Паровой котел ДЕ 6,5-14 ГМ

р_п - парциальное давление трехатомных газов, МПа;

р_п = r_п*р

р -давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается р = 0,1 МПа).

р_п =0,277 *0,1=0,0277

k_с - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м*Мпа)^-1

где: Н^р,С^р - содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

k = 8,38*0,2068+1,377 =3,11

5.5 Определяем степень черноты факела, б_ф.

Для жидкого и газообразного топлива степень черноты факела определяется по формуле:

а_ф =mа_св+(1-m)а_Г

где: m- коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненого светящейся частью факела, принимаем по таблице 5,2 источник 1, m = 0,119.

а_св ,а_Г - степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящемся трехатомными газами:

Определяем степень черноты светящейся части факела, б_Г

е -основание натуральных логарифмов, е=2,718

а_св=1-2,718 ^{-(8,84*0,277+1,377)0,1*1,35} =0,41



Определяем степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, б_Г;

б_Г=1-2,718 ^{- 8,84*0,277*0,1*1,35} = 0,28

а_ф =0,119*0,41+(1-0,119)0,28=0,296

5.6 Определяем степень черноты топки, б_Т

5.7 Определяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки.

Для газа принимаем:

М=0,48

5.8 Определяем среднею суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ газа при нормальных условиях, VС_ср, [кДж/(м³*К)].

где: Т_а - теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяется по таблице 2 по значению Q_Т , равному энтальпии продуктов сгорания, Н Т_а=2071+273=2344

Т^”_Т - температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К

Т^”_Т=1373

Н^”_Т -энтальпия продуктов сгорания берется из таблицы 2 при принятой на выходе из топки температуре, кДж/кг

Н^”_Т =18298,74

Q_Т - полезное тепловыделение в топке

Q_Т=36921,3

5.9 Определяем действительную температуру на выходе из топки,(°С) по номограмме (рис. 5,7) источник 1



6. Расчет конвективных пучков

6.1 Расчет первого конвективного пучка

Расчет конвективных пучков производится по формулам с источника 1.

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода = 400°С и = 300 °С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

6.1.1 Определяем теплоту Q₆ ,кДж/кг, отданную продуктами сгорания

Q₆= (Нⁱ + Н^” + ?б_к*Н^o_прс)

где: - коэффициент сохранения теплоты

Нⁱ - энтальпия продуктов сгорания на выходе в поверхность нагрева, кДж/м³, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры.

Нⁱ = 18408,48

Н^” - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м³

?б_к - присос воздуха в поверхность нагрева

Н^o_прс - энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30°С , кДж/м³

Q_Б= (Нⁱ - Н^” + ?б_к*Н^o_прс)

Q⁴⁰⁰ _Б=0,974(18408,48-6391,52+0,05*386,06)=11723,3

Q³⁰⁰ _Б=0,974( 18408,48-4737,4+0,05*386,06)=13334,4

6.1.2 Определяем расчетную температуру потока , °С, продуктов сгорания в газоходе

где: - температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, °С

- температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, °С

6.1.3 Определяем температуру напора ?t, °С

?t = - t_к

где: t_к - температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, °С

?t = - t_к

?t⁴⁰⁰ =

?t³⁰⁰ =

6.1.4 Определяем среднюю скорость щ_Г , м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева

где: В_р - расчетный расход топлива, кг/с

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²

V_Г - объем продуктов сгорания на 1 кг жидкого топлива

- средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С

6.1.5 Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией б_к , Вт/(м²*К), щт продуктов сгорания к поверхности нагрева, при поперечном омывании коридорных пучков

б_к= б_нс_zс_sс_ф

где: б_к -коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис.6,1

источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучков

б⁴⁰⁰ _к=67

б³⁰⁰ _к=58

с_z - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по номограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучков

с⁴⁰⁰ _z=0,98

с³⁰⁰ _z=0,98

с_s - поправка на компоновку пучка; определяется по номограмме рис.6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучков

с⁴⁰⁰ _s=1

с³⁰⁰ _s=1

с_ф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по монограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучков

