Расчет теплового баланса парового котла

Принципиальное 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.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 12.05.2010
Размер файла 192,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Положительные результаты работы топливно-энергетического комплекса являются основой эффективности экономики любой страны. Причём эти результаты во многом зависят от работы, проводимой в области энергосбережения. В нашей стране задачей повышения эффективности работы энергетической отрасли народного хозяйства придаётся большое значение.

На примере работы минских тепловых электростанций приводим примеры топливоиспользования и системы оценки работы ТЭЦ.

Приоритетными направлениями повышения эффективности работы энергетической отрасли являются:

- увеличение комбинированной выработки энергии на теплоэлектростанциях;

внедрение во всех сферах новых, более совершенных энергосберегающих мероприятий и технологий;

повышение эффективности использования топлива, в первую очередь газа;

использование местных видов энергоресурсов;

увеличение использования возобновляемых энергоресурсов.

Получение электрической и тепловой энергии напрямую обусловлено сжиганием органического топлива, а эффективность работы энергетической отрасли неразрывно связана с показателями топливо использования. Чем они лучше, тем ниже себестоимость электроэнергии и тепла, а рентабельность топливно-энергетического комплекса, соответственно, выше. В совокупности это позволяет не только поддерживать основные средства производства в подлежащем техническом состоянии, но и осуществить модернизацию объектов, а также на системном уровне выполнять мероприятия по энергосбережению.

Как известно, основными показателями, которые характеризуют эффективность использования топлива, является удельный расход условного топлива на производство единицы электроэнергии и тепла. Существенное влияние оказывают на них следующие факторы:

реально сложившееся фактическое потребление электроэнергии и тепла разными группами потребителей, то есть структура энергопотребления;

техническое состояние оборудования, особенно отработавшего свой ресурс;

возможности и технические характеристики схем передачи, и распределение энергии, то есть внутренние потери;

оптимальный выбор состава работающего оборудования и распределение нагрузок.

Ряд перечислений можно расширить, но ясно одно: показатели эффективности топливоиспользования могут носить как объективный, так и субъективный характер.

Оптимальное распределение нагрузок работающего оборудования - задача весьма сложная, требует применения методов математического динамического программирования и решается только при помощи вычислительной техники.

На Минской ТЭЦ-3 удельный расход условного топлива на производство электроэнергии удалось снизить с 208,3 г условного топлива на один киловатт-час до 187,2.

На многих электростанциях такие внешние фактора, как снижение теплофикационной выработки, загрузка оборудования ТЭЦ в конденсационном режиме не позволяют достигать существенного улучшения показателей топливо использования.

1 Принципиальное устройство котла

Паровой котел ДЕ-6,5-14ГМ предназначен для выработки насыщенного пара, используемого для технологических нужд предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и систем горячего водоснабжения.

Котел двухбарабанный водотрубный выполнен по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.

Основными составными частями котла являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтовой стенки топки и задний экран.

Внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов равен 1000мм. Длина цилиндрической части барабана увеличивается с повышением паропроизводительности котлов. Барабаны изготавливаются из стали 16ГС ГОСТ 5520--79, и имеют толщину стенки 13 мм. Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы. Конвективный пучок образован коридорно-расположенными вертикальными трубами диаметром 51х2,5мм, присоединенными к верхнему и нижнему барабанам. Длина конвективного пучка по всей длине цилиндрической части барабана. Ширина конвективного пучка составляет 890мм. Шаг труб конвективного пучка вдоль барабанов 90мм. Поперечный - 110мм. В конвективном пучке котла для поддержания необходимого уровня скоростей газов устанавливается продольная ступенчатая стальная перегородка. Конвективный пучок от топочной камеры отделен газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Трубы газоплотной перегородки, правого бокового экрана образуют под и потолок топочной камеры, и трубы экранирования фронтовой стенки вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны.

Средняя высота топочной камеры составляет 2400мм, ширина-1790мм. Глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности. Трубы правого топочного экрана диаметр 51х2,5мм устанавливаются с продольным шагом 55мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий. Экранирование фронтовой стенки выполняется из труб диаметром 51х2,5мм. Основная часть труб конвективного пучка и правого топочного экрана, а также трубы экранирования фронтовой стенки топки присоединяются к барабанам вальцовкой. Трубы газоплотной перегородки, а также часть труб правого топочного экрана и наружного ряда конвективного пучка привариваются к барабанам электросваркой.

Опускным звеном циркуляционного контура являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка. В нижнем барабане размещается устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды. В качестве первичных сепарационных устройств используются установленные в верхнем барабане направляющие щиты и козырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичных сепарационных устройств применяются дырчатый лист и жалюзийный сепаратор. На котле ДЕ-6,5-14ГМ предусмотрена непрерывная продувка из нижнего барабана и периодическая из нижнего коллектора заднего экрана. На котле выход дымовых газов осуществляется через окно, расположенное на задней стенке котла.

