в м 3 на рассчитываемую единицу топлива.В дальнейшем за рассчитываемую единицу топлива принимается 1 (при нормальных условиях:Р=0,1013 МПа, t =);
объем теоретически необходимого для горения воздуха в на расчитываемую единицу топлива,;
α Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры. Принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топочной камеры.
Для котла, работающем на угле при слоевом сжигании, α Т принимается 1,1 (Карауш С.А.Тепловой расчёт котельных агрегатов: Методические указания. ТГАСУ, 2001. – 66 с. Таблица 2.4. В дальнейшем ).
По мере движения продуктов сгорания по газоходам котла коэффициент избытка воздуха увеличивается за счёт присосов воздуха в газоходы через неплотности в обмуровке, гляделки, лючки и т.п. Присосы воздуха принято выражать в долях от теоретического количества воздуха ,необходимого для горения
где количество присосанного воздуха в конкретный газоход или элемент котла на рассчитываемую единицу топлива, .
, j =1,…, I ,
где j -номер поверхности нагрева по ходу продуктов сгорания.
Значение ∆ α j для топочной камеры принимается по таблице 2.5 . ∆ α j = 0,1.Зачение ∆ α j для первого котельного пучка ∆ α j = 0,05, для второго ∆ α j =0,1.
Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топки подсчитывается прибавлением к α Т суммы коэффициентов присосов воздуха в этих поверхностях нагрева:
Аналогично рассчитываются остальные коэффициенты. α 2 = 1,55; α 3 = 1,65.
Затем по известным значениям коэффициентов избытка воздуха перед поверхностью нагрева α i и за ней α i +1 вычисляется среднее значение избытка воздуха для каждой поверхности нагрева:
;
α СР1 = 1,5 α СР2 = 1,525α СР3 = 1,6 .
2.3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания:
При тепловом расчёте котельного агрегата определяется теоретический объём воздуха V 0 , необходимый для горения, а также действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания.
2.3.1 Определение теоретического объёма воздуха:
При сжигании твёрдого или жидкого топлива, м 3 /кг:
Где m , n - число атомов углерода и водорода соответственно в углеводороде газового топлива;процентное содержание на рабочую сухую массу соответственно углерода, горючей серы, водорода, оксида углерода, сероводорода, кислорода, углеводородов, %.
2.3.2 Определение теоретического объёма азота, трёхатомных газов и водяных паров:
Находят теоретический объем азота и водяных паров по формулам:
2.3.3 Определение избыточного количества воздуха для каждой поверхности:
;
;
;
2.3.4 Определение действительного объёма водяных паров:
;
;
2.3.5 Вычисление действительного суммарного объёма продуктов сгорания:
;
;
.
2.3.6 Расчёт объёмных долей трёхатомных газов и водяных паров, а также их
суммарную долю:
Таблица 2
Объёмы воздуха и продуктов сгорания при горении, объёмные доли трёхатомных
газов, концентрация золы в дымовых газах
| Величина | Теоретические объемы на единицу топлива. |
||
| Топка | Конв.пучок 1 | Конв.пучок 2 | |
| Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева, α i | 1,5 | 1,55 | 1,65 |
| Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева, α СР | 1,5 | 1,525 | 1,6 |
| Избыточное количество воздуха на единицу топлива, V B ИЗБ, м 3 /кг | 2,0185 | 2,1194 | 2,4221 |
| Объём водяных паров на единицу топлива, V Н2О, м 3 /кг | 0,8348 | 0,8364 | 0,8413 |
| Полный объём продуктов сгорания на единицу топлива, V Г, м 3 /кг | 6,8266 | 6,9291 | 7,2367 |
| Объёмная доля трёхатомных газов, r RO 2 | 0,1138 | 0,1122 | 0,1074 |
| Объёмная доля водяных паров, r Н2О | 0,1223 | 0,1207 | 0,1163 |
Суммарная объёмная доля, r П |
0,2361 | 0,2329 | 0,2237 |
Зольность |
1,4062 | 1,3852 | 1,3266 |
2.4 Расчёт энтальпий воздуха, продуктов сгорания и золы:
Вычисляем энтальпии теоретического объёма воздуха на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур по формуле:
Где I B – энтальпия 1 м 3 воздуха в кДж/м 3 , принимаемая для соответствующей температуры по таблице 2.7 .
Расчёт энтальпий теоретического объёма продуктов сгорания на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур производим по формуле:
Где I RO 2 , I N 2 , I H 2 O – энтальпии 1 м 3 трёхатомных газа, азота и водяных паров, принимаемые для соответствующей температуры по таблице 2.7 .
