Расчет тепловых процессов топки котла

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Курсовую работу “Расчет тепловых процессов топки котла” по дисциплине “Физические основы теплоиспользования на железнодорожном транспорте” выполняют студенты тепловозной специальности дневной формы обучения в шестом семестре и заочной формы обучения в восьмом семестре. Методические указания к курсовой работе содержат две части. Первая часть дает общее понятие о топках котлов. Во второй части содержатся исходные данные для расчетов, отдельно для студентов дневной формы и студентов заочной формы обучения. Студенты дневной формы принимают к расчету исходные данные по номеру своей фамилии в классном журнале, студенты заочной формы - по месту жительства и последней цифре шифра зачетной книжки. Необходимые для расчетов справочные данные приведены в таблицах приложения.

Особенность расчетов такова, что последующие расчеты основываются на результатах предшествовавших расчетов. Поэтому приходится постоянно обращаться к страницам написанным ранее, что увеличивает время работы над расчетами. Рекомендуется черновые расчеты проводить на бумажной полосе. В которой слева пишется формула, затем значение справочных величин и результат с размерностью.

1. Типы топок паровых котлов

Котлом называют замкнутый объем, в котором размещается вода и её пар.

В механической топке (рис. 1) как углеподача, так и золоудаление механизированы. Дробленный уголь из бункера 1 подается питателем 2 к валу забрасывателя 3. Забрасыватель подает уголь на дальнюю поверхность цепной решетки 5. Мелочь рассеивается струями воздуха из полости 4. Забрасыватель может устанавливаться один, два или три, что зависит от ширины топки. При этом электродвигатель у всех забрасывателей и питателей один. Решетка состоит из двух плоских цепей 5 одетых на звездочки ведомого вала 6 и ведущего вала 7.

1 - бункер; 2 - питатель; 3 - вал забрасывателя; 4 - полость; 5 - цепная решетка; 6 - ведомый вал; 7 - ведущий вал; 8 - желоба; 9 - свод.

Рисунок 1 - Механическая топка

Привод решетки осуществляется от электродвигателя через понижающий редуктор с большим передаточным числом. Между цепями установлены ленточные или чешуйчатые колосники. Решетка имеет обратный ход, т.е вращается против часовой стрелки. Воздух под колосники подается по желобам 8. Перед сбросом золы в золотник над решеткой нависает свод 9, ускоряющий догорание угля. В этом разделе методических указаний показаны схема котла и схемы топок, заданных к расчету.

2. Расчет тепловых процессов топки котла

2.1 Выбор исходных данных

Таблица 2.1 - Исходные данные

Вид топлива	Паропроизводительность котла D, кг/ч	Давление пара в котле , МПа	Тип топки
17	11000	1,0	Мех.

Таблица 2.2 - Вид и состав топлив различных месторождений

Таблица 2.3 - Расчетные характеристики механических топок с цепной решеткой

Таблица 2.4 - Числовые значения

Таблица 2.5 - Средние объемные изобарные теплоемкости

Таблица 2.6 - Основные размеры цепных решеток механических топок

2.2 Расчет необходимого объема воздуха и объема продуктов сгорания топлива

По заданному номеру топлива его состав следует взять из таблицы 2.2 приложения. В таблице приведен состав горючей массы углей: , , , , в процентах по массе, содержание золы в сухой массе и содержание влаги в рабочей массе .

Рабочая масса углей находится по следующим отношениям, %



Теплота сгорания топлива ,

(2)

Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания одного килограмма угля ,

(3)

Действительный расход воздуха,

, (4)

где - коэффициент избытка воздуха в топке (таблица 2.3);

- теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания одного килограмма угля, . Тогда .

Избыточный объем воздуха,

(5)

Объем сухих трехатомных газов, образующихся при сгорании топлива,

, (6)

где - удельная масса газа при нормальных условиях, ;

- молекулярная масса и . Тогда

Объем двухатомных газов (азота),

(7)

Объем водяных паров,

(8)

Полный объем дымовых газов,

(9)

Объемная доля сухих трехатомных газов

(10)

Объемная доля водяных паров

(11)

Общая объемная доля трехатомных газов

(12)

2.3 Составление теплового баланса котла

Тепловой баланс котла имеет вид, %

 (13)

Полезно использованная теплота , %

, (14)

где - кпд котла, %, . Тогда .

Потеря теплоты с уходящими в атмосферу дымовыми газами , %

(15)

где =120…140 - температура газов за экономайзером, ;

=1,3 - объемная теплоемкость газов при 120…140, . Тогда

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания ,% определяется по таблице 2.4.

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания берется из таблицы 2.3.

Потеря теплоты с горячим шлаком , %

(16)

Потеря теплоты на внешнее охлаждение поверхностей

(17)

Тепловая производительность котла

(18)

где - энтальпия (теплосодержание) сухого насыщенного пара при давлении в котле , кДж/кг;

- энтальпия кипящей в котле воды,=783,9 кДж/кг;

- энтальпия кипящей в котле воды, кДж/кг;

- температура кипения воды;

- энтальпия пара;

=330 кг/ч - количество воды, удаляемой из котла при продувках. Тогда .

