Проверочный расчет котельного агрегата типа БГМ-35

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет Теплоэнергетический

Направление (специальность) Промышленная Теплоэнергетика

Кафедра ТПТ

ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА ТИПА БГМ-35

Курсовой проект по дисциплине

“Котельные установки, парогенераторы”

Студент гр.З-6571_________________________________С.Н.Девяшин

Руководитель ____________________________________Е.П. Теплухин

Задание на курсовой проект

Топливо - малосернистый мазут.

Таблица 1

Расчётные характеристики природного газа

Состав мазута по объему, %	, кДж/м3	сну, кг/м3
V2O5	SiO2	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O
28,9	17,9	12,2	15,5	7,6	16,6	1,3	40530	1,196

Тип котла: БГМ - 35 .

Производительность: Д = 35 т/ч.

Давление перегретого пара: РПП = 3,9 МПа.

Давление в барабане: Рб = 4,1 МПа.

Температура перегретого пара: tПП = 440 єС.

Температура питательной воды: tПВ = 140 єС.

Процент продувки: Р = 6%.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка состоит из 55 листов, 14 рисунков и 3 таблиц.

Ключевыми словами являются: ТОПКА, ФЕСТОН, ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ, КОТЕЛ, ПАРООХЛАДИТЕЛЬ.

Целью поверочного расчета является определение температур уходящих газов. Для их определения пользовались методом последовательных приближений.

Введение

Паровые котлы - это главные агрегаты в теплоэнергетических станциях и промышленных предприятиях.

Рабочим телом в данном случае для получения пара является вода. А нагревающим теплоносителем являются продукты сгорания органических топлив.

Тепловая мощность котла определяется его паропроизводительностью, температурой и давлением перегретого пара.

С изменением нагрузки котла сохраняются температура и давление перегретого пара, а остальные параметры изменяются. С этой целью осуществляют поверочный расчет.

В поверочном тепловом расчете по принятой конструкции и размерам котла для заданных конструкциях и вида топлива определяются температуры воды, пара, воздуха, и газов на границах между отдельными поверхностями нагрева, коэффициент полезного действия, расход топлива, расход и скорости пара, воздуха и дымовых газов.

Поверочный расчёт проводят для оценки показателей экономичности и надёжности котла при работе на заданном виде топлива.

В конструктивном расчёте определяются размеры топки и поверхности нагрева котла, которые необходимы для обеспечения номинальной производительности при номинальных величинах параметров пара и питательной воды.

Задачами данной курсовой работы является определение КПД котла, расхода топлива и температур продуктов сгорания по тракту.

1. Расчет горения топлива

1.1 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 в бт-раз.

бт - 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 малосернистом мазуте, с камерной топкой, бт принимается 1,03 [1].

По мере движения продуктов сгорания по газоходам котла коэффициент избытка воздуха увеличивается за счёт присосов воздуха в газоходы (Дбj) через не плотности в обмуровке, гляделки, лючки и т.п. Значение Дбj, для топочной камеры принимается по таблице XVI [1]. Дбт = 0,06. Значение Дбj, для пароперегревателя первой ступени Дбпп1 =0,015, для пароперегревателя второй ступени Дбпп2 =0,015. Для экономайзера стального с обшивкой Дбэк = 0,08. Для воздухоподогревателя трубчатого Дбвп = 0,06.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топки подсчитывается прибавлением к бт суммы коэффициентов присосов воздуха в этих поверхностях нагрева:

Аналогично рассчитываются остальные коэффициенты.

бпп1 = 1,115; бпп2= 1,13; бэк = 1,21; бвп = 1,27.

Затем по известным значениям коэффициентов избытка воздуха перед поверхностью нагрева бi и за ней бi+1 вычисляется среднее значение избытка воздуха для каждой поверхности нагрева:

Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

При тепловом расчёте котельного агрегата определяется теоретический объём воздуха V0, необходимый для горения, а так же действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания.

1.2 Определение теоретического объёма воздуха

2.1. Вид топлива: сернистый мазут:

Wt,%	At,%	St,%	Ct,%	Ht,%	Nt,%	Ot,%	QР,ккал/кг	VГ,%	t1 ,oC
0,2	0,03	0,85	86,58	12,04	0	0,3	9680

где т, п - число атомов углерода и водорода соответственно в углеводороде мазутного топлива;

Nt, St, Ht, Ot - процентное содержание в топливе соответственно азота, серы, водорода, кислорода.