Энтальпия избыточного количества воздуха на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур рассчитывается по формуле:
;
Вычисляем энтальпию продуктов сгорания на единицу топлива при коэффициенте избытка воздуха α>1 по формуле:
;
Где I 0 ЗЛ – энтальпия золы, в нашем случаи I 0 ЗЛ не учитываем
Результаты расчёта энтальпий продуктов сгорания в рассматриваемых интервалах температур по поверхностям нагрева котельного агрегата сводим в таблицу 4. Эти данные позволят в последующих расчётах по известной температуре продуктов сгорания υ ИЗВ, лежащей между температурами υ Б и υ М, определить их энтальпию, используя формулу линейной интерполяции:
;
Или, наоборот, по известной энтальпии продуктов сгорания найти их температуру:
;
Таблица 3
Энтальпия продуктов сгорания I = ƒ(υ)
| Поверхность нагрева | Темп ература за поверхностью нагрева. V "", C ° | ||||
Верх топочной камеры,фестон |
2200 | 13775,036 | 18293,4443 | 6887,518 | 25179,961 |
| 2100 | 13096,3832 | 17364,5886 | 6658,1916 | 24022,550 | |
| 2000 | 12417,7304 | 16438,6798 | 6208,8652 | 22647,545 | |
| 1900 | 11739,0776 | 15526,5746 | 5869,5388 | 21396,134 | |
| 1800 | 11060,4248 | 14608,0161 | 5530,2124 | 20138,228 | |
| 1700 | 10397,9304 | 13703,0192 | 5198,9652 | 18901,9844 | |
| 1600 | 9739,4756 | 12809,6304 | 4869,7378 | 17679,3882 | |
| 1500 | 9076,9812 | 11908,2058 | 4538,4906 | 16446,6064 | |
| 1400 | 8414,4668 | 11028,7166 | 4207,2334 | 15235,93 | |
| 1300 | 7751,9952 | 10139,6904 | 3875,9962 | 14015,6864 | |
| 1200 | 7109,696 | 9270,53 | 3554,848 | 12825,378 | |
| 1100 | 6463,36 | 8419,796 | 3231,815 | 11651,611 | |
| 1000 | 5817,024 | 7572,9916 | 2908,512 | 10481,5036 | |
| 900 | 5190,886 | 6733,2338 | 2595,443 | 9328,6768 | |
| 800 | 4458,9064 | 5906,2424 | 2290,4532 | 8196,6958 | |
| 700 | 3966,8872 | 5095,9214 | 1983,4436 | 7079,365 | |
1-ый конвективный пучок. ∆α кп =0,05 |
1100 | 6463,36 | 8419,796 | 3393,264 | 11813,06 |
| 1000 | 5817,024 | 7572,9916 | 3053,9376 | 10626,9212 | |
| 900 | 5190,886 | 6733,2338 | 2725,215 | 9458,4488 | |
| 800 | 4580,9064 | 5906,2424 | 2404,975 | 8311,2174 | |
| 700 | 3966,8872 | 5095,9214 | 2082,6157 | 7178,5371 | |
| 600 | 3360,9472 | 4207,1348 | 1764,497 | 6071,6318 | |
| 500 | 2771,1656 | 3544,4585 | 1454,861 | 4999,3135 | |
| 400 | 2193,5028 | 2792,938 | 1151,588 | 3944,522 | |
| 300 | 1631,9984 | 2064,3437 | 856,799 | 2921,1427 | |
2-ой конвективный пучок. |
600 | 3360,9472 | 4307,1318 | 2016,56 | 6323,6918 |
| 500 | 2771,1656 | 3544,4585 | 1662,699 | 5207,1575 | |
| 400 | 2193,5028 | 2792,938 | 1316,101 | 4109,039 | |
| 300 | 1631,9984 | 2064,3437 | 973,199 | 3043,5427 | |
| 200 | 1078,5732 | 1357,8984 | 647,443 | 2005,3414 | |
| 100 | 537,2668 | 668,7643 | 322,36 | 991,1243 |
3. Тепловой баланс котельного агрегата
3.1 Расчёт потерь теплоты :
При работе котельного агрегата вся поступившая в него теплота Q Р Р расходуется на выработку полезной теплоты Q 1 , содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных тепловых потерь. Тепловой баланс котельного агрегата на единицу рассчитываемого топлива имеет вид,,
или в относительных величинах по отношению к располагаемой теплоте Q P P:
Где Q P P – располагаемая теплота, определяемая по формуле 3.3, кДж/м 3
Q 1 , q 1 – полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воде, кДж/м 3 , %
Q 2 , q 2 – потери теплоты с уходящими газами, кДж/м 3 , %
Q 3 , q 3 – потери теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/м 3 , %
Q 4 , q 4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/м 3 , %
Q 5 , q 5 – потери теплоты от наружного охлаждения агрегата, кДж/ 3 , %
Q 6 , q 6 – потери от физической теплоты удаляемого шлака, охлаждения панелей и балок, не включённых в циркуляционный контур котла, кДж/м 3 , %.