с⁴⁰⁰ _ф=1,04

с³⁰⁰ _ф=1,03

б⁴⁰⁰ _к= 67*0,98*1*1,04=68,3

б³⁰⁰ _к= 58*0,98*1*1,03=58,5

6.1.6 Определяем степень черноты газового потока , a , по номограмме рис. 5.6 источник 1,

б=1-е^{- Kps}

Kps = k_Г*r_п*p*s

где: p - давление в газоходе, Мпа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1;

s -толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м

k_Г - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, (м*МПа)^-1

Kps = k_Г*r_п*p*s

Kps⁴⁰⁰ = 37,1*0,266*0,1*0,177=0,175

Kps⁴⁰⁰ = 38,9*0,266*0,1*0,177=0,183

б⁴⁰⁰ =1-е^{- 0,175}=0,161

a³⁰⁰ =1-е^{- 0,183}=0,167

6.1.7 Определяем коэффициент теплоотдачи a_Л ,Вт/(м²К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева

a_Л =a_н*a*c_Г

где: a_н - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К), определяем по номограмме рис.6.4 источник 1;

a -степень черноты

с_Г - коэффициент, определяемый по рис. 6.4 источник 1

Для определения a_н и коэффициента с_Г вычисляем температуру загрязненной стенки t_з , °С

t_з=t+?t

где: t - средняя температура окружающей среды, °С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;

?t - при сжигании газа принимаем равной 25 °С

t_з=194,1+25=219,1

a⁴⁰⁰ _н=102

a³⁰⁰ _н=98

с⁴⁰⁰ _Г=0,96

с³⁰⁰ _Г=0,94

a⁴⁰⁰ _Л=102*0,161*0,96=15,77

a³⁰⁰ _Л=98*0,167*0,94=15,38

6.1.8 Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи a₁, Вт/(м²К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева

a₁=о(a_к+ a_Л)

где: о- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного обмывания ее продуктами сгорания, частично протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон, для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1

a⁴⁰⁰ ₁=1(68,3+15,77)=84,07

a³⁰⁰ ₁=1(58,5+15,38)=73,88

6.1.9 Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²К),

К= a₁*ш

где: ш - коэффициент тепловой эффективности, определяемый по таблице 6.2, источник 1, в зависимости вида сжигаемого топлива, принимаем равным ш=



К⁴⁰⁰= 84,07*0,9=75,66

К³⁰⁰=73,88*0,9=66,49

6.1.10 Определяем количество теплоты Q_Т, кДж/кг, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого топлива

где: ?t - температурных напор, °С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева

6.1.11 По принятым двум значениям температуры , полученным двум значениям теплоты отданной продуктами сгорания Q⁴⁰⁰ _Б=11723,3 и Q³⁰⁰ _Б=13334,4 производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, (рисунок 2).

Температура на выходе из конвективного пучка равна 407°С.

6.2 Расчет второго конвективного пучка

Расчет второго конвективного пучка производим по формулам из источника 1.

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

6.2.1 Определяем теплоту Q₆ ,кДж/кг, отданную продуктами сгорания

Q_Б= (Н' + Н^” + ?б_к*Н^o_прс)

где: - коэффициент сохранения теплоты

Н - энтальпия продуктов сгорания на выходе в поверхность нагрева, кДж/м³, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры.

Н' =6510,6

Н^” - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м³

?б_к - присос воздуха в поверхность нагрева

Н^o_прс - энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30°С , кДж/м³

Q³⁰⁰ _Б=0,974(6510,6-5129,28+0,1*386,06)=1383

Q²⁰⁰ _Б=0,974(6510,6-3385,65+0,1*386,06)=3081



6.2.2 Определяем расчетную температуру потока , °С, продуктов сгорания в газоходе

где: - температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, °С

- температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, °С

6.2.3 Определяем температуру напора ?t, °С

?t = - t_к

где: t_к - температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, °С

?t³⁰⁰ =

?t²⁰⁰ =

6.2.4 Определяем среднюю скорость щ_Г , м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева

где: В_р - расчетный расход топлива, кг/с

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²

V_Г - объем продуктов сгорания на 1 кг жидкого топлива

- средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С

6.2.5 Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией б_к , Вт/(м²*К), щт продуктов сгорания к поверхности нагрева, при поперечном обмывании коридорных пучков

б_к= б_нс_zс_sс_ф

где: б_к -коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис.6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучков

б³⁰⁰ _к=118

б²⁰⁰ _к=112

с_z - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по номограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучков

с³⁰⁰ _z=1

с²⁰⁰ _z=1

с_s - поправка на компоновку пучка; определяется по номограмме рис.6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучков

с³⁰⁰ _s=1

с²⁰⁰ _s=1

с_ф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по монограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном омывании коридорных пучков

с³⁰⁰ _ф=1,11

с²⁰⁰ _ф=1,15

б ³⁰⁰_к= 118*1*1*1,11=130,98

б²⁰⁰ _к=112*1*1*1,15=128,8

6.2.6 Определяем степень черноты газового потока , a , по номограмме рис. 5.6 источник 1,

б=1-е^{- Kps}

Kps = k_Г*r_п*p*s

где: p - давление в газоходе, Мпа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1;

s -толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м

k_Г - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, (м*МПа)^-1

Kps = k_Г*r_п*p*s

Kps³⁰⁰ =38,68*0,25*0,1*0,177=0,171

Kps²⁰⁰ =40,5*0,25*0,1*0,177=0,179

б³⁰⁰ =1-е^{- 0,171}=0,157

б²⁰⁰ =1-е^{- 0,179}=0,164

6.2.7 Определяем коэффициент теплоотдачи a_Л ,Вт/(м²К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева

a_Л =a_н*a*c_Г

где: a_н - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К), определяем по номограмме рис.6.4 источник 1;

a -степень черноты

с_Г - коэффициент, определяемый по рис. 6.4 источник 1

Для определения a_н и коэффициента с_Г вычисляем температуру загрязненной стенки t_з , °С

t_з=t+?t

где: t - средняя температура окружающей среды, °С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;

?t - при сжигании газа принимаем равной 25 °С

t_з=194,1+25=219,1

a³⁰⁰ _н=42

a²⁰⁰ _н=38

с³⁰⁰ _Г=0,97

с²⁰⁰ _Г=0,95

a³⁰⁰ _Л=42*0,157*0,97=6,4

a²⁰⁰ _Л=38*0,164*0,95=5,9

6.2.8 Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи a₁, Вт/(м²К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева

a₁=о(a_к+ a_Л)

где: о- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного обмывания ее продуктами сгорания, частично протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон, для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1

a³⁰⁰ ₁=1(130,98+6,4)=137,38

a²⁰⁰ ₁=1(128,8+5,9)=134,7

6.2.9 Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²К),

К= a₁*ш

где: ш - коэффициент тепловой эффективности, определяемый по таблице 6.2, источник 1, в зависимости вида сжигаемого топлива, принимаем равным ш=

К³⁰⁰ = 0,9*137,38=123,64

К²⁰⁰ =0,9*134,7=121,23

6.2.10 Определяем количество теплоты Q_Т, кДж/кг, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого топлива



где: ?t - температурный напор, °С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева

6.2.11 По принятым двум значениям температуры , полученным двум значениям теплоты отданной продуктами сгорания Q³⁰⁰ _Б=1383 и Q²⁰⁰ _Б=3081 производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, (рисунок 3).

Температура на выходе из конвективного пучка равна 256°С.



7. Тепловой расчет экономайзера.

Расчеты водяного экономайзера выполняем по формулам с источника 1.