Котел оборудован стационарным обдувочным аппаратом для очистки наружной поверхности труб конвективного пучка от отложений. Обдувочный аппарат имеет трубу с соплами, которую необходимо вращать при проведении обдувки. Наружная часть обдувочного аппарата крепится к обшивке левой конвективной стенки котла, а конец обдувочной трубы поддерживается при помощи втулки, приваренной к трубе пучка. Вращение обдувочной трубы производится вручную при помощи маховика и цепи. Для обдувки используется пар давлением не менее 0,7МПа. Для удаления отложений из конвективного пучка устанавливаются лючки на левой стенке котла.

У всех котлов на фронте топочной камеры имеется лаз в топку, расположенный ниже горелочного устройства, и три лючка-гляделки: два на правой боковой и один на задней стенках топочной камеры. На котле ДЕ-6,5-14ГМ взрывной клапан расположен на фронте топочной камеры над горелочным устройством. Обмуровка фронтовой стенки выполняется из огнеупорного шамотного кирпича и изоляционных плит. Нагрузку от элементов котла воспринимает опорная рама. Для установки нижнего барабана в конструкции опорной рамы предусмотрены поперечные балки. Нижний барабан на фронте котла закрепляется неподвижно посредством приварки барабана к подушке поперечной балки опорной рамы и неподвижными опорами. Каркас и обшивка со стороны фронта котла крепятся к нижнему барабану неподвижно. Тепловое расширение барабана предусмотрено в сторону заднего днища. На заднем днище нижнего барабана устанавливается репер для контроля за перемещением барабана.

Для сжигания топочного мазута и природного газа устанавливаются газомазутные горелки ГМ-4,5.

Котел ДЕ комплектуется двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольным. На котле ДЕ-6,5-14ГМ оба клапана установлены на верхнем барабане котла, один из них контрольный, срабатывающий при повышении давления более чем на 10%.

На всех элементах и трубопроводах котельного агрегата и его вспомогательных устройствах, заполняемых устройствах, заполняемых рабочим телом и находящихся под давлением, устанавливается соответствующая арматура. К арматуре относят устройства и приборы для управления работой элементов и частей котельных установки, находящейся под давлением, для включения, регулирования и отключения трубопроводов воды, пара или предохраняющие от превышения давления, а также контрольные приборы котлоагрегата (водоуказательные стекла для наблюдения за уровнем воды в барабане).

На ДЕ 6,5-14 устанавливается арматура: главная паровая задвижка; вентиль воздушник; вентиль отбора пара на собственные нужды; задвижки на питательных трубопроводах; два предохранительных клапана- пружинные; два водомерных стекла; манометр; вентили для непрерывной продувки; вентили для периодической продувке.

Для контроля уровня воды в паровом котле применяют водоуказательные приборы. Паровой котел ДЕ должен иметь не менее двух водоуказателей. Чаще всего используют водоуказатель с плоскими стеклами «клингер», вставленными на прокладке в рамку. Плоские стекла имеют сложное устройство, но удобны и безопасны в работе. Они лопаются редко, оставаясь при этом в металлической рамке и не разлетаясь на куски, вследствие чего для этих стекал, не нужны ограждения. На внутренней сторон стекла имеются продольные риски, благодаря которым вода в стекле кажется темной, а пар - светлым, т.е. создается отчетливая граница между темной полосой пара над ней.

Котел ДЕ должен быть снабжен двумя независимыми предохранительными клапанами, которые устраивают так, чтобы давление пара в котле не могло превышать допускаемое рабочее. Предохранительные клапаны выпускают излишний пар при через в мерном повышении давлении, т.е. когда стрелка манометра переходит за красную черту.

Парозапорные устройства (вентили, задвижки), предназначенные для отключения котла от потребителя воды или пара. В зависимости от параметров протекающей среды и размеров вентили могут соединяться с трубопроводами на фланцах, резьбе или с помощью сварки. Вентили имеют плоский или игольчатый клапан. Вентили с плоским клапаном используют в качестве запорных устройств, а игольчатым клапаном - для дросселирования.

В гарнитуру котельного агрегата входят дверца, лазы, гляделки, взрывные клапаны, шиберы или поворотные заслонки.

Для наблюдения за процессом горения топлива и конвективных газоходов в обмуровке котлоагрегата выполняют гляделки. Взрывные клапаны предохраняют обмуровку от разрушения при случайных хлопках в газоходах котла. С помощью чугунных дымовых шиберов или поворотных заслонок регулируют тягу и перекрывают боров.

2 Расчет процесса горения

Расчет процесса горения выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

Из таблицы характеристик топлив [источн.1] выбираем расчетные характеристики природного газа газопровода Кумертау-Ишимбай-Магнитогорск, %: СН4=85,9; С2Н6=6,1; С3Н8=1,5; С4Н10=0,8; С5Н12=0,6; N2=5,0; СО2=0,1; Qрн = 38380,4 МДж/м3.