Определение теоретического объёма азота, трёхатомных газов и водяных паров:



где RO2=CO2+SО2 - трехатомные газы в продуктах сгорания;

dr - влагосодержание газа в граммах на 1 кг сухого газа, принимаем 10 г/кг.

Определение избыточного количества воздуха для каждой поверхности:

Определение действительного объёма водяных паров:

Вычисление действительного суммарного объёма продуктов сгорания:

Расчёт объёмных долей трёхатомных газов и водяных паров, а также их суммарной доли:

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Значения объемов продуктов сгорания в поверхностях нагрева.

Наименование величины и обозначение	Размерность	Топка + Фестон	Паропере-греватель первой ступени	Паропере-греватель второй ступени	Эконо-майзер	Воздухо - подогре-ватель
Коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева	-	1,1	1,115	1,13	1,21	1,27
Средний коэффициент избытка воздуха бср.	-	1,1	1,108	1,123	1,17	1,24
Объем водяных паров	м3/кг	2,00	2,00	2,01	2,01	2,02
Полный объем газовVг	м3/кг	12,33	12,41	12,58	13,07	13,81
Объемная доля трехатомных газов	-	0,089	0,089	0,089	0,090	0,090
Объемная доля водяных паров	-	0,162	0,161	0,160	0,154	0,146
Суммарная объемная доля	-	0,251	0,250	0,249	0,244	0,236

1.3 Расчёт энтальпий воздуха, продуктов сгорания и золы

Вычисляем энтальпии теоретического объёма воздуха на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур по формуле:

где hв - энтальпия 1 м3 воздуха в кДж/м3, принимаемая для соответствующей температуры по таблице XIII [1].

Расчёт энтальпий теоретического объёма продуктов сгорания на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур производим по формуле:



где энтальпии 1 м3 трёхатомных газа, азота и водяных паров, принимаемые для соответствующей температуры по таблице XIII [1].

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 б>1 по формуле:

где - энтальпия золы, в нашем случае в формуле 1.16 не учитываем

Результаты расчёта энтальпий продуктов сгорания в рассматриваемых интервалах температур по поверхностям нагрева котельного агрегата сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Энтальпия продуктов сгорания h = f(?), кДж/кг

Поверхность нагрева	Температура за поверхностью нагрева ?, °С
1	2	3	4	5	6
Верх топочной камеры, фестон бср=1,1 Дб=0,06	800	11822,1	13302,5	1182,2	14484,7
	900	13398,0	15159,2	1339,8	16499,0
	1000	15018,7	17046,3	1501,9	18548,2
	1100	16682,3	18937,5	1668,2	20605,7
	1200	18346,0	20842,6	1834,6	22677,2
	1300	20009,6	22796,9	2001,0	24797,9
	1400	21717,2	24789,4	2171,7	26961,1
	1500	23425,7	26765,1	2342,6	29107,7
	1600	25133,3	28774,9	2513,3	31288,2
	1700	26840,8	30797,2	2684,1	33481,3
	1800	28548,3	32827,5	2854,8	35682,4
	1900	30299,7	34891,6	3030,0	37921,5
	2000	32051,2	36943,4	3205,1	40148,5
	2100	33802,6	39020,5	3380,3	42400,8
Паропе- регреватель 1 ступени бср=1,108 Дб=0,03	700	10246,3	11483,4	1024,6	12508,0
	800	11822,1	13302,5	1182,2	14484,7
	900	13398,0	15159,2	1339,8	16499,0
	1000	15018,7	17046,3	1501,9	18548,2
	1100	16682,3	18937,5	1668,2	20605,7
	1200	18346,0	20842,6	1834,6	22677,2
Паропе- регреватель 2 ступени бср=1,123 Дб=0,03	300	4212,4	4678,2	421,2	5099,4
	400	5666,0	6320,2	566,6	6886,8
	500	7155,1	8004,7	715,5	8720,2
	600	8678,8	9719,8	867,9	10587,7
	700	10246,3	11483,4	1184,2	12667,6
	800	11822,1	13302,5	1345,6	14648,1
Водяной экономайзер бср=1,17 Дб=0,08	200	2784,9	3083,3	278,5	3361,7
	300	4212,4	4678,2	421,2	5099,4
	400	5666,0	6320,2	566,6	6886,8
	500	7155,1	8004,7	715,5	8720,2
	600	8678,8	9719,8	867,9	10587,7
Воздухопо- догреватель бср=1,24 Дб=0,06	100	1383,6	1526,9	138,4	1665,2
	200	2784,9	3083,3	278,5	3361,7
	300	4212,4	4678,2	421,2	5099,4

