Проект стационарного парового котла
Паровой котел КЕ-25-14С с естественной циркуляцией, со слоевыми механическими топками, его предназначение для выработки насыщенного или перегретого пара. Характеристика котлоагрегата, расчет топлива. Предварительный и окончательный тепловой баланс.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.08.2012 |
| Размер файла | 2,7 M |
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
- Задание
- 1. Характеристика котлоагрегата
- 1.1 Техническая характеристика котла КЕ-25-14С
- 2. Расчет топлива по воздуху
- 2.1 Определение количества продуктов сгорания
- 2.2 Определение энтальпии продуктов сгорания
- 3. Поверочный тепловой расчет
- 3.1 Предварительный тепловой баланс
- 3.2 Расчет теплообмена в топке
- 3.3 Расчет теплообмена в конвективной поверхности
- 3.4 Расчет экономайзера
- 4. Окончательный тепловой баланс
- Библиографический список
Задание
Выполнить проект стационарного парового котла в соответствии со следующими данными:
тип котла КЕ-25-14С
полная производительность насыщенного пара, D, кг/с 6,94
рабочее давление (избыточное), Р, МПа 1,5
температура питательной воды:
до экономайзера, tпв1, єС 90
за экономайзером, tпв2, єС 170
температура воздуха, поступающего в топку:
до воздухоподогревателя, tв1, єС 25
за воздухоподогревателем, tв2, єС 180
топливо КУ - ДО
состав топлива: Сг = 76,9%
Нг = 5,4%
Sг = 0,6%
Ог = 16,0%
Nг = 1,1%
зольность топлива Ас = 23%
влажность топлива Wp = 7,5%
коэффициент избытка воздуха б = 1,28.
стационарный паровой котел тепловой
1. Характеристика котлоагрегата
Паровой котел КЕ-25-14С, с естественной циркуляцией со слоевыми механическими топками предназначен для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Топочная камера котлов серии КЕ образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 25 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку глубиной 1605ч2105 мм и камеру догорания глубиной 360ч745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.
В котле КЕ-25-14С применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.
Блок котла КЕ-25-14С, опирается камерами боковых экранов на продольные швеллеры. Камеры приварены к швеллерам по всей длине. В области конвективного пучка блок котла опирается на задние и передние поперечные балки. Поперечные балки крепятся к продольным швеллерам. Передняя балка крепится неподвижно, задняя - подвижно.
Обвязочный каркас котла КЕ-25-14С устанавливается на уголках, приваренных вдоль камер боковых экранов по всей длине.
Для возможности перемещения элементов блоков котла КЕ-25-14С в заданном направлении часть опор выполнена подвижными. Они имеют овальные отверстия для болтов, которыми крепятся к раме.
Котлы КЕ с решеткой и экономайзером поставляются заказчику одним транспортабельным блоком. Он оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при помощи эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. В местах установки люков трубы крайнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в нижний барабан.
Паровой котел КЕ-25-14С оборудован стационарным устройством очистки поверхностей нагрева согласно проекту завода.
Паровой котёл КЕ-25-14С комплектуется топкой типа ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками.
За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной влажностью W < 8 устанавливаются водяные экономайзеры.
Площадки котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая площадка для обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла.
На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку - спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.
Котел КЕ-25-14 С оборудован двумя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане каждого котла установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя.
На верхнем барабане устанавливается следующая арматура: главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.
У котла КЕ-25-14С, через патрубок для продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору. Вместо паровой обдувки может быть поставлена газоимпульсная или генератор ударных волн (ГУВ).
На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.
Паровой котел КЕ-25-14С обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Испытания и опыт эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.
Для котлов типа КЕ пропускная способность предохранительных клапанов соответствует номинальной паропроизводительности при абсолютном давлении 1,0 МПа.
При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.
С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет 20°С, что удовлетворяет требованиям правил Госгортехнадзора.
1.1 Техническая характеристика котла КЕ-25-14С
Паропроизводительность D = 25 т/ч.
Давление Р = 24 кгс/см2.
Температура пара t = (194ч225) єС.
Радиационная (лучевоспринимающая) поверхность нагрева Нл = 92,1 м2.
Конвективная поверхность нагрева Нк = 418 м2.
Тип топочного устройства ТЧЗ-2700/5600.
Площадь зеркала горения 13,4 м2.
Габаритные размеры котла (с площадками и лестницами):
длина 13,6 м;
ширина 6,0 м;
высота 6,0 м.