Определяем теоретический объем воздуха V0, м33, необходимого для полного сгорания при сжигании газа

V0=0,0476 [0,5 СО+0,5Н2+1,5Н2S+?(m+n/4)СmНn2], (1)

где m - число атомов углерода;

n - число атомов водорода.

V0=0,0476[(1+4/4)85,9+(2+6/4)6,1+(3+8/4)1,5+(4+10/4)0,8+(5+12/4)0,6]=10,03.

Определяем теоретический объем азота V0N2, м33, в продуктах сгорания при сжигании газа

V0N2=0,79 V0 +Nр / 100. (2)

V0N2=0,79 10,03+5,0 / 100 =7,97.

Определяем объём трехатомных газов VRO2, м33, в продуктах сгорания при сжигании газа

VRO2=0,01(СО2+СО+Н2S+? m СmНn). (3)

VRO2=0,01(0,1+(1*85,9+2*6,1+3*1,5+4*0,8+5*0,6)=1,09.

Определяем теоретический объём водяных паров V0H2O, м33, в продуктах сгорания при сжигании газа

V0H2O=0,01(Н2S+Н2+? n/2 СmНn+0,124dг.тл)+0,0161 V0. (4)

V0H2O=0,01(4/2*85,9+6/2*6,1+8/2*1,5+10/2*0,8+12/2*0,6+0,124*10)+0,0161*10,03=2,2.

Определяем средний коэффициент избытка воздуха ср, для каждой поверхности нагрев

(5)

где ? и ? - коэффициент избытка воздуха перед и после газохода;

?T - коэффициент избытка воздуха на входе в топку; принимаем равным 1,05[источник 3].

? = ?+ , (6)

где - присос воздуха в поверхность нагрева.

Определяем избыточное количество воздуха Vвизб, м33, для каждого газохода

Vвизб = V0 (ср -1). (7)

Определяем действительный объём водяных паров VH2O, м33, для газа

VH2O=V0H2O + 0,0161 (ср-1) V0. (8)

Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания Vг, м33, для газа

Vг= VRO2 + V0N2 +Vвизб + VH2O. (9)

Определяем объемные доли трехатомных газов rRO2 и водяных паров rH2O, а также суммарную объемную долю rп

rRO2= VRO2 / Vг. (10)

rH2O= VH2O / Vг. (11)

rп = rRO2+ rH2O. (12)

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 1.

Таблица 1

- объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов.

Обозначение и расчетные формулы

10,5315

11,033

11,534

11,785

12,036

12,537

13,039

13,540

14,042

1,09

8,4715

8,973

9,4745

9,7252

9,976

10,477

10,979

11,480

11,982

2,200805

2,2016

2,2024

2,2028

2,2032

2,2040

2,2048

2,2056

2,2064

11,76231

12,264

12,766

13,018

13,269

13,771

14,273

14,776

15,278

0,187107

0,1795

0,1725

0,1692

0,166

0,1600

0,1544

0,1492

0,1444

0,092669

0,0888

0,0853

0,0837

0,0821

0,0791

0,0763

0,0737

0,0713

0,279776

0,2683

0,2578

0,2529

0,2481

0,2391

0,2308

0,2230

0,2157

3 Построение Н, Т-диаграммы

Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт производим для всего возможного диапазона температур от 100 до 22000C.

Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в последовательности, изложенной в источнике [2].

Определяем энтальпию теоретического объёма воздуха H0в, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур

H0в= V0 (с)в, (13)

где (с)в - энтальпия 1м3 воздуха, кДж/м3[опред. По табл. 3.4 ист. 2].

V0 - теоретический объём воздуха, необходимого для горения, м33 [опред. По табл. 3.3 ист. 2].

Значение теоретического объема воздуха для всего диапазона температур сводим в таблицу 2.

Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания H0г, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур

H0г = VRO2 (с)RO2 + V0N2 (с)N2+ V0H2O(с)H2O, (14)

где (с)RO2, (с)N2, (с)H2O - энтальпии 1м3 трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/ м3;

VRO2, V0N2, V0H2O - объёмы трёхатомных газов, теоретические объёмы азота и водяного пара, м33 [ табл. 3.4].

Значение и определение энтальпии теоретического объема продуктов сгорания для всего диапазона температур сведены в таблицу3.

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха Hвизб, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур

Hвизб=(б-1) H0в. (15)

Определяем энтальпию продуктов сгорания H, кДж/м3, при коэффициенте избытка воздуха б >1

H= H0г+ Hвизб. (16)

Значение и определение продуктов сгорания для всего диапазона температур сводятся в таблицу 4.