2. Тепловой баланс котла

2.1 Расчёт потерь теплоты

При работе котельного агрегата вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты Q1 содержащейся в паре, 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

где - располагаемая теплота, определяемая по формуле 2.3, кДж/м3;

Q1, q1 - полезная теплота, содержащаяся в паре, кДж/м3, %;

Q2, q2 - потери теплоты с уходящими газами, кДж/м3, %;

Q3, q3 - потери теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/м3, %;

Q4, q4 - потери теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/м3, %;

Q5, q5 - потери теплоты от наружного охлаждения агрегата, кДж/м3, %;

Q6, q6 - потери от физической теплоты удаляемого шлака, охлаждения панелей и балок, не включённых в циркуляционный контур котла, кДж/м3, %.

Располагаемая теплота для газа может быть рассчитана по формуле

где - низшая теплота сгорания сухой массы топлива, кДж/м3;

- теплота, внесенная в котельный агрегат горячим воздухом, подогретым вне агрегата, кДж/м3. В нашем случае равна 0.

Доля потерь теплоты с уходящими газами определяем по формуле:

где hух, бух - энтальпия и коэффициент избытка воздуха уходящих газов за последней поверхностью нагрева котельного агрегата

- энтальпия теоретического объёма воздуха V0, требующегося на горение. При расчётах котлов принимается при температуре 30 °С и рассчитывается по формуле:

Принимаем температуру уходящих газов равной 125 °С.

Долю потерь теплоты от химической неполноты сгорания q3, обусловленную наличием в уходящих продуктах сгорания горючих газов СО, Н2, СН и других, берём в соответствии с типом топки и сжигаемым топливом по таблице XVII [1]. Для камерной топки q3= 0,5 %.

Потерю теплоты от механического недожога q4, наблюдаемую только при сжигании твёрдых топлив и обусловленную наличием в очаговых остатках твёрдых горючих частиц определяем по той же таблице, q4= 0 %.

Потерю теплоты от наружного охлаждения q5, обусловленную передачей теплоты через обмуровку котельного агрегата наружному воздуху, находим по рисунку 5.1 [1], по известной паропроизводительности , q5= 1,5 %.

2.2 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, %

Общее выражение для расчета полного количества тепла, полезно отданного в котельном агрегате, имеет вид:

где Qпе - количество выработанного перегретого пара, кг/ч;

hп.п - энтальпия перегретого пара, кДж/кг, находится по давлению и температуре у главной парозапорной задвижки по таблицам воды и водяного пара;

Qн.п - количество насыщенного пара, кг/с, отданного помимо перегревателя, с энтальпией hн.п, кДж/кг, определяемой по давлению в барабане котла;

Qпр - расход воды на продувку котла, кг/с (для прямоточных сепараторных котлов - продувка сепаратора), с энтальпией при кипении hкип, кДж/кг, подсчитываемой по давлению в барабане (сепараторе) котла;

hп.в - энтальпия питательной воды на входе в агрегат, кДж/кг;

Qпт - расход пара через вторичный перегреватель, кг/с, при начальной энтальпии , и конечной, кДж/кг.

Qот - тепловосприятие воды или воздуха, подогреваемых в котельном агрегате и отдаваемых на сторону, кДж/кг.

Расход натурального топлива, подаваемого в топку котла, рассчитываем по формуле:

Коэффициент сохранения теплоты рассчитываем по формуле:

3. Расчет теплообмена в топке

Цель расчета теплообмена в топке является вычисление температуры на выходе из топки.

3.1 Определение геометрических и тепловых характеристик топочной камеры

Рисунок 1 - Эскиз бокового экрана топочной камеры

Определение площади стен топки FСТ (м2)

Полная поверхность стен топки:

где: - площадь боковых поверхностей топки;

- площадь задней поверхности топки;

- площадь фронтальной поверхности топки.

Определение боковой поверхности топки:

где: - экранированная поверхность стен.

- неэкранированная поверхность стен.

Используя размеры (рис. 3.1.) определяем площади:

Определение площади задней поверхности топки:

Рисунок 2 - Эскиз заднего экрана топочной камеры.