Масса котла 39212 кг.
2. Расчет топлива по воздуху
2.1 Определение количества продуктов сгорания
Расчет количества продуктов сгорания основан на стехиометрических соотношениях и выполняется с целью определения количества газов, образующихся при сгорании топлива заданного состава при заданном коэффициенте избытка воздуха. Все расчеты объема воздуха и продуктов сгорания ведутся на 1 кг топлива.
Так как в задании указана зольность сухой массы топлива, то определим зольность рабочей массы топлива.
Ар = Ас (100 - Wр) /100,
Ар = 2,3• (100 - 7,5) /100 = 21,3%.
Так как по заданию задан элементарный состав горючей массы топлива, то необходимо пересчитать горючую массу в сухую.
Коэффициент пересчета горючей массы в рабочую
(100 - Wр - Ар) /100 = (100 - 7,5 - 21,3) /100 = 0,71.
Рабочая масса составляющих элементов топлива
Ср = 76,9 • 0,71 = 54,6%, Нр = 5,4 • 0,71 = 3,9%,
Sр = 0,6 • 0,71 = 0,5%,
Ор = 16,0 • 0,71 = 11,4%,
Nр = 1,1 • 0,71 = 0,8%.
Проверка:
Cр + Нр + Sр + Ор + Nр + Ар + Wр = 100%,
54,6 + 3,9 + 0,5 + 11,4 + 0,8 + 21,3 + 7,5 = 100%.
Теоретически необходимое количество сухого воздуха
Vo = 0,089 (Cp + 0,375Sр) + 0,267Нp - 0,033Оp;
Vо = 0,089• (54,6 + 0,375 • 0,5) + 0,267 • 3,9 - 0,033 • 11,4 = 5,54 м3/кг.
Объем трехатомных газов
V = 0,01866 (Ср + 0,375Sр);
V = 0,01866• (54,6 + 0,375 • 0,5) = 1,02 м3/кг.
Теоретический объем азота
V = 0,79Vo + 0,008Np; V = 0,79 • 5,54 + 0,008 • 0,8 = 4,38 м3/кг.
Теоретический объем водяных паров
V = 0,112Нр + 0,0124Wр + 0,016Vо;
V = 0,112 • 3,9 + 0,0124 • 7,5 + 0,016 • 5,54 = 0,61 м3/кг.
Теоретическое количество влажного воздуха
Vовл = V + 0,016Vо; (2.8), V = 0,61 + 0,016 • 5,54 = 0,70 м3/кг.
Избыточный объем воздуха
Vи = (б - 1) Vо;
Vи = 0,28 • 5,54 = 1,55 м3/кг.
Полный объем продуктов сгорания
Vг = V+ V + V+ Vи;
Vг = 1,02 + 4,38 + 0,61 + 1,55 = 7,56 м3/кг.
Объемная доля трехатомных газов
r = V/Vг;
r = 1,02/7,56 = 0,135.
Объемная доля водяных паров
r = V/Vг; r = 0,70/7,56 = 0,093.
Суммарная доля водяных паров и трехатомных газов
rп = r+ r,
rп = 0,093 + 0,135 = 0,228.
Давление в топке котла принимаем равным Рт = 0,1 МПа.
Парциальное давление трехатомных газов
Р= rРт;
Р= 0,135 • 0,1 = 0,014 МПа.
Парциальное давление водяных паров
Р = rРт;
Р = 0,093 • 0,1 = 0,009 МПа.
Суммарное парциальное давление
Рп = Р+ Р; Рп = 0,014 + 0,009 = 0,023 МПа.
2.2 Определение энтальпии продуктов сгорания
Дымовые газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, в рабочем процессе парового котла являются теплоносителем. Количество теплоты, отдаваемое газами, удобно рассчитывать по изменению энтальпии дымовых газов.
Энтальпией дымовых газов по какой-либо температуре называется количество теплоты, расходуемое на нагрев газов, полученных от сгорания одного килограмма топлива от 0є до этой температуры при постоянном давлении газов в топке.
Энтальпию продуктов сгорания определяем в диапазоне температур 0…2200єС с интервалом в 100єС. Расчет ведем в табличной форме (табл.2.1).
Исходными данными для расчета являются объемы газов, составляющих продукты сгорания, их объемные изобарные теплоемкости, коэффициент избытка воздуха и температура газов.
Средние изобарные теплоемкости газов берем из справочных таблиц.