Таблица 2 - теплосодержание воздуха.

t0

(с)в

(с)в*

100

132,7

10,03

1334

200

267,1

2678

300

404

4052,1

400

543,5

5446,3

500

686,3

6880,6

600

832,4

8345

700

982,8

9849,5

800

1134

11374

900

1285,2

12889

1000

1440,6

14443

1100

1600,2

16048

1200

1759,8

17653

1300

1919,4

19248

1400

2083,2

20892

1500

2247

22537

1600

2410,8

24182

1700

2574,6

25817

1800

2738,4

27462

1900

2906,4

29147

2000

3074,4

30832

2100

3242,4

32517

2200

3410,4

34202

По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.

4 Тепловой баланс котла

Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.

Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, %

(17)

где Hух - энтальпия уходящих газов, кДж/м3;

H0х.в - энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяем при tв = 300С, кДж/м3;

ух - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

q4 - потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для природного газа q4 =0;

Qрр - располагаемая теплота топлива, кДж/м3.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха H0хв, кДж/м3, при температуре 300С

H0хв =39,8 V0 (18)

H0хв= 39,8 10,03 = 399,2

Определяем располагаемую теплоту Qрр, кДж/м3, для газообразного топлива

Qрр = Qсн (19)

где Qсн - низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м3

Qрр=38380

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3, %, обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4. По таблице 4.4 [2] q3=0,5.

Потеря теплоты от механической неполноты горения топлива q4, %, наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Для газа q4 = 0 %.

Потеря теплоты от наружного охлаждения q5, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле

q5= q5ном ( Dном / D) (20)

где q5ном - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2] q5ном =2,3;

Dном - номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D - расчетная нагрузка парового котла, т/ч.

q5=2,3 6,5/6,5 =2,3

Определяем КПД брутто збр, %, парового котла из уравнения обратного теплового баланса

збр=100-(q2+q3+q4+q5+q6). (21)

При сжигании газообразного топлива уравнение примет вид

збр =100-(q2+ q3 +q5)

збр =100-(6,2+0,5+2,3)=91,0

Определяем полезную мощность Qпг, кВт, парового котла

Qпг =Dн.п (hн.п - hп.в )+ 0,01рDн.п (hкип - hп.в) (22)

где Dн.п - расход выработанного насыщенного пара 1,8, кг/с;

hн.п - энтальпия насыщенного пара определяется из ист.4, 2789 кДж/кг;

hп.в - энтальпия питательной воды ист.4, 820 кДж/кг;

р - непрерывная продувка парового котла, 2,5 %;

hкип - энтальпия кипящей воды в барабане котла, 826 кДж/кг.

Qпг =1,8 (2789 - 419) + 0,01*2,5*1,8 (826- 419)=4284,3

Определяем расход топлива Впг, м3/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса

Впг = (Qпг / (Qрр збр))100 (23)

Впг = (4284,3/ (38380 91,0)) 100 =0,123

Определяем расчётный расход топлива Вр, м3

Вр пг= 0,123

Определяем коэффициент сохранения теплоты ц

(24)

ц = 1-2,3/(91,0 +2,3) = 0,975

5 Расчет топочной камеры

Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [2] в следующей последовательности.

Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 10350С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 - Энтальпии продуктов сгорания Н = ѓ (), кДж/м3.

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Qт, кДж/м3

(25)

где Qв - теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м3

Qт =38380 (100-0,5)/100+419,6=38607,6

Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Qв, кДж/м3, определяем

Qв =бЅт H0х.в. (26)

Qв =1,05*399,2=419,16

Определяю коэффициент ш тепловой эффективности экранов

ш = ч о, (27)

где ч - угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение ч определяется из рисунка 5.3 [2] ; ч=0,97;

о - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2]: о=0,67.

ш = 0, 97*0, 67=0, 65

Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя

S=3,6Vт/Fст (28)

где Vт - объем топочной камеры, м3;

Fст - поверхность стен топочной камеры, м2.

S=3, 6*11, 2/29, 97=1, 35

Определяем коэффициент k, (м·МПа)-1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами kг и сажистыми частицами kс

k = kг rп + kс (29)

где kг - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)-1;

rп - суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаю по таблице 1;

kс -коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)-1.

Коэффициент kг, (м·МПа)-1 , ослабления лучей трехатомными газами определяю по формуле

(30)

где рп = rп р - парциальное давление трёхатомных газов, МПа;

р - давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПа;

т - абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент kс , (м·МПа)-1, ослабления лучей сажистыми частицами

kс (31)

где Ср, Нр-содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.

При сжигании природного газа

(32)

где СmНn - процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %

k=8,75*0,257+1,147=3,43

Определяем степень черноты факела аф.

Для газообразного топлива степень черноты аф факела

аф =mасв +(1- m) аг (33)

где m -коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,12 при qV=421 кВт/м3;

асв - степень черноты светящейся части факела;

аг - степень черноты несветящихся трёхатомных газов.

