Тепловой расчет паровых котлов малой мощности

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Исходные данные

1. Состав и характеристика топлива

2.Определение состава и энтальпий дымовых газов

2.1 Расчёт при коэффициенте расхода воздуха б =1

2.2 Расчет при коэффициенте расхода воздуха б >1

2.3 Расчёт энтальпий

3. Тепловой баланс

4. Расчёт топки

4.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры

4.2 Расчёт теплообмена в топке

5. Определение тепловосприятий

5.1 Тепловосприятие пароперегревателя

5.2 Тепловосприятие котельного пучка

5.3 Тепловосприятие водяного экономайзера

5.4 Сведение теплового баланса котла

6. Поверочно-конструктивный расчёт пароперегревателя

7. Поверочно-конструктивный расчёт котельного пучка

8. Поверочно-конструктивный расчёт водяного экономайзера

9. Аэродинамический расчёт газового тракта котла

Библиографический список

Приложение

паровой котел тепловой энтальпия



Исходные данные

1.Тип котла - ДЕ-4-1.4 ГМ

2.Топливо - газ.

3.Газопровод - Брянск - Москва.

3.Состав топлива:

=92.8 %

=3.9 %

=1.1 %

=0.4 %

= 0,1

= 0.6 %

= 0.1 %



1. Состав и характеристика топлива

Определяем низшую теплоту сгорания:

Топливный эквивалент:

топливо является высококалорийным.



2. Определение состава и энтальпий дымовых газов.

2.1 Расчёт при коэффициенте расхода воздуха б=1

Теоретическое количество воздуха:

Теоретическое количество трёхатомных газов:

Теоретическое количество водяных паров:

Здесь влагосодержание газообразного топлива, принимаемое чаще всего в инженерных расчетах 10

Теоретическое количество азота:



Теоретическое количество дымовых газов:

Процентный состав дымовых газов находим по формуле.

2.2 Расчёт при коэффициенте расхода воздуха б>1

Определяем коэффициенты расхода воздуха последовательного по всему газовому тракту котла по формуле:

а также среднее значение коэффициента избытка воздуха в соответствующем газоходе:

где- начальный и конечный коэффициенты расхода воздуха в соответствующем газоходе.

Топка: -б?=1.1, ?б=0.05

б?=1.15; бср=1.125

Пароперегреватель - б?=1.15, ?б=0.05

б?=1.2; бср=1.175.

Котельный пучок- б?=1.2, ?б=0.05

б?=1.25; бср=1.225

Экономайзер-б?=1.25,?б=0.1

б?=1.35; бср=1.3

Воздухоподогреватель - б?=1.35, ?б=0.05

б?=1.4; бср=1.375

Количество трехатомных газов:

Количество водяных паров:

при бср=1.125

при бср=1.175

при бср=1.225

при бср=1.3

Количество азота:

при бср=1.125

при бср=1.175

при бср=1.225

при бср=1.3

Количество кислорода:

при бср=1.125

при бср=1.175

при бср=1.225

при бср=1.3

Действительное количество дымовых газов прив газоходе будет

прибср=1.125

прибср=1.175

прибср=1.225

прибср=1.3

Действительное процентное соотношение дымовых газов:



Топка.

Пароперегреватель.

Котельный пучок.

Экономайзер.

Масса дымовых газов:

- плотность газового топлива;

- влажность газового топлива.

при =1.125

при =1.175

при =1.225

при =1.3

Плотность дымовых газов:

Т.

ПП

К.П.

ВЭ.

Средняя объёмная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

где средние объемные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газов,

объемные доли газов в процентах.

Топка:

Пароперегреватель:

Котельный пучок:

Экономайзер:

Средняя массовая теплоёмкость:

Результаты расчетов сводим в таблицу 1. (см. приложение)



3. Расчёт энтальпий

Расчёт энтальпий продуктов сгорания для всех видов топлива при б=1 проводят по формуле:

Энтальпии газов вычисляются:

