Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «БАШКИРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙАГРАРНЫЙУНИВЕРСИТЕТ»

Факультет: Энергетический

Кафедра: Теплоэнергетики и физики

Направление: Теплоэнергетика и теплотехника

Форма обучения: очная

Курс, группа: 4, ТТ401

Шифр: 445124

Курсовая работа

на тему: «Поверочный тепловой расчет котельного агрегата»

Камалов Ильнар Раисович

Уфа 2023

Задание

на расчетно-графическую работу

1 Тема работы: «Поверочный тепловой расчет топки котельного агрегата»

2 Исходныеданныекработе:номерзачетнойкнижки445124

Из приложения методических указаний, по двум последним цифрам зачетной книжки принимают: вид топлива и марку котла.

Последние цифры зачетной книжки	Топливо	Марка котла
	Бассейн, месторождение, газопровод	Марка	Класс или продукт обогащения
1	2	3	4	5	6
2	4	Сангарское	Д, Г	Р	ТП-170

3 Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): титульный лист, задание, оглавление, введение, основную часть, заключение, библиографический список, приложения.

Основнаячасть,включаетследующиевопросыивыполняетсявследующейпоследовательности:

1. Описание конструкции котла. Чертеж котла в формате программы«Компас»*.cdw

2. Расчетобъемовпродуктовсгорания,объемныхдолейтрехатомныхгазовиконцентрацийзоловыхчастицвгазоходахкотла. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива

3. Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива

4. Расчет теплообмена в топке

5. Расчет фестона

Пояснительную записку необходимо выложить в ЭИОС для проверки в формате *.doc, чертеж в *.cdw в одном архиве.

4 Срок сдачи студентом законченной работы: « 1 »апреля2022г.

5Дата выдачи задания:«15»января2022г.

Руководитель: к.т.н., доцент Инсафуддинов С.З./ /

Оглавление



Введение

котел газоход топливо

1. Описание конструкции котла

2. Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов и концентраций золовых частиц в газоходах котла

2.1 Теоретический объем воздуха

2.2 Теоретические объемы продуктов сгорания

2.3 Коэффициент избытка воздуха

2.4 Объемы продуктов сгорания

2.5 Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания

3. Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива

3.1 Потери теплоты от химического и механического недожога

3.2 Потеря теплоты с уходящими газами

3.3 Потеря теплоты от наружного охлаждения

3.4 Потеря с теплом шлаков

3.5 Коэффициент полезного действия котла

3.6 Расход топлива

4. Расчет теплообмена в топке

4.1 Геометрические характеристики топки

4.2 Коэффициент теплового излучения топочной камеры

4.3 Расчет температуры газов на выходе из топки

Библиографический список



Введение

Поверочный расчет, при котором по заданной конструкции и геометрической характеристике поверхностей нагрева котла для конкретного вида топлива определяется реальная производительность топки и экономичность ее работы. Поверочный расчет выполняется для оценки показателя экономичности, выбора вспомогательного оборудования, получения исходных данных для последующих расчетов. Результаты поверочного расчета позволяют оценить кроме экономичности степень надежности работы топки по условиям шлакования, опасность появления низкотемпературной коррозии, недостаток или избыток площади поверхности пароперегревателя (если он есть).

Спецификой поверочного расчета котла является неизвестность промежуточных температур газа и теплоносителя, включая температуры уходящих газов. Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений, задаваясь в начале некоторыми значениями температур уходящих газов, а затем сравнивая его с результатами расчета. Допустимые значения отклонения этой температуры не должны превышать 10°С.

При выполнении расчетно-графической работы рекомендуется производить поверочный расчет котлоагрегата.

При поверочном расчете котла вначале определяют объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчет теплообмена в топочной камере и в других поверхностях в последовательности, соответствующей их расположению по ходу продуктов сгорания.

Задание

Произвести поверочный тепловой расчет отдельных поверхностей нагрева и свести тепловой баланс котла:

Характеристика котлаТП-170

1. Номинальная паропроизводительность

D_ном=170 т/ч=47,23 кг/с;

2. Температура перегретого пара t_пп=545С;

3. Давление перегретого пара р_пп=13,7 МПа;

4. Давление в барабане котла р_бар =15,6МПа;

5. Температура питательной воды t_пв=230С;

6. Вид топлива: каменный уголь,Сангарское,марка-Д, Г, класс-Р, отсев;

7. Топка имеет металлическую наружную обшивку.



1. Описание конструкции котла

Каждый котлоагрегат оборудован двумя замкнутыми индивидуальными системами пылеприготовления с промбункером. В состав пылесистемы входят: мельница Ш-10, сепаратор пыли типа ЦККБ диаметром 900 мм, циклон типа НИИОГАЗ диаметром 1850 мм, мельничный вентилятор типаВМ-50/1000, бункер пыли из которого подача топлива осуществляется 6-ю лопастными питателями пыли ЛП-10производительностью 2,5-5 т/ч и 2-я шнековыми питателями пыли производительностью 1,5 т/ч.