Определение площади фронтальной поверхности топки:

Общая площадь стен равна:

Средний уровень расположения горелок в топке:

где: n - число горелок в ярусе;

hГ - уровень расположения осей горелок в ярусе;

Относительный уровень расположения горелок в топке:

где: Нт = 9,49 - высота топки;

Коэффициент тепловой эффективности экранов топки:

где х - угловой коэффициент экрана.

- коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения;

Для неэкранированных участков топочных стен ;

Угловой коэффициент х определяется по [1,n. 6 - 06, стр. 37.]

Для боковых поверхностей:

S = 80 мм, d = 60 мм, S/d = 80/60 = 1,33; е = 60 мм; [1, табл. 6.3, стр. 42]

для задней и фронтальной поверхности:

S = 110 мм, d = 60 мм, S/d = 110/60 = 1,83; е = 60 мм; [1, табл. 6.3, стр. 42]

среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов:

Тепловое напряжение топочного объема qv

3.2 Поверочный тепловой расчёт топочной камеры

Принятие температуры на выходе из топки

Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры . Для камерной топочной камеры сжигающей газ и производительностью менее 75 т/ч принимаем 1200 °С.

Определение энтальпии

Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топочной камеры:

hТ =22677,2 кДж/ кг

Расчёт полезного тепловыделения

Подсчитываем полезное тепловыделение в топочной камере на единицу количества топлива:

где Qв - теплота, вносимая в топку воздухом, определяется как:

Зададимся температурой воздуха на входе в котел: 170°С, тогда: . Температура холодного воздуха 30°С, тогда: .

Определение эффективной толщины излучающего слоя газа в топке

где: VТ - объем топочной камеры

FСТ - поверхность стен топки.

Определение коэффициента ослабления лучей в топочной камере

Для этого сначала определяем коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:

где Pп = rп·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).

Pп = 0,251·0,1=0,025 МПа

Затем рассчитываем коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

Тогда коэффициент ослабления лучей в топочной камере определяем как:



Определение степени черноты факела

При сжигании газообразного топлива:

где b - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, занятого светящейся частью факела, и принимаемый по номограмме 2 [1];

асв, аг - степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, определяемых по формулам

Определение степени черноты топочной камеры

При сжигании газообразного топлива в камерных топках:

где шср - средний коэффициент тепловой эффективности экранов топочной камеры.

Вычисление параметра М

Параметр М характеризует положение максимальной температуры пламени по высоте топочной камеры:

где - отношение высоты размещения горелки к высоте топочной камеры. ХТ = 0,216

М=0,54-0,2·0,216=0,497

Вычисление средней суммарной теплоёмкости продуктов сгорания

Определяем среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания на расчётную единицу сжигаемого топлива:

где ?а - теоретическая (адиабатная) температура горения топлива, определяемая по таблице 3 по известной величине Qт= h;

hт - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, определяемая по этой же таблице по принятой ранее в пункте 3.2.1. температуре газов (пункт 3.2.2.)

?а=1943 °С

Определение расчётной температуры продуктов сгорания на выходе из топки

Полученная температура отличается от ранее принятой менее чем на °С. Расчёт топочной камеры можно считать завершенным.

4. Расчет фестона

В расчёте фестона нужно найти температуру на выходе из фестона, а также определить тепловосприятия поверхности фестона.

Геометрические характеристики фестона:

Диаметр труб: ? 60 Ч 3.

Число рядов труб: 3.

Число труб: 45шт.

Поверхность нагрева фестона: 44 м2.

S1 = 240 мм. S2 = 225 мм.

Рисунок 3 - Эскиз фестона.

Относительный поперечный шаг труб:

Относительный продольный шаг труб:



Относительный диагональный шаг труб:

Сечение участка газохода:

где: а, b - размеры газохода.

Z1 - число труб в ряду, Z1 = 15 шт.

d - диаметр труб;

L - длина труб;

Зададимся температурой дымовых газов после фестона:

Расчетная температура потока газов:

Расчетная скорость дымовых газов



Тепло, отданное газами рассчитываемой поверхности по уравнению теплового баланса:

где: - энтальпии газов на входе и выходе из поверхности,

- количество тепла, вносимого присасываемым воздухом, кДж/м3;

- тепловосприятие дополнительной поверхности, включенной параллельно или последовательно по ходу газов с рассчитываемой поверхностью, кДж/м3. В данном случае = 0.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при омывании шахматных гладкотрубных пучков [1, Номограмма 13]

бн=48 Вт/м2·К

где СS, CZ, CФ - поправочные коэффициенты, определяемые по номограмме 13 [1].