Значения асв и аг определяю по формулам

асв=1 - е-( kг rп + kс) р s (34)

аг=1 - е -kг rп р s (35)

асв=1 - е-(3,43*0,1*1,35)=0,37

аг=1 - е -8,75*0,257*0,1*1,35=0,259

аф =0,12*0,37+(1-0,12)*0,257=0,274.

Определяем степень черноты топки ат для камерной топки при сжигании газа

(36)

ат=0,274/(0,274+(1-0,274)*0,65)=0,36

Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].

Определяем среднюю суммарную теплоёмкость Vс.ср, кДж/м3·К, продуктов сгорания на 1 м3 газа при нормальных условиях

Vс.ср=(Qт - H?т) / (Та?т) (37)

где Та - теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Qт, равному энтальпии продуктов сгорания На; Та=2254, К.

Т?т -температура (абсолютная) на выходе из топки, К;

H?т - энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;

Qт - полезное тепловыделение в топке, кДж/м3.

Vср

Определяю действительную температуру х?т, 0С, на выходе из топки

х?т = (38)

Полученная температура на выходе из топки х?т = 10330С сравнивается с температурой, принятой ранее, 10350С. Расхождение между полученной температурой х?т, 0С, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±1000С, расчет считается оконченным.

Определяем удельную нагрузку топочного объема qV, кВт/м3

qV= ВрQрн/Vт. (39)

qV=0,123*38380/11,2=421

6 Расчет конвективных пучков

При расчете конвективных поверхностей нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м3 сжигаемого газа при нормальных условиях.

Расчёт первого конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода х? = 4000С и х? = 3000С. Далее весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур.

Определяем теплоту Qб ,кДж/м3, отданную продуктами сгорания

Qб = ц (H?- H?+ Дбк H0прс) (40)

где H? - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, кДж/м3;

H? - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3;

Дбк - присос воздуха в поверхность нагрева;

H0прс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 300С, кДж/м3;

ц - коэффициент сохранения теплоты.

Q400б = 0,975 (20239-7522+0,05399,2) =12418

Q300б = 0,975 (20239-5574+0,05399,2) =14317

Определяем расчётную температуру потока х, 0С, продуктов сгорания в конвективной поверхности

(41)

где х? - температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, 0С;

х? - температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева 0С.

х 400=(1033+ 400) / 2=716,5

х300=(1033+ 300) / 2=666,5

Определяем температурный напор ?t, 0С

?t = х - tк (42)

где tк - температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, 0С.

?t 400 = 716,5 - 194,1 = 522,4

?t 300 = 666,5 - 194,1 = 472,4

Рассчитываем среднюю скорость щг, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева

(43)

где Вр - расчетный расход топлива, м3/с;

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;

Vг - объем продуктов сгорания на 1 м3 газообразного топлива, м33;

х - средняя расчетная температура продуктов сгорания, 0С.

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией бк, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков

бк = бн сzсsсф (44)

где бн - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме рис.6.1 [2] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м2·К); бн400=95, бн300= 91;

сz - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; сz400=1, сz300=1;

сs - поправка на компоновку пучка; сs400=1, сs300=1;

сф - коэффициент, учитывающий влияние измерения физических параметров потока; сф400=1,09, сф300=1,11.

б500к=95111,09=103,5

б400к=91111,11=101

Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину

kрs = ( kг rп) ps (45)

где kг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

р - давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1.

Определяем толщину излучающего слоя s,м, для гладкотрубных пучков

s = (46)

s =

kрs 400 =34,69*0,253* 0,10,177=0,155

kрs 300 =35,59*0,253*0,1*0,177=0,159

Определяем коэффициент теплоотдачи бл, Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для незапыленного потока при сжигании газообразного топлива

блн а сг (47)

где бн - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К), определяем по номограмме на рис.6.4 [2];

а - степень черноты;

сг - коэффициент, определяем по рис.6.4 [2].

Для определения бн и коэффициент сг определяем температуру tз, 0С, загрязненной стенки

tз = t + ?t (48)

где t - средняя температура окружающей среды, 0С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;

?t - при сжигании газообразного топлива принимаем равной 250С.

tз = 194,1 + 25 = 219,1

б400н =45; б300н =33

а400 = 0,14; а300 = 0,15

сг400 = 0,98; сг300 = 0,93

бл400 =450,140,98 = 6,4

бл 300 =330,150,93 = 4,7

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи б1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева

б1 = о (бк+ бл) (49)

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

б1400 =1(103,5+6,4)=109,9

б1300 =1(101+4,7)=105,7

Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К)

К = б1 ш (50)

где ш - коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл.6.2 [2]; принимаем равным 0,85.