Теоретическое количество газов определяем по формуле
I = УVct??=??VC+ VC + VC) t.
Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по формуле
I = VoCввt.
Энтальпию газов определяем по формуле
Iг = I + (б - 1) I.
Таблица 2.1 Расчет энтальпии продуктов сгорания
|
tєС |
V= 1,02 м3/кг |
V= 4,38 м3/кг |
V= 0,61 м3/кг |
Io, кДж/кг |
Влажный воздух |
(б - 1) Ioвв, кДж/кг |
Iг, кДж/кг |
|||||
|
СRO2, кДж/ (м3•К) |
V RO2СRO2, кДж/ (м3•К) |
СN, кДж/ (м3•К) |
V oNСN, кДж/ (м3•К) |
СH2O, кДж/ (м3•К) |
Vo H2OСH2O, кДж/ (м3•К) |
Свв, кДж/ (м3•К) |
Ioвв, кДж/кг |
|||||
|
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 |
1,599 1,700 1,787 1,822 1,929 1,988 2,041 2,088 2,131 2,169 2, 203 2,234 2,263 2,289 2,313 2,335 2,355 2,374 2,391 2,407 2,422 2,435 2,448 |
1,631 1,734 1,823 1,920 1,968 2,028 2,082 2,130 2,174 2,212 2,247 2,279 2,308 2,335 2,359 2,382 2,402 2,421 2,439 2,455 2,470 2,484 2,497 |
1,294 1,295 1,299 1,306 1,316 1,327 1,340 1,353 1,367 1,379 1,391 1,403 1,414 1,425 1,434 1,444 1,452 1,461 1,469 1,475 1,482 1,489 1,495 |
5,668 5,672 5,690 5,720 5,764 5,812 5,869 5,926 5,987 6,040 6,093 6,145 6, 193 6,242 6,281 6,325 6,360 6,399 6,434 6,461 6,491 6,522 6,548 |
1,494 1,505 1,522 1,542 1,566 1,589 1,614 1,641 1,668 1,695 1,722 1,750 1,776 1,802 1,828 1,852 1,876 1,899 1,921 1,942 1,962 1,982 2,000 |
0,911 0,918 0,928 0,941 0,955 0,969 0,985 1,001 1,017 1,034 1,050 1,068 1,083 1,099 1,115 1,130 1,144 1,158 1,182 1,185 1, 197 1, 209 1,220 |
0 832 1688 2574 3475 4405 5362 6340 7342 8357 9390 10441 11501 12579 13657 14756 15850 16963 18081 19192 20316 21452 22583 |
1,318 1,324 1,331 1,342 1,354 1,368 1,382 1,397 1,414 1,424 1,437 1,449 1,461 1,472 1,483 1,492 1,501 1,510 1,517 1,525 1,532 1,539 1,546 |
0 733 1475 2230 3000 3789 4594 5418 6267 7100 7961 8830 9713 10601 11502 12399 13305 14221 15128 16052 16975 17905 18843 |
0 205 413 624 840 1061 1286 1517 1755 1988 2229 2472 2720 2968 3221 3472 3725 3982 4236 4495 4753 5013 5276 |
0 1037 2101 3198 4315 5466 6648 7857 9097 10345 11619 12913 14221 15547 16878 18228 19575 20945 22317 23687 25069 26465 27859 |
Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по формуле
I = VoCввt.
Энтальпию газов определяем по формуле
Iг = I + (б - 1) I.
По результатам расчетов (табл.2.1) строим диаграмму зависимости энтальпии газов I1 от их температуры t (рис.2.1).
Рис.2.1 - Диаграмма зависимости энтальпии газов от их температуры
3. Поверочный тепловой расчет
3.1 Предварительный тепловой баланс
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котел, называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котел и покинувшей его, должно существовать равенство (баланс). Теплота, покинувшая котел, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара заданных параметров.
Тепловой баланс котла составляется применительно к одному килограмму топлива при установившемся (стационарном) режиме работы котла.
Низшую теплота сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле Менделеева:
Qнр = 339Ср + 1030Нр - 109 (Ор - Sр) - 25Wр,
Qнр = 339 • 54,6 + 1030 • 3,9 - 109• (11,4 - 0,5) - 25 • 7,5 = 21151 кДж/кг.
Коэффициент полезного действия котла (принимаем по прототипу)
з' = 92%.
