Тепловой расчет котла ДЕ16–14ГМ

Принципиальное устройство котла ДЕ16-14ГМ. Теплота сгорания топлива; присосы воздуха, коэффициенты его избытка по отдельным газоходам; энтальпии продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расход топлива. Поверочный расчет теплообмена в топочной камере.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 30.01.2014
Размер файла 261,7 K

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/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принципиальное устройство котла

2. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания

2.1 Состав и теплота сгорания топлива

2.2 Присосы воздуха и коэффициенты избытка воздуха по отдельным газоходам

2.3 Объемы воздуха и продуктов сгорания

2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

3. Тепловой баланс котла и расход топлива

3.1 Тепловой баланс котла

3.2 Тепловые потери и КПД котла

3.3 Полезная мощность котла и расход топлива

4. Поверочный расчет теплообмена в топочной камере

4.1 Общие указания

4.2 Радиационные свойства продуктов сгорания

4.3 Расчет суммарного теплообмена в топке

4.3.1 Общие указания

4.3.2 Полезное тепловыделение в топке

4.3.3 Расчет температуры газов на выходе из топки

4.3.4 Проверка точности расчета температуры продуктов сгорания на выходе из топки иґґТ

4.3.5 Тепловосприятие топки

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Тепловая энергия является одним из основных видов энергии, необходимых для обеспечения жизнедеятельности человека. Тепловую энергию в основном используют для получения электрической энергии, для технологических нужд предприятий различного назначения, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.

Комплексы устройств, производящих тепловую энергию и обеспечивающих ее доставку потребителю в виде водяного пара или горячей воды, называют системами теплоснабжения.

Пар в промышленности, сельском хозяйстве и коммунальном хозяйстве применяют для технологических нужд, вентиляционных установок, в сушилках, для отопления производственных и жилых помещений, а также для нагрева воды, используемой в производстве и для бытовых нужд.

Системы теплоснабжения являются важнейшей составляющей энергетического хозяйства страны. Важнейшим звеном единой системы энергосбережения служат котельные (теплогенерирующие) установки - совокупность узлов и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара или горячей воды. В качестве первичных источников энергии для теплогенерирующих установок используют органическое и ядерное топливо, солнечную и геотермальную энергию, горючие и тепловые отходы промышленных предприятий. По своему агрегатному состоянию все виды органического топлива разделяют на твердое, жидкое и газообразное. Поэтому эффективное использование этого важнейшего источника теплоты в теплогенерирующих установках является важной составной частью крупнейшей народнохозяйственной задачи по экономии топливно-энергетических ресурсов.

Снижение удельных расходов высокосерийного мазута на единицу конечной продукции достигается применением новых технологических процессов и более экономичного оборудования.

Мазутофицированные котельные агрегаты, использующие современные конструкции мазутогрелочных устройств, наиболее рационально сжигающих мазут, автоматизация процессов горения способствуют обеспечению энергосбережения.

1. ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОТЛА

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Это комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пара из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке являются:

1. процесс горения топлива,

2. процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

3. процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующийся в топке теплоносителя. В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Газомазутные вертикально-водотрубные паровые котлы типа ДЕ-16т/ч предназначены для выработки насыщенного и слабоперегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Топочная камера котлов размещается с боку от конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб одинакова для всех котлов - 1790 мм.

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру.

Трубы парового бокового экрана, образующие также пол и потолоктопочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана приваривают к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159x6 мм. Трубы фронтового экрана котлов паропроизводительностью 16 т/ч приварены к коллекторам диаметром 159x6 мм.

В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба и труба для ввода фосфатов, в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане размещают перфорированные трубы для продувки, устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды.

На котле предусмотрена непрерывная продувка из нижнего барабана и периодическая - из нижнего коллектора заднего экрана, если задний экран имеет коллектор, если нет - периодическая продувка совмещена с непрерывной, осуществляемой из фронтового днища нижнего барабана.

Котел выполнен с одноступенчатой схемой испарения. Опускным звеном циркуляционных контуров являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка.

Конвективный пучок от топочной камеры отделен газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Перегородка выполнена из вплотную поставленных (S=55 мм) и сваренных между собой труб диаметром 51х2,5 мм. При вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда. Места разводки уплотняют металлическими проставками и шамотобетоном. Конвективный пучок образован коридорно расположенными вертикальными трубами диаметром 51х2,5 мм, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Шаг труб вдоль барабана 90 мм, поперечный 110 мм. Для поддержания необходимого уровня скоростей газов в конвективных пучках котлов устанавливают продольные чугунные или ступенчатые стальные перегородки. Выход дымовых газов из котлов осуществляется через окно, расположенное на задней стенки котла.

Все типоразмеры котлов имеют одинаковую циркуляционную схему. Контуры заднего экрана всех котлов и фронтового экрана котлов соединяют с барабаном через промежуточные коллекторы: нижний - раздающий

(горизонтальный) и верхний - собирающий (наклонный). Концы промежуточных коллекторов со стороны, противоположной барабанам, объединены не обогреваемой рециркуляционной трубой диаметром 76х3,5 мм.

