Тепловой расчет котла ДЕ16–14ГМ

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 иґґ_Т

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 200^оС.



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 б_т = 1,05 1,1, принимаем б_т = 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	?б	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 б^ґґ газового тракта котла с уравновешенной тягой определяется суммированием коэффициента избытка воздуха в топке - с присосами в газоходах котла б_т, расположенных между топкой и рассматриваемой поверхностью нагрева.

б_т = бґґ_т = б^ср = бґ_к.п.l = 1,05,

бґґ_к.п.l = б_т + ?б_к.п.l = бґ_к.п.l + ?б_к.п.l = 1,05 + 0,05 = 1,1,

бґґ_эк = бґ_к.п.l + ?б_эк = 1,1 + 0,1 =1,2.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из поверхности б^ґґ является коэффициентом избытка воздуха на входе в следующую поверхность нагрева б^ґ. Средний избыток воздуха в газоходе котла:



б^ср_к.п.l=б_Т+бґґ_к.п.l =б_Т +?б_к.п.l 22

б^ср_к.п.l=1,05+ 1,1 =1,075,2

б^ср_эк=бґґ_эк+бґґ_к.п.l, 2

б^ср_эк=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 (м³ /м³) 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= б_ср принимается по таблице 2.3;

= , берутся из таблицы 2.4, м³/м³;

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

V_Г^Н - объем дымовых газов при б> 1, м³/кг;

r- объемная доля водяных паров;

r- объемная доля трехатомных газов;

r_п - объемная доля водяных паров и трехатомных газов;

G_r - масса дымовых газов:

G_r = с^c _г.т.л.+d_г.т.л./1000 + 1,306 ^. б ^. V_О^{Н, (2.1)}

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

d_г.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	IГ	IГ
		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:

I_о.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:

I_о.В = V_О^Н (си)в, кДж/м³ (2.3)

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

I_Г = I_о.Г + (б-1) I_о.В , кДж/м³ (2.4)

Изменение энтальпии газов:

?I_{Г =} I_Гi-1 - I_Гi , кДж/м³, (2.5)

где I_Гi - расчетное значение энтальпии, кДж/м³ ;

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

Показатель ?I_Г 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 =I_max - I_min (и - и_min) + I_min/ и_max - и_min, кДж/м³ (2.6)



или

I_ух = I_max -I_max - I_min (и_max - и)/ и_max - и_min, кДж/м³ (2.7)

температура по заданной энтальпии I:

и =и_max - и_min (I - I_min) + и_min/ I_max - I_min, °С (2.8)

или

и = и_max -и_max - и_min (I_max - I)/ I_max -I_min, °С (2.9)

где энтальпии газов I_max, I_min принимаются по графе I_Г, а энтальпии воздуха I_max, I_min по графе I_о.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 и_p, 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:

и_p + и_в.вн + и_ф = и₁ + и₂ + и₃+и₄+ и₅ + и₆, кДж/м³

где и_р - располагаемое тепло топлива, кДж/м³;

и_b.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 и_b.bh и _ф , и₄ и и₆ равны нулю, поэтому уравнение теплового баланса будет иметь вид:

и_p = и₁ + и₂ + и₃+ и₅, кДж/м³ (3.1)

Располагаемое тепло 1м³ газообразного топлива:

и_р = и_i ^d + i_тл , кДж/м³, (3.2)

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

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

В условиях курсового проектирования i_тл = 0, следовательно,

и_р = и_i ^d + i_тл, кДж/м³ (3.3)

и_р = 35800 кДж/м³.

3.2 Тепловые потери и КПД котла

Потери тепла обычно выражают в процентах от располагаемого тепла топлива:

q₂ = и₂ / и_р ^. 100%; q₃ = и₃ / и_р ^. 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 =I_ух - б_ух^. I_о.хв. 100%, (3.5)

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

где I_ух = I^ґґ_эк - энтальпия уходящих газов, кДж/м³.

Определяется интерполяцией по данным таблицы 2.6 по заданной температуре уходящих газов и_ух,°С, где I_max, I_min - I_r :

I_ух =I_max - I_min (и_max - и_min) + I_min/и_max - и_min, кДж/м³ (3.6)

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

б_yx = б^ґґ_эк. - коэффициент избытка воздуха за экономайзером (таблица 2.3, пункт 3);

I_о.хв. - энтальпия холодного воздуха:

I_о.хв. = (си)в V_О^Н= 39,8 V_О^Н , кДж/м³ (3.7)

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

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

V_О^Н -теоретический объем воздуха, м³/м³ (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 =D_т/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,

и_K = D_ne ^. (i_пе - i_пе) + D_ne ^. (i'_s - i_п.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 D_ne = D- количество выработанного перегретого пара, кг/с (формула (3.8));

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

Р_пе= 1,4 МПа; t_пе = 210°С , i_пе=2828,9 кДж/кг,

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

i_п.в. =С_п.в. t_п.в., кДж/кг (3.12)

i_п.в. = 4,19 ^. 87= 364,53 кДж/кг,

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

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

i'_s = t_кип. = iґ - энтальпия кипящей воды, кДж/кг определяется по таблице 3.2 по давлению перегретого пара Р_пе, МПа (Р_п.е. - исходные данные);

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

D_пр.=б_пр^. D, кг/с/100 (3.13)

D_пр.=2^. 4,4 = 0,088/100 кг/с,

где б_пр - 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=и_р ^. 100/и_р ^. _к, м³/с (3.14)

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

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

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

з_к - 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

иґґ_т.з. = 1100°С.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки:

Iґґ_т.з.=I_max - I_min^. (и_m.з. - и_min) + I_min/ и_max - и_min, кДж/м³ (4.1)

Iґґ_т.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 I_max , I_min - I_{о.В .}

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

К_r= К^о_r ^. r_п, 1/(м³·МПа) (4.2)

К_r = 3 ^. 0,2922 = 0,8766 1/(м³·МПа),

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

К^о_r = 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;

r_п - таблица 2.5 , строка 6 - для топки;

Р_п =Р r_п = 0,1 r_п, МПа;

S - эффективная толщина излучающего слоя в топке, м:



S = 3,6 ^.V_т.к./ F_ст, м (4.3)

S = 3,6 ^.21,6 = 1,5 м,

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

F_ст - площадь стен топки (поверхности топки).