Эффективная толщина излучающего слоя фестона:

Температура загрязненной стенки:

где температура насыщения при Р=3,9 МПа, [1,Таблица XXIII];

[1, с. 44];

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания:

Степень черноты потока газов:

Коэффициент теплоотдачи излучением для незапыленного потока:

= 0,8 - степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей;

Т = 1148 + 273 = 1421 К - средняя температура потока газов.

коэффициент теплопередачи в фестоне:

где:

- коэффициент использования;

- коэффициент эффективности.

Расчетная поверхность нагрева:

где: Z = 45 шт. - общее число труб фестона.

Тепло, воспринятое нагреваемой средой по уравнению теплообмена:

где: - температурный напор.



Погрешность расчета

?5%

Принимаем температуру дымовых газов на выходе из фестона: .

5. Расчет теплообмена в первой ступени пароперегревателя

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 ц - коэффициент сохранения теплоты

- энтальпии продуктов сгорания на входе в конвективную поверхность и выходе из неё;

Дб - величина присоса воздуха в конвективную поверхность;

- энтальпия присасываемого в конвективную поверхность холодного воздуха;

К - коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности, отнесённый к расчётной поверхности нагрева;

F - расчётная площадь поверхности нагрева

ДТ - средне логарифмический 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 всех необходимых размеров и характеристик, приведённых в [3]: 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 смывания труб конвективной поверхности нагрева продуктами сгорания: поперечный, продольный, смешанный. Находим продольный и поперечный шаги труб пучка, диаметр и число вдоль и поперёк потока.

топливо котел газ теплообмен

Рисунок 4 - Эскиз пароперегревателя первой ступени по ходу газов.

d=38 Ч 3 мм. S1 = 110 мм. S2 = 97 мм.

Z = 38 шт.

Определение площади для прохода продуктов сгорания в пучок

Для случая плавного изменения сечения от входного до выходного средняя площадь сечения:

Определение площади сечения для прохода пара

Площадь сечения для прохода пара определяется по формуле:

где dвн - внутренний диаметр труб, м;

z - число параллельно включенных труб.

Задание граничных температур

Задаёмся двумя температурами продуктов сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева и . В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта.

По этим заданным температурам по таблице 3 определяем энтальпии продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева и , и рассчитываем по уравнению теплового баланса (5.1) количество теплоты, переданное в поверхность нагрева QБ1.

h'=20125,4 кДж/м3

Определение средней температуры продуктов сгорания

Находим средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева:

Определение средней скорости движения продуктов сгорания

Определяем среднюю скорость движения продуктов сгорания в проходном сечении конвективной поверхности нагрева по формуле:

где VГ - полный объём продуктов сгорания для рассчитываемой поверхности нагрева, таблица 2.

Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам

Сначала по найденным скоростям, типу пучка труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по номограмме 12 [1] находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб:

Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле:

где СS, CФ, Cn2 - 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 номограмме 12 [1]. При использовании номограмм используем следующие обозначения:

S1, S2 - поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева, м;

d - наружный диаметр труб поверхности нагрева, м;

у1 = S1/d, у2 = S2/d - относительные поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева.

;

;

Определение коэффициента теплоотдачи излучением

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле для не запылённого потока:

где бЛН - коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по номограмме 19 [1]. Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах.

Температура пара на выходе из пароохладителя определяется по энтальпии:

где: - энтальпия перегретого пара при t = 440°С и

РПП = 3,9 МПа [1,Таблица XXV].

При [1,Таблица XXV] ;

Температура пара перед пароохладителем:

где: - перепад энтальпий в пароохладителе.

по [1,Таблица XXV] .

Средняя температура пара:

Температура загрязненной стенки:

где: [1, стр.44]

аФ - степень черноты продуктов сгорания. При расчёте аФ используем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева:

Так же в формуле используем своё парциальное давление водяного пара для данной поверхности нагрева, взятое из таблицы 2. Вместо температуры в этой формуле подставляем среднюю температуру продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева:

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания:

Степень черноты потока газов

;

Тогда коэффициент теплопередачи излучением будет равен:

Определение коэффициента теплопередачи

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности нагрева:



где ш- коэффициент тепловой эффективности. При сжигании газа ш=0,85.