Потери тепла:
от химической неполноты сгорания ([1] с.15)
q3 = (0,5ч1,5) = 0,5%;
от механического недожога ([1] табл.4.4)
q4 = 0,5%;
в окружающую среду ([1], рис.4.2)
q5 = 0,5%;
с уходящими газами
q2 = 100 - (з' + q3 + q4 + q5),
q2 = 100 - (92 + 0,5 + 0,5 + 0,5) = 6,5%.
Средние изобарные объемные теплоемкости влажного воздуха
холодного, при температуре tв1 ([2] табл.1.4.5)
св1 = 1,32 кДж/кг;
подогретого, при температуре tв2 ([2] табл.1.4.5)
св1 = 1,33 кДж/кг.
Количество тепла, вносимое в топку с воздухом:
холодным
Iхв = 1,016бVосв1tв1,
Iхв = 1,016 • 1,28 • 5,54 • 1,32 • 25 = 238 кДж/кг;
подогретым
Iгв = 1,016бVосв2tв2,
Iгв = 1,016 • 1,28 • 5,54 • 1,33 • 180 = 1725 кДж/кг.
Количество тепла, переданное в воздухоподогревателе
Qвн = Iгв - Iхв,
Qвн = 1725 - 238 = 1487 кДж/кг.
Принимаем температуру топлива, поступающего в топку, равной
tтл = 30°С.
Теплоемкость сухой массы топлива ([1] табл.4.1)
сстл = 0,972 кДж/ (кг?град).
Теплоемкость рабочей массы топлива
сртл = сстл (100 - Wр) /100 + сWp/100,
где с - теплоемкость воды, с= 4,19 кДж/ (кг?град),
сртл = 0,972? (100 - 7,5) /100 + 4,19 ? 7,5/100 = 1,21 кДж/ (кг?град).
Теплота, вносимая в топку с топливом
iтл = сртлtтл,
iтл = 1,21 ? 30 = 36 кДж/кг.
Располагаемая теплота топлива
Q = Q + Qвн + iтл,
Q = 21151 + 1487 + 36 = 22674 кДж/кг.
Энтальпия уходящих газов
I'ух = q2Qрр/ (100 - q4) + Iхв,
I'ух = 6,5 • 22674/ (100 - 4,5) + 238 = 1719 кДж/кг.
Температура уходящих газов (табл.1)
t'ух = 164°С.
Степень сухости получаемого пара принимаем ([1] с.17)
х = (0,95…0,98) = 0,95.
Энтальпия сухого насыщенного пара (по таблицам водяного пара) при заданном давлении
i" = 2792 кДж/кг.
Скрытая теплота парообразования
r = 1948 кДж/кг.
Энтальпия влажного пара
ix = i" - (1 - x) r,
ix = 2792 - (1 - 0,95) ?1948 = 2695 кДж/кг.
Энтальпия питательной воды перед экономайзером (при tв2)
iпв = 377 кДж/кг.
Секундный расход топлива
Вр = ,
Вр = = 0,77 кг/с.
3.2 Расчет теплообмена в топке
Целью поверочного расчета теплообмена в топке является определение температуры газов за топкой и количества тепла, переданного газами поверхности нагрева топки.
Эта теплота может быть найдена только при известных геометрических размерах топки: величине лучевоспринимающей поверхности, Нл, полной поверхности стен, ограничивающих топочный объем, Fст, величине объема топочной камеры, Vт.
Рис.3.1 - Эскиз парового котла КЕ-25-14С
Лучевоспринимающая поверхность топки находится как сумма лучевоспринимающих поверхностей экранов, т.е.
Нл = Нлэ + Нпэ + Нзэ,
где Нлэ - поверхность левого бокового экрана,
Нпэ - поверхность правого бокового экрана;
Нзэ - поверхность заднего экрана;
Нлэ = Нпэ = Lтlбэхбэ;
Нзэ = Взэlзэхбэ;
Lт - длина топки;
lбэ - длина трубок бокового экрана;
Взэ - ширина заднего экрана;
хбэ - угловой коэффициент бокового экрана;
lзэ - длина трубок заднего экрана;
хзэ - угловой коэффициент заднего экрана.
Ввиду сложности определения длин трубок, величину лучевоспринимающей поверхности нагрева возьмем из технической характеристики котла:
Нл = 92,1 м2.
Полная поверхность стен топки, Fст, вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Поверхности сложной конфигурации приведем к равновеликой простой геометрической фигуре.