Сушка топлива производится смесью “горячего” и “слабо подогретого” воздуха. Температура горячего воздуха 372°С. Производительность каждой пылесистемы около 15 т/ч.

Двухбарабанный котел ТП-170 имеет П образную- компоновку.

В восходящем газоходе расположена топочная камера ‚в переходном газоходе -- двухступенчатый перегреватель, в опускном газоходе экономайзер и воздухоподогреватель.

Топочная камера призматической формы имеет в плане размер по осям экранных труб 6365х8260 мм.

Все стены топочной камеры экранированы трубами диаметром 76х6 мм, сталь марки 20.

Низ топочной камеры образует холодную воронку. На выходе из топки имеется фестонированный четырехрядный пучок, образованный трубами заднего экрана. Объем топочной камеры -885 м3.

Котёл имеет топочную камеру негерметичного экранирования. Топочная камера оборудована 6-ю турбулентными горелками ГТ-1 расположеннымина боковых стенках топочной камеры по встречной схеме по 3 на каждой стене (треугольником вниз). Для растопки и подсветки факела в горелках.



2. Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов и концентраций золовых частиц в газоходах котла

2.1 Расчетные характеристики топлива

Состав рабочей массы топлива, %:

?влажностьW^P=10,0;

?зольностьA^P=16,2;

?сера колчеданная S^P=0,4;

?сераорганическая S^P=0,4;

?углеродC^P=58,3;

?водородH^P=4,3;

?азотN^Р=0,8;

?кислород O^P=10,0.

Низшая теплотасгорания Q^P=23,40МДж/кг.

Приведенные характеристики, %•кг/МДж:

? влажностьW^П=1,79;

?зольностьА^П=2,90.

Коэффициент размолоспособности К_ло=1,0.

Выход летучих на горючуюмассуV^г=50,0%.

Температура начала размягчениязолыt₂=1220 °С; начала жидкоплавкогосостояниязолыt₃=1360 °С.

2.2 Теоретический объем воздуха

Теоретический объем воздуха , м³ возд/кг, необходимый для сжигания 1 кг топлива при =1 и нормальных физических условиях (t=0 С, р=101325 Па), определяем по формуле:

=0,0889Ч(CP+0,375ЧSP)+0,265ЧHP-0,0333ЧOP

=0,0889Ч(58,3+0,375Ч0,4)+0,265 4,3-0,0333 10=6м³/кг.

2.3 Теоретические объемы продуктов сгорания

Теоретические объемы продуктов сгорания, получаемые при полном сжигании 1кг топлива с теоретическим количеством воздуха, м³/кг, определяем по формулам:

=0,0187 (CP+0,375 SP)=0,0187 (58,3+0,375 0,4)=1,09м³/кг.

=0,79 0,008 NP=0,79 6+0,008 0,8= 4,75м³/кг.

=0,111 HP 0,0124 WP 0,0161 =--

=0,111 4,3+0,0124 10,0+0,0161 6=0,70м³/кг.

=++=1,09+4,75+0,70=6,54м³/кг.

2.4 Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерной топки с твердым удалением шлака принимаем по таблице XVII-XXI [1], 1.7 [2], _т=1,2.

Присосы воздуха в газоходах котла (на выходе из газохода) принимаем по табл. XVII [1], табл. 1.8 [2]:

?присосывоздухавтопкуDa_т=0,08;

?присосывоздухавфестонDa_Ф=0;

?присосывоздухавпароперегревательIст.Da_ппI=0,015;

?присосывоздухавпароперегревательIIст.Da_ппII=0,015;

?присосывоздухавэкономайзерIIст.Da_экII=0,02;

?присосы воздуха в воздухоподогреватель IIст.Da_впI=0,03;

?присосы воздуха в экономайзер I ст.Da_экI=0,02;

?присосывоздухаввоздухоподогревательIст.Da_впI=0,03;

2.5 Объемы продуктов сгорания

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц по газоходам котла представлены в табл. 2.1 (см. табл.4.1 [1], табл. 2.1 [2]).

Таблица 2.1. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов

Величина и расчетная формула		Газоход
	топка, фес- тон	п/п I ст.	п/п II ст	эк. II ст.	вп. II ст.	эк. I ст.	вп. Iст.
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева =т+ УДi	1,2	1,215	1,23	1,25	1,28	1,3	1,33
2.Среднийкоэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева ср=(+)/2	1,2	1,2075	1,2225	1,24	1,265	1,29	1,315
3. Объём водяных паров, м3/кг = + +0,0161(ср-1)•	0,5254	0,526	0,527	0,528	0,53	0,532	0,534
4. Полный объём газов, м3/кг VГ= +1,0161(ср-1)•	6,15	6,19	6,26	6,35	6,47	6,59	6,71
5. Объемная доля трехатомных газов = VГ	0,138	0,142	0,141	0,139	0,136	0,134	0,131
6. Объёмная доля водяных паров =/VГ	0,127	0,126	0,125	0,124	0,122	0,120	0,118
7. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rп=+	0,265	0,263	0,261	0,258	0,254	0,249	0,245
8.Масса дымовых газов при сжигании твёрдого и жидкого топлива Gг=1-0,01AP + +1,306•ср•, кг/кг.	8,142	8,189	8,282	8,392	8,548	8,704	8,86
9.Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг µзл= AP •ун /(100•Gг), где ун - доля уноса золы из топки (см. табл. 4.6 [2]), ун = 0,95.	0,0403	0,0401	0,0397	0,0392	0,0385	0,0378	0,0371

2.6 Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания

Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания и , определяем по табл. XV[1]. Энтальпию продуктов сгорания Н_Г, кДж/кг, при коэффициенте избытка воздуха 1 определяем по формуле (4-21) [1].