К400 = 0,85109,9 = 93,5

К300 = 0,85105,7 = 89,8

Определяем количество теплоты Qт, кДж/м3, воспринятое поверхностью нагрева

(51)

где Дt - температурный напор, 0С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева

(52)

По принятым двум значениям температуры х? и х? полученным двум значениям Qб и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура х? на выходе из первого конвективного пучка равна 3700С.

Расчет второго конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2] аналогично первому конвективному пучку.

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода х? =3000С и х? =2000С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

Определяем теплоту Qб ,кДж/м3, отданную продуктами сгорания по формуле

Qб = ц (H?- H?+ Дбк H0прс)

Q300б = 0,975 (7422-3945+0,1*399,2) =3897

Q200б = 0,975 (7422-5980+0,1399,2) =1912

Определяем расчётную температуру потока х, 0С, продуктов сгорания в конвективной поверхности по формуле

х 300=(370+ 300) / 2=335

х 200=(370+200) / 2=285

Определяем температурный напор ?t, 0С, по формуле (42)

?t = х - tк

?t 300 = 335 - 194,1 = 140,9

?t 200 = 285 - 194,1 = 90,9

Рассчитываем среднюю скорость щг, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева по формуле

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией бк, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков по формуле

бк = бн сzсsсф

бн300=73, бн200= 68

сz300=1, сz200=1

сs300=1, сs200=1

сф300=1,11, сф200=1,15

б300к=73111,11=81

б300к=68111,15=78,2

Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину по формуле

kрs = ( kг rп) ps

Определяем толщину излучающего слоя s, м, для гладкотрубных пучков по формуле

s =

s =

kрs 300 =40,6*0,236* 0,10,177=0,17

kрs 200 =42,5*0,236*0,1*0,177=0,18

Определяем коэффициент теплоотдачи бл, Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для

незапыленного потока при сжигании газообразного топлива по формуле (47)

блн а сг

Для определения бн и коэффициент сг определяем температуру tз, 0С, загрязненной стенки по формуле

tз = t + ?t

tз = 194,1 + 25 = 219,1

б300н =33; б200н =26

а300 = 0,14; а200 = 0,15

сг300 = 0,94; сг200 = 0,9

бл400 =670, 140,94 = 4,5

бл 200 =590,150,9 =3,6

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи б1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева по формуле

б1 = о (бк+ бл)

б1300 =1(81+4,5)=85,5

б1200 =1(78,2+3,6)=81,7

Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К), по формуле

К = б1 ш

К300 = 0,8585,5 = 72,7

К300 = 0,8581,7 = 69,5

Определяем количество теплоты Qт, кДж/м3, воспринятое поверхностью нагрева по формуле

где Дt - температурный напор, 0С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева, определяемый по формуле

По принятым двум значениям температуры х? и х? полученным двум значениям Qб и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура х? на выходе из второго конвективного пучка равна 274.

7 Расчет экономайзера

Расчёт водяного экономайзера производим по формулам в соответствии с источником [2] .

Определяем теплоту отданную продуктами сгорания Qб, кДж/м3 при приятой температуре уходящих газов

Qб = ц (H? - H?+ Дб эк H0прс) (53)

где H? - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/м3

H? - энтальпия уходящих газов, кДж/м3;

Дбэк - присос воздуха в экономайзер;

H0прс - энтальпия теоретического количества воздуха, Дж/м3;

ц - коэффициент сохранения теплоты.

Qб =0,975 (5450-3150+0,1399,2) =2339,9

Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды h?эк, кДж/кг, после водяного экономайзера

(54)

где h?эк - энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг;

D - паропроизводительность котла, кг/с;

Dпр - расход продувочной воды, кг/с.

По энтальпии воды после экономайзера определяем температуру воды после экономайзера t?эк, 0С.

t?эк = h?эк/с (55)

t?эк = 575,2/4,19 = 137,3

В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определяем температурный напор Дt, 0С

Н, м

(56)

где Дtб и Дtм - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, 0С

Выбираем к установке чугунный экономайзер ВТИ с длиной труб 1500мм; площадью поверхности нагрева с газовой стороны 2,18 м2; площадью живого сечения для прохода продуктов сгорания Fтр=0,088 м2.

Определяем действительную скорость щг, м/с, продуктов сгорания в экономайзере

(57)

где хэк - среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, 0С;

Fэк - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2.

хэк =(274+150) / 2=212

Fэк = z1 Fтр (58)

где z1 - число труб в ряду.

Fэк =50,088 = 0,44

Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К),

К = Кнсх. (59)

К = 20*1,02 = 20,4

Определяем площадь поверхности нагрева Нэк, м2, водяного экономайзера

(60)

Определяем общее число труб n, экономайзера

n =Нэк / Нтр (61)

где Нтр - площадь поверхности нагрева одной трубы, м2.

n = 163,6/ 2,18 = 75

Определяем число рядов труб m

m = n / z1 (62)

где z1 - принятое число труб в ряду.

m=75 / 5=15

К установке принимаем 15 рядов труб.