В качестве первичных сепарационных устройств 1-й ступени испарения используют установленные в верхнем барабане направляющие щиты и козырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичных сепарационных устройств 1-й ступени котла используют горизонтальный жалюзийный сепаратор и дырчатый лист.

Пароперегреватель котлов выполнен змеевиковым из труб диаметром 32х3 мм. Плотное экранирование боковых стен, потолка и пола топочной камеры позволяет на котлах применить легкую изоляцию в два-три слоя изоляционных плит общей толщиной 15-20 мм. Обмуровку фронтовой и задней стенок выполняют по типу облегченной обмуровки: кирпич шамотный толщиной 65 мм и изоляционные плиты общей толщиной 100 мм.

Каждый котел ДЕ снабжен двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольный. На котлах без пароперегревателя, оба клапана устанавливают на верхнем барабане котла, и любой из них может быть выбран как контрольный. На котлах с пароперегревателем контрольным клапаном является клапан выходного коллектора перегревателя.

С понижением давления в котлах до 0,7 МПа изменений в комплектации котлов экономайзерами не требуется, так как подогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет более 200оС.

2. ОБЪЕМЫ И ЭНТАЛЬПИИ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

2.1 Состав и теплота сгорания топлива

Топливо для проектируемого котла - природный или попутный газ.

Расчетные характеристики газа на сухую массу принимаются по таблице IV Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10. и заносятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Расчетные характеристики газообразного топлива

Газопровод Уренгой-Сургут-Челябинск

Состав газа по объему, %

Низшая теплота сгорания Qdi, кДж/м3

Плотность при 00 и 101,3 кПа, с, кг/м3

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

C6H14

CO

CO2

N2

О2

H2S

HS

Значение

98,24

0,29

0,2

0,09

0,04

-

-

0,14

1

-

-

-

35800

0,729

2.2 Присосы воздуха и коэффициенты избытка воздуха по отдельным газоходам

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для газовых котлов небольшой производительности (меньше 45 кг/с) принять в пределах бт = 1,05 1,1, принимаем бт = 1,05.

Котел типа ДЕ-16-14, кроме котла Е-25, имеет один конвективный пучок.

Присосы воздуха по газовому тракту принимаем по таблице XVII А Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10., в зависимости от типа обмуровки топочной камеры и конвективных газоходов котла.

Таблица 2.2

Коэффициент избытка воздуха и присосы в газоходах котла

Показатель

Условное обозначение

Величина

1. Коэффициент избытка воздуха в топке

бт

1,05

2. Присосы: -в топку;

?бт

0,05

- в первый конвективный пучок и пароперегреватель;

?бк.п.l

0,05

-в водяной экономайзер и газоходы за котлом

?бэ к.

0,1

Присосы в газоходах за котлом оценить по ориентировочной длине газохода, которую принять для всех котлов типа ДЕ-16 т/ч - 15 м.

Таблица 2.3

Избытки воздуха и присосы по газоходам котла

Наименование газохода

бґґ

бср

Топка

1,05

0,05

1,05

Конвективный пучок и пароперегреватель

1,1

0,05

1,075

Экономайзер и газоходы за котлом

1,2

0,1

1,15

Пояснения к таблице 2.3

Коэффициент избытка воздуха в сечении за поверхностью нагрева бґґ газового тракта котла с уравновешенной тягой определяется суммированием коэффициента избытка воздуха в топке - с присосами в газоходах котла бт, расположенных между топкой и рассматриваемой поверхностью нагрева.

бт = бґґт = бср = бґк.п.l = 1,05,

бґґк.п.l = бт + ?бк.п.l = бґк.п.l + ?бк.п.l = 1,05 + 0,05 = 1,1,

бґґэк = бґк.п.l + ?бэк = 1,1 + 0,1 =1,2.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из поверхности бґґ является коэффициентом избытка воздуха на входе в следующую поверхность нагрева бґ. Средний избыток воздуха в газоходе котла:

бсрк.п.lТ+бґґк.п.l Т +?бк.п.l 22

бсрк.п.l=1,05+ 1,1 =1,075,2

бсрэк=бґґэк+бґґк.п.l, 2

бсрэк=1,2 + 1,1 = 1,15. 2

2.3 Объемы воздуха и продуктов сгорания

Объемы воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 м3 газообразного топлива при нормальных условиях (0°С и 101,3 кПа).