7.1 По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты Q_б, кДж/кг, которое должно отдать продукты сгорания при температуре уходящих газов

где: Н` - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/кг

Н^“ - энтальпия уходящих газов, кДж/кг

?а_эк - присос воздуха в экономайзер

Н^о_прс - энтальпия теоретического количества воздуха, кДж/кг

- коэффициент сохранения теплоты

0,974(4362,08-2816,86+0,1*386,06)=1542,6

7.2 Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды h^“_эк ,кДж/кг, после водяного экономайзера

где: h` - энтальпия воды на входе в экономайзер, кДжru

D - паропроизводительность котла, кг/с

D_пр -расход продувочной воды, кг/с



По энтальпии воды после экономайзера определяем температуру воды после экономайзера t^“_эк , °С

где: С - температура воды, кДж/(кг*К)

Температура воды на выходе из экономайзера на 92,1 °С ниже температуре кипения в барабане парогенератора.

К установке принимаем чугунный экономайзер.

Определяем температурный напор в экономайзере ?t, °С

?t_б= 256-125=131°С

?t_б=155-100=55°С

где: ?t_б и ?t_м - большая и меньшая разница температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, °С



Выбираем к установке

Чугунный экономайзер ВТИ с длиной труб 2000 мм; площадь поверхности нагреав с газовой стороны 2,95 м²; площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания 0,12 м².

7.3 Определяем действительную скорость , м/c продуктов сгорания в экономайзере

где: - среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С

- площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²

= z₁*F_тр

где: z₁ - число труб в ряду; принимаем 4 труб

F_тр - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, м²

F_эк = 4*0,12=0,48

7.4 Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²*К)

где: - коэффициент тепловой эффективности, принимается по таблице 6.9 источник 1,

- коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб

18,8*1,02=19,2

7.5 Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера Н_эк , (м²)

7.6 определяем общее число труб n, экономайзера

где: Н_ТР - площадь поверхности нагрева одной трубы, м²

? 44

7.7 Определяем число рядов труб m, в экономайзере

?11

8. Аэродинамический расчет котла

Аэродинамический расчет котельной установки выполняем по формулам в соответствии с источником 1.

Аэродинамическое сопротивление на пути прохождения газов в газоходах котельной установки складывается из местных сопротивлений, зависящих от изменения сечений газоходов и их поворотов и из сопротивления, возникающего вследствие трения и вследствие сопротивления пучков труб.

Аэродинамическое сопротивление котельной установки ?h_к.у., Па, определяется по формуле:

?h_к.у=?h_т+?h_кп1+?h_кп2+?h_эк+?h_м.с

где: ?h_т - разряжение в топке, создаваемое дымососом, Па;

?h_кп1 - сопротивление первого конвективного пучка, Па;

?h_кп2 - сопротивление второго конвективного пучка, Па;

?h_эк - сопротивление экономайзера, Па;

?h_м.с - местные сопротивления, Па.

Разряжение в топке ?h_т, Па, принимаем равным

?h_т =30

Определяем сопротивление первого конвективного пучка ?h_кп1, Па

где: с_г - плотность дымовых газов в газоходе, кг/м²



где: с_о - плотность дымовых газов при 0°С, кг/м³

с_о = 1,34

?_г - средняя температура газов в первом конвективном пучке, °С

- скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с

- коэффициент сопротивления первого конвективного пучка,

где: - коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб.

где: - значения, определяемые по номограмме,

0,58*0,87*0,43=0,22

0,22*26=5,7

Определяем сопротивление двух поворотов (под углом 90° и под углом 180°) в первом конвективном пучке , Па

где: - коэффициент сопротивления двух поворотов 90° и поворотом под углом 180°

Определяем сопротивление второго конвективного пучка ?h_кп2, Па

где: с_г - плотность дымовых газов в газоходе, кг/м²

где: с_о - плотность дымовых газов при 0°С, кг/м³

с_о = 1,34

?_г - средняя температура газов в втором конвективном пучке, °С



- скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с

где: - значения, определяемые по номограмме,

0,36*1,32*0,4=0,2

0,2*26=5,2

Определяем сопротивление двух поворотов под углом 90° после второго конвективного пучка , Па

где: - коэффициент сопротивления двух поворотов 90°



Определяем сопротивление экономайзера ?h_эк, Па

где: n - число труб по ходу газов: n = 11

с_г - плотность дымовых газов в экономайзере, кг/м²

Определяем сопротивление двух поворотов под углом 90 , Па

где: - коэффициент местных сопротивлений под углом 90°

1*2+2=4

Определяем аэродинамическое сопротивление котельной установки ?h_к.у , Па

?h_к.у=448,6+30+243,28+64,64+88,88=845,4



9. Расчет и выбор тягодутьевых устройств

9.1 Расчет и выбор дымососа

Для котлов паропроизводительностью 1 тонна и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дымососы.