Энтальпию золы Н_зл, кДж/кг, определяем по формуле (4-24) [1].

,

где (c)_зл ? энтальпия 1 кг золы, кДж/кг, определяется по табл. XIV [1].

Н_зл можно рассчитать по формуле (2.19) [2].

Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания при действительных избытках воздуха в газоходах приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг (H- - таблица)

Поверхность нагрева	",С			НГВ= =(-1)	НГ=+ +(?1)++Hзл	Hзл
Топочная камера, фестон=1,2	2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800	18578 16709 14857 13020 11214 9463 7729 6035	14485 13055 11633 10232 8839 7468 6123 4807	2897 2611 2326,6 2046,4 1767,8 1493,6 1224,6 961,4	21475 19710 17527,8 15363,6 13223,2 11148,4 9108 7116,8	390 344,2 297,2 241,4 191,8 154,4 120,4
Пароперегреватель I ст. =1,215	1000 800	7729 6035	6123 4807	1316,4 1033,5	9199,8 7188,9	154,4 120,4
Пароперегреватель II ст. =1,23	1000 800 600 400	7729 6035 4409 2857	6123 4807 3534 2308	1408,2 1105,6 812,8 530,8	9291,6 7261 5309,7 3444,2	154,4 120,4 87,9 56,4
Экономайзер II ст. =1,25	800 600 400 200	6035 4409 2857 1388	4807 3534 2308 1137	1201,7 883,5 577 284,2	7357,1 5380,4 3490,4 1698,7	120,4 87,9 56,4 26,5
Воздухоподогреватель II ст. =1,28	600 400 200	4409 2857 1388	3534 2308 1137	989,5 646,2 318,3	5486,4 3559,6 1732,8	87,9 56,4 26,5
Экономайзер I ст. =1,3	600 400 200 100	4409 2857 1388 685	3534 2308 1137 565	1060,2 692,4 341,1 169,5	5557,1 3605,8 1755,6 867,2	87,9 56,4 26,5 12,7
Воздухоподогреватель I ст. =1,33	400 200 100	2857 1388 685	2308 1137 565	761,6 375,2 186,4	3675 1789,7 759,2	56,4 26,5 12,7



3. Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива

3.1 Тепловой баланс котельного агрегата

Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива.

Располагаемую теплоту 1 кг сжигаемого топлива , кДж/кг, определяем по формуле:

=•10³ + + Q_внш+ Q_пф? Q_к,

где ? низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, МДж/кг;

? физическая теплота топлива, кДж/кг, учитывается для жидких и сильновлажных твердых топлив. Для Карагандинского угля марки К, Р принимаем =0;

Q_внш ? теплота, подводимая к воздуху от внешнего источника, кДж/кг, Q_внш = 0;

Q_пф ?теплота, вносимая в топку при распылении мазута паром, кДж/кг, Q_пф = 0;

Q_к ? теплота, поглощаемая при сжигании сланцев, кДж/кг, Q_к =0.

=•10³ = 23,40•10³=23400 кДж/кг.



3.2 Потери теплоты от химического и механического недожога

Потери теплоты от химического и механического недожога топлива q₃ и q₄ определяются по табл. 4.6 [2] или по табл. XVIII-XIX [1]. Принимаем для твердого топлива q₃ = 0, q₄ = 1%

3.3 Потеря теплоты с уходящими газами

Потерю теплоты с уходящими газами q₂,%, определяем по (5-06)-(5-07) [1], (3.2) [2].

,

где - коэффициент избытка воздуха за воздухоподогревателем;

? энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха _ух и температуре уходящих газов t_ух;

? энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха на входе в воздушный тракт (перед калорифером или вентилятором), кДж/кг. Принимаем t_хв = 30 С, если не задана другая величина;

? потери теплоты с механическим недожогом топлива,%.

По табл. 1.4 [2] принимаем t_yx=150 С.

Энтальпию уходящих газов при t_yx=150 C определяем по табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции.

Н=1550,2 кДж/кг.

Энтальпию холодного воздуха определяем по формуле:

кДж/кг,

где t_хв=30 С ? температура холодного воздуха, принимается по [1], стр. 29; табл. 1.5 [2].

3.4 Потеря теплоты от наружного охлаждения

Потеря теплоты q₅от наружного охлаждения через внешние поверхности котла при номинальной производительности котла D_ном = 170 т/ч=47,23 кг/с определяем по формуле (3.11) [2]:

3.5 Потеря с теплом шлаков

Потеря с физической теплотой удаляемых шлаков q₆ при камерном сжигании с твёрдым шлакоудалением учитывается только для многозольных топлив, когда А^Р2,5, в соответствии (см. также п. 5.10 [1]). Принимаем q₆=0.

