Тепловой расчет теплового котла

Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, а также энтальпии воздуха. Тепловой баланс теплового котла. Расчет теплообменов в топке, в газоходе парового котла. Тепловой расчет экономайзера.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 21.10.2014
Размер файла 242,4 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

3. Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания

4. Тепловой баланс теплового котла

5. Расчет теплообменов в топке

6. Расчет теплообмена в газоходе парового котла

7. Тепловой расчет экономайзера

8. Определение невязки теплового баланса котла

9. Результаты теплового расчёта

Литература

Введение

Паровым или водогрейным котлом называется устройство, в котором для получения пара или нагрева вода под давлением выше атмосферного используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива.

Поверочный расчет парового котла выполняется для оценки показателей экономичности, выбора вспомогательного оборудования, получения исходных данных для последующих расчетов: аэродинамических, гидравлических, прочностных.

При выполнении поверочного расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в определении температур газовой среды и тепловосприятий рабочего тела в поверхностях нагрева заданного котла.

Газо-мазутные вертикально-водотрубные паровые котлы типа ДЕ паропроизводительностью 10 т/ч предназначены для выработки насыщенного или слабонасыщенного пара давлением 1,4 МПа. Топочная камера котлов размещена сбоку от конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованных в верхнем и нижнем барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранов труб - 1790 мм, глубина топочной камеры изменяется в зависимости от номинальной паропроизводительности котла.

Основными составными частями этих котлов являются: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтальный, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру. Трубы перегородки и правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана приварены к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159х6мм. Трубы фронтального экрана котлов приварены к коллекторам диаметром 159х6мм. Шаг труб вдоль барабана 90 мм, поперечный - 110мм. Для поддержания необходимого уровня скоростей газов в конвективных пучках котлов установлены продольные ступенчатые перегородки.

Плотное экранирование боковых стен, потолка и пола топочной камеры позволяет на котлах применять легкую изоляцию в 2-3 слоя изоляционных плит толщиной 100мм. Обмуровка фронтальной и задней стен выполнена из шамотного кирпича толщиной 65мм. и изоляционных плит общей толщиной 100мм. Для уменьшения присосов в газовый тракт котла снаружи изоляцию покрывают металлической листовой обшивкой толщиной 2мм., приваренной к обвязочному каркасу. В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяют стандартные чугунные экономайзеры из труб ВТИ.

1. Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха

Температура уходящих газов оказывает решающее влияние на экономичность работы парового котла, так как потеря теплоты с уходящими газами является при нормальных условиях эксплуатации наибольшей даже в сравнении с суммой других потерь. Однако, глубокое охлаждение газов требует увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева и во многих случаях приводит к усилению низкотемпературной коррозии.

Температура уходящих газов за хвостовой поверхностью нагрева (экономайзером) выбирается в зависимости от вида сжигаемого топлива. Газ месторождения Комсомольское 2. =120оС.

Для расчета действительных объемов продуктов горения по поверхности нагрева котельного агрегата выбирают коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха в отдельных газоходах . =1,1.

В топку и газоходы котла при наличии в них отверстий и неплотностей из атмосферы поступает воздух, который называют присосом . В газоплотных топках у котлов серии ДЕ .

Присосы воздуха в газоходах парового котла принимают ,.

Рис. 1. Распределение коэффициентов избытка воздуха по поверхностям нагрева котла

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Объемы продуктов сгорания и воздуха выражаются в м3 при нормальных условиях (0°С и 0,1 МПа) при сжигании 1 м3 газового топлива.

Состав органического топлива: CH4=94,5%; C2H6=2,1%; C3H8=0,5%; C4H10=0,1%; C5H12=0,1%; CO2=0,2%; N2=1,6%; Qр=33530 кДж/м3.

При сжигании природного газа расчет теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания производится на основании процентного состава компонентов, входящих в него:

теоретический объем воздуха:

теоретические объемы продуктов сгорания воздуха:

где - влагосодержание газообразного топлива при расчетной температуре 10°C

Действительные объемы продуктов сгорания при избытке воздуха в газоходах определяются по формуле:

Расчет объемов продуктов сгорания при б>1 сводят в таблицу.