б1 - коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности нагрева для конвективных трубных пучков.

где о - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами, частичного перетекания газов мимо нее и образования застойных зон. Для поперечно омываемых пучков принимается равным 1.

б2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочей среде.

где бн - коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочей среде, который определяется по номограмме 15 [1]. Для этого необходимо найти скорость пара.

Сd - поправочный коэффициент, который определяется по номограмме 15 [1].

Скорость пара:

где Dп - расход пара через поверхность нагрева, кг/с;

vп - средний объем пара, м3/кг, определяемый по средним давлению и температуре пара.

;

Определение средне логарифмического температурного напора

Находим средне логарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева, учитывая схему движения теплоносителей.

Для схемы с последовательно-смешанным током



Рисунок 5 - Пароперегреватель первой ступени по ходу газов.

Поверхность нагрева.

Fпрм - поверхность нагрева прямоточного участка.

где: Z - общее число труб, Z' - число труб прямоточного участка

по [1,п. 7-57] безразмерные параметры:



Полные перепады температур теплоносителей:

По [1, Номограмма 29] определим коэффициент пересчета от противоточной схемы к более сложной:

Для противоточной и прямоточной схемы движения теплоносителя температурный напор определяется по формуле:

где ДtБ, ДtМ - наибольшая и наименьшая разности температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой.

Температурный напор при противотоке:



5.2.9 Расчёт количества теплоты переданного к поверхности нагрева

Определяем по уравнению теплопередачи количество теплоты, переданного в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде:

С использованием найденных теплот , , , и заданных ранее температур продуктов сгорания, строим график, рис.6. Пересечение линий QТП=f(?”) и QБ=ц(?”) дает искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева Подставляем полученную температуру в формулу и уточняем ДТ. Затем пересчитываем QТП.

6. Расчет теплообмена в пароперегревателе второй ступени

Рисунок 7 - Эскиз пароперегревателя второй ступени по ходу газов.

6.1 Геометрические характеристики

Коридорное расположение труб. Количество труб в ряду 38 шт. количество рядов 10. диаметр труб 38 мм. S1 = 110 мм. S2 = 150 мм. Высота труб в сечении l = 1581мм.

Относительный продольный шаг труб:

Относительный поперечный шаг труб:

у=

Площадь сечения для прохода газов:

Площадь сечения для прохода пара определяется по формуле:

где dвн - внутренний диаметр труб, м;

z - число параллельно включенных труб.

6.2 Тепловой расчет пароперегревателя второй ступени

Задание граничных температур

Задаёмся двумя температурами продуктов сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева и . В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта.

По этим заданным температурам по таблице 3 определяем энтальпии продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева и , и рассчитываем по уравнению теплового баланса (5.1) количество теплоты, переданное в поверхность нагрева QБ1.

h'=10224,6 кДж/м3

Определение средней температуры продуктов сгорания

Находим средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева:

Определение средней скорости движения продуктов сгорания

Определяем среднюю скорость движения продуктов сгорания в проходном сечении конвективной поверхности нагрева по формуле:

где VГ - полный объём продуктов сгорания для рассчитываемой поверхности нагрева, таблица 2

Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам

Сначала по найденным скоростям, типу пучка труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по номограмме 12 [1] находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб:

Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле:

где СS, CФ, Cn2 - 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 номограмме 12 [1]. При использовании номограмм используем следующие обозначения:

S1, S2 - поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева, м;

d - наружный диаметр труб поверхности нагрева, м;

у1 = S1/d, у2 = S2/d - относительные поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева.

;

;

Определение коэффициента теплоотдачи излучением

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле для не запылённого потока:

где бЛН - коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по номограмме 19 [1]. Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах.

Средняя температура пара:



где: ts = 224°C при Р = 4,1 МПа, [1,Таблица XXIII];

Температура загрязненной стенки:

где: [1, стр.44]

аФ - степень черноты продуктов сгорания. При расчёте аФ используем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева:

Так же в формуле используем своё парциальное давление водяного пара для данной поверхности нагрева, взятое из таблицы 2. Вместо температуры в этой формуле подставляем среднюю температуру продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева:

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания:

Степень черноты потока газов

;

Тогда коэффициент теплопередачи излучением будет равен:

Определение коэффициента теплопередачи

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности нагрева:

где ш- коэффициент тепловой эффективности. При сжигании газа ш=0,85.

