Расчет отопительной котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

Расчет отопительной котельной

Выполнила: студентка гр. Т-83

Земенкова Е.А.

Проверила: Евграфов А.В.

Самара 2011



Содержание

Введение

1. Водяные котлы типа КВ. Исходные данные

2. Расчет процессов горения топлива

3. Определение объемов продуктов сгорания

4. Определение минимального объема водяных паров

5. Расчёт теплосодержания воздуха и продуктов сгорания

6. Тепловой баланс котельного агрегата

7. Тепловой расчёт поверхности нагрева

8. Задача: расчет водяного экономайзера. Исходные данные

9. Подбор водяного экономайзера

10. Расчет надежности водяного экономайзера

11. Конструкторский расчет водяного экономайзера

12. Расчет количества котлов

Библиографический список



Введение

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара и горячей воды. Основные элементы котельной установки: котел, топка, питательные и тягодутьевые устройства, устройства топливоподачи и автоматического регулирования.

Котел - теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевые устройства состоят из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечивается подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу.

Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностями нагрева, передают теплоту воде. Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяные экономайзеры и воздухоподогреватели, служащие для подогрева воды и воздуха, устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды, приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную работу всех элементов котельной.

Классификация котельных установок.

Котельные установки в зависимости от типа потребителей разделяются на:

- энергетические;

- производственно-отопительные;

- отопительные.

По виду вырабатываемого теплоносителя котельные установки делятся на:

- паровые;

- водогрейные.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на:

- местные;

- групповые;

- районные.

В данной работе представлен расчет котельной с водогрейными котлами типа КВ-ГМ.



1. Водогрейные котлы типа КВ

Стальные водогрейные прямоточные котлы унифицированной серии КВ-ГМ и КВ-ТС изготавливаются с 1970 г. для установки в отопительных котельных, на ТЭЦ и в отопительно-производственных котельных.

Газо-мазутные котлы КВ-ГМ выпускаются со следующей теплопроизводительностью 4; 6,5; 10; 20; 30; 50; 100; 180 Гкал/ч. Котлы этой серии собираются из однотипных элементов и выполняются в горизонтальной компоновке, блочно-транспортабельные и состоят из двух блоков: горизонтально-топочного, вертикально-конвективного. Боковые стены топочной камеры полностью экранированы трубами диаметром 60*3 мм с шагом 64 мм.

Конвективный блок состоит из конвективного пакета, фестона и заднего экрана. Конвективный пакет набирается из U-образных змеевиков диаметром 29*3 мм. Трубы располагаются в шахматном порядке с шагом 64 и 40 мм. Змеевики привариваются к вертикальным стоякам диаметром 83*3,5 мм. Фестон и задний экран конвективного блока выполнены из труб диаметром 60*3 мм с шагом 64 мм.

Котлы теплопроизводительностью 4 и 6,5 Гкал/ч не имеют камеры догорания, и дымовые газы попадают в конвективный блок сверху из-под перекрытия топки. Отвод дымовых газов из котла осуществляется снизу.

В котлах теплопроводностью 10, 20 и 30 Гкал/ч имеется внутри топочная перегородка, делящая топочную камеру на собственно топку и камеру догорания. Дымовые газы в конвективный блок попадают снизу, а отводятся из него сверху. Топочные камеры котлов КВ-ГМ оборудованы ротационными газо-мазутными горелками, а конвективные поверхности нагрева снабжены дробеструйной очисткой.

Исходные данные

1) Тип котла: КВГМ-10

2) Производительность по теплу: Q_к.а=9 Гкал/ч

3) Температура холодного воздуха: t_хв=29 ⁰С

4) Топливо: газ, Брянск - Москва

СH₄ = 92,8%

C₂H₆= 3,9%

C₃H₈= 1,1%

C₄H₁₀= 0,4%

C₅H₁₂= 0,1%

N₂=1,6%

CO₂=0,1%

Теплота сгорания низшая сухого газа

Плотность при 0?С и 760 мм. рт. ст.

2. Расчет процессов горения топлива

Вычисление коэффициента избытка воздуха с учетом присоса воздуха по элементам котельного агрегата.

а) в конце топки

- присос воздуха в топке

- на выходе из топки

б) в конце первого газохода конвективного пучка

в) в конце второго газохода конвективного пучка

3. Определение объемов продуктов сгорания

Первоначально будем вести расчет объемов продуктов сгорания при значении коэффициента избытка воздуха . Минимальный или теоретический объем сухих газов при определяется по формуле:

- объем трехатомных газов, находящийся по уравнениям химических реакций

- минимальное количество азота, состоящего из атмосферного, равного 79% от теоретического количества воздуха и азота топлива



4. Определение минимального объема водяных паров

Дальнейший расчет представлен в виде таблицы 1.