Доля потерь теплоты с уходящими газами определяем по формуле:
;
Где I УХ, α УХ – энтальпия и коэффициент избытка воздуха уходящих газов за последней поверхностью нагрева котельного агрегата
I 0 ХВ – энтальпия теоретического объёма воздуха V 0 , требующегося на горение. При расчётах котлов принимается при температуре 30 °С и рассчитывается по формуле:
В начале расчёта котельного агрегата температуру выбираем в соответствии с таблицей 3.1 . При принятии температуры уходящих газов равной 150 °С
Долю потерь теплоты от химической неполноты сгорания q 3 , обусловленную наличием в уходящих продуктах сгорания горючих газов СО, Н 2 , СН и других, берём в соответствии с типом топки и сжигаемым топливом по таблице 3.2 . Для камерной топки q 3 = 0,5 %.
Потерю теплоты от механического недожога q 4 , наблюдаемую только при сжигании твёрдых топлив и обусловленную наличием в очаговых остатках твёрдых горючих частиц определяем по той же таблице, q 4 = 6,3 %.
Потерю теплоты от наружного охлаждения q 5 , обусловленную передачей теплоты через обмуровку котельного агрегата наружному воздуху, находим по рисунку 3.1 , по известной паропроизводительности, q 5 = 1,47 %.
Потерю теплоты со шлаком и от охлаждения балок и панелей q 6 , не включенных в циркуляционный контур котла, определяем по формулам, %
= (1-0,06516)*8*526/14790; (3.6)
%
3 .2 Расчёт КПД котельного агрегата, расхода топлива и
коэффициента сохранения теплоты:
Коэффициент полезного действия котла по выработанной теплоте, называемый КПД брутто, определяем по уравнению обратного теплового баланса, %
Расход натурального топлива, подаваемого в топку котла, рассчитываем по формуле:
Где Q К и Q P P – должны быть в соотносимых единицах измерения.
Коэффициент сохранения теплоты рассчитываем по формуле:
;
4. Тепловой расчёт топочной камеры
Конечной целью поверочного теплового расчёта топочной камеры является определение теоретической температуры горения υ А и расчётной температуры газов на выходе из топки υ Т ``.
4.1 Определение геометрических и тепловых характеристик топочной
камеры:
На основании чертежа котла и его технических характеристик (Карауш С.А. Современные котлы малой и средней мощности: Методические указания. ТГАСУ, 2000 – 37с. В дальнейшем ), определяем: внутренние границы топочной камеры, её объём, площади поверхности стен топочной камеры, занятые экранами, и поверхности стен топочной камеры. Размеры всех поверхностей нагрева, их конструктивные характеристики: длину, ширину, высоту, диаметр, шаг, число и расположение применяемых труб, расположение решётки.
Выражаем высоту (h) из формулы объёма:
Средний коэффициент тепловой эффективности экранов топочной камеры вычисляем по формуле:
;
Где φ ЭК. i – угловой коэффициент экрана, зависящий от расположения экранных труб относительно обмуровки, определяем по рисунку 4.1 Для рассчитываемого котла расположение экранных труб топочной камеры показано на рисунке 1.
ξ ЭК, i – Коэффициент загрязнения экранов топочной камеры находим по таблице 4.1
F СТ =80,4 – полная площадь внутренних поверхностей стен топочной камеры.
(0,98*0,6*11,2435/80,4)+2*(0,6*0,84*9,8611/80,4)+2*(0,6*0,98*13,3672/80,4)=0,402
При тепловых расчётах топочной камеры часто используют величину – тепловое напряжение топочного объёма q V ,кВт/
Где V T – объём топочной камеры, м 3
4.2 Поверочный тепловой расчёт топочной камеры
4.2.1. Принятие температуры на выходе из топки
Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры υ T `` . Температура задаётся по таблице 4.2 . Для топочной камеры сжигающей уголь принимаем 850 °С.
4.2.2. Расчёт полезного тепловыделения
Подсчитываем полезное тепловыделение в топочной камере на единицу количества топлива:
Где Q В – теплота, вносимая в топку воздухом. Для промышленных или водогрейных котлов без воздухоподогревателя определяется так:
4.2.3. Определение эффективной толщины излучающего слоя газа в топке,м
4.2.4. Определение коэффициента ослабления лучей в топочной камере
Для этого сначала определяем коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:
Где Р П = r П ·Р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа
Р – давление в топочной камере котельного агрегата (для котлов без наддува типа ДЕ, КЕ, КВ и др. принимается Р = 0,1 МПа)
Затем рассчитываем коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами при сжигании природного газа:
Тогда коэффициент ослабления лучей в топочной камере определяем как:
4.2.5. Определение степени черноты факела
При сжигании твердого топлива:
4.2.6. Определение степени черноты топочной камеры
При сжигании твердого топлива в слоевых топках:
(4.13)
Где ψ СР – средний коэффициент тепловой эффективности экранов топочной камеры, формула 4.2
4.2.7. Вычисление параметра М
Параметр М характеризует положение максимальной температуры пламени по высоте топочной камеры:
Где Х Т = h Г /Н Г – отношение высоты размещения горелки к высоте топочной камеры. Для котлов ДЕ Х Т = 0,4
4.2.8. Вычисление средней суммарной теплоёмкости продуктов сгорания
Определяем среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания на расчётную единицу сжигаемого топлива:
Где υ А – теоретическая (адиабатная) температура горения топлива, определяемая по таблице 4 по известной величине Q Т = I , по формуле пересчёта 2.20.