Площадь поверхностей стен топки:
фронт котла
Fфр = 2,75 • 4,93 = 13,6 м2;
задняя стенка топки
Fзс = 2,75 • 4,93 = 13,6 м2;
боковая стенка топки
Fбс = 4,80 • 4,93 = 23,7 м2;
под топки
Fпод = 2,75 • 4,80 = 13,2 м2;
потолок топки
Fпот = 2,75 • 4,80 = 13,2 м2.
Полная поверхность стен, ограничивающих топочный объем
Fст = Fфр + Fзс + 2Fбс + Fпод + Fпот,
Fст = 13,6 + 13,6 + 2 • 23,7 + 13,2 + 13,2 = 101,0 м2.
Величина топочного объема:
Vт = 2,75 • 4,80 • 4,93 = 65,1 м3.
Степень экранирования топки
Ш = Нл/Fст,
Ш = 92,1/101,0 = 0,91.
Коэффициент сохранения теплоты
ц = 1 - q5/100,
ц = 1 - 0,5/100 = 1,00.
Эффективная толщина излучающего слоя
S = 3,6Vт/Fст,
S = 3,6 ? 65,1/101,0 = 2,32 м.
Адиабатная (теоретическая) энтальпия продуктов сгорания
Ia = Q (100 - q3 - q4) / (100 - q4) + Iгв - Qвн,
Ia = 22674? (100 - 0,5 - 0,5) / (100 - 0,5) + 1725 - 1487 = 22798 кДж/кг.
Адиабатная (теоретическая) температура газов (табл.1)
Та = 1835°С = 2108 К.
Принимаем температуру газов на выходе из топки
Т'т = 800°С = 1073 К.
Энтальпия газов на выходе из топки (табл.1) при этой температуре
I'т = 9097 кДж/кг.
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания
(VгСср) = (Ia - I'т) / (ta - t'т),
(VгСср) = (22798 - 9097) / (1835 - 800) = 13,24 кДж/ (кг?град).
Условный коэффициент ([1] табл.5.1) загрязнения поверхности нагрева при слоевом сжигании топлива
о = 0,60.
Тепловое напряжение топочного объема
qv = BQ/Vт,
qv = 0,77 ? 22674/65,1 = 268 кВт/м3.
Коэффициент тепловой эффективности
Шэ = Шо,
Шэ = 0,91 ? 0,60 = 0,55.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
,
•0,228 = 5,39 (м?МПа) - 1.
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
kс = 0,3 (2 - б) (1,6Тт/1000 - 0,5) Ср/Нр,
kс = 0,3? (2 - 1,28) ? (1,6 ? 1073/1000 - 0,5) ?54,6/3,9 = 3,68 (м?МПа) - 1.
Часть золы топлива, уносимая из топки в конвективные газоходы ([1] табл.5.2)
аун = 0,1.
Масса дымовых газов
Gг = 1 - Ар/100 + 1,306бVо,
Gг = 1 - 21,3/100 + 1,306 ? 1,28 ? 5,54 = 10,0 кг/кг.
Коэффициент ослабления лучей взвешенными частицами летучей золы ([1] рис.5.3) при принятой температуре tт
kзл = 7,5 (м?ата) - 1.
Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса ([1] с.29)
kк = 0,5 (м?ата) - 1.
Концентрация золовых частиц в потоке газа
мзл = 0,01Араун/Gг, мзл = 0,01 ? 21,3 ? 0,1/10,0 = 0,002.
Коэффициент ослабления лучей топочной средой
kт = kг + kзлмзл + kк,
kт = 5,39 + 7,5 ? 0,002 + 0,5 = 5,91 (м?ата) - 1.
Эффективная степень черноты факела
аф = 1 - е-kтРтS,
аф = 1 - 2,7-5,91?0,1?2,32 = 0,74.
Отношение зеркала горения к полной поверхности стен топки при слоевом горении
с = Fпод/Fст,
с = 13,2/101,0 = 0,13.
Степень черноты топки при слоевом сжигании топлива
ат = ,
ат = = 0,86.
Величина относительного положения максимума температур для слоевых топок при сжигании топлива в тонком слое (топки с пневмомеханическими забрасывателями) принимается ([1] с.30) равным:
Хт = 0,1.
Параметр, характеризующий распределение температур по высоте топки ([1] ф.5.25)
М = 0,59 - 0,5Хт, М = 0,59 - 0,5 ? 0,1 = 0,54.
Расчетная температура газов за топкой
Тт = ,
Тт = = 1090 К = 817°С.