3.6 Коэффициент полезного действия котла

Коэффициент полезного действия котла определяем по формуле (5- 15) [1].



3.7 Расход топлива

Расход топлива B, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового котла определяем по формуле (5-19) [1].

,

где D_пе = D_ном - расчетная паропроизводительность котла, кг/с;

- энтальпия соответственно перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг;

- расход вторично перегреваемого пара, кг/с, (D_вт=0);

- энтальпия вторично перегреваемого пара соответственно на входе и на выходе из пароперегревателя, кДж/кг;

- расход продувочной воды из барабанного парового котла, кг/с.

Расход продувочной воды из барабана котла определяем по формуле (3.15) [2].

D_пр= 0,01• p • D_пе = 0,01• 3 • 47,23=1,42 кг/c,

где р = 3% -непрерывная продувка котла, принимается в соответствии с п. 4.8.27 ПТЭ.

При давлении перегретого пара р_пп=13,7 МПа и t_пп=545 С по табл. XXV [1] определяем h_пп=3410,5 кДж/кг.

При давлении питательной воды р_п.в.=11,79 МПа и t_п.в.=230 С по табл. XXIV [1] определяем h_п.в.=910 кДж/кг.

При давлении в барабане котла р_бар=15,6 МПа, t_н=318,04 С, по табл. XXIII [1] определяем h_кип=1450,5 кДж/кг.

Рассчитываем расход топлива.

кг/с.

Расчетный расход топлива с учетом механического недожога определяем по формуле (5-24) [1]:

кг/с.

Коэффициент сохранения теплоты рассчитываем по формуле (5-11) [1]:

= 1?.



4. Расчет теплообмена в топке

4.1 Геометрические характеристики топки

Геометрические характеристики топки определяем по чертежу котла ТП-170, учитывая рекомендации, изложенные в п. 6-А [1].

При расчёте теплообмена в топочной камере её объём , м³, определяется по чертежам котла. Границами объёма являются осевые плоскости экранных труб или обращённые в топку поверхности защитного огнеупорного слоя; в местах, не защищённых экранами - стены топочной камеры. В выходном сечении камеры её объём ограничивается плоскостью, проходящей через оси первого ряда труб ширм, фестона или котельного пучка. Нижней границей объёма топки является под. При наличии холодной воронки за нижнюю границу объёма топки условно принимается горизонтальная плоскость, отделяющая её нижнюю половину (см. рис. 6.1 [1]).

1) Площади поверхностей стен:

где площадь соответственно задней, фронтовой и боковой стены, м²; м²; м²; м²;

площадь фестона (плоскость проходящая через оси первого ряда труб фестона), м²;

10 м² ширина топочной камеры;

7,75 м² глубина топочной камеры.

Полная поверхность стен:



Поверхность стен, занятая экранами:

2) Объем топочной камеры:

3) Лучевоспринимающую поверхность стен определяем по формуле (6-06а) [1]:

где - площадь i-ой стены, занятая экраном, м²;

- угловой коэффициент i-го экрана (см. номограмму 1 [1]).

Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции (см. п. 6-06 [1]).

Для фестона =1. Для настенных топочных экранов угловой коэффициент можно рассчитать по формуле (4.31) [2]. Диаметр и шаг труб всех экранов одинаковы. Поэтому лучевоспринимающая поверхность экранов вычисляется совместно по одному значению углового коэффициента . Диаметр экранных труб d = 76 мм, шаг труб S = 95 мм, S/d = 1,25. Относительное расстояние от труб до стены /d = 57,5/76 0,8.

= 1- 0,2(S/d- 1) = 1- 0,2(95/76 - 1) = 0,95,

где S/d - относительный шаг труб настенного экрана;

Определяем степень экранирования топки:

4) Эффективная толщина излучающего слоя топки рассчитывается по формуле (6-07) [1]:

где - объём топочной камеры, м³;

F_ст ? полная поверхность стен топки, м².

1) Расчетное тепловое напряжение топочного объема определяем по формуле (4.8) [2]:

Допустимое тепловое напряжение топочного объема определяем по табл. XVIII [1]: =175 кВт/м³. нормативное требование выполняется.



4.2 Коэффициент теплового излучения топочной камеры

Коэффициент теплового излучения топочной камеры _т введен вместо применявшейся ранее степени черноты топки _т. Он является радиационной характеристикой излучающего тела и зависит только от его физических свойств и температуры.

Поглощательная способность (степень черноты) _т характеризует степень поглощения падающего излучения и дополнительно зависит от спектра этого излучения. Для серых и черных тел эти два коэффициента _т и _т численно равны. Для определения температуры газов на выходе из топки рассчитывают коэффициент теплового излучения топки _т._т определяется коэффициентом излучения газового факела _ф, заполняющего топочный объем, и тепловой эффективностью экранных поверхностей _ср. _т рассчитывается по формуле (4.36)[2].

