Тепловой расчет теплового котла

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. =120^оС.

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%; Q_р=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

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

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 J_ух - энтальпия уходящих газов при ,

определяется по диаграмме;

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

- энтальпия воздуха при температуре в котельной t_хв=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', i_п.в - энтальпия, соответственно сухого насыщенного пара, котловой и питательной воды, при P=0,7МПа,

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

t_п.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

Таблица 3: Расчет теплообмена в топке

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

Таблица 5: Расчет теплообмена в газоходе.

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 Н_э. Экономайзер компонуется из отдельных чугунных ребристых труб длиной 2 м, с поверхностью нагрева с газовой стороны f_э = 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

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

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