Расхождение с предварительно принятым значением составляет
?tт = tт - t'т,
?tт = 817 - 800 = 17°С < ± 100°C.
Энтальпия газов за топкой
Iт = 9259 кДж/кг.
Количество тепла, переданное в топке
Qт = цВ (Ia - Iт),
Qт = 1,00 ? 0,77? (22798 - 9259) = 10425 кВт.
Коэффициент прямой отдачи
м = (1 - Iт/Iа) ?100,
м = (1 - 9259/22798) ?100 = 59,4%.
Действительное тепловое напряжение топочного объема
qv = Qт/Vт, qv = 10425/65,1 = 160 кВт/м3.
3.3 Расчет теплообмена в конвективной поверхности
Тепловой расчет конвективной поверхности служит для определения количества передаваемого тепла и сводится к решению системы двух уравнений - уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи.
Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях.
Из предыдущих расчетов имеем:
температура газов перед рассматриваемым газоходом
t1 = tт = 817°С;
энтальпия газов перед газоходом
I1 = Iт = 9259 кДж/кг;
коэффициент сохранения теплоты
ц = 1,00;
секундный расход топлива
Вр = 0,77 кг/с.
Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после газохода:
t'2 = 220єC,
t''2 = 240єC.
Дальнейший расчет ведем для двух принятых температур.
Энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка:
I'2 = 2320 кДж/кг,
I''2 = 2540 кДж/кг.
Количество теплоты, отданное газами в пучке:
Q1 = цВр (Iт - I1);
Q'1 = 1,00 • 0,77? (9259 - 2320) = 5343 кДж/кг,
Q''1 = 1,00 ? 0,77• (9259 - 2540) = 5174 кДж/кг.
Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)
dн = 51 мм.
Число рядов по ходу продуктов сгорания (по чертежу)
Z1 = 35.
Поперечный шаг труб (по чертежу)
S1 = 90 мм.
Продольный шаг труб (по чертежу)
S2 = 110 мм.
Коэффициент омывания труб ([1] табл.6.2)
щ = 0,90.
Относительные поперечный у1 и продольный у2 шаги труб:
у = S/d;
у1 = 90/51 = 1,8;
у2 = 110/51 = 2,2.
Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании труб
Fж = ab - z1ldн,
где а и b - размеры газохода в свету, м;
l - длина проекции трубы на плоскость рассматриваемого сечения, м;
Fж = 2,5 • 2,0 - 35 • 2,0 • 0,051 = 1,43 м2.
Эффективная толщина излучающего слоя газов
Sэф = 0,9dн,
Sэф = 0,9 ? 0,051? = 0,177 м.
Температура кипения воды при рабочем давлении (по таблицам насыщенного водяного пара)
t's = 198°С.
Средняя температура газового потока
tср1 = 0,5 (t1 + t);
t'ср1 = 0,5? (817 + 220) = 519єC,
t''ср1 = 0,5? (817 + 240) = 529єC.
Средний расход газов
Vcp1 = BVг (tср1 + 273) /273,
V'cp1 = 0,77 ? 7,56? (519 + 273) /273 = 16,89 м3/с.
V''cp1 = 0,77 ? 7,56? (529 + 273) /273 = 17,10 м3/с.
Средняя скорость газов
щг1 = Vcp1/Fж,
щ'г1 = 16,89/1,43 = 11,8 м/с,
щ''г1 = 17,10/1,43 = 12,0 м/с.
Коэффициент загрязнения поверхности нагрева ([1] с.43)
е = 0,0043 м2?град/Вт.
Средняя температура загрязненной стенки ([1] с.42)
tз = t's + (60ч80), tз = (258ч278) = 270°С.
Поправочные коэффициенты для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией ([1] рис.6.2):
на количество рядов
Сz = 1,0;
на относительные шаги
Сs = 1,0;
на изменение физических характеристик
Сф = 1,05.
Вязкость продуктов сгорания ([1] табл.6.1)
н' = 76?10-6 м2/с,
н'' = 78?10-6 м2/с.
Коэффициент теплопроводности продуктов сгорания ([1] табл.6.1)
л' = 6,72?10-2 Вт/ (м?°С),
л'' = 6,81?10-2 Вт/ (м?°С).