где - коэффициент излучения газового факела;

- коэффициент тепловой эффективности экранных поверхностей.

Коэффициент излучения газового факела _ф зависит от температуры газов на выходе из топки (от абсолютной температуры газов на выходе из топки). При выполнении расчётов сначала задаются по табл. 4.7 [2] (см. стр. 38, 39 [2]), а затем рассчитывают её значение. Принятое и расчётное значение не должны отличаться более чем на 100 С.

1) Коэффициент излучения газового факела при сжигании твердых топлив определяем по формуле (4.37) [2].

,

где - оптическая толщина поглощения топочной среды;

- коэффициент ослабления (поглощения) лучей топочной средой,

1/(м •МПа);

- давление газов в топочной камере, МПа, для топок, работающих под разрежением и с наддувом не более 5 кПа, принимают р= 0,1МПа;

S - эффективная толщина излучающего слоя, м. (S= 4,43 м).

Коэффициент k 1/(м•МПа), ослабления лучей топочной средой определяем по формуле (4.39) [2]:

,

где - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м•МПа);

- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, 1/(м•МПа);

? коэффициент ослабления лучей горящими коксовыми частицами, по рекомендациям, изложенным в [2] стр. 43, принимаем =1,0, 1/(м•МПа).

По формуле (6-13) [1] определяем коэффициент ослабления лучей трехатомными газами.

где - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

- объемная доля трехатомных газов, принимается по табл. 2.1 настоящего расчета.

По рекомендациям [2] табл. 4.7 принимаем температуру газов на выходе из топки =1050 С.



По формуле (4.41) [2] определяем коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы.

,

где - плотность дымовых газов при атмосферном давлении, г/м³, принимаем _г = 1300 г/м³(1,3 кг/м³);

- эффективный диаметр золовых частиц, мкм (d_зл определяется по рекомендациям, изложенным в [2]. d_зл = 13 мкм).

- концентрация золовых частиц в потоке газов, кг/кг. Принимается из табл. 2.1 настоящего расчета (.

1/(м•МПа).

Коэффициент ослабления лучей топочной средой.

1/(м•МПа).

Коэффициент излучения факела (степень черноты факела) определяется по формуле 4.37 [2].

.

2) Тепловосприятие в топке оценивается средним коэффициентом тепловой эффективности экранов _{ср. ср} определяют по формуле (6-32) [1].



где - коэффициент тепловой эффективности i-го участка экрана;

F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆ - поверхность i-го участка экрана (поверхности соответственно задней, фронтовой, 1-ой боковой, 2-ой боковой стены, амбразур горелок и фестона).

- условный коэффициент загрязнения поверхности, принимается по табл. 4.8 [2], принимаем для бурого угля = 0,5;

- угловой коэффициент экрана, х = 0,8, рассчитывается по формуле (см. п. 4.1 настоящего расчёта).

.

Коэффициент теплового излучения топки равен:

4.3 Расчет температуры газов на выходе из топки

Адиабатическая температура горения , С, определяется по полезному тепловыделению в топке , кДж/кг, при избытке воздуха в топке _т=1,15.

1) Полезное тепловыделение в топке (для расчета и V•c_ср) складывается из располагаемой теплоты топлива за вычетом топочных потерь и теплоты внешнего подогрева топлива и воздуха, парового дутья и теплоты рециркулирующих газов. Q_т рассчитывается по формуле:



где - располагаемое тепло топлива, кДж/кг;

, , - потери тепла от химической и физической неполноты сгорания топлива и с теплом шлака;

-тепло, вносимое в топку паровым дутьём, кДж/кг, ();

- теплота, вносимая воздухом в топку, кДж/кг, определяется по (6-29) [1];

- теплота рециркулирующих газов, кДж/кг, (= 0).

,

где - энтальпия соответственно горячего воздуха и присосов холодного воздуха извне.

По рекомендациям, изложенным в [2] табл. 1.6 принимаем t_г.в = 400 С. Энтальпию горячего воздуха определяем по данным табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции, принимаем кДж/кг;

Полезное тепловыделение в топке:



2) Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания кДж/(кг•^_С) определяем по формуле (7.7) [2]. Предварительно принимаем температуру газов на выходе из топки =1050 С (см. стр. 38-39 [2]).

Для твердых топлив температура газов на выходе из топки выбирается из условия предупреждения шлакования последующих поверхностей нагрева (см. табл. II-1 [1], табл. 4.7. [2]). Кроме того, для топок с твердым шлакоудалением должны быть сгранулированы расплавленные микрокапли шлака до встречи их с трубами на выходе из топки. Для этого температура топочных газов на выходе из топки должна быть ниже температуры t₂ начала размягчения золы [3, стр. 39]. Для Тульганского бурого угля марки 1Б t₂= 1120 С.