б1 - коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности нагрева для конвективных трубных пучков.

где о - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами, частичного перетекания газов мимо нее и образования застойных зон. Для поперечно омываемых пучков принимается равным 1.

б2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочей среде.

где бн - коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочей среде, который определяется по номограмме 15 [1]. Для этого необходимо найти скорость пара.

Сd - поправочный коэффициент, который определяется по номограмме 15 [1].

Скорость пара:

где Dп - расход пара через поверхность нагрева, кг/с;

vп - средний объем пара, м3/кг, определяемый по средним давлению и температуре пара.

;

Определение средне логарифмического температурного напора

Находим средне логарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева, учитывая схему движения теплоносителей.

Для случая противотока в пароперегревателе второй ступени

где: ts = 224°С при Р = 4,1 МПа [1,Таблица XXIII];

Расчет поверхности теплообмена

Поверхность теплообмена:

где:l1 = 3,23 м длина труб.

Z = 38 · 10 количество труб

(38 - число труб в ряду, 10 - число рядов).

Расчёт количества теплоты переданного к поверхности нагрева

Определяем по уравнению теплопередачи количество теплоты, переданного в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде:

С использованием найденных теплот , , , и заданных ранее температур продуктов сгорания, :строим график, рис.8. Пересечение линий QТП=f(?”) и QБ=ц(?”) дает искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева Подставляем полученную температуру в формулу и уточняем ДТ. Затем пересчитываем QТП.

7. Расчет экономайзера

7.1 Геометрическая характеристика экономайзера

Три пакета, расстояние между ними:

500 мм, высота пакетов 1500; 1500; 900 (15х 60) мм. Количество труб в ряду n =18 шт.

диаметр труб - 32 мм, S1= 80 мм, S2= 60 мм.

Рисунок 9 - Эскиз экономайзера.

Площадь сечения для прохода газов:

lпр= 4 м - длина прямого участка трубы,

r = 60мм - радиус закругления трубы,

Z = 2 - количество ходов трубы.

7.2 Тепловой расчет водяного экономайзера

Задание граничных температур

Задаёмся двумя температурами продуктов сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева и . В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта.

По этим заданным температурам по таблице 3 определяем энтальпии продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева и , и рассчитываем по уравнению теплового баланса (5.1) количество теплоты, переданное в поверхность нагрева QБ.

h'=7112,4 кДж/м3

Определение средней температуры продуктов сгорания

Находим средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева:

Определение средней скорости движения продуктов сгорания

Определяем среднюю скорость движения продуктов сгорания в проходном сечении конвективной поверхности нагрева по формуле:

где VГ - полный объём продуктов сгорания для рассчитываемой поверхности нагрева, таблица 2

Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам

Сначала по найденным скоростям, типу пучка труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по номограмме 13 [1] находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб:

Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле:

где СS, CФ, CZ - 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 номограмме 13 [1]. При использовании номограмм используем следующие обозначения:

S1, S2 - поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева, м;

d - наружный диаметр труб поверхности нагрева, м;

у1 = S1/d, у2 = S2/d - относительные поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева.

;

;

Определение коэффициента теплоотдачи излучением

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле для не запылённого потока:

где бЛН - коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по номограмме 19 [1]. Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах.

Средняя температура воды:

где: ts = 224°C при Р = 4,1 МПа, [1,Таблица XXIII];

Температура загрязненной стенки:

где: [1, стр.44]

аФ - степень черноты продуктов сгорания. При расчёте аФ используем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева:

Так же в формуле используем своё парциальное давление водяного пара для данной поверхности нагрева, взятое из таблицы 2. Вместо температуры в этой формуле подставляем среднюю температуру продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева:

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания:

Степень черноты потока газов

;

Тогда коэффициент теплопередачи излучением будет равен:

Определение коэффициента теплопередачи

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности нагрева:

где ш- коэффициент тепловой эффективности. При сжигании газа ш=0,85.

б1 - коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности нагрева для конвективных трубных пучков.

где о - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами, частичного перетекания газов мимо нее и образования застойных зон. Для поперечно омываемых пучков принимается равным 1.

;

Определение средне логарифмического температурного напора

Находим средне логарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева, учитывая схему движения теплоносителей.