Таблица 1

Расчет продуктов сгорания

Расчитываемая величина	Размерность	V0=9.91, V0H20=1,115, VRO2=1.061, VN2=7.845
		Топка	КП1	КП2
Коэффициент избытка воздуха в конце газохода б		1,100	1,150	1,250
Коэффициент избытка воздуха средний бср		1,075	1,125	1,200
Объем избыточного воздуха (бср -1)V0	нм3/нм3	0,743	1,239	1,982
Действительный объем водяных паров VH2O=V0H2O+0.061(бср-1)V0	нм3/нм4	1,160	1,191	1,236
Действительный объем дымовых газов Vг=VRO2+V0N2+VH2O+(бср-1)V0	нм3/нм5	10,809	11,335	12,124
Объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания rRO2=PRO2=VRO2/Vг		0,098	0,094	0,088
Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания rH2O=PH2O=VH2O/Vг		0,107	0,105	0,102
Суммарная доля трехатомных газов и водяных паров rn=rRO2+rH2O		0,206	0,199	0,189
Масса дымовых газов Iг=сcг.ТЛ+1.306бV0	кг/нм3	15,011	15,658	16,952

5. Расчет теплосодержания воздуха и продуктов сгорания

Теплосодержание дымовых газов определяется как сумма теплосодержаний продуктов сгорания 1 кг () топлива при и избыточного воздуха, взятого при температуре продуктов сгорания.

Теплосодержание дымовых газов определяется по формуле:

, где

- теплосодержание газов при и температуре газов

- теплосодержание теоретически необходимого количества воздуха при температуре газов

В расчете теплосодержаний коэффициент избытка воздуха принимают в конце газохода. Подсчет теплосодержаний рекомендуется вести в виде таблицы, значения теплосодержаний вычисляются через каждые 100?С для интервала температур . Данные расчета заносим в таблицу 2. тепловой водогрейный топливо пар

Таблица 2

Теплосодержание дымовых газов

V,0C	I0г ккал/нм3	I0В ккал/нм3	б"Т=1.1	б"кп2=1.25
			I"T	I"кп
100	326,412	313,156	357,727	404,701
200	658,844	630,276	721,872	816,413
300	999,143	953,342	1094,477	1237,479
400	1349,353	1282,354	1477,589	1669,942
500	1708,362	1619,294	1870,291	2113,186
600	2073,617	1964,162	2270,033	2564,658
700	2448,769	2318,940	2680,663	3028,504
800	2835,057	2675,700	3102,627	3503,982
900	3230,251	3032,460	3533,497	3988,366
1000	3629,851	3399,130	3969,764	4479,634
1100	4030,512	3775,710	4408,083	4974,440
1200	4423,800	4152,290	4839,029	5461,873
1300	4846,261	4528,870	5299,148	5978,479
1400	5268,079	4915,360	5759,615	6496,919
1500	5684,282	5301,850	6214,467	7009,745
1600	6108,330	5688,340	6677,164	7530,415
1700	6534,554	6074,830	7142,037	8053,262
1800	6961,893	6263,120	7588,205	8527,673
1900	7397,077	6857,720	8082,849	9111,507
2000	7794,257	7254,120	8519,669	9607,787
2100	8265,067	7650,520	9030,119	10177,697

6. Тепловой баланс котельного агрегата

Экономичность работы котельного агрегата определяют величину его КПД. Для того, чтобы определить КПД составляем тепловой баланс. Он заключается в установлении равенства между внесённым в топку теплом Q_р^р и суммой полезно-используемого тепла q₁ и тепловых потерь q₂, q₃, q₄, q₅, q₆.

q₂ - потери с уходящими газами;

q₃ - потери от химического неполноты сгорания топлива;

q₄ - потери тепла от механического недожега;

q₅ - потери тепла в окружающую среду через неплотности обмуровки котла;

q₆ - потери физического тепла шлака;

Q_р^р - располагаемое тепло твёрдого, жидкого, газообразного топлива на расчётную или сухую массу.