Критерий Прандтля продуктов сгорания ([1] ф.6.7)
Рr' = 0,62,Рr'' = 0,62.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией ([1] табл.6.1)
бк1 = 0,233СzCфлР (щdн/н) 0,65/dн,
б'к1 = 0,233 ? 1 ? 1,05 ? 6,72?10-2 ? 0,620,33? (11,8 ? 0,051/76?10-6) 0,65/0,051,б'к1 = 94,18 Вт/ (м2?К);
б''к1 = 0,233 ? 1 ? 1,05 ? 6,81?10-2 ? 0,620,33? (12,0 ? 0,051/78?10-6) 0,65/0,051,б''к1 = 94,87 Вт/ (м2?К).
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
,
?0,228 = 23,30 (м?МПа) -
1,?0,228 = 23,18 (м?МПа) -
1,Суммарное парциальное давление трехатомных газов (определено ранее)
Рп = 0,023 МПа.
Коэффициент ослабления луча в объеме заполненном золой при температуре tср ([1] рис.5.3)
К'зл = 9,0;
К''зл = 9,0.
Концентрация золовых частиц в потоке газа (определена ранее)
мзл = 0,002.
Степень черноты запыленного газового потока
а = 1 - е-kгkзлРпмзлSэф,
а' = 1 - е-23,30?9,0?0,002?0,023?0,177 = 0,002,а'' = 1 - е-23,18?9,0?0,002?0,023?0,177 = 0,002.
Коэффициент теплоотдачи излучением при сжигании каменного угля
ал = 5,67?10-8 (аст + 1) аТ3/2,
где аст - степень черноты стенки, принимается ([1] с.42)
аст = 0,82;
а'л = 5,67?10-8? (0,82 + 1) ?0 ? 5433 ? /2 = 0,02 Вт/ (м2?К);
а''л = 5,67?10-8? (0,82 + 1) ?0 ? 5433 ? /2 = 0,02 Вт/ (м2?К).
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
б1 = щ (бк + бл),
б'1 = 0,90? (94,18 + 0,02) = 84,78 Вт/ (м2?К)
б''1 = 0,90? (94,87 + 0,02) = 85,40 Вт/ (м2?К).
Коэффициент теплопередачи
К = б1/ (1 + б1е),
К' = 84,78/ (1 + 84,78 ? 0,0043) = 62,13 Вт/ (м2?К),
К'' = 85,40/ (1 + 85,40 ? 0,0043) = 62,46 Вт/ (м2?К).
Средний температурный напор
Дt = ,
Дt' = = 179єС;
Дt'' = = 214єС.
Площадь нагрева конвективного пучка (из технической характеристики котла)
Нк1 = 418 м2.
Тепловосприятие поверхности нагрева конвективного пучка
Qк = КНк?t;
Q'к = 62,13 ? 418 ? 179/1000 = 4649 кДж/кг;
Q''к = 62,46 ? 418 ? 214/1000 = 5587 кДж/кг.
По принятым двум значениям температуры
t'1 = 220єC;
t''1 = 240єC
и полученным значениям
Q'б1 = 5343 кДж/кг;
Q''б1 = 5174 кДж/кг;
Q'к1 = 4649 кДж/кг;
Q''к1 = 5587 кДж/кг
производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после конвективной поверхности нагрева. Для графической интерполяции строим график (рис.3.2) зависимости Q = f (t).
Рис.3.2 - График зависимости Q = f (t)
Точка пересечения прямых укажет температуру tр газов, выходящих после конвективной поверхности:
tк = 232єС.
Количество теплоты, воспринятое поверхность нагрева
Qк1 = 5210 кВт.
Энтальпия газов при этой температуре
Iк1 = 2452 кДж/кг.
3.4 Расчет экономайзера
Энтальпия питательной воды на входе в экономайзер
iхв = 377 кДж/кг.
Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера
iгв = 719 кДж/кг.
Коэффициент сохранения теплоты (найден ранее)
ц = 1,00.
Количество тепла, отданное уходящими газами в экономайзере
Qэк = D (iгв - iхв);
Qэк = 6.94• (719 - 377) = 2373 кДж.
Энтальпия уходящих газов за экономайзером
Iух = Iк - Qэк/Вр,
Iух = 2452 - 2373/0,77 = 103 кДж/кг.
Температура уходящих газов за экономайзером
tух = 10єС.
4. Окончательный тепловой баланс
После выполнения теплового расчета устанавливается окончательный тепловой баланс, целью которого является определение достигнутой паропроизводительности при заданном расходе топлива и коэффициента полезного действия котла.
Располагаемое тепло
Q = 22674 кДж/м3.
Расход топлива
В = 0,77 кг/с.
Количество тепла, переданного в топке
Qпт = 10425 кВт.