Таблица 1: Объемы продуктов сгорания

Величина и расчетная формула

Поверхность нагрева

топочная камера

газоход

экономайзер

Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева

1,05

1,15

1,25

Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева

1,05

1,1

1,2

Действительный объем водяных паров

2,16

2,17

2,18

Полный объем газов

11,18

11,67

12,64

Объемная доля трехатомных газов

0,090

0,087

0,080

Объемная доля водяных паров

0,193

0,186

0,172

Объемная доля трехатомных газов и водяных паров

0,283

0,273

0,252

3. Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Для всех видов топлива энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, в кДж/м3, при расчетной температуре oС, определяют по формулам:

;

.

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха б>1

В приведенных формулах:

теплоемкость соответственно воздуха, трехатомных газов, азота и водяных паров, [5, таблица П1], - коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева,.

Поскольку на данном этапе расчета температура газов за той или иной поверхностью нагрева еще неизвестна, расчет энтальпий газов делается на весь возможный за данной поверхностью диапазон температур.

Результаты расчета энтальпий газов при действительных избытках воздуха сведем в таблицу.

Таблица 2: Энтальпии продуктов сгорания

Поверхность нагрева

Температура за поверхностью , oC

Топочная камера

2000

900

35179

14590

29118,96

12247,09

2912

1225

38091

15815

Газоход

1100

200

18266

2976

15282,70

2531,26

3057

506

21323

3482

Экономайзер

300

100

4753

1471

3825,43

1256,11

1148

377

5901

1848

По результатам расчета строится диаграмма.

4. Тепловой баланс парового котла

Распределение теплоты, вносимой в котел при сжигании топлива, на полезно использованную теплоту и тепловые потери носит название теплового баланса. Тепловой баланс составляется на 1 м3 газообразного топлива. Уравнение теплового баланса имеет вид:

где - располагаемая теплота топлива;

Q1- полезно используемая теплота для производства водяного пара;

Q2- потери теплоты с уходящими газами;

Q3- потери теплоты от химической неполноты сгорания;

Q4- потери теплоты от механической неполноты сгорания;

Q5- потери теплоты в окружающую среду;

Q6-потери с физической теплотой шлаков;

Если отнести все слагаемые теплового баланса к располагаемой теплоте и выразить их в процентах, то уравнение теплового баланса примет вид:

В связи с тем, что в котле сжигается газ, то q4 и q5 отсутствуют.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата (брутто) определяется из данного уравнения:

Располагаемая теплота газообразного топлива определяется по уравнению:

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:

где Jух - энтальпия уходящих газов при ,

определяется по диаграмме;

- коэффициент избытка воздуха за экономайзером, =1,25;

- энтальпия воздуха при температуре в котельной tхв=30°C, определяется по формуле:

.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания зависит от рода топлива и типа топочного устройства. При сжигании природного газа .

Потеря теплоты от наружного охлаждения для стационарных паровых котлов принимается =1,7% [5, рис.2]при производительности котла D=10.

Распределение по отдельным элементам котельного агрегата, производится пропорционально количеству теплоты, отдаваемому продуктами сгорания в соответствующем элементе и учитывается введением коэффициента сохранения теплоты :

Полное количество полезно используемой теплоты Q1 для производства водяного пара определяется по формуле :

где D - паропроизводительность агрегата, D=10000 кг/ч ;

i", i', iп.в - энтальпия, соответственно сухого насыщенного пара, котловой и питательной воды, при P=0,7МПа,

где св - теплоёмкость питательной воды, принимают равной 4,19 кДж/кг;

tп.в - температура питательной воды, принимают равной 104 оС.

П - процент непрерывной продувки, принимается равным 3%.

Расход топлива, подаваемого в топку, определяется по формуле:

Расчётный расход топлива определяется с учётом потери теплоты от механической неполноты сгорания. В связи с тем, что сжигается газ, то

5. Расчет теплообмена в топке

Топка парового котла служит для сжигания топлива и получения продуктов сгорания с высокой температурой. Перенос теплоты в топке от факела горящего топлива и высокотемпературных продуктов сгорания к экранным поверхностям нагрева осуществляется, в основном, излучением. Поэтому, расчет теплообмена в топке проводится с условием преобладающего влияния радиационной составляющей.

Целью расчета является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки , удельной нагрузки на единицу объема топки .