Определяем производительность дымососа Q_р.д, м³/ч

Q_р.д=в₁*V^сек_дым

где: в₁ - коэффициент запаса при выборе дымососа по производительности;

в₁=1,05

101080 - нормальное атмосферное давление, Па

Б - барометрическое давление в месте установки дымососа, Па

V^сек_дым - количество дымовых газов от одного котла, м³/с

V^сек_дым=

V^сек_дым=

Q_р.д=1,05*2,82 =2,97

Определяем расчетный полный напор дымососа Н_р, Па

Н_р= в₂(?h_ку -h_с)

где: в₂ - коэффициент запаса по напору

в₂=1,1

Н_р=1,1(845,4-164,8)=748,66

Определяем мощность электродвигателя для привода дымососа N, кВт

где: Q_р.дым - производительность, м³/с

Н_дым - напор, Па

- КПД дымососа, 0,83%

По таблице источника 2 выбираем подходящий по производительности Q_р.д и напору Н_р дымосос, выписываем его основные характеристики:

марка дымососа ДН-9

производительность, м³/ч 14,65*10³

напор, кПа 1,78

КПД, % 83

марка электродвигателя 4А160S6

мощность, кВт 11

9.2 Расчет и выбор вентилятора

Для котлов паропроизводительностью от 1 тонны и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дутьевые вентиляторы.

Определяем производительность вентилятора ( количество холодного воздуха забираемого вентилятором) Q_в, м³/с



где: В_р - расчетный расход топлива, кг/с

в₁ - коэффициент запаса, равный 1,1

Определяем полный расчетный напор вентилятора Н_{р. в} , Па

Н_р.в= ?h_г+?h_в

где: ?h_г - сопротивление горелки, Па, принимаем ?h_г=1000 Па

?h_в - сопротивление воздуха, Па; принимаем 10% от сопротивления горелки принимаем ?h_в =100 Па

Н_р.в=1000+100=1100

Определяем мощность для привода вентилятора N_дв , кВт

- КПД двигателя вентилятора, 0,83%

По таблице 14.1 источник 2 выбираем подходящий по производительности Q_р и напору Н_р.в вентилятор; выписываем его основные характеристики:

марка вентилятора ВДН-8

производительность, м³/ч 10,2*10³

напор, кПа 2,19

КПД, % 83

марка электродвигателя 4А160S6

мощность, кВт 11



10. Расчет и выбор дымовой трубы

Определяем минимальную допустимую высоту трубы Н,м

где: ПДК - предельно допустимая концентрация вредного вещества, мг/м³.

А - коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности;

А=120

F - коэффициент, учитывающий скорость движения вредных веществ в атмосферном воздухе; принимаем по СН 369-74

F=1

?t - разность температур продуктов сгорания, выбрасываемых из трубы и окружающего воздуха, К

?t=120

M_SO2-масса оксидов серы SO₂ и SO₃,г/с

M_NO2-масса оксидов азота,г/с

M_СO2-масса оксида углерода, выбрасываемой в атмосферу,г/с

M_з- масса летучей золы, г/с

V- объемный расход удаляемых продуктов сгорания, м³/c

Z -число дымовых труб.