Q_р^р,с = Q_н^р,с +Q_{физ.т.п.} +Q_ф

Q_н^р,с - низшая теплота сгорания на расчётную или сухую массу

Q_{физ.т.п.} - физическое тепло топлива

Q_ф - тепло вносимое с паровым дутьём

Все расчёты сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Тепловой баланс котельного агрегата

Расчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Результаты расчета
Располагаемое тепло топлива	Qрр	ккал/нм3	Qрр=Qнс	8910
Температура уходящих газов	tух	0С	По типу котла	185
Теплосодержание уходящих газов	Iух	ккал/нм3	По таблице теплосодержание	754,656
Температура холодного воздуха	tхв	0С	Принимается по заданию	28
Теплосодержание холодного воздуха	I0хв	ккал/нм3	I0ух=V0*cхв*tхв	88,794
Потери тепла с уходящими газами	q2	%	q2=((Iух-бух*I0хв)*100)/Qрр	7,224
Потери тепла от химического недожога	q3	%	Принимается по нормативному методу по виду сжигаемого топлива и виду топуи	1,5
Потери тепла в окружающую среду	q5	%	q5=q5ном*Qномк.а./Qк.а	1,875
Суммарные потери тепла	?qi	%	?qi	10,599
КПД котла	?к.а	%	?к.а=100-?qi	89,401
Тепло, полезно используемое в к.а.	Qк.а	ккал/нм3	Qк.а=Gвод*(i"вых-i'вход)*103	9944550
Полный расход топлива	В	нм3/ч	B=(Qк.а*100)/(Qрр*?к.а)	1248,435
Расчетный расход воздуха	Вр	нм3/ч	Вр=В	1248,435
Коэффициент сохранения тепла	?	-	?=1-(q5/(q5+?к.а))	0,979

7. Тепловой расчёт поверхности нагрева

По способу теплообмена все поверхности нагрева делятся на 2 типа:

· лучевоспринимающий или радиационные поверхности нагрева

· конвективные поверхности нагрева

Тепловой баланс по тепловосприятию поверхности нагрева выглядит следующим образом:

Q_т= Q_т^л+ Q_кп^к+Q_эк^к+ Q_ух , ккал/ч

Q_т- количество тепла выделившееся в топке при сжигании топлива;

Q_т^л - количество тепла, отданное лучистым теплообменом, отданное экраном топки стенкам;

Q_кп^к- тепло отданное конвективным теплообменом котельному пучку или водяному экономайзеру.

Составим уравнения теплового баланса между теплом, выделяющимся в топке и теплосодержанием дымовых газов.

Q_т= Q_а= Y_a=f(_a)

Q_а- теплота полученная дымовым газом;

Y_a- теплосодержание в топке дымовых газов;

_a- теоретическая температура горения топки.

Зная Y_a можно найти теплосодержание _a. _a=2051

Температуру дымовых газов на выходе из топки принимают в зависимости от типа котла и вида топки.

и_a=1100єС, Y_т^//=4408,083 ккал/нм³

По принятой ориентировочной температуре дымовых газов на выходе из топки определяют количество тепла, отданное лучистым теплообменом:

ккал/нм³

Проверяем какой процент лучистого тепла от общего

Находим количество тепла полученного котельными пучками в результате конвективного теплообмена:

Проверяем какой процент конвективного тепла от общего

Находим потери с уходящими газами:

Поверяем:

8. Задача: расчет водяного экономайзера

Водяные экономайзеры - это хвостовые поверхности нагрева, которые устанавливаются за паровыми котлами и некоторыми водогрейными и служат для:

- нагрева питьевой воды, поступающей в верхний барабан на подпитку котла;

- охлаждения дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу.

По своему назначению экономайзеры являются утилизаторами дымовых газов, следовательно они повышают КПД котла и понижают потери q₂.

Водяные экономайзеры могут быть 1 или 2-х колонковые(1 или 2-х ходовые).

Котлы КЕ и ДЕ комплектуются блочными чугунными экономайзерами некипящего типа ЭП. Водяные экономайзеры идут комплектно с котлом, дутьевым вентилятором и дымососом.

Исходные данные

1) Тип котла: ДЕ - 10/14

2) Производительность по теплу: Q_к.а=10т/ч

3) Температура питательной воды: t_п.в.=104⁰С

4) Температура уходящих газов: t_ух=146 ⁰С

5) Температура на выходе: t_вых=273 ⁰С

6) Расчетный расход топлива в котле: В_р=718 нм³/ч

7) Р_s=10%

8) Р_б=14атмосфер

9) Топливо: газ, Брянск - Москва

9. Подбор водяного экономайзера

Тип экономайзера, установленного на данном котле смотрим в [1, 2].

По справочным данным подбираем для заданного типа котла экономайзер ЭП2-236 со следующими характеристиками:

а) поверхность нагрева А_эк=236м²

б) число труб в горизонтальном ряду n_гор=5 шт

в) число вертикальных рядов n_верт=16

г) количество колонок - 2

д) длина трубок экономайзера - 2 м

10. Расчет надежности водяного экономайзера

1. Расчет продуктов сгорания

Коэффициент избытка воздуха в конце газохода: б=1,35

Коэффициент избытка воздуха средний: б_ср=1,3

Объем избыточного воздуха:

(б_ср -1)V⁰=(1,3-1)^.9,1=2,973

Действительный объем водяных паров:

V_H2O=V⁰_H2O+0.061(б_ср-1)V⁰

V_H2O=1,115+0,061^.2,973=2,912

Действительный объем дымовых газов:

Vг=V_RO2+V⁰_N2+V_H2O+(б_ср-1)V⁰

Vг=1,061+7,845+1,115+2,973=14,791

2. Теплосодержание

V, 0C	Yэк, ккал/нм3
100	436,017
200	879,441
300	1332,813

3. Составим тепловой баланс водяного экономайзера:

В_р^.Q_эк^к=D_пв^.Дi_пв.