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания заданного топлива при полном его сгорании (б = 1) принимаются по таблице XIII Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10. и заносятся в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания

Наименование величины

Условное обозначение

Величина, м3 /м3

1. Теоретический объем воздуха

VОН

9,49

2. Теоретические объемы продуктов сгорания:

-трехатомных газов;

1,00

- азота;

7,51

-водяных паров

2,14

Объемы газов при полном сгорании топлива и б > 1 определяются для каждого газохода по формулам, приведенным в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Действительные объемы газов (м33) и их объемные доли при б> 1

Величина

Поверхность нагрева

топка

конвективный пучок

экономайзер

1

2

3

4

1. б= бср

1,05

1,075

1,15

2.= +0,0161(б-1) . VОН

2,1476

2,1515

2,1629

3. VГН =+++(б- 1) . VОН

10,7721

11,0133

11,7364

4. r=

0,1994

0,1954

0,1843

5. r=

0,0928

0,0908

0,0852

6. rп.= r+ r

0,2922

0,2862

0,2695

7. Gr

13,7526

14,0625

14,9920

Пояснения к таблице 2.5

Коэффициент избытка воздуха б= бср принимается по таблице 2.3;

= , берутся из таблицы 2.4, м33;

- объем водяных паров при б> 1, м3/кг;

VГН - объем дымовых газов при б> 1, м3/кг;

r- объемная доля водяных паров;

r- объемная доля трехатомных газов;

rп - объемная доля водяных паров и трехатомных газов;

Gr - масса дымовых газов:

Gr = сc г.т.л.+dг.т.л./1000 + 1,306 . б . VОН, (2.1)

где сc г.т.л.= с - плотность сухого газа при нормальных условиях, кг/м3 принимается по таблице 2.1;

dг.т.л.=10 гр./м3 - влагосодержание газообразное топлива, отнесенное к 1м3 сухого газа.

2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия -- это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении.

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания считаются для каждого значения коэффициента избытка воздуха б в области, перекрывающей ожидаемый диапазон температур в газоходе.

Заполняется таблица 2.6.

Таблица 2.6

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания при б >1

Поверхности нагрева

и(t),°С

Iо.Г

Iо.В

(б-1) Iо.В

кДж/м3

Топка, вход в конвективный пучок и паро-перегреватель бт =

2000

35518

29101

1455,05

36973,05

-

1800

31566

25931

1296,55

32862,55

4110,45

1600

27651

22808

1140,4

28791,4

4071,15

1400

23806

19704

985,2

24791,2

4000,2

1200

20087

16648

832,4

20919,4

3871,8

1000

16401

13649

682,45

17083,45

3835,95

800

12814

10716

535,8

13349,8

3733,65

Конвективный пучок и паро-перегреватель бк.п.1 =

1000

16401

13649

1023,675

17424,675

-

800

12814

10716

803,7

13617,7

3806,975

600

9374

7878

590,85

9964,85

3652,85

400

6089

5144

385,8

6474,8

3490,05

200

2971

2534

190,05

3161,05

3313,75

Экономайзер бэк. =

400

6089

5144

771,6

6860,6

-

200

2971

2534

380,1

3351,1

3509,5

100

1471

1260

189

1660

1691,1

Пояснения к таблице 2.6

Данные для расчета энтальпий принимаются из таблиц 2.4 и 2.6.

Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха б = 1 и температуре газов и, °С, принимается по таблице XVI Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10. или рассчитывается по формуле:

Iо.Г = (си)со2 + (2.2)

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания газа при температуре t, °С, принимается по таблице XVI Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10. или определяется по формуле:

Iо.В = VОН (си)в, кДж/м3 (2.3)

Энтальпия действительного объема дымовых газов на 1 м3 топлива при температуре и, °С :

IГ = Iо.Г + (б-1) Iо.В , кДж/м3 (2.4)

Изменение энтальпии газов:

?IГ = IГi-1 - IГi , кДж/м3, (2.5)

где IГi - расчетное значение энтальпии, кДж/м3 ;

IГi-1 - предыдущее по отношению к расчетному значение энтальпии, кДж/м3.

Показатель ?IГ снижается по мере уменьшения температуры газов и, °С. Нарушение этой закономерности указывает на наличие ошибок в расчете энтальпий.

Таблицей 2.6 будем постоянно пользоваться в дальнейших расчетах. По ней определяется энтальпия по известной температуре или температура по известной энтальпии. Расчеты ведутся методом интерполяции по следующим формулам:

- энтальпия по заданной температуре и:

I =Imax - Imin - иmin) + Imin/ иmax - иmin, кДж/м3 (2.6)

или

Iух = Imax -Imax - Iminmax - и)/ иmax - иmin, кДж/м3 (2.7)

температура по заданной энтальпии I:

и =иmax - иmin (I - Imin) + иmin/ Imax - Imin, °С (2.8)

или

и = иmax max - иmin (Imax - I)/ Imax -Imin, °С (2.9)

где энтальпии газов Imax, Imin принимаются по графе IГ, а энтальпии воздуха Imax, Imin по графе Iо.В. таблицы 2.6.

3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА И РАСХОД ТОПЛИВА

3.1 Тепловой баланс котла

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания потлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемого располагаемым теплом иp, и суммой полезно использованного тепла и1 и тепловых потерь и2, и3, и4, и5, и6.