Определяем выброс оксидов азота, рассчитанный по NO_{2 ,} (г/с)

М_NO2=в₁*К*В_р*Q_рн(1- q_н/100)(1 - в₂r) в₃,



где: в₁ -безразмерный поправочный коэффициент, в₁ = 0,85 , таблица 12,3, источник 1

в₃ - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок в₃ = 1, стр. 235, источник 1

r - степень рециркуляции, r = 0 , стр. 235, ситочник1

в₂ - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов, в₂ =0,02 ,таблица 12.4, источник 1

К- коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 ГДж теплоты сожженного условного топлива, кг/ГДж, определяется в зависимости от номинальной нагрузки котлов,

К=3,5(D/70)

D - паропроизводительность котла, D = 6,5

К=3,5(6,5/70)=0,325

М_NO2=0,85*0,325*0,129*3*36,68(1- 0/100)(1 - 0,02*0) 1=3,9

Масса оксидов углерода М_СО2,г/с, выбрасываемая в атмосферу, определяется как:

где: С_н-коэффициент, характеризующий выход СО при сжигании топлива;

в - поправочный коэффициент, учитывающий влияние режима горения на выход СО ( при нормативных значениях коэффициента избытка воздуха на выходе из топки принимается в=1)



Определяем объемный расход продуктов сгорания через трубу от всех работающих котлов, м³/с

где: n - число котлов, установленных в котельной, шт, n=3

В - расход топлива одним котлом, м³/с, В=0,129

Определяем диаметр устья дымовой трубы D^вых_тр , м

где: щ_вых - скорость продуктов сгорания на выходе из трубы. Принимаем равной 30 м/с, стр. 237 источник 1;

Принимаем стандартный диаметр устья дымовой трубы 1,2 м.

Для вычисления уточненной высоты дымовой трубы определяем значения коэффициентов f и v_м:

Значение коэффициента m в зависимости от параметра ??:

Безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра :

При >2 n=1

Минимальную высоту дымовой трубы во втором приближении определяют:

В соответствии со СНиП П-35-76 выбираем стандартную высоту дымовой трубы 30 метров.

Аэродинамическое сопротивление дымовой трубы определяют следующим образом.

Скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы w_вых принимают равной значению, принятому в расчете минимально допустимой высоте трубы.

Определяют уменьшение температуры продуктов сгорания на 1 м трубы из за их охлаждения, °С:

Для кирпичных и железобетонных труб.

где: D- паропроизводительность всех котлов, кг/с.

Температура продуктов сгорания на выходе из трубы, °С:

t_вых=t_ух - ?t

где: t_ух - температура уходящих газов за котлами, °С.

t_вых=155-0,17*30=149,9

Диаметр основания трубы,м:

D^осн =2Н_трi+

где: i = 0,02-0,03 конусность железобетонных и кирпичных труб; для стальных труб i=0;



D^осн =2*30*0,02+1,2=2,4

Средний диаметр дымовой трубы, м:

D_ср=0,5(D^осн +)

D_ср=0,5(2,4+1,2)=1,8

Средняя температура дымовых газов в трубе, °С:

t_ср = 0,5(t_ух+t_вых)

t_ср = 0,5(155+149,9)=152,45

Площадь сечения дымовой трубы, рассчитанная по среднему диаметру, м²:

F_ср=0,785(D_ср)²

F_ср=0,785(1,8)²=2,54

Средняя скорость газов в дымовой трубе, м/с:

Средняя плотность дымовых газов в трубе, кг/м³:

где: = 1,34 кг/м³- плотность дымовых газов среднего состава при нормальных физических условиях.

Потери давления на трение в дымовой трубе, Па:

где: значение коэффициента трения, для кирпичных труб применяется 0,04.

Потери давления на выходе из дымовой трубы, Па:

Суммарные потери давления в дымовой трубе равны:

Определяем самотягу дымовой трубы Н_с, м:



Н_с=9,81Н(1,2-

где: Н-высота дымовой трубы, м.

- плотность дымовых газов, кг/м³.

Н_с=9,81*30(1,2-0,64)=164,8



11. Охрана окружающей среды

При работе энергоустановок должны приниматься меры для предупреждения или ограничения прямого и косвенного воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод в водные объекты, звукового давления в близ лежащих районов и минимального потребления воды из природных источников.

В настоящее время разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК) содержания вредных элементов в атмосфере. Это необходимо для установления безвредности определённых концентраций элементов для человека, животных и растений.