,

где - адиабатическая температура горения, С, соответствует условию, когда все полезное тепловыделение воспринимается продуктами сгорания (при отсутствии теплопотерь топки), определяется по данным табл.2.2 настоящего расчета по известному значению Q_т. Принимая H_г = Q_т = кДж/кг, получаем:

- энтальпия продуктов сгорания при (определяется по табл. 2.2 настоящего расчета)

3) Коэффициент М расположения горелок определяем по формуле (4.26) [2] (коэффициент М учитывает относительное положение ядра факела по высоте топки, что влияет на ; М зависит от вида топлива и способа его сжигания см. стр. 39, 40 [2]).

При камерном сжигании твердых топлив, М = 0,56 - 0,5•Х_т,

где Х_т - коэффициент, характеризующий относительную высоту положения зоны максимума температур в топке, определяется по формуле (4.28) [2].

где - высота размещения горелок, 3,1 м;

- расчетная высота заполняющего топку факела (от нижней части топки до середины выходного газового окна), по чертежу принимаем м;

-поправка, при D_ном ? 110 кг/с принимаем х = 0,1;

= 3,5/16+0,1 = 0,32.

М = 0,56 ? 0,5•0,32 = 0,4.

Максимальное значение М не превышает 0,4.

4) Действительная температура газов на выходе из топки ,С, определяется по формуле (6-35) [1]:

где - абсолютная адиабатическая температура горения,

;



- средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

- полная поверхность стен, включая площадь горелок; м²;

- коэффициент теплового излучения топки;

- коэффициент сохранения теплоты, =1? [q₅/(_к+q₅)] = 0,992;

- расчетный расход топлива (с учётом механического недожога), кг/с.

Полученное значение =1015С сравниваем с предварительно принятым значением =1050С. Расхождение не превышает + 100С. Нормативное требование выполняется (см. стр. 104 [1]).

Температуру газов на выходе из топки можно определить по номограмме 4 [1]. Для этого предварительно нужно рассчитать:

1) адиабатическую (теоретическую) температуру горения газов С;

2) коэффициент излучения газового факела ;

3) средний коэффициент тепловой эффективности экранов ;

4) эмпирический коэффициент М, учитывающий расположение ядра факела (М = 0,4);

5) .

Принимаем температуру газов на выходе из топки =1015С.

Рассчитываем энтальпию газов на выходе из топки:

5) Количествотепла, воспринятого в топке:

где коэффициент сохранения теплоты (см. п. 3.7 настоящего расчёта);

полезное тепловыделение в топке (см. п. 4.3 настоящего расчёта).

6) Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:

Расчетное тепловое напряжение топочного объема (подсчитано ранее, см. п. 4.1 настоящего расчёта):

.



5. Расчет фестона

5.1 Общие сведения

Поверочный тепловой расчёт фестона сводится к определению количества тепла, воспринимаемого фестоном. Количество теплоты, воспринимаемое фестоном, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает ± 5%, то расчёт считается выполненным.

Конструктивно фестон состоит из труб заднего экрана, но размещенных с увеличенным поперечным S₁=200ч300 мм и продольным S₂=250ч400 мм шагами. При этом трубы фестона разводятся в несколько рядов Z₂. Иногда фестон выполняется из труб большего диаметра (около 100 мм), расположенных в один ряд (S₁=400ч800 мм).

Из расчета топки для предыдущей поверхности нагрева известными являются температура и энтальпия газов перед фестоном. Температура газов за фестоном принимается с последующей проверкой и уточнением ее. Кроме этого, она должна быть увязана с условиями обеспечения надежной работы пароперегревателя. Согласно [2] охлаждение дымовых газов в фестоне можно предварительно принять для однорядных фестонов (Z₂=1) 7-10^_С, для двухрядных - 15-20^_С, для трехрядных фестонов - 30-40 ^_С и для четырехрядных - 50-60^_С (меньшее значение для влажного топлива, большее - для сухого). Количество рядов по ходу газов в фестоне Z₂ принимается из чертежа котла.

Температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла, температурный напор определяется по формуле



,

где - средняя температура газов в фестоне, ^_С;

t_н? температура кипения при давлении в барабане.

Средняя скорость газов в фестоне, величина, которая необходима для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяется из выражения (6.7) [2]. Объем газов на единицу топлива V_г определяется по избытку воздуха на выходе из топки.

Площадь живого сечения для прохода газов определяется из чертежа с использованием рис. 5.1.

Рисунок 5.1- К расчету живого сечения f фестона

,

где ?_ф - высота газового окна, где размещен фестон, м;

а - ширина котла по фронту, м;

d- диаметр труб (определяется из чертежа);

Z₁? число труб в одном ряду.

Если расстояние от крайней трубы фестона равно поперечному шагу S1, то

.



Если указанное расстояние равно S1/2, то

.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией бк при поперечном обтекании определяется в зависимости от формы пучка (коридорный или шахматный) по номограммам 7, 8 [1] или по рис. 6.4, 6.5 [2]. При косом обтекании коридорных пучков с углом между направлением потока и осями труб <80^_С полученная из номограммы величина бк умножается на 1,07.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формулам (6.35), (6.37) [2] или номограмме 18 [1], см. рис. 6.14 [2].

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле:

Шаги труб определяются по действительному расстоянию между осями труб из чертежа. При конструкторском расчете согласно [1] рекомендуются следующие шаги труб фестона S₁ ? 300, S₂ ? 200 мм.