Таблица 3(а). Конструктивные характеристики топки

Наименование величины

Обозначение

Размеры

ДЕ 4

ДЕ 6,5

ДЕ 10

ДЕ 16

ДЕ 25

Лучевосприн. поверхность нагрева

М2

21,81

27,93

38,96

48,13

60,46

Полная поверхность стен топки

М2

23,80

29,97

41,47

51,84

64,22

Объем топочной камеры

М3

8,01

11,20

17,17

22,6

29,0

Диаметр труб

d

мм

51

51

51

51

51

Шаг труб

S

мм

55

55

55

55

55

Таблица 3: Расчет теплообмена в топке

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула и обоснование

Расчет

Коэффициент избытка воздуха в топке

-

[5, табл.2]

Теплота, вносимая дутьевым воздухом

Qв

Полезное тепловыделение в потоке

Qт

Энтальпия

Теоретическая температура горения

оС

диаграмма

=1840

Лучевоспринимающая поверхность

Fл

м2

Табл. 3(а)

Fл=38,96

Полная поверхность стен топки

Fст

м2

Табл. 3(а)

Fст=41,47

Объем топки

м3

Табл. 3(а)

Vт=17,17

Степень экранирования топки

-

Эффективная толщина излучающего слоя

S

м

Температура на выходе из топки

оС

предварительно принимается

=1100

Суммарная поглощательная способность 3-х атомных газов

,

где P=0,1МПа

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомных газов

Сила поглощения потока

Коэффициент теплового излучения несветящихся газов

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

Коэффициент теплового излучения светящейся частью факела

-

Коэффициент усреднения

-

m=0,1

Коэффициент теплового излучения факела при сжигании газа

-

Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности

-

Относительный шаг труб настенного экрана

-

Табл. 3(а)

Угловой коэффициент экрана

x

-

Коэффициент тепловой эффективности экранов

-

Тепловыделение в топке на 1 м. ограждающей поверхности

Параметр

М

-

где

Температура газов на выходе из топки

Энтальпия газов на выходе из топки

диаграмма

=18800

Коэффициент теплоты, воспринятое в топке

ц

Количество теплоты, воспринятое в топке

Среднее тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева

Теплонапряжение топочного объема

6. Расчет теплообмена в газоходе парового котла

сгорание котел теплообмен топка

Целью расчета является определение температуры продуктов сгорания на выходе из газохода и количества теплоты, воспринятое поверхностью нагрева газохода.

Таблица 4: Конструктивные характеристики газохода

Наименование величины

Обозначение

Размерность

ДЕ 4

ДЕ 6,5

ДЕ 10

ДЕ 16

ДЕ - 25

Iг

IIг

Расположение труб

коридорное

Шахм.

Коридор.

Поверхность нагрева

Н

м 2

48,51

68,04

117,69

156,0

16,36

196,0

Диаметр труб

d

мм

51

51

51

51

51

51

Расчетные шаги труб:

поперечный

S1

мм

110

110

110

110

220

110

продольный

S2

мм

100

100

100

100

95

95

Число труб, пересекаемых потоком газов

Z1

-

7

7

8

8

5

8

Число рядов труб по ходу газов

Z2

-

19

27

40

>10

10

55

Живое сечение для прохода газов

Fг

м 2

0,338

0,348

0,41

0,713

1,245

0,851

Эффективная толщина излучающего слоя

S

м

Таблица 5: Расчет теплообмена в газоходе.

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула и обоснование

Расчет

Температура газов на входе

из расчета топки =

=1085

Энтальпия

диаграмма

=20300

Температура газов на выходе из газохода

принимается

=500

=300

Энтальпия

диаграмма

=9100

=5300

Энтальпия присоса воздуха

Коэффициент сохранения теплоты

Тепловосприятие газохода по уравнению теплового баланса

Qб

Средняя температура газов

Средняя скорость газов в газоходе

Wср

Коэффициент теплопередачи конвекцией

[5, рис.П.5]

Произведение

,

где P=0,1МПа

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомных газов

Оптическая толщина

Коэффициент теплового излучения

Температура обогреваемой среды

tн

температура насыщения при давлении в барабане котла 0,75 МПа

tн=164,96

Температура наружной поверхности загрязненной стенки

[5, табл.П.5]

Коэффициент теплоотдачи излучением

Коэффициент тепловой эффективности котельного пучка

-

Коэффициент теплопередачи

К

Температурный напор

oC

Тепловосприятие газохода по уравнению теплопередачи

Qт

По графику:

7. Тепловой расчет экономайзера

При поверочном расчете чугунного водяного экономайзера температура газов на входе принимается из теплового расчета газохода, температура газов на выходе была предварительно принята .