8 Аэродинамический расчет котельного агрегата

Аэродинамический расчет котельной установки ведём по формулам в соответствии с источником [7]

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 Дhк.у, Па, определяется по формуле:

Дhк.у = Дhт + Дhкп1 +Дh кп2+ Дhэк + Дhм.с+Дhна (63)

где Дhт - разряжение в топке, создаваемое дымососом, Па;

Дhкп1 и Дh кп2- сопротивление конвективных пучков, Па;

Дhэк - сопротивление экономайзера, Па;

Дhм.с - местные сопротивления, Па;

Дhна- сопротивление направляющего аппарата, Па.

Дhк.у =30+553+247+162+249+11=1252

Определяем разряжение в топке Дhт, Па, принимаем равным

Дhт = 30

Исходя из источника [7] стр.30.

Определяем сопротивление первого конвективного пучка Дhкп1, Па,

(64)

где г ? плотность дымовых газов в газоходе, кг/м3.

(65)

где о ? плотность дымовых газов при 0 ?С, кг/м3

иг ? средняя температура газов в первом конвективном пучке, ?С.

(66)

(67)

щк.2 - скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с

(68)

ок - коэффициент сопротивления конвективного пучка.

ок= о0* z2 (69)

где о0 - коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб.

о0уRе* огр (70)

где Су, СRе, огр - значения, определяемые по номограмме, рис VII-6 [7].

Су = 0,56. СRе = 1,3. огр = 0,48

о0=0,56*1,3*0,48=0,4

ок=0,4*26=10,4

Определяем сопротивление второго конвективного пучка Дhкп, Па, по формуле

(71)

где г ? плотность дымовых газов в газоходе, кг/м3, по формуле

(72)

где о ? плотность дымовых газов при 0 ?С, кг/м3;

иг ? средняя температура газов в конвективном пучке, ?С, по формуле

(73)

щк.2 - скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с, по формуле

. (74)

ок - коэффициент сопротивления конвективного пучка, по формуле (69)

ок= о0* z2

где о0 - коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб по формуле (70)

о0уRе* огр

где Су, СRе, огр - значения, определяемые по номограмме, рис VII-6 [7].

Су = 0,56. СRе = 0,9. огр = 0,46

о0=0,56*0,9*0,46=0,23

ок=0,23*26=6,02

Определяем сопротивление экономайзера Дhэк, Па

(75)

где n ? число рядов труб по ходу газов; n=15;

г ? плотность дымовых газов в экономайзере, кг/м3.

(76)

Определяем сопротивление двух поворотов под углом 900 и двух поворотов под углом 1800 Дhм.с, Па

(77)

где ом - коэффициент местных сопротивлений; под углом 900 ом=1 под углом 1800 ом=2.

ом =1*2+2*2 =6

- скорость местных сопротивлений , которая определяется

(78)

г ? плотность дымовых газов местных сопротивлений, кг/м3

(79)

где им.с ? средняя температура газов местных сопротивлений, ?С, по формуле

(80)

Определяем сопротивление направляющего аппарата, Па

(81)

где щна - скорость продуктов сгорания в направляющем аппарате, м/с

(82)

F- площадь направляющего аппарата, м2

(83)

ин.а ? средняя температура газов в конвективном пучке, ?С,

9 Выбор тягодутьевых устройств

Выбор дымососа

Для котлов паропроизводительностью 1 тонна и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дымососы. Выбор дымососа производится по формула источника [7].

Определяем производительность дымососа прямого действия по формуле

(84)

где - расчетное количество сжигаемого топлива, кг/ч;

объем дымовых газов перед дымососом, м3/кг;

идым - температура дымовых газов перед дымососом, ?С.

м3/с м3/ч.

Определяем расчетный полный напор дымососа Hp, мм вод.ст.,

(85)

где суммарное сопротивление по газовому тракту всех элементов, мм вод.ст.;

разряжение, создаваемое дымовой трубой, мм рт.ст. Принимаем равное 0.

Пересчитываем напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге, Hдым, мм вод.ст,

(86)

Определяем мощность электродвигателя для привода дымососа N, кВт

(87)

где ? производительность, м3/ч;

? напор, мм вод.ст.;

КПД дымососа, %.

По таблице 14.4 [4] выбираем подходящий по производительности Vр и напору дымосос; выписываем его основные характеристики:

марка дымососа ДН?9

производительность 14,65*103 м3

напор 1,78 кПа

КПД 83 %

масса без электродвигателя 536 кг.

марка электродвигателя 4А160S6

мощность 11 кВт.

Выбор вентилятора

Для котлов паропроизводительностью от 1 тонны и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дутьевые вентиляторы. Расчет ведется по источнику[7].