На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг (1 м3) топлива при температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

иp + ив.вн + иф = и1 + и2 + и34+ и5 + и6, кДж/м3

где ир - располагаемое тепло топлива, кДж/м3;

иb.bh - тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/м3;

и ф - тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром), кДж/м3;

и1 - полезно использованное тепло, кДж/м3;

и2 - потеря тепла с уходящими газами, кДж/м3;

и3 - потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/м3;

и4 - потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/м3;

и5 - потеря тепла от наружного охлаждения, кДж/м3;

и6- потеря с теплом шлака, кДж/м3.

В условиях курсового проектирования при сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины иb.bh и ф , и4 и и6 равны нулю, поэтому уравнение теплового баланса будет иметь вид:

иp = и1 + и2 + и3+ и5, кДж/м3 (3.1)

Располагаемое тепло 1м3 газообразного топлива:

ир = иi d + iтл , кДж/м3, (3.2)

где иi d - низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3 (таблица 2.1);

iтл - физическое тепло топлива, кДж/м3. Учитывается в том случае, когда топливо предварительно подогревается посторонним источником тепла (например, паровой подогрев мазута).

В условиях курсового проектирования iтл = 0, следовательно,

ир = иi d + iтл, кДж/м3 (3.3)

ир = 35800 кДж/м3.

3.2 Тепловые потери и КПД котла

Потери тепла обычно выражают в процентах от располагаемого тепла топлива:

q2 = и2 / ир . 100%; q3 = и3 / ир . 100 % и т. д. (3.4)

Потеря тепла с уходящими газами в окружающую среду (атмосферу) определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева (экономайзера в условиях курсового проектирования) и холодного воздуха:

q2 =Iух - бух. Iо.хв. 100%, (3.5)

q2 =2457,975 - 1,2 . 377,702 100%=5,5998%,

где Iух = Iґґэк - энтальпия уходящих газов, кДж/м3.

Определяется интерполяцией по данным таблицы 2.6 по заданной температуре уходящих газов иух,°С, где Imax, Imin - Ir :

Iух =Imax - Iminmax - иmin) + Imin/иmax - иmin, кДж/м3 (3.6)

Iух =3351,1 - 1660 (150 - 100) + 1660 = 2457,975 кДж/м3.

бyx = бґґэк. - коэффициент избытка воздуха за экономайзером (таблица 2.3, пункт 3);

Iо.хв. - энтальпия холодного воздуха:

Iо.хв. = (си)в VОН= 39,8 VОН , кДж/м3 (3.7)

Iо.хв. = 39,8 . 9,49 = 377,702 кДж/м3,

где (си)в = 39,8 кДж/м3 -- энтальпия 1 м3 холодного воздуха при tXB = 30 °С;

VОН -теоретический объем воздуха, м33 (таблица 2.4, пункт 1).

Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, q3, %,

обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах (СО, Н2, СН4 и др.).

Для проектируемых котлов принять q3 = 0,5 %.

Потеря тепла от наружного охлаждения q5, %, принимается по таблице 3.1 в зависимости от паропроизводительности котла D, кг/с,

D =Dт/ч . 103, (3.8)

D =16 . 103 = 4,4 кг/с,

где D, т/ч, из исходных данных задания.

Таблица 3.1

Потеря теплоты от наружного охлаждения парового котла с хвостовыми

Номинальная паропроизводительность котла D, кг/с (т/ч)

Потеря теплоты q5, %

1,67 (6)

2,4

2,78 (10)

1,7

4,16(15)

1,5

5,55 (20)

1,3

6,94 (25)

1,25

Суммарная потеря теплоты в котле:

Уq = q2 + q3 + q5, % (3.9)

Уq = 5,5998 + 0,5 + 1,5 =7,5998%.

Коэффициент полезного действия котла (брутто):

t = 100 - ?t,% (3.10)

t = 100 - 7,5998 = 92,4002%.

3.3 Полезная мощность котла и расход топлива

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле,

иK = Dne . (iпе - iпе) + Dne . (i's - iп.в.), кВт (3.11)

иK =4,4 . (2828,9-364,53)+0,088 . (830,1-364,53)=10843,228+40,9702 =

= 10884,1982 кВт,

где Dne = D- количество выработанного перегретого пара, кг/с (формула (3.8));

iпе - энтальпия перегретого пара, кДж/кг, определяется по давлению и температуре перегретого пара (Рпе, МПа; tпе.°С - исходные данные) по таблице XXV Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10:

Рпе= 1,4 МПа; tпе = 210°С , iпе=2828,9 кДж/кг,

iп.в. - энтальпия питательной воды, кДж/кг,

iп.в.п.в. tп.в., кДж/кг (3.12)

iп.в. = 4,19 . 87= 364,53 кДж/кг,

где Сп.в ? 4,19 кДж/(кг-°С) - теплоемкость воды;

tп.в. - температура питательной воды, °С (исходные данные);

i's = tкип. = iґ - энтальпия кипящей воды, кДж/кг определяется по таблице 3.2 по давлению перегретого пара Рпе, МПа (Рп.е. - исходные данные);

Dпр. - расход воды на продувку котла, кг/с:

Dпр.пр. D, кг/с/100 (3.13)

Dпр.=2. 4,4 = 0,088/100 кг/с,

где бпр - доля непрерывной продувки, % (исходные данные);

D - паропроизводительность котла, кг/с (формула (3.8)).