Для случая противотока :

где: ts = 224°С при Р = 4,1 МПа [1,Таблица XXIII];

Расчет поверхности теплообмена

где: lзм= lпр(m+1) + m р r + 2l = 4?(29+1) + 29

l* = 0,5 м длина трубы между пакетами

m - число поворотов трубы

Расчёт количества теплоты переданного к поверхности нагрева

Определяем по уравнению теплопередачи количество теплоты, переданного в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде:

С использованием найденных теплот , , , и заданных ранее температур продуктов сгорания, строим график, рис.10. Пересечение линий QТП=f(?”) и QБ=ц(?”) дает искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева Подставляем полученную температуру в формулу и уточняем ДТ. Затем пересчитываем QТП.

8. Расчет теплообмена в воздухоподогревателе

Рисунок 11 - Эскиз воздухоподогревателя.

Геометрическая характеристика

S1 =56 мм

S2 =44 мм

Размеры в свету

А = 3400 мм

В = 1690 мм

Количество труб в газоходе

По ширине Z1=14= 56 шт.

По длине Z2 = 33 шт.

Общее количество труб Z = 5633 = 1848

Длина трубы L = L/2 = 3350/2 = 1675 мм

Температура воздуха на входе в воздухонагреватель

=473 кДж/м3, на выходе ,

Температура дымовых газов на выходе из котла

, на входе в воздухонагреватель

Тепло, отданное газами по уравнению теплового баланса:

Средняя температура потока дымовых газов:

Средняя температура воздуха:

Площадь живого сечения для прохода газов:

Площадь живого сечения для прохода воздуха:

Средняя скорость дымовых газов:

Средняя скорость воздуха:

Где вВП - количество воздуха, присасываемого в топку из воздухоподогревателя к теоретически необходимому

Коэффициент теплоотдачи конвекцией со стороны дымовых газов [1, номограмма 14]

бН = 29,7 Вт/м2к при d = 0,0368 м, Wг = 9,4 м/c

Сф =1,22 при , = 165 °С

Сl =1,02 при L/dЭ = 1,675/0,04 = 41,9

Коэффициент теплоотдачи конвекции со стороны воздуха [1, номограмма 14]

Вт/м2 К при W = 6,5 м/c, d = 36,8 мм

Сl = 0,977 при у1 =1,4, у2 =1,1

СФ = 0,97 при t = 100 °C.

Коэффициент теплопередачи

о= 0,9 [1, стр. 48]

Температурный напор

Схема движения - противоток

Поверхность нагрева воздухоподогревателя

Уравнение теплопередачи

Погрешность расчета

?5%

9. Тепловой баланс котла

С учетом найденных значений тепловосприятий поверхностей нагрева, определяем невязку теплового баланса котла

Где Qл = ц?(QT - H - количество тепла, воспринятое в топке,

Qф - в фестоне, по п. 4;

Qпп1- в пароперегревателе 1-м по ходу газов, по п. 5;

Qпп2 - в пароперегревателе 2-м по ходу газов, по п. 6;

Qвэ- в экономайзере, по п. 7;

Qвп- в воздухоподогревателе, по п. 8

Невязка баланса не должна превышать 2%

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта был проведен поверочный расчет котла БГМ-35 при условии его работы на газообразном топливе. При поверочном расчете котла, как правило, не известны не только промежуточные температуры дымовых газов и внутренней среды, но и искомые температуры уходящих газов, подогрева воздуха. Для выполнения расчета они уточняются методом последовательных приближений. Предварительно оценивая конечную температуру (энтальпию) одной из сред по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие поверхности и конечную температуру (энтальпию) другой среды. После рассчитываем коэффициент теплопередачи, температурный напор и по уравнению теплообмена величину тепловосприятия поверхности нагрева, отнесенного к 1 м3 топлива. Затем сравниваем определенные по уравнениям теплообмена и баланса тепловосприятия, если разница более чем 2 процента, принимаем новое значение конечной температуры и повторяем расчет.

В результате определенных значений тепловосприятия определяем невязку теплового баланса, она не должна превышать 2 процента. В противном случае, необходимо повторить расчет по новым рассчитанным значениям температур уходящих из котла газов и подогрева воздуха.

Литература

Тепловой расчёт котлов (нормативный метод), изд. 3-е, 1998г.

Липов Ю.М. компоновка и тепловой расчёт парового котла, 1988г.

Карауш С.А. Современные котлы малой и средней мощности: Методические указания. Томск: Издательство ТГАСУ,2000-37с.

Ривкин С.Л. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара, 1969г.

Размещено на Allbest.ru