Из источника [4] выбираем горелку. К установке применяется ГМ-4,5

Определяем полный расчетный напор вентилятора Hp, Па

(88)

где ? сопротивление горелки ист. [4];

? сопротивление воздуха, ист. [4].

Па

Определяем производительность вентилятора (количество холодного воздуха забираемого вентилятором) Vд.в, м3/ч по формуле

(89)

м3/см3

Пересчитываем напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге, Hдым, мм вод.ст по формуле

Определяем мощность для привода вентилятора Nдв, кВт по формуле

По таблице 14.1 [4] выбираем подходящий по производительности Vр и напору вентилятор; выписываем его основные характеристики:

марка вентилятора ВДН?8

производительность 10,20*103 м3

напор 2,19 кПа

КПД 83 %

масса без электродвигателя 417 кг.

марка электродвигателя 4А-16036

мощность 11 кВт.

10 Расчет дымовой трубы

Расчет дымовой трубы ведем по формулам в соответствии с источником [2].

Определяем выброс оксидов азота MNO2, г/с

(90)

где в1 ? безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества сжигаемого топлива, принимается по таблице 12.3 [2];

в1=0,85

в3 ? коэффициент, учитывающий конструкцию горелок; принимается для прямоточных горелок равным 0,85;

r ? степень рециркуляции продуктов сгорания в процентах расхода дутьевого воздуха; при отсутствии рециркуляции r = 0;

в2 ? коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих продуктов сгорания, т.к. нет рециркуляции;

Вр -расход топлива, мі/с;

k ? коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 тонну сожженного условного топлива, кг/т; для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч определяется по формуле

(91)

где D ? паропроизводительность котла, т/ч

Определяем диаметр устья дымовой трубы , м

(92)

где ? объёмный расход продуктов сгорания через трубу при температуре их в выходном сечении, мі/с

скорость продуктов сгорания на выходе из трубы принимаем равной 20 м/с

Принимаем стандартный диаметр устья дымовой трубы 1,2 м.

Определяем предварительную минимальную высоту трубы Hmin, м

(93)

где А ? коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности;

А = 120

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

F = 1

? предельно допустимая концентрация , мг/мі; принимается по таблице 12.1 [2];

ДТ ? разность температур продуктов сгорания, выбрасываемых из трубы и окружающего воздуха, К.

(94)

В соответствии со СНиП 35-76 к установке принимаем трубу из кирпича выходным отверстием 1,2 м. Высота дымовой труб принимаем 30м.

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.


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 11.06.2010

  • Расчет топочной камеры котельного агрегата. Определение геометрических характеристик топок. Расчет однокамерной топки, действительной температуры на выходе. Расчет конвективных поверхностей нагрева (конвективных пучков котла, водяного экономайзера).

    курсовая работа [139,8 K], добавлен 06.06.2013

  • Определение объемов воздуха и продуктов сгорания, коэффициента полезного действия и расхода топлива. Расчет топки котла, радиационно-конвективных поверхностей нагрева, ширмового пароперегревателя, экономайзера. Расчетная невязка теплового баланса.

    дипломная работа [1,5 M], добавлен 15.11.2011

  • Назначение и параметры котельного агрегата. Описание пароводяного тракта, поверхности нагрева. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котла и топочной камеры. Расчет водяного экономайзера, уточнение теплового баланса.

    курсовая работа [525,8 K], добавлен 16.06.2014

  • Технические характеристики котла ТГМ-151. Расчёт теплового баланса котельного агрегата. Конструкция топочной камеры. Схема внутрибарабанных устройств. Назначение регенеративного воздухоподогревателя и пароохладителя. Устройство водяного экономайзера.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 31.03.2018

  • Выбор расчетных температур и способа шлакоудаления. Расчет энтальпий воздуха, объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет КПД парового котла и потерь в нем. Тепловой расчет поверхностей нагрева и топочной камеры. Определение неувязки котлоагрегата.

    курсовая работа [392,1 K], добавлен 13.02.2011

  • Характеристики судовых паровых котлов. Определение объема и энтальпия дымовых газов. Расчет топки котла, теплового баланса, конвективной поверхности нагрева и теплообмена в экономайзере. Эксплуатация судового вспомогательного парового котла КВВА 6.5/7.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 31.03.2012

  • Назначение, 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 28.08.2014

  • Расчет объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расчетный тепловой баланс и расход топлива котельного агрегата. Проверочный расчет топочной камеры. Конвективные поверхности нагрева. Расчет водяного экономайзера. Расход продуктов сгорания.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 11.04.2012

  • Описание конструкции котла и топочного устройства. Расчет объемов продуктов сгорания топлива, энтальпий воздуха. Тепловой баланс котла и расчет топочной камеры. Вычисление конвективного пучка. Определение параметров и размеров водяного экономайзера.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.01.2014

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