Таблица 3.2

Удельные объемы и энтальпии кипящей воды и сухого насыщенного пара

Давление перегретого пара Рпе, МПа

Температура насыщения ts °С

Удельный объем кипящей воды нґ, м3/кг

Удельный объем сухого насыщенного пара н", м3 /кг

Удельная энтальпия кипящей воды i', кДж/кг

Удельная энтальпия сухого насыщенного пара i", кДж/кг

1,25

189,82

0,0011412

0,15698

806,8

2785.2

1,27

190,54

0,0011422

0,15466

810,0

2785,7

1,3

191,61

0,0011438

0,15117

814,8

2786,5

1,35

193,35

0,0011464

0,14579

822,6

2787,7

1,37

194,03

0,0011474

0,14378

825,6

2788,2

1,4

195,05

0,0011489

0,14077

830,1

2788,9

Расход топлива, подаваемого в топку котла:

В=ир . 100/ир . к, м3/с (3.14)

В=10884,1982 . 100/35800 . 92,4002 = 0,3290 м3/с,

где иK - полезно использованная теплота в котле, кВт (формула (3.11));

ир - располагаемое тепло 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3 (формула (3.3));

зк - коэффициент полезного действия котла, % (формула (3.10).

котел теплообмен топочный газоход

4. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ

4.1 Общие указания

Целью поверочного расчета является определение тепловосприятия и параметров дымовых газов на выходе из топки. Расчеты ведутся методом приближения. Для этого предварительно задаются температурой газов на выходе из топки, производят расчет ряда величин, по которым находят температуру на выходе из топки. Если найденная температура отличается от принятой более чем на ± 100 °С, то задаются новой температурой и повторяют расчет.

4.3 Радиационные свойства продуктов сгорания

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

Bu =КРЅ,

где К - коэффициент поглощения топочной среды;

Р - давление в топочной камере;

Ѕ- эффективная толщина излучающего слоя.

Коэффициент К рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается газа излучение трехатомных газов при сжигании (RO2 и Н2О).

Расчеты ведутся в нижеуказанном порядке.

Задаются в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного или попутного газа

иґґт.з. = 1100°С.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки:

Iґґт.з.=Imax - Imin.m.з. - иmin) + Imin/ иmax - иmin, кДж/м3 (4.1)

Iґґт.з.=16648 - 13649. (1100 - 1000) +13649/1200 - 1000 = 15148,5

кДж/м3,

где все максимальные и минимальные величины принимаются по таблице 2.6 по принятой в первом приближении температуре продуктов сгорания Imax , Imin - Iо.В .

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO2, Н2О):

Кr= Коr . rп, 1/(м3·МПа) (4.2)

Кr = 3 . 0,2922 = 0,8766 1/(м3·МПа),

где Коr - коэффициент, который определяется по номограмме 2 Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10.

Коr = 3,0 1/(м3·МПа)

При пользовании номограммами сначала надо выписать и подсчитать все необходимые величины для определения показателя.

Р = 0,1 МПа - давление в топочной камере;

r- таблица 2.5, строка 4 - для топки;

rп - таблица 2.5 , строка 6 - для топки;

Рп =Р rп = 0,1 rп, МПа;

S - эффективная толщина излучающего слоя в топке, м:

S = 3,6 .Vт.к./ Fст, м (4.3)

S = 3,6 .21,6 = 1,5 м,

где Vт.к. - объем топочной камеры, м3;

Fст - площадь стен топки (поверхности топки).

Активный объем топочной камеры:

- для котлов Е (ДЕ):

Vт.к.= Fф.ст. ·а, м3,

где Fф.ст. - площадь фронтовой стены, м2 (согласно задания);

а, м - ширина топки (согласно задания);

Рп Ѕ = 0,1 rп Ѕ, м·МПа;

10Рп Ѕ = rп Ѕ = 0,156 м·МПа;

иґґт.з. - температура газов на выходе из топки, которой задались вначале расчета, иґґт.з.= 1100оС.

По величинам r, 10Рп Ѕ, ит.з. номограмме 2 Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10., определяется Коr коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

Кс=1,2. (0,12 . ? т/п . CmHn )0,4 . (1,6 . 10-3 . Т"Т.З. - 0,5), 1/м·МПа (4.4)

1+ бТ 2

Кс= 1,2. (0,12 . 15/40 . 98,86)0,4 . (1,6 . 10-3 . 1373 - 0,5) = 1+1,052 = 0,5708х

х 1,8167 . 1,6968 = 1,7594 1/м·МПа,

где бТ - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки (таблица 2.2, строка 1);

т, п - количества атомов углерода и водорода в соединении соответственно; CmHn- содержание углерода и водорода в сухой массе топлива (состав топлива - таблица 2.1);

Т"Т.З. = иґґт.з. + 273,К - температура газов на выходе из топки,

где иґґт.з. задана в начале раздела.