Основными элементами, загрязняющими атмосферный воздух, являются СО, оксид азота, оксид серы и твёрдые частицы. Основным источником выбросов СО является автомобильный транспорт, значительное место занимают и отопительные котельные, которые вырабатывают в атмосферу СО в двадцать раз больше, чем промышленные. Источником выбросов оксидов азота в первую очередь является котельные установки, на которые приходится более половины всех технологических выбросов. До 80% выбросов оксидов серы и около 50% твёрдых частиц также приходятся на долю выбросов котельных установок. Причём для выбросов твёрдых частиц малыми котельными значительна.

Существует четыре направления борьбы с загрязнителями приземной атмосферы:

1. оптимизация процесса сжигания топлива;

2. очистка топлива от элементов, образующихся при сжигании загрязняющих веществ;

3. очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;

4. рассеивание загрязнителей в атмосферном воздухе.

Большое влияние на снижение вредных выбросов в атмосферу оказывает обеспечение процесса горения с оптимальным количеством воздуха. При неправильном забросе топлива или проникания через не плотности обмуровки воздух проходит через слой топлива по пути наименьшего сопротивления. В результате повышается химическая неполнота сгорания топлива, что приводит к повышению концентрации СО и сажи.

Установлено, что на оксид азота влияет не производительность котла, а тепловое напряжение топочного объема, от которого, в свою очередь зависит температурный уровень в топке. Снижение выбросов оксидов азота можно обеспечить при работе котлов с 50-60% загрузкой. Зависимость оксидов азота определяется типом горелочного устройства и единичной теплопроизводительности котла. Радикальным методом для котла является замена устаревших конструкций горелок более современными.

Повышение КПД котла и снижение вредных выбросов достигается исключением цикличности в работе механизированной топки, что ликвидирует пик работы выбросов в период расгорания топлива.

Огромное значение в оздоровлении атмосферы имеет перевод малых отопительных котельных с твёрдого на жидкое, а в лучшем случае - на газообразное топливо.

На снижение выбросов влияют различные присадки к мазутам, которые получили широкое применение в энергетике, но практически не используются в промышленных и отопительных котельных, из-за отсутствия достаточного количества присадок и необходимого для их ввода оборудования. Основное действие присадок - повышение качества сжигания, снижение загрязнения и коррозии поверхностей нагрева.

Все котельные работающее на твёрдом топливе, должны быть оборудованы системой газоочистки. В качестве золоуловителей используются: блоки циклонов ЦТКИ; батарейные циклоны с коэффициентом очистки не ниже 85-92%.

Для рассеивания вредных выбросов в атмосферном воздухе используются дымовые трубы. Трубы обеспечивают распространение загрязняющих веществ в окружающем воздухе, тем самым снижают их опасное воздействие в приземной зоне. Дымовые трубы не снижают количество выбросов, а позволяют разбросать на большую площадь, уменьшая концентрацию. Это мероприятие должно использоваться после того когда, исчерпаны все возможные способы уменьшения выбросов загрязнителей. На эффективность рассеивания влияют следующие факторы: состояние атмосферы, скорость ветра, мощность выбросов их скорость и состав, высота дымовой трубы. Необходимым условием должно быть то, что скорость выхода дымовых газов было в два раза выше скорости ветра.



12. Энергосберегающие мероприятия

В настоящее время перед человечеством стоит одна из важнейших проблем - проблема экономного и рационального использования топливно-энергетических ресурсов.

Для уменьшения потерь тепла в котельных агрегатах и достижения расчетных значений КПД важное значение имеет содержание в чистоте поверхностей нагрева путем своевременной их очистки от наружных и внутренних загрязнений, качественное ведение топочных процессов и поддержание оптимальных значений коэффициента избытка воздуха, соблюдение установленного водного режима, содержание в исправности обмуровки и гарнитуры и т.д. Для определения и последующего анализа тепловых потерь рекомендуется проводить регулярные балансовые испытания котлов.

Так как КПД котлов меняется в зависимости от нагрузки, то на экономичность работы котельной влияют также режим работы котлов и распределение нагрузки между ними.