Активный объем топочной камеры:

- для котлов Е (ДЕ):

V_т.к.= F_ф.ст. ·а, м³,

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

а, м - ширина топки (согласно задания);

Р_п Ѕ = 0,1 r_п Ѕ, м·МПа;

10Р_п Ѕ = r_п Ѕ = 0,156 м·МПа;

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

По величинам r, 10Р_п Ѕ, и_т.з. номограмме 2 Приложения к «Методические указания к курсовому проекту», л.10., определяется К^о_r коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

К_с=1,2^. (0,12 ^. ? т/п ^. C_mH_n )^{0,4 .} (1,6 ^. 10^{-3 .} Т"_Т.З. - 0,5), 1/м·МПа (4.4)

1+ б_Т ²

К_с= 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 б_Т - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки (таблица 2.2, строка 1);

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

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

где иґґ_т.з. задана в начале раздела.

Т"_Т.З. =1100 + 273= 1373 К.

Коэффициент поглощения топочной среды:

К = К_r + m ^. К_с., (4.5)

К = 0,8766 + 0,1 ^. 1,7594 = 1,0525,

где К_г - 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;

К_с. - 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 иґґ_т. к адиабатической температуре горения топлива и_а, 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 и_т зависит от располагаемого тепла топлива и_p, потерь тепла q₃ и тепла, вносимого в топку воздухом и_в.

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

и_B = б_Т ^. I_о.хв., кДж/м³ (4.8)

и_B = 1,05 ^. 377,702 =396,5871 кДж/м³,

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

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

Полезное тепловыделение в топке:

и_Т = и_р ^.100 - q₃+ и_B, кДж/м³ (4.9)

100

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

100 (и_Т = и_а,)

где и_р = и^d _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 %;

и_B - 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 иґґ_т.з. зависит от адиабатической температуры горения топлива и_а = иґ_т., критерия Бугера Вu, теплового напряжения стен топочной камеры q_ст, коэффициента тепловой эффективности экранов Ш, уровня расположения горелок х_Т и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива и_а находится по таблице 3.7 по полезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгорания (газов) в начале топки, и_T = I_a, кДж/м³ (и_Т - формула (4.9)).

и_а =и_max - и_min^. (I_а - I_min) + и_min, °С (4.10)

I_max - I_min

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

- 17083,45

t_a= и_а +273, K.

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

ц = 1 -q₃, (4.11)

з_к + q₃

ц = 1 -0,5 = 0,9946, 92,4002 + 0,5

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

з_к - КПД котла, %, формула (3.10).

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м³ топлива:

(V_c.)_ср=I_а - Т"_Т.З., кДж/(м³·К) (4.12)

и_а - и _Т.З.

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

1987,1942 - 1100

где I_а - 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);

и_а - 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 Ш_ср 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;

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

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:

Ш =? Ш_i F_пл.i, (4.13)

? F_ст.i

Ш =0,65 ^. 48,13= 0,6035,

51,84

где ? Ш_i F_пл.i , м² -таблица 4.1;

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

Параметр забалластированности топочных газов:

r_v, (4.14)

r_v=10,7721= 1,2658,

7,51 + 1

где V^H_Г - 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) ^{. 3}v1,2658 = 0,329,

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

x_r - относительная высота расположения горелок (согласно задания);

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

Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

,°С (4.16)

иґґ_Т=2260,1942(0,6 - 273 = 1+ 0,329 0,2478^0,3.(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 Т_а= и_а + 273 = 1987,1942 + 273 = 2260,1942 К;

М - по формуле (4.15);

Вu - по формуле (4.7);

Ш_ср. - по формуле (4.13);

F_ст. -(согласно задания);

ц - по формуле (4.11);

В, м³/с - по формуле (3.14);

(V_c.)_ср , кДж/(м³·К) - по формуле (4.12).



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

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

Диґґ_Т = иґґ_Т - иґґ_{Т.З .}? ± 100°С, (4.17)

Диґґ_Т = 1079 - 1100 = - 21°С.

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

Iґґ_Т =I_max - I_min^. (и_ух. - и_min) + I_min , кДж/м³ (4.18)

и_max - и_min

Iґґ_Т=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:

и_л = ц ^. (и_Т - Iґґ_Т) , кДж/м³ (4.19)

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

- коэффициент сохранения тепла по формуле (4.11);

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

Iґґ_Т - по формуле (4.18).

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры:

q_v=В ^. и^d_i, кВт/м³ (4.20)

q_v=0,329 ^. 35800 = 545,2870 кВт/м³,

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

и^d_i , кДж/м³ - низшая теплота сгорания топлива, таблица 2.1;

V_тк., м³ - объем топочной камеры;

q_v должно быть меньше допустимого теплового напряжения объема топочной камеры q_v^доп:

q_v < q_v^доп = 400 ч 650 кВт/м³, (4.21)

545,2870 < 650 кВт/м³.

По получившемуся расчету мы соблюдаем условие.

Удельное тепловое напряжение стен топочной камеры:

q_v=ц^. В ^. и_Т, кВТ/м² (4.22)

q_v=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);

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

F_ст. - 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