Т"Т.З. =1100 + 273= 1373 К.

Коэффициент поглощения топочной среды:

К = Кr + m . Кс., (4.5)

К = 0,8766 + 0,1 . 1,7594 = 1,0525,

где Кг - коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания, формула (4.2);

m - коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем (частицами) сажи, при сжигании газа m = 0,1;

Кс. - коэффициент поглощения лучей частицами сажи, определяется по формуле 4.4.

Критерий поглощательной способности (критерий Бугера) :

Bu =КРЅ, (4.6)

Bu = 1,0525 . 0,1 . 1,5 = 0,1579,

где К - коэффициент поглощения топочной среды (формула (4,5));

Р = 0,1 МПа - давление в топочной камере;

Ѕ, м - эффективная толщина излучающего слоя (по формуле (4,3)).

Эффективное значение критерия Бугера:

Вu = (6 . In 1,4 . Bu 2 + Bu + 2, (4.7)

1,4 . Bu 2 - Bu + 2

(Вu = 1.6 . In 1,4 . 0,15792 + 0,1579 + 2) = 0,2488.

1,4 . 0,15792 - 0,1579 + 2

4.3 Расчет суммарного теплообмена в топке

4.3.1 Общие указания

Методика расчета суммарного теплообмена в топке базируется на приложении теории подобия к топочному процессу.

Основными параметрами, определяющими отношение температуры газов на выходе из топки иґґт. к адиабатической температуре горения топлива иа, являются критерий радиационного теплообмена Больцмана Во и критерий поглощательной способности Бугера Вu.

Зависимость между этими параметрами установлена на основании опытных данных по теплообмену в топках котлов и выражается формулами или номограммами.

В условиях курсового проектирования расчеты производятся с помощью формул или номограмм.

4.3.2 Полезное тепловыделение в топке

Полезное тепловыделение в топке ит зависит от располагаемого тепла топлива иp, потерь тепла q3 и тепла, вносимого в топку воздухом ив.

Проектируемые котлы не имеют воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

иB = бТ . Iо.хв., кДж/м3 (4.8)

иB = 1,05 . 377,702 =396,5871 кДж/м3,

где бТ - коэффициент избытка воздуха в топке (таблица 2.2, строка 1);

Iо.хв. -энтальпия холодного воздуха, кДж/м3 , формула (3.7).

Полезное тепловыделение в топке:

иТ = ир .100 - q3+ иB, кДж/м3 (4.9)

100

иТ = 35800 .100 - 0,5+ 396,5871= 36017,5871 кДж/м3,

100 (иТ = иа,)

где ир = иd i - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3 , формула (3.3);

q3 - потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, %, формула (3.4), q3, %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах (СО, Н2, СН4 и др.), для проектируемых котлов принять q3 = 0,5 %;

иB - тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/м3, формула (4.8).

4.3.3 Расчет температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки иґґт.з. зависит от адиабатической температуры горения топлива иа = иґт., критерия Бугера Вu, теплового напряжения стен топочной камеры qст, коэффициента тепловой эффективности экранов Ш, уровня расположения горелок хТ и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива иа находится по таблице 3.7 по полезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгорания (газов) в начале топки, иT = Ia, кДж/м3Т - формула (4.9)).

иаmax - иmin. (Iа - Imin) + иmin, °С (4.10)

Imax - Imin

иа =1200 - 1000. (36017,5871 - 17083,45) + 1000= 1987,1942 °С, 20919,4

- 17083,45

ta= иа +273, K.

Коэффициент сохранения тепла (точность расчета - не менее трех знаков после запятой):

ц = 1 -q3, (4.11)

зк + q3

ц = 1 -0,5 = 0,9946, 92,4002 + 0,5

где q5 - потери тепла от наружного охлаждения, % (п. 3.2, таблица 3.1);

зк - КПД котла, %, формула (3.10).

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м3 топлива:

(Vc.)ср=Iа - Т"Т.З., кДж/(м3·К) (4.12)

иа - и Т.З.

(Vc.)ср=36017,5871 - 15148,5 = 23,5226 кДж/(м3·К),

1987,1942 - 1100

где Iа - энтальпия продуктов сгорания в начале топки, кДж/м3 , формула (4.9); Т"Т.З. - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, кДж/м3, формула (4.1);

иа - адиабатическая температура горения, °С, формула (4.10);

и Т.З.= 1050 ч 1100°С - температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, принимается в п. 4.2.

Для расчета среднего коэффициента тепловой эффективности экранов Шср заполняется таблица 4.1.