Для этого определим:

Коэффициент сохранения тепла:

Y^/=626.689

Y^//=1210.403

4. Определяем энтальпию питательной воды на выходе из водяного экономайзера:

i_пв^//=104,32+41,78=172,8 ккал/кг

5. Проверим условие надежности работы водяного экономайзера:

В котлах типа ДЕ и КЕ устанавливаются водяные экономайзеры системы ВТИ не кипящего типа.

D_п.в.=D^ном _к.а.^. 10³+ D_к.а.^. 10^{3 .} P_s/100

D_п.в=10^.10³+10^.10^3.10/100=11000 кг/ч

t_нас(P_б)-t_пв ?20-40?С

Из [2] выписываем t_нас = 194,13?С

194,13-146,1 = 48,03

Вывод: условие надежности выполняется.

11. Конструкторский расчет водяного экономайзера

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Результат
1.	Температура газов перед экономайзером		°С	Из справочника	273
2.	Теплосодержание газов перед экономайзером		ккал/ нм3	Табл.3 по 2 кп	1210,403
3.	Температура уходящих газов		°С	Из справочника	146
4.	Теплосодержание уходящих газов		ккал/ нм	Табл.3 по экономайзеру	626,689
5.	Расход питательной воды через экономайзер	Дпв	т/ч		11000
6.	Тепловосприятие экономайзера по уравнению теплового баланса		ккал/ч		474169
7.	Температура питательной воды		°С	По заданию	104
8.	Теплосодержание питательной воды		ккал/ нм3	Нормативный метод	104
9.	Теплосодержание воды на выходе из экономайзера		ккал/ нм3		147,11
10.	Температура воды на выходе из экономайзера		°С	Нормативный метод XXIV	146,1
11.	Скорость дымовых газов в водяном экономайзере		м/с	Принимаем с последующим уточнением	11
12.	Объем дымовых газов		нм3/нм3	Из таблицы №1	14,791
13.	Средняя тем-ра газов в экономайзере		°С		209,5
14.	Сечение для прохода дымовых газов	F	м2		0,474
15.	Длина ребра трубы экономайзера	1	м	Раздел "водяные экономайзеры "	2
16.	Живое сечение для прохода газов одной трубы	F '	мг	[2]	0,12
17.	Число труб горизонтальном ряду	nгор	шт.	F/F'	4
18.	Действительная скорость газов		м/с		10,86
19.	Коэффициент теплопередачи	К	ккал/ м2ч°С	[2]	22,44
20.	Средне арифметический температурный напор		"С		76,9
21.	Полная поверхность нагрева водяного экономайзера	Н	м2		274,78
22.	Поверхность нагрева одной трубы	Н'	м2	[2]	2,95
23.	Число вертикальных рядов	nверт	шт.		23
24.	Действительная поверхность нагрева водяного экономайзера	Hg	м2		271,4
25.	Тепловосприятие водяного экономайзера по уравнению теплообмена		ккал/ч		468338
26.	Разница		%		1,23

12. Расчет количества котлов

Для котла КВГМ - 10 предусмотрено 4 котла.

n_ка=4шт.

Q_max=Q_ка^. n_ка

Q_max=9 ^. 4=36 Гкал/ч

Q_с.н.=(0,1 - 0,15)Q_max

Q_c.н.=0,1•36=33,6 Гкал/ч

Q_расч=Q_max - Q_c.н

Q_расч=36 - 3,6=32,4 Гкал/ч

Q^max_ов=(0,75 - 0,8) Q_расч

Q^max_ов=0,75•32,4=24,3 Гкал/ч

Q^ср.ч_гвс=(0,25 - 0,2) Q_расч

Q^ср.ч_гвс=0,25•32,4=8,1 Гкал/ч



Библиографический список

1. Ю.Л. Гусев: Основы проектирования котельных установок, издание 2-е. дополненное и переработанное. Москва 1973 г.

2. С.А. Минкина: Тепловой расчет поверхностей котельных агрегатов, методические указания. Куйбышев 1986 г.

3. С.А. Минкина, В.М. Полонский: Расчет процессов горения, методические указания. Куйбышев 1986 г.

Размещено на Allbest.ru