I `` T – энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, определяемая по этой же таблице по принятой ранее в пункте 4.2.1. температуре газов υ T `` (пункт 4.2.2.)
4.2.9. Определение расчётной температуры продуктов сгорания на выходе из топки
4.2.10. Определение общего тепловосприятия экранами в топочной камере
Где I `` T – энтальпия продуктов сгорания на выходе из топочной камеры вычисленная по расчётной температуре газов υ T ``
5. Расчёт первого конвективного пучка
К конвективным поверхностям нагрева (теплообменникам) котельного агрегата относят пароперегреватели, конвективные пучки, экономайзеры, воздухоподогреватели. Теплоперенос в таких поверхностях осуществляется в основном за счёт конвективного теплообмена.
5.1 Основные расчётные уравнения теплопереноса
При расчёте конвективных поверхностей нагрева используют два основных уравнения теплопереноса:
Уравнение теплового баланса для поверхности нагрева на единицу используемого топлива:
Уравнение теплопередачи:
Где φ – коэффициент сохранения теплоты (3.10)
I ` , I `` - энтальпии продуктов сгорания на входе в конвективную поверхность и выходе из неё
∆α – величина присоса воздуха в конвективную поверхность
I 0 ХВ – энтальпия присасываемого в конвективную поверхность холодного воздуха
К – коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности, отнесённый к расчётной поверхности нагрева
F – расчётная площадь поверхности нагрева
∆Т – среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева.
5 .2 Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева
Расчёт конвективных пучков начинаем с уточнения их конструкций и определения всёх необходимых размеров и характеристик, приведённых в : длины, высоты, ширины, числа труб, площади сечения для прохода продуктов сгорания, общей площади поверхности теплообмена и т.п.
Далее с использованием чертежа котла и его технических характеристик определяем способ омывания труб конвективной поверхности нагрева продуктами сгорания: поперечный, продольный, смешанный. Находим продольный и поперечный шаги труб пучка, диаметр и число вдоль и поперёк потока.
5.2.1. Определение общей площади для пучка
Площадь для поверхностей нагрева задана.
5.2.2. Определение площади для прохода продуктов сгорания в пучок
Для этого находим среднюю высоту труб в рассматриваемом проходном сечении конвективной поверхности l CP . Устройство котла ДЕ-6,5 таково, что правая стенка конвективного пучка является левой стенкой топки, т.е. средней высотой труб: l CP =С= 2,58 м.
Ширина проходного сечения (В): В = 500 мм. Наружный диаметр труб (d) берём из : d = 51 мм. Число труб в проходном сечении определяем как отношение длины этого сечения к поперечному шагу конвективных труб, т.е.:
шт.
Тогда площадь для прохода продуктов сгорания в конвективную поверхность нагрева определяет по формуле:
ƒ ПР = В · l CP – n 1 · d · l CP
ƒ ПР = 0,768*2,88-12*2,88*0,028=1,2м 2
5.2.3.
5.2.4. Определение средней температуры продуктов сгорания
Находим средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева:
; 
5.2.5. Определение средней скорости движения продуктов сгорания
Определяем среднюю скорость движения продуктов сгорания в проходном сечении конвективной поверхности нагрева по формуле:
Где V Г – полный объём продуктов сгорания для рассчитываемой поверхности нагрева, таблица 2.
5.2.6. Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам
Сначала по найденным скоростям, типу пучка труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по рисунку 5.1 находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб: α Н 400 = 140 Вт/м 2 К; α Н 500 = 135 Вт/м 2 К;
Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле:
Где С S , C Ф, C n 2 – поправочные коэффициенты на компоновку поверхности нагрева, влияние изменения теплофизических свойств продуктов сгорания по длине поверхности нагрева, на число труб в вдоль потока продуктов сгорания. Все они определяются по номограммам изображённым на рисунке 5.1 . При использовании номограмм используем следующие обозначения:
S 1 , S 2 – поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева, м;
d – наружный диаметр труб поверхности нагрева, м;
σ 1 = S 1 / d , σ 2 = S 2 / d – относительные поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева.
σ 1 = 0,064/0,028=2,286, σ 2 =0,040/0,028=1,429
5.2.7.
Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле для запылённого потока:
где α ЛН – коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по рисунку 5.4 . Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах по формуле:
где t = 0,5()=0,5(120+90)=105;
Δ t = 60 °С при сжигании угля.