Таблица 4.1

Коэффициент тепловой эффективности экранов

Наименование элемента котла

х

о

Ш

Fпл.

Шi Fпл.i

1

2

3

4

5

6

1. Фронтовой экран топки

1

0,65

0,65

4813

3128

Пояснения к таблице 4.1

х - угловой коэффициент экранов (согласно задания);

о - коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытия изоляцией. Для настенных гладкотрубных и мембранных цельносварных (газоплотных) экранов при сжигании газообразного топлива

о = 0,65;

Ш=х·о- коэффициент тепловой эффективности экранов.

Для неэкранированных участков топочных стен Ш = 0;

Fпл. - площадь стены, занятой экраном, м2 (согласно задания).

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:

Ш =? Шi Fпл.i, (4.13)

? Fст.i

Ш =0,65 . 48,13= 0,6035,

51,84

где ? Шi Fпл.i , м2 -таблица 4.1;

? Fст.i _ площадь стен топочной камеры, м2 (согласно задания).

Параметр забалластированности топочных газов:

rv, (4.14)

rv=10,7721= 1,2658,

7,51 + 1

где VHГ - по таблице 2.5 (строка 3);

- по таблице 2.4 (строка 3);

- по таблице 2.4 (строка 2).

Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена в камерных топках относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов:

, (4.15)

М = 0,4 . (1 - 0,4 . 0,75) . 3v1,2658 = 0,329,

где М0 - коэффициент для газомазутных топок, при настенном расположении горелок М0 - 0,4;

xr - относительная высота расположения горелок (согласно задания);

rv - параметр забалластированности топочных газов, формула (4.14).

Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

,°С (4.16)

иґґТ=2260,1942(0,6 - 273 = 1+ 0,329 0,24780,3.(5,67 10-11 0,6035 51,84

2260,19423 0,9946.0,3295 23,5226 = 2260,1924 = 1079,0334 ? 1079°С,

1,6717

где Та= иа + 273 = 1987,1942 + 273 = 2260,1942 К;

М - по формуле (4.15);

Вu - по формуле (4.7);

Шср. - по формуле (4.13);

Fст. -(согласно задания);

ц - по формуле (4.11);

В, м3/с - по формуле (3.14);

(Vc.)ср , кДж/(м3·К) - по формуле (4.12).

4.3.4 Проверка точности расчета температуры продуктов сгорания на выходе из топки иґґТ

Разница между температурой иґґТ , полученной расчетом по формуле (4.16), и температурой иґґт.з., которой задавались в начале расчета в п. 4.2, не должна быть больше ± 100°С:

ДиґґТ = иґґТ - иґґТ.З .? ± 100°С, (4.17)

ДиґґТ = 1079 - 1100 = - 21°С.

Разница ДиґґТ меньше ± 100°С и температура ДиґґТ принимается за окончательную температуру газов на выходе из топочной камеры и по ней находится энтальпия по таблице 2.6:

IґґТ =Imax - Imin.ух. - иmin) + Imin , кДж/м3 (4.18)

иmax - иmin

IґґТ=36973,05 - 13349,8. (1079 - 800) +13349,8 = 18842,2056 кДж/м3.

4.3.5 Тепловосприятие топки

Количество тепла, воспринятого в топке излучением на 1 м3 газообразного топлива:

ил = ц . Т - IґґТ) , кДж/м3 (4.19)

ил = 0,9946 . (36017,5871 - 18842,2056) = 17082,6344 кДж/м3,

- коэффициент сохранения тепла по формуле (4.11);

иТ - полезное тепловыделение в топке по формуле (4.9);

IґґТ - по формуле (4.18).

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры:

qv. иdi, кВт/м3 (4.20)

qv=0,329 . 35800 = 545,2870 кВт/м3,

где В, м3 /с - расход топлива, подаваемого в топку котла, формула (3.14);

иdi , кДж/м3 - низшая теплота сгорания топлива, таблица 2.1;

Vтк., м3 - объем топочной камеры;

qv должно быть меньше допустимого теплового напряжения объема топочной камеры qvдоп:

qv < qvдоп = 400 ч 650 кВт/м3, (4.21)

545,2870 < 650 кВт/м3.

По получившемуся расчету мы соблюдаем условие.

Удельное тепловое напряжение стен топочной камеры:

qv. В . иТ, кВТ/м2 (4.22)

qv=0,9946 . 0,329 . 36017,5871 = 227,3495 кВт/м3,

где ц - коэффициент сохранения тепла формула (4.11);

В, м3/с - расход топлива, подаваемого в топку котла, формула (3.14);

иТ - полезное тепловыделение в топке по формуле (4.9);

Fст. - площадь стен топки, м2 (согласно задания).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте был произведен расчет котла типа ДЕ-16-14 газопровода работающего на природном газе (Уренгой-Сургут-Челябинск).

Результаты выполненных расчетов приведены в таблицу.