Излучение газовых объемов на фестон не учитывается. Температура загрязненной стенки вычисляется по формуле

t₃ = t_н+ Дt,

где Дt= 80 ^оС.

Во всех случаях коэффициент теплоотдачи для фестона определяется по формуле:

,



гдеш? коэффициент тепловой эффективности.

Для фестонов котлов большой мощности и развитых котельных пучков котлов малой мощности в зависимости от рода топлива ш принимаются в диапазоне 0,5ч0,7 по таблице 7.4, 7.5 [1], табл. 6.4 [2].

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке б₁ для фестона определяется по формуле:

,

где о ? коэффициент использования поверхности.

Полная теплообменная поверхность фестона:

.

Для расчета количества теплоты, передаваемого от газов к фестону за счет конвективного теплообмена Q_T, по формуле (6.1) [2] в качестве расчетной поверхности нагрева принимается полная теплообменная поверхность фестона.

При поверочном расчете по уравнению теплопередачи определяется количество теплоты, переданное поверхности фестона Q_T, и сравнивается с величиной тепловосприятия фестона Q_ф, которая складывается из двух составляющих: теплоты, непосредственно отданной газами при их охлаждении от до теплоты, полученной фестоном излучением из топки.

,

Если расхождение между Q_Tи Q_Фне превышает ± 5%, то расчет не уточняется.



5.2 Геометрические параметры фестона

Геометрические параметры фестона принимаются по паспортным данным котла[7]:

? наружный диаметр труб d_H= 76мм;

? число рядов труб по ходу движения газов Z= 4;

? поперечный шаг труб S₁ = 180мм;

? продольный шаг труб S₂ = 400мм;

? расположение труб - шахматное;

? размер поверхности нагрева F_ф= 164м²;

? живое сечение для прохода газов f = 50,3 м²

При конструкторском расчете согласно [1] рекомендуются следующие шаги труб фестона S₁ ? 300, S₂ ? 200 мм.

5.3 Расчёт энтальпии дымовых газов на выходе из фестона

Температуру дымовых газов перед фестоном принимаем равной температуре газов на выходе из топки.

Температуру дымовых газов за фестоном определяем по формуле:

где Д?_ф=70 ^оС - охлаждение газов в фестоне.

Энтальпия дымовых газов на выходе из фестона:



5.4 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, по уравнению теплового баланса

Теплота, воспринимаемая фестоном, складывается из двух составляющих:

Q_ф= Q_б.ф+Q_л.ф

Теплота, отданная газами Q_б.ф вкДж/кг, рассчитывается по формуле (5.5) [2] по (уравнению теплового баланса)

,

гдеj- коэффициент сохранения теплоты, учитывает потери теплоты поверхностью нагрева в окружающую среду, j--= 0,992;

- энтальпия газов соответственно на входе в фестон и на выходе из фестона в кДж/кг;

Da- изменение коэффициента избытка воздуха в поверхностиохлаждения (фестона), Da=0;

- энтальпия присасываемого воздуха вкДж/кг.

Теплота Q_л.ф вкДж/кг, полученная фестоном излучением из топки, определяется по следующей формуле

,

где- угловой коэффициент трубного пучка, учитывает то, что не все тепло, излучаемое из топки, воспринимается фестоном. определяется по рис. 5.19 [2]. Принимаем

Q_л.вх.ф- теплота излучения из топки на фестон, кДж/кг.

Теплоту излучения из топки на фестон определяем по формуле (5.24) [2]:

где з_В- коэффициент распределения тепловой нагрузки по высоте топки, определяется по табл. 4.10 [2], принимаемз_В =0,8;

q_л- среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топочных экранов, кВт/м²определяется по формуле (4.49) [2];

F_л.ф- лучевоспринимающая поверхность фестона, м².

Тепло, полученное фестоном излучением из топки:

5.5 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, теплопередачей

Количество тепла Q_Tв кДж/кг, передаваемое фестону по условию теплопередачи определяем по формуле (6.1) [2]:



где F- расчетная теплообменная поверхность фестона, м²;

K- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²•К);

Дt- усредненный по всей теплообменной поверхности температурный напор, ;

B_p- расчетный расход топлива, кг/с.

Усредненный температурный напор определяем по рекомендациям, изложенным в [2] (см. стр. 148), при неизменной температуре одной из сред. Температуру пароводяной смеси в фестоне определяем по табл. XXIII [1] как температуру насыщения при давлении в барабане котла Р_бар= 15,6 МПа, t_ф= ^oС:

Усредненный температурный напор определяем по формуле (6.47) [2]:

Расчетную скорость W_Г в м/с, газов в фестоне определяем по формуле (6.7) [2]:

где V_Г- полный объем газов при сжигании 1 кг топлива при 0,1 МПа и 0 ^оС, определяемый по среднему избытку воздуха в газоходе в м³/кг, (табл. 2.1 настоящего расчета);

?ср - средняя температура дымовых газов в газоходе в ^оС, (определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее);

f - живое сечение фестона (сечение для прохода газов), м².