Количество тепла, переданное в парообразующем конвективном пучке
Qк = 5210 кВт.
Количество тепла, переданное в экономайзере
Qэк = 2373 кВт.
Полное количество тепла, переданное воде в котле
Q1 = Qпт + Qк + Qэк,
Q1 = 10425 + 5210 + 2373 = 18008 кВт.
Энтальпия питательной воды
iп. в = 377 кДж/кг.
Энтальпия влажного пара
iх = 2695 кДж/кг.
Полная (максимальная) паропроизводительность котла
D = Q1/ (iх - iп. в);
D = 18008/ (2695 - 377) = 7,77 кг/с.
Коэффициент полезного действия котла
з = 100•Q1/ (ВрQ);
з = 100 ? 18008/ (0,77 ? 22674) = 100%.
Невязка баланса:
в тепловых единицах
ДQ = QзBp - Q1 (100 - q4) /100;
ДQ = 22673 ? 1,00 ? 0,77 - 18008? (100 - 0,5) /100 = 65 кДж;
в процентах
дQ = 100?Q/Q,
дQ = 100 ? 65/22674 = 0,29% < 0,5%.
Расчет можно считать законченным.
Библиографический список
1. Томский Г.И. Тепловой расчет стационарного котла. Мурманск. 2009. - 51 с.
2. Томский Г.И. Топливо для стационарных паровых и водогрейных котлов. Мурманск. 2007. - 55 с.
3. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Л.: Энергоатомиздат. 1989. - 280 с.
4. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. Л.: Энергоатомиздат. 1985. - 400 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Принципиальное устройство парового котла ДЕ, предназначеного для выработки насыщенного пара. Расчет процесса горения. Тепловой баланс котла. Расчет топочной камеры, конвективных пучков, экономайзера. Расчет и выбор тягодутьевых устройств и дымовой трубы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.06.2010Паропроизводительность котла барабанного типа с естественной циркуляцией. Температура и давление перегретого пара. Башенная и полубашенная компоновки котла. Сжигание топлива во взвешенном состоянии. Выбор температуры воздуха и тепловой схемы котла.
курсовая работа [812,2 K], добавлен 16.04.2012Генерация насыщенного или перегретого пара. Принцип работы парового котла ТЭЦ. Определение КПД отопительного котла. Применение газотрубных котлов. Секционированный чугунный отопительный котел. Подвод топлива и воздуха. Цилиндрический паровой барабан.
реферат [2,0 M], добавлен 01.12.2010Определение необходимой тепловой мощности парового котла путем его производительности при обеспечении установленных температуры и давления перегретого пара. Выбор способа шлакоудаления, расчет объемов воздуха, продуктов сгорания и неувязки котлоагрегата.
курсовая работа [464,7 K], добавлен 12.01.2011Принципиальное устройство парового котла ДЕ-6,5-14ГМ, предназначенного для выработки насыщенного пара. Расчет процесса горения. Расчет теплового баланса котельного агрегата. Расчет топочной камеры, конвективных поверхностей нагрева, водяного экономайзера.
курсовая работа [192,0 K], добавлен 12.05.2010Расчетно-технологическая схема трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха. Тепловой баланс парового котла. Определение расчетного расхода топлива. Расход топлива, подаваемого в топку. Поверочный тепловой расчет топочной камеры и фестона.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 13.12.2011Выполнение теплового расчета стационарного парового котла. Описание котельного агрегата и горелочных устройств, обоснование температуры уходящих газов. Тепловой баланс котла, расчет теплообмена в топочной камере и конвективной поверхности нагрева.
курсовая работа [986,1 K], добавлен 30.07.2019Назначение, конструкция и рабочий процесс котла парового типа КЕ 4. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котла и расход топлива. Тепловой расчет топочной камеры, конвективного пучка, теплогенератора, экономайзера.
курсовая работа [182,6 K], добавлен 28.08.2014Расчетно-технологическая схема трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха. Топливо и продукты горения. Тепловой баланс парового котла. Определение расчетного расхода топлива. Выбор схемы топливосжигания. Проверочно-конструкторский расчет.
курсовая работа [436,4 K], добавлен 23.05.2013Характеристика котла ТП-23, его конструкция, тепловой баланс. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива. Тепловой баланс котельного агрегата и его коэффициент полезного действия. Расчет теплообмена в топке, поверочный тепловой расчёт фестона.
курсовая работа [278,2 K], добавлен 15.04.2011