а Ф – степень черноты продуктов сгорания, определяемая по формуле 4.12. При расчёте а
Так же в формуле 4.7 используем своё парциальное давление водяного пара для данной поверхности нагрева, взятое из таблицы 2. Вместо температуры υ `` T в этой формуле подставляем среднюю температуру продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева:
5.2.9. Определение среднелогарифмического температурного напора
Находим среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева, учитывая схему движения теплоносителей. Для противоточной и прямоточной схемы движения теплоносителя температурный напор определяется по формуле:
Где Δ t Б, Δt М – наибольшая и наименьшая разности температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой. Для нахождения этих разностей температур вычерчиваем условную схему движения теплоносителей для рассчитываемой поверхности нагрева, и обозначить имеющиеся температуры с их значениями. Тогда по разности температур на концах схемы находим разности температур:
5.3 Расчет второго конвективного пучка
Расчёт ведётся аналогично.
5.3.1 Тепловой расчёт конвективного пучка
5.3.1 . Задание граничных температур
Задаёмся двумя температурами продуктов сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева υ `` 1 и υ `` 2 . Для удобства и простоты расчётов эту разницу принимаем в 100 °С. В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта.
По этим заданным температурам по таблице 3 определяем энтальпии продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева I 1 `` и I 2 `` , и рассчитываем по уравнению теплового баланса (5.1) количество теплоты, переданное в поверхность нагрева Q Б1 и Q Б2 .
Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле 5.6:
5.3.5 Определение коэффициента теплоотдачи излучением
Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле 5.7 для запылённого потока, так как сжигаем твёрдое топливо.
Где α ЛН – коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по рисунку 5.4 . Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах по формуле 5.8
а Ф – степень черноты продуктов сгорания, определяемая по формуле 4.11. При расчёте а Ф используем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева:
= 2 39 К
5.3.8 Расчёт количества теплоты переданного к поверхности нагрева
Определяем по уравнению теплопередачи количество теплоты, переданного в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде:
5.3.9 Построение графика определения расчётной температуры
С использованием данных найденных теплот и заданных ранее в 6.1.1. температур сгорания строим график. Пересечение линий Q ТП = ƒ(υ ``) и Q Б = φ(υ ``) даёт искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева υ P `` , т.е. когда Q ТП = Q Б.
5. 4 . Расчетная невязка теплового баланса
Результатом теплового расчета водогрейного агрегата является определение технико-экономических характеристик котла (КПД, расход топлива и т.п.),температур продуктов сгорания на входе и выходе для каждой поверхности нагрева
При тепловом расчете водогрейного котла после расчета последней поверхности нагрева необходимо добиться выполнения условия, чтобы принятая в формуле (3.7) температура уходящих газов отличалась от найденной температуры для продуктов сгорания при выходе их из последней конвективной поверхности нагрева не более чем на 10
Список литературы
1. Карауш С.А., Хуторной А. Н., Смердина О. Ю. Тепловой расчёт котельных агрегатов: Методические указания. ТГАСУ, 2005., .
2. Карауш, С.А. Современные котлы малой и средней мощности: Методические указания.-Томск: Изд-во ТГАСУ, 2002., .
3. ГОСТ 2.105–95. Общие требования к текстовым документам. – М.: Изд-во стандартов, 1995.–37с.
4. ГОСТ 7.32-91. Отчет о научно-исследовательской работе-. М.: Изд-во стандартов, 1991.-18с.
5. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод).-М.: Энергия, 1973.-295с.
6. Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности/Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н.; под ред. К.Ф. Роддатиса.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-488с.
7. Делягин, Г.Н. Теплогенерирующие установки: Учеб. Для вузов/Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А.-М.: Стройиздат, 1986.-559с.
8. Эстеркин, Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование.-Л.: Недра, 1989.-160с.
9. Воликов, А.Н. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности.- Л.: Недра, 1989.-160с.
10. Лебедев, В.И. Расчет и проектирование теплогенерирующих установок для систем теплоснабжения/Лебедев В.И., Пермяков Б.А., Хаванов П.А.-М: Стройиздат,1992.-360с.
Саранск 2001
Введение
Расчет топочных камер
Расчет однокамерных топок
Расчет теплообмена в топках паровых и водогрейных котлов основыва-ется на приложении теории подобия к топочным процессам. На базе этой теории в ЦКТИ имени И.И. Ползунова и ВТИ имени Ф.Э. Дзержинского раз-работан нормативный метод теплового расчета котельных агрегатов. В нор-мативном методе для расчета теплообмена в однокамерных и полуоткрытых топках рекомендуется формула, связывающая безразмерную температуру
продуктов сгорания на выходе из топки (q ¢¢) с критерием Больцмана (Bo ),
степенью черноты топки (a т ) и параметром распределения температур по высоте топки:
(M ), учитывающим характер
Безразмерная температура продуктов сгорания на выходе из топки (q ¢¢)
представляет собой отношение действительной абсолютной температуры на выходе из топки (T т ¢) к абсолютной теоретической температуре продуктов
сгорания (T а ). Под теоретической температурой продуктов сгорания (адиа-
батной температурой) понимают максимальную температуру при сжигании топлива с расчетным коэффициентом избытка воздуха, которую могли бы иметь продукты сгорания, если бы в топке отсутствовал теплообмен с экран-ными поверхностями нагрева.