Часовой расход топлива, кг/ч

(19)

топка котел топливо сгорание

2.4 Определение температуры газов в зоне горения топлива

Расчет энтальпии топочных газов, кДж/кг

 (20)

где - средняя объемная изобарная теплоемкость i-го компонента продуктов сгорания, . (таблица 2.5)

Расчет энтальпии Н проводится дважды: при температуре топочных газов tт = 900 0С и tт = 2000 0С.

кДж/кг;

кДж/кг.

Построение диаграммы Н - t топочных газов производится по Н900 и Н2000 в приложении рисунок 2.

Тепловыделение в топке на один килограмм угля, кДж/кг

(21)

где теплота, внесенная в топку влажным воздухом, кДж/кг;

q=21 - теплота внесенная в топку топливом, кДж/кг. Тогда

.

Температура горения , , определяется по значению по графику рисунок 1 приложения.

2.5 Расчет геометрических параметров топки

Часовая теплота, кДж/ч, внесенная в топку

, (22)

кДж/ч.

Площадь колосниковой решетки для угольных топок,

, (23)

где - удельный теплосъем с квадратного метра колосниковой решетки, . Значение выбираем из таблицы 2.3 исходных данных.

.

Высота топки принимается равной 4,3 м. Ширина топки b, м, для механических топок определяется по таблице 2.6. b=2 м. При этом округляют до ближайшего значения R. R=8,5 .

Длина механической топки, м

(24)

.

Объем угольной топки,

, (25)

.

2.6 Площади поверхностей топки и камеры догорания

Площадь боковых стен топки и камеры догорания,

, (26)

где h_к=1,6 - средняя высота камеры догорания для всех котлов, м; =0,745 - длина камеры догорания топок, м. Тогда

.

Площадь передней и задней стенок топки с учетом передней и задней поверхностей камеры догорания,

(27)

.

Площадь потолка топки с учетом потолка камеры догорания, м²

(28)

Площадь пода топки и камеры догорания F_П, м²

(29)

Общая поверхность топки, воспринимающая тепловое излучение F_T, м²

(30)

Число труб одного бокового экрана топки n

(31)

где S₁=0,08 - шаг труб бокового экрана (расстояние между осями труб), м. Тогда

Площадь поверхности труб обоих боковых экранов F_ЭБ, м²

(32)

где d₁=0,051 - диаметр труб экранов, м. Тогда

Число экранных труб на обеих боковых стенках камеры догорания n_K

(33)

.

Площадь экранных труб камеры догорания, м²

(34)

Общая площадь экранных труб топки F_ЭТ, м²

(35)

Число труб первого ряда кипятильных труб на задней стенке камеры догорания

(36)

где S₂=0,11 - поперечный шаг труб первого ряда кипятильного пучка, м. Тогда

Поверхность труб первого ряда кипятильных труб F_КК, м²

(37)

Общая площадь поверхности труб топки F_Э, м²

(38)

Площадь стен экранов, воспринимающая тепловое излучение F_Л, м²

(39)

где х = 0,78 - угловой коэффициент экрана. Тогда

2.7 Расчет температуры газов на выходе из топки

Коэффициент сохранения теплоты в топке

(40)

Степень экранирования поверхностей топки

(41)

Отношение площади зеркала горения топки к лучевоспринимающей поверхности топки Y

 (42)

Абсолютная температура топочных газов T_T1, T_T2, К

(43)

(44)

где t_T2=1000 - предварительно заданная температура газов на выходе из камеры догорания, ⁰С. Тогда

Средняя теплоемкость всего объема топочных газов (V_C)_m, кДж/К

(45)

Эффективная толщина излучающего слоя S, м

(46)

Произведение р_n на S

(47)

Коэффициент ослабления лучей несветящимся пламенем К_Н.СВ.

(48)

где k_r=0,85 - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами. Тогда

Коэффициент ослабления лучей светящимся пламенем К_СВ

(49)

Степень черноты светящихся компонентов пламени a_СВ

(50)

где е=2,718-основание натурального логарифма. Тогда

Степень черноты несветящихся компонентов пламени a_Н.СВ

(51)

Степень черноты факела a_Ф

(52)

где m = 0,5 - для угля. Тогда

Степень черноты камерных (мазутных и газовых) топок a_T

(53)

где ж=0,6 - коэффициент загрязнения поверхностей. Тогда

Расчетный коэффициент М

(53)

где А=0,52; X=0-для угля. Тогда

Расчетная температура топочных газов на выходе из топки t_T2, С

 (54)

Энтальпия дымовых газов на выходе из топки Н_Т2, кДж/м³ определяем по диаграмме рисунок 2 приложения по значению =1060,1⁰С

Н_Т2=11250 кДж/кг.

Теплота, переданная экранным трубам топки и трубам камеры догорания тепловыми лучами q_Л, кДж/кг

(55)

Теплота, полученная трубами теплоотдачей от горячих газов q_a, кДж/кг

(56)

Приложение

Рисунок 1 - Номограмма для определения значения коэффициента ослабления лучей трехатомными газами

Рисунок 2 - Диаграмма Н - t дымовых газов

Список используемой литературы

1. Баранов, В.М. Расчет тепловых процессов топки котла: Методические указания к курсовой работе / В.М Баранов. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003. - 24 с.:ил.

Размещено на Allbest.ru