Коэффициент теплопередачи K, Вт/(м·К), определяем по следующей формуле (см. табл. 6.1 [2]):

,

где y--- коэффициент тепловой эффективности, принимается по табл. 6.4 [2], y=0,65;

a_1--- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, Вт/(м²·К).

a_1----определяется по формуле (6.5) [2]:

,

где x--- коэффициент использования поверхности нагрева, учитывает неравномерноеомывание поверхности газами (см. стр. 119 [2]), принимаем x--=1;

--a_к - коэффициент теплоотдачи конвенций от газов к поверхности нагрева, Вт/(м²·К);

--a_л - коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией a_к, Вт/(м²·К), для шахматных гладкотрубных пучков определяем по формуле (6.10) [2], по данным стр. 125 [2] или по номограмме 8 [1]:

или

,

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²·К), определяется по рис. 6.5 стр. 124 [2] (для шахматных трубных пучков при поперечном омывании);

C_Z- поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов, (см. стр. 125 [2]);

C_S- поправка на компоновку пучка, определяется в зависимости от относительных шагов у1 и у2 труб пучка. C_Sрассчитывается по одной из формул, приведённых на стр. 125, 126 [2] или определяется по рис. 6.5 [2].

С_ф? поправка на физические характеристики потока, (см. рис. 6.5 [2]).

Относительные шаги труб фестона рассчитываем по формулам:

C_S определяем по рис 6.5 [2], принимаем C_S =0,9.

При Z₂<10 и у₁ ?3,0:

.

С_ф определяем по рисунку 6.5 [2]:

при ?_ср=^оС,r_H2O = 0,27 принимаем С_ф=0,95;

при W_Г= 3,06м/с, d= 76мм, принимаем = 50,5Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи излучением a_л, Вт/(м²К), продуктов сгорания определяем по формуле:

,

где -----коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²К), определяется по номограмме 18 [1], по рис. 6.14 [2]; по известной температуре стенки фестона и средней температуре газов;

x--- коэффициент теплового излучения газовой среды (степень черноты продуктов сгорания для запыленного потока), определяется по температуре дымовых газов по формуле (4.37) [2]. Для газа и мазута по формуле (4.42) [2].

где - суммарная оптическая толщина продуктов сгорания, определяется по формуле (6.38) [2]

.

Эффективную толщину S излучающего слоя для гладкотрубных пучков определяем по формуле (6.40) [2].

р = 0,1 МПа - давление в топочной камере.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяем по формуле (4.40) [2] при r_H2O = 0,127; r_П=0,265;



.

= (1,04 + 3,58)·0,1·2,22 = 1,03.

Коэффициент теплового излучения (степень черноты) газового потока.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания равен:

Здесь = 280Вт/(м²•К) определяется по рис. 6.14 [2] при средней температуре газов в фестоне х_ср=°С и температуре загрязненной стенки труб фестона

t₃= t_н+ Дt =318,04 +80= 398,04 °С.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяем по формуле:

,

где о - коэффициент использования поверхности, о = 1.

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле:



Количество тепла, передаваемое фестону по условию теплопередачи, определяем по формуле:

5.6 Невязка баланса теплоты

Невязка баланса теплоты для фестона рассчитывается по формуле:

Невязка теплового баланса для фестона не превышает допустимого значения±5%, расчет фестона считается законченным.



Заключение

В данной расчетно-графической работе был произведен тепловой расчет топки типового парового котла ТП-170,работающего на каменном угле марки - Д,Г, класс - Р, отсев. Расчет показал, что сжигание данного вида топлива допускается при эксплуатации котла.

Выдержаны все температурные и эксплуатационные рамки. При расчетах получили КПД з=, температуру на выходе из топки равной 1015С.Расхождение не превышает 50 С. Также был рассчитан фестон для данного парового котла, в результате которого невязка баланса теплот составила 1,36.



Библиографический список

1. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. М.: Энергоатомиздат, 1988. 208 с.

2. Ковалев А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. 376 с.

3. Кудинов А.А. Краткий курс теории горения органических топлив. Самара: CамГТУ, 2004. 108 с.

4. Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем [Текст]: учебник для студ. вузов по направлению "Агроинженерия": рек. МСХ РФ / Р. А. Амерханов, Г. П. Ерошенко, Е. В. Шелиманова; под ред. Р. А. Амерханова. -. - М.: Энергоатомиздат, 2008. -. - 447 с.

5. Котельные установки промышленных предприятий [Текст]: учебник для студ. вузов, обуч. по спец. "Промышленная теплоэнергетика": допущено М-вомвысш. и сред. спец. образования СССР / Л. Н. Сидельковский, В. Н. Юренев. - 4-е изд. репр. -. - М.: БАСТЕТ, 2009. -. - 527 с.

6. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). М.: НПО ЦКТИ 1998.297 с

7. Поверочный расчет топки. Определение конструктивных размеров и характеристик топки. Электронный ресурс, ссылка для доступа:[https://studfile.net/preview/4695160/page:4/]

Размещено на Allbest.ru