Целью расчета является определение поверхности нагрева экономайзера Нэ. Экономайзер компонуется из отдельных чугунных ребристых труб длиной 2 м, с поверхностью нагрева с газовой стороны fэ = 2,95 м2 и живым сечением для прохода газов f= 0,12 м2.

Для заданного типа парового котла выбирается количество чугунных труб в ряду экономайзера, n=5 [4, таблица 9.2.]. Проходное сечение для газового потока можно определить по формуле:

Таблица 6: Расчет экономайзера

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула и обоснование

Расчет

Температура газов на входе

oC

из расчета газохода

Энтальпия

диаграмма

Температура газов на выходе

oC

Энтальпия

диаграмма

=2200

Коэффициент сохранения теплоты

Тепловосприятие водяного экономайзера

Qэ

Количество питательной воды проходящей через экономайзер

Dэ

Температура питательной воды на входе в экономайзер

oC

Температура питательной воды на выходе из экономайзера

oC

Разность температур

oC

164,96-115,5=49,46

Средняя температура газов

oC

Средняя скорость газов

Wср

Температурный напор

oC

Коэффициент теплопередачи

[5, рис.П.8]

Расчетная поверхность нагрева

Нэ

М2

Число труб в ряду

n

шт.

[4]

n=5

Число горизонтальных рядов

m

шт.

8. Определение невязки теплового баланса котла

Невязка теплового баланса котла

Относительная невязка

9. Результаты теплового расчета

Данные теплового расчета парового котла ДЕ-10-ГМ, топливо-природный газ (месторождение Комсомольское 2), , расход

среда, поверхность нагрева

Величина

Поверхность нагрева

топка

газоход

экономайзер

вход

выход

вход

выход

вход

выход

Рабочая среда

Температура t, оС

164,96

164,96

104

115,5

Продукты сгорания

Температура , оС

1840

1085

1085

160

160

120

Энтальпия J,

33749,6

18800

20300

2600

2900

2200

Тепловосприятие поверхности Q,

14650,6

17300

722,1

Скорость газов

-

17,27

5,9

Коэффициент теплопередачи k,

-

95,96

18,8

Поверх-ность

Поверхность нагрева F, м2

38,96

117,69

2,95

Литература

Тепловой расчет котельного агрегата (нормативный документ), под редакцией Кузнецова Н.В., Митора В.В., Дубовицкого И.Е. и др. - 2-е изд., переработанное - М.: Энергия, 1973. - 295 с.

Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков В.А. Теплогенерирующие установки: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1986. - 559 с.

Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Вишневский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла.: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 208с.

Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 487 с.

Артеева Л.В. Поверочный расчет парового котла: Методические указания. - Ухта: УИИ, 1997. - 36с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Характеристика котла ДЕ-10-14ГМ. Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов. Коэффициент избытка воздуха. Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива. Расчет теплообмена в топке, водяного экономайзера.

    курсовая работа [267,4 K], добавлен 20.12.2015

  • Расчетные характеристики топлива. Расчет теоретических объемов воздуха и основных продуктов сгорания. Коэффициент избытка воздуха и объемы дымовых газов по газоходам. Тепловой баланс котла и топки. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева.

    контрольная работа [168,0 K], добавлен 26.03.2013

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • Характеристика 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

  • Краткое описание котла ДКВР-10. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Тепловой расчет топки, определение температуры газов на выходе. Расчет ограждающей поверхности стен топочной камеры. Геометрические характеристики пароперегревателя.

    курсовая работа [381,0 K], добавлен 23.11.2014

  • Общая характеристика котла. Определение составов и объемов воздуха и продуктов сгорания по трактам. Расчет энтальпии дымовых газов. Тепловой баланс котельного агрегата. Основные характеристики экономайзера. Расчет конвективных поверхностей нагрева.

    курсовая работа [151,1 K], добавлен 27.12.2013

  • Расчетно-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 23.05.2013

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.