Критерий Больцмана представляет собой характеристическое число, контролирующее соотношение между конвективным переносом теплоты и излучением абсолютно черного тела при температуре рассматриваемого эле-ментарного объема.
Критерий Больцмана вычисляется по формуле
| Во = | jВ | р Vc cр | ×10 3 | , | (2.5) | ||||||||||
| 5,67 ×10 - 8 y | F | ||||||||||||||
| Т 3 | |||||||||||||||
| ср ст | а | ||||||||||||||
| где j – | коэффициент сохранения теплоты; B р – расчетный расход топлива, | ||||||||||||||
| кг/с; F | – площадь поверхности стен топки, м 2 ; y | ср | – среднее значение ко- | ||||||||||||
| ст | |||||||||||||||
| эффициента тепловой эффективности экранов; Vc ср | – | средняя суммарная те- | |||||||||||||
| плоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива | в | интервале температур | |||||||||||||
| q | а | - q ¢¢ | , кДж/(кг×К); 5,67×10 -8 – коэффициент излучения абсолютно черного | ||||||||||||
| т | |||||||||||||||
| тела, Вт/(м 2 ×К 4); T а – абсолютная теоретическая температура продуктов сго- | |||||||||||||||
| рания, К. | |||||||||||||||
Степенью черноты топки (а т ) называют отношение излучательной
способности действительной топки к излучательной способности абсолютно черного тела. Степень черноты топки зависит от излучательной способности пламени факела, конструкции тепловоспринимающих поверхностей нагрева и степени их загрязнения.
Пламя факела представляет собой полупрозрачную излучающую, рас-сеивающую и поглощающую среду. Передача теплоты лучеиспусканием в такой среде связана с процессами испускания, рассеяния и поглощения энер-гии трехатомными газами и твердыми частицами. В зависимости от концен-трации, размеров и оптических констант твердых частиц, содержащихся в факеле, его излучательная способность может меняться весьма значительно.
Ослабление интенсивности излучения пламени происходит вследствие поглощения и рассеяния. Если луч проходит сквозь слой поглощающей сре-ды, происходит непрерывное уменьшение его интенсивности в направлении излучения.
| ( p CO 2 |
Коэффициент пропорциональности (k ), определяющий относительное изменение интенсивности луча в поглощающем слое единичной толщины, называют коэффициентом ослабления луча. Он определяет интенсивность ослабления лучей в поглощающей среде и, следовательно, характеризует полную поглощательную способность среды, определяемую как поглощени-ем, так и рассеянием.
В топочной камере основными газами, способными поглощать тепло-вые лучи, являются трехатомные газы, состоящие из RO 2 и водяных паров Н 2 О. Поглощательная способность RO 2 при постоянном давлении и темпе-ратуре однозначно определяется произведением его парциального давления
) и толщины слоя (s ). Поглощательная способность водяного пара при
заданной температуре зависит от двух величин: 1) от произведения парци-ального давления водяного пара и толщины слоя (p H 2 O s ) и 2) от толщины
слоя (s ) либо от парциального давления (p H 2 O ).
Поглощающие объемы в топочных камерах котельных агрегатов имеют различную конфигурацию, следовательно, длина пути луча (l ) может быть весьма различной в зависимости от его направления. В то же время длина всех лучей, падающих с поверхности полусферы на центр основания, одина-кова и равна радиусу полусферы.
Для облегчения расчетов используют не действительную длину лучей в разных направлениях, а эффективную длину луча, или толщину излучающего слоя. Под эффективной длиной луча, или толщиной излучающего слоя, по-нимают толщину слоя, равную радиусу полусферы, которая при прочих рав-ных условиях излучает на центр основания такое же количество энергии, ка-кое излучает оболочка иной формы на заданный на ней элемент поверхно-сти. Расчеты показывают, что все встречающиеся в промышленной практике объемы могут быть приближенно заменены соответствующими полусфери-ческими объемами.
При наличии в продуктах сгорания твердых взвешенных частиц их по-глощательная способность существенно изменяется. Твердые частицы, нахо-дящиеся в пламени, можно разделить на три группы: частицы золы, топлива и углерода. В светящихся пламенах частицы углерода представляют собой сажу, а в пылеугольных – кокс.
Коэффициент ослабления лучей – это основная характеристика любой мутной среды, определяющая ее излучательную, рассеивающую и поглоща-тельную способности. Поэтому применительно к топкам котельных агрега-тов задача сводится к определению коэффициента ослабления лучей в зави-симости от характера пламени.
При расчете несветящихся пламен необходимо определить коэффици-ент ослабления лучей только трехатомными газами, полусветящихся пламен
– дополнительно коэффициенты ослабления лучей частицами золы и кокса, а светящихся – частицами сажи.
Параметр M , входящий в уравнение (2.4), учитывает распределение температуры по высоте топочной камеры и характеризует влияние максиму-ма температуры пламени на эффект суммарного теплообмена. Он зависит от
вида топлива, способа его сжигания, типа горелок, их расположения на сте-нах топки и функционально связан с относительным уровнем расположения горелок по высоте топочной камеры. Под относительным расположением го-релок понимают отношение высоты расположения осей горелок (отсчиты-ваемой от пода топки или от середины холодной воронки) к общей высоте топки.