На тепловой экономичности котельных сказываются потери топлива при транспортировке и хранении, потери тепла от продувок и растопок и т.д. Экономное расходование топлива в котельных связано с уменьшением потерь тепла у потребителей в первую очередь путем улучшения технического состояния отопляемых зданий и сооружений. При эксплуатации котельной необходимо постоянно контролировать расходы топлива, тепла и пара, а также нормировать удельные расходы топлива.

Нормирование расхода тепла и топлива является важным фактором в рациональном планировании и использовании энергетических ресурсов. Обоснованные нормы расхода позволяют обеспечить необходимый технико-экономический контроль за состоянием использования топлива.

Под нормой расхода понимается количество условного топлива или тепла, которое расходуется совершенно исправным устройством, эксплуатированным с соблюдением нормальных параметров в соответствии с установленным технологическим режимом.

Удельные нормы расхода тепла и топлива устанавливаются в килограммах условного топлива или в гигакалориях.

Тепловая экономичность работы котельной за отчетный период оценивается по отношению действительно израсходованного количества к фактически выработанному котельной тепла.

Экономия тепла должна обусловливаться совершенствованием технологических процессов и эксплуатационных режимов.

Получение экономии за счет несоблюдения нормальных параметров теплоносителя или нарушения утвержденной технологии недопустимо.

Отсюда следуют выводы: за котлом устанавливается экономайзер для уменьшения потери тепла с уходящими газами. Для использования теплоты непрерывной продувки паровых котлов в котельных устанавливаются расширители и теплообменники непрерывной продувки.

Основными направлениями снижения себестоимости пара являются:

А) снижение удельного расхода топлива за счет повышения КПД агрегатов и исключения потерь топлива;

Б) уменьшение расхода энергии на собственные нужды парогенераторов путем устранения вредных сопротивлений в системе пылеприготовления, пароводяного и газовоздушного трактов, а также поддержание оптимального режима работы оборудования;

В) уменьшение численности обслуживающего персонала за счет комплексной механизации и автоматизации всех процессов;

Г) уменьшение первоначальной стоимости парогенераторных установок за счет уменьшения количества агрегатов при большей их единичной мощности, изготовления агрегатов на заводе укрупненными блоками, применения сборных строительных конструкций зданий и сооружений и т.д.

Е) применение рациональных конструкций топочных устройств, систем пылеприготовления и тягодутьевых установок, что снижает тепловые потери парогенераторов и расходы электроэнергии на собственные нужды.

Ж) использование более совершенных систем золоуловителей и в дальнейшем установок для очистки продуктов сгорания от окислов серы и азота, что дает возможность уменьшить вредные выбросы атмосферу.

З) дальнейшее развитие применения систем с ЦВМ для комплексной автоматизации работы парогенераторов, что способствует повышению их надежности и экономичности работы.

При использовании первых интеллектуальных приборов учёта автоматизация позволяет, кроме того, дистанционно производить их настройку и конфигурацию с учётом измерений характеристик измеряемых энергоносителей.

Одним из главных рычагов энергосбережения является:

1. организация учёта потребляемой энергии;

2. внедрение нормирования потребляемой энергии;

3. внедрение передовых технологий и материалов для производства продукции;

4. оптимальная загрузка работающих машин и механизмов;

5. грамотное руководство распределением нагрузки по времени суток и по времени года.

В настоящие время на энергосбережение в целом и развитие нетрадиционных источников энергии (гидроэнергетика, солнечная энергия, ветроэнергетика) направляется достаточно большой капитал.

В Республике Беларусь функционирует три ветроэнергетические установки, две из которых поставлены немецкой стороной, а третья сделана у нас.



Список используемых источников

1. «Котельные установки курсовое и дипломное проектирование» - Р. И. Эстеркин. Ленинград энергоатомиздат 1989.

2. «Промышленные парогенерирующие установки» - Р.И. Эстеркин. Ленинград Энергия 1980.

3. «Справочник по котельным установкам малой производительности» - К. Ф. Раддатис , А. Н. Полтарецкий.

4. «Теоретические основы теплотехники» - Ф. М. Костерев, В. И. Кушнырев. Москва, Энергия 1978.

5. «Основы проектирования котельных установок» - Ю. Л. Гусев. Москва 1973.