Таблица

Результатов теплового расчета котельного агрегата ДЕ-16-14

Наименование рассчитанной величины

Размерность

Значение

Рассчитанный расход газа (В)

м3/с

0,329

КПД брутто котла (t)

%

92,4002

Температура продуктов сгорания на выходе из топки

°С

1079

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры

кВт/м3

545,287

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Александров А.А. Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. - М.: Издательство МЭИ, 1999. - 168 с.

2. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я. Производственные и отопительные котельные / Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис, Э.Я. Берзиньш - 2-е издание, перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - с.248, ил.

3. Единое требование к оформлению курсовых и дипломных проектов. Методические указания - Б, 2003 г.

4. Ковалев А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для вузов /Под общей редакцией А.П. Ковалева. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -.376 с.

5. Кузовлёв В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи: Учебник для машиностроения. Спец. техникумов / под. Ред. Л.Р. Стоцкого - 2-е перераб. и доп. - 335 с., ил.

6. Лебедев И.К. Гидродинамика паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 240 с.

7. Мочан С.И. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб: НПОЦКТИ, 1998. - с. 368.

8. Павлов, И.И. Котельные установки и тепловые сети: учеб. для техникумов / И.И. Павлов, М.Н. Федоров. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 232 с.

9. Соколов, Б.А. Котельные установки и их эксплуатация: учебник для нач. проф. образования / Б.А. Соколов. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 432 с.

10. Ткачев П.М. Методические указания к курсовому проекту - Белгород, 2011, с.53, ил.

11. Фурсов И.Д. Конструирование и тепловой расчет паровых котлов: учебное пособие/ Фурсов И.Д. 3-е изд. перераб. и доп. /Алт.гос.техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2012. - 300 с.

12. Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.

13. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергия , 1976. - 488 с.

Цветков Ф.Ф. Задачник по тепломассообмену: учеб. пособие для вузов по направлению 140100 "Теплоэнергетика": для системы подгот. и переподгот. и повышения квалификации персонала энерг. компаний, а также для вузов, осуществляющих подгот. энергетиков / Ф.Ф. Цветков, Р.В. Керимов, В.И. Величко.-М.: МЭИ, 2008. - 195 с.

14. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 280 с., ил.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Техническая характеристика и схема котла ДКВР-4-13. Определение энтальпий воздуха, продуктов сгорания и построение i-t диаграммы. Расчет теплообмена в топочной камере и в конвективной испарительной поверхности нагрева. Поверочный тепловой расчет котла.

    курсовая работа [651,4 K], добавлен 10.05.2015

  • Объем азота в продуктах сгорания. Расчет избытка воздуха по газоходам. Коэффициент тепловой эффективности экранов. Расчет объемов энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Определение теплового баланса котла, топочной камеры и конвективной части котла.

    курсовая работа [115,2 K], добавлен 03.03.2013

  • Топливо, его состав, объемы воздуха и продуктов сгорания для котла определенного типа. Элементарный состав топлива. Коэффициент избытка воздуха в топке. Объёмы продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расчет расхода топлива на весь период его работы.

    контрольная работа [35,6 K], добавлен 16.12.2010

  • Описание конструкции котла. Особенности теплового расчета парового котла. Расчет и составление таблиц объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива, полезной мощности котла. Расчет топки (поверочный).

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.07.2010

  • Расчет котла, предназначенного для нагрева сетевой воды при сжигании газа. Конструкция котла и топочного устройства, характеристика топлива. Расчет топки, конвективных пучков, энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчетная невязка теплового баланса.

    курсовая работа [77,8 K], добавлен 21.09.2015

  • Принцип работы водогрейного котла ТВГ-8МС, его конструкция и элементы. Расход топлива котла, определение объемов воздуха и продуктов сгорания, подсчет энтальпий, расчет геометрических характеристик нагрева, тепловой и аэродинамический расчеты котла

    курсовая работа [209,5 K], добавлен 13.05.2009

  • Описание котельной и ее тепловой схемы, расчет тепловых процессов и тепловой схемы котла. Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по газоходам, расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, потерь теплоты, КПД топки и расхода топлива.

    дипломная работа [562,6 K], добавлен 15.04.2010

  • Тепловой расчет и компоновка парового котла ПК-14. Выбор топлива, расчет его теплосодержания и продуктов сгорания. Определение тепловых потерь и коэффициента полезного действия котла. Расчет топочной камеры, конвективных и хвостовых поверхностей нагрева.

    курсовая работа [751,1 K], добавлен 28.09.2013

  • Элементарный состав и геометрические характеристики топлива. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания топлива при нормальных условиях. Состав котельной установки. Конструкция и принцип действия деаэратора. Конструктивный расчет парового котла.

    курсовая работа [594,6 K], добавлен 25.02.2015

  • Тепловой расчет котельного агрегата Е-25М. Пересчет теоретических объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания для рабочей массы топлива (сернистый мазут). Тепловой баланс, коэффициент полезного действия (КПД) и расход топлива котельного агрегата.

    курсовая работа [352,0 K], добавлен 17.03.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.