Поверочный расчет однокамерных и полуоткрытых топок производит-ся в такой последовательности.
1. Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на вы-ходе из топочной камеры.
Для промышленных паровых и водогрейных котлов рекомендуется предварительно принимать температуру продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного газа 1050-1100° С, мазута 1000-1050° С.
2. Для принятой в п.1. температуры определяется энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки (по табл. 2.5 расчетной работы №1).
3. Подсчитывается полезное тепловыделение в топке (кДж/кг или
Коэффициент избытка воздуха в топке (a т ) принимается по табл. 2.3
расчетной работы №1. Приcосы воздуха в топку принимаются по табл.2.1 расчетной работы №1. Энтальпия теоретически необходимого горячего воз-
духа (I г 0 . в ) определяется по табл. 2.5 расчетной работы №1, а присосанного холодного воздуха при t в = 30 ° С – по формуле (3.4) расчетной работы №1.
Для промышленных и водогрейных котлов, не имеющих воздухопо-догревателя, формула (2.7) принимает следующий вид:
Угловым коэффициентом (x ) называется отношение количества энер-гии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей по-лусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной по-верхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение x опре-деляется из рис. 2.3.
Коэффициент z учитывает снижение тепловосприятия экранных по-
верхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по
табл. 2.1. Если стены топки покрыты экранами с разными угловыми коэффи-циентами или частично покрыты огнеупорной массой (огнеупорным кирпи-чом), то определяется среднее значение коэффициента тепловой эффектив-ности. При этом для неэкранированных участков топки коэффициент тепло-вой эффективности (y ) принимается равным нулю. При определении сред-
него коэффициента тепловой эффективности суммирование распространяет-ся на все участки топочных стен. Для этого стены топочной камеры должны быть разбиты на отдельные участки, в которых угловой коэффициент и ко-эффициент загрязнения неизменны.
| Таблица 2.1 | |||||||
| Коэффициент загрязнения топочных экранов | |||||||
| Экраны | Топливо | Значение z | |||||
| Открытые | гладкотрубные | Газообразное | 0,65 | ||||
| и плавниковые настенные | Мазут | 0,55 | |||||
| Ошипованные, покрытые | |||||||
| огнеупорной массой в топ- | Любое | 0,20 | |||||
| ках с твердым шлакоуда- | |||||||
| лением | |||||||
| Закрытые | огнеупорным | Любое | 0,10 | ||||
| кирпичом | |||||||
| 5. Определяется эффективная толщина излучающего слоя (м) | |||||||
| s =3,6V т / F ст , | (2.10) | ||||||
| где V | т | – объем топочной камеры, м 3 ; | F –поверхность стен топочной каме- | ||||
| ст |
6. Определяется коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидко-го и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей (м×МПа) -1 зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k г ) и сажистыми
частицами (k с ):
расчетной работы №1.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k г ) определя-ется по номограмме (рис. 2.4) или по формуле (м×МПа) -1:
| 7,8 + 16r | О | T ¢¢ | ||||||||||||||||
| Н | ||||||||||||||||||
| т | ||||||||||||||||||
| k | = | - 1 1 | - 0,37 | , | (2.12) | |||||||||||||
| г | 3,16 р | s | ||||||||||||||||
| п | ||||||||||||||||||
| где p п = r п p – | парциальное давление трехатомных газов, МПа; p – | давление |
в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается p = 0,1 МПа); r H 2 O – объемная доля водяных паров, берется из
табл. 2.3 расчетной работы №1; T ¢¢ – абсолютная температура на выходе из
топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).
Рис. 2.4. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газ
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м×МПа) -1 ,
где C р , H р – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого то-плива.
При сжигании природного газа
| C р | = 0,12∑ | m | С m H n , | (2.14) | ||
| Н р | ||||||
| n | ||||||
| где C m H n | – процентное содержание входящих в состав природного газа уг- | |||||
| леводородных соединений. | ||||||
| 7. Подсчитывается | степень | |||||
| черноты факела (a ф ) или определя- | ||||||
| ется по номограмме (рис. 2.5). | ||||||
| Для жидкого и газообразного | ||||||
| топлива степень черноты факела | ||||||
| a ф = ma св +(1- m )a г , | (2.15) |
Рис. 4.5. Степень черноты продуктов сгорания a в зависимости от суммар-
ной оптической толщины среды kps
где m – коэффициент, характери-зующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 2.2; a св , a г –степень черноты светя-
щейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топ-ки соответственно только светя-щимся пламенем или только несве-тящимися трехатомными газами.
Значения a св и a г определя-ются по формулам
Примечание. При удельных нагрузках топочного объема больше 400 и мень-ше 1000 кВт/м 3 коэффициент m определяется линейной интерполяцией
Максимальное значение M , рассчитанное по формуле (2.19) для ка-мерных топок принимается не более 0,5.
Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяется как отношение высоты размещения горелок к общей высоте топки
| x т = h г / Н т , | (2.20) |
где h г подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холод-ной воронки до оси горелок, а H т – как расстояние от пода топки или сере-
дины холодной воронки до середины выходного окна топки.
10. Определяется средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого жидкого топлива или на 1 м 3 газа при нормальных усло-виях [кДж/(кг×К) или кДж(м 3 ×К)]:
Q - I ¢¢
= т ¢ т ¢ , (2.21)
Т а - Т т
где T а – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2.5 расчетной работы №1. по значениюQ т , равному энтальпии про-
берется из табл. 2.5 расчетной работы №1 при принятой на выходе из топки температуре; Q т – полезное тепловыделение в топке (п. 3).
11. Определяется действительная температура на выходе из топки (° С) по номограмме (рис. 2.6) или формуле
| J ¢¢ | = | Т а | - 273 . | ||||||
| 0,6 | |||||||||
| т | 5,67y ср F ст а т Т а 3 | ||||||||
| (2.22) | |||||||||
| М | + 1 | ||||||||
| jВ р Vс ср | |||||||||
Полученная температура на выходе из топки сравнивается с темпера-турой, принятой ранее в п.1. Если расхождение между полученной темпера-
турой (J ¢¢) и ранее принятой на выходе из топки не превысит ±100° С, то рас-
чет считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточнен-ным, значением температуры на выходе из топки и весь расчет повторяется.
Рис. 2.6. Расчет теплопередачи в однокамерных и полуоткрытых топках
12. Определяется удельная нагрузка топочного объема (кВт/м 3) по формуле:
| q | = B | p | Q н / V | т | . | (2.23) | |
| V | н |
Список литературы
1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проек-тирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1989.
2. Эстеркин Р.И. Промышленные парогенерирующие установки.
3. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. – 2- е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1985.
4. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства. Каталог справочник. – М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972.
5. Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С Котельные установки (учебник для вузов). – М.: Изд-во литературы по строительству, 1966.
6. Браунс Э.Г. Проектирование промышленной котельной установки.
7. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. – М.: Энергия, 1966.
8. Гинзбург-Шик Л.Д. Современные котлоагрегаты.
9. Корнеичев А.И. Конспект лекций по курсу «Энергетические уста-новки».
10. Зарудный Л.Б. Расчет и конструирование парогенераторов энерго-технологических схем химической промышленности.
11. Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парогенераторов. 12. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Под
ред. Кузнецова.
13. Клюев А.Н., Малая Э.М. Теплоснабжение от тепловых сетей ТЭЦ и районных котельных.
14. Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных пред-приятий.
15. Потрошков В.А. Теплотехника. Сборник задач по курсу «Тепловые установки».
16. Тихонов В.Н., Добровинский Р.Ю. Тепловой расчет котельных агре-гатов ДКВР (методические указания по курсовому проектированию для студентов заочного факультета). Свердловск., 1972.
17. Шестаков Б.И. Методические указания по тепловому расчету ко-тельных агрегатов.
18. Панькевич В.В. Тепловой расчет топочных камер и радиационных поверхностей нагрева парогенераторов.
19. Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат,
Введение..................................................................................................................................... 2
1. Назначение, технические данные и устройство котлов ДКВР....................... 3
2. Расчет топочных камер................................................................................................... 6
2.1. Определение геометрических характеристик топок....................................... 6
2.2. Расчет однокамерных топок..................................................................................... 8
3. Расчет конвективных поверхностей нагрева....................................................... 17
3.1. Расчет конвективных пучков котла..................................................................... 17
3.2. Расчет конвективных пароперегревателей....................................................... 29
3.3. Расчет водяных экономайзеров............................................................................ 36
Приложения............................................................................................................................ 41
Список литературы............................................................................................................. 43
Тепловой расчет котельных установок
Методические указания для выполнения расчетной работы №2
Саранск 2001
Введение
Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор по-требляют огромное количество теплоты на технологические нужды, венти-ляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.
Повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.
Тепловой расчет парового или водогрейного котла может быть конст-руктивным или поверочным. Конструктивный расчет выполняется при раз-работке новых паровых или водогрейных котлов специализированными про-ектно-конструкторскими институтами или конструкторскими бюро котло-строительных заводов. Поверочный расчет котельных агрегатов, выпускае-мых промышленностью, выполняется при проектировании источника тепло-снабжения, предназначенного для выработки пара или горячей воды.
Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.
Греческий огонь: рецепт, изобретение и история легендарного состава Химик дюпре
Толстые оладьи на кефире как у бабушки Пышные оладушки рецепт от бабушек
«Апостол Произведение полиграфического искусства ХVI века
Рецепт: Фруктовые салаты со сливками
Яркая и непредсказуемая Близнецы-Девушка: сложности характера Как узнать что женщина близнецы влюблена
Добро пожаловать в штаты США!
Всероссийский ежегодный конкурс для студентов финансовых специальностей