300 °С

400 °С

500 °С

600 °С

700 °С

800 °С

900 °С

1000 °С

1100 °С

1200 °С

1300 °С

1400 °С

1500 °С

1600 °С

1700 °С

1800 °С

1900 °С

2000 °С

2100 °С

2200 °С

300 °С

400 °С

500 °С

600 °С

700 °С

800 °С

900 °С

1000 °С

1100 °С

1200 °С

1300 °С

1400 °С

1500 °С

1600 °С

1700 °С

1800 °С

1900 °С

2000 °С

2100 °С

2200 °С

300 °С

400 °С

500 °С

600 °С

700 °С

800 °С

900 °С

1000 °С

1100 °С

1200 °С

1300 °С

1400 °С

1500 °С

1600 °С

1700 °С

1800 °С

1900 °С

2000 °С

2100 °С

2200 °С

300 °С

400 °С

500 °С

600 °С

700 °С

800 °С

900 °С

1000 °С

1100 °С

1200 °С

1300 °С

1400 °С

1500 °С

1600 °С

1700 °С

1800 °С

1900 °С

2000 °С

2100 °С

2200 °С



При коэффициенте расхода воздуха расчет энтальпий производят по формуле

Топка: 800-2200 °С бср=1,125

800 °С

900 °С

1000 °С

1100 °С

1200 °С

1300 °С

1400 °С

1500 °С

1600 °С

1700 °С

1800 °С

1900 °С

2000 °С

2100 °С

2200 °С

Пароперегреватель: 700-1200 °С бср=1,175



700 °С

800 °С

900 °С

1000 °С

1100 °С

1200 °С

Котельный пучок: 500-1000 °С бср=1,225

500 °С

600 °С

700 °С

800 °С

900 °С

1000 °С

Экономайзер: 300-700 °С бср=1,3

300 °С

400 °С

500 °С

600 °С

700 °С



3. Тепловой баланс

Для газообразного топлива располагаемая теплота равна

кДж/

Уравнение теплового баланса:

Потери теплоты при сжигании попутного газа определяются:

Составим пропорцию для нахождения

теплота, потерянная из-за химической неполноты горения топлива.

потери теплоты котлом в окружающую среду.

Расход топлива на котельный агрегат:

- паропроизводительность котла т/ч

- энтальпия перегретого пара,

- энтальпия питательной воды,

энтальпия кипящей воды,

процент непрерывной продувки, равный обычно 25

расход топлива на котельный агрегат,

Коэффициент сохранения тепла:



4. Расчёт топки

Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры

№ п/п	Наименование величин	Обозначение	Единицы измерения	Топочные экраны
				Фронт	Задний	Лев.бок.	Прав. Бок.	Потолочный	На поду
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Расчетная ширина экранной стены			1.79	1.79	1.54	1.65	1.65	1.65
2	Освещенная длина			1.8	2.3	1.75	2	1.8	1.8
3	Площадь стены			3.22	4.117	2.695	3.3	2.97	2.97
4	Площадь участка стены не закрытого экранами			2.55	-	-	-	-	-
5	Наружный диаметр труб			0.051	0.051	0.051	0.051	0.051	0.051
6	Число труб в экране
7	Шаг экранных труб			0.055	0.055	0.0525	0.055	0.055	0.055
8	Относный шаг труб			1.078	1.078	1.0294	1.078	1.078	1.078
9	Расстояние от оси трубы до обмуровки			0.076	0.076	0	0.076	0.076	0.076
10	Относительные расстояния до обмуровки			1.49	1.49	0	1.49	1.49	1.49
11	Угловой коэффициент экрана			0.98	0.98	0.99	0.98	0.98	0.98
12	Коэффициент учитывающий загрязнение			0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
13	Коэффициент тепловой эффективности экрана			0.686	0.686	0.693	0.686	0.686	0.686

4.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры

Площадь стен экранов:

Суммарная площадь всех поверхностей:

Коэффициент тепловой эффективности экрана:

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом:

Активный объём топочной камеры:

где - площадь боковой стены топки, м2

- ширина топки,

Эффективная толщина изучаемого слоя газов в топке

4.2 Расчёт теплообмена в топке

Используя теорию теплового подобия температуру на выходе из топки вычисляют по формуле

Задаёмся температурой

Полезное тепловыделение в топке:

Количество тепла, вносимое в топку с воздухом QB:

Yхв - энтальпии холодного воздуха, поступающего в топку в результате подсосов, кДж/

- коэффициенты расхода воздуха за топкой и величин подсоса.

Параметр М для факельного сжигания топлива:

где А и В -опытные коэффициенты, зависящие от способа и типа сжигаемого топлива:

А=0.52 В=0.3

хт - относительное положение максимума температур факела в топке:

где - поправка на отклонение максимума температур, равна 0.15;

- относительный уровень расположения горелок;

где -высота расположения горелок от пода.

=1.375 высота топки.

Для камерного способа сжигания АТ вычисляется по формуле:

где - степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящихся пламенем или только трёхатомными газами;

m - коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма, равен 0.1

Величины асв и аг находят по формулам:



где е - основание натуральных логарифмов;

ST - эффективная толщина излучающего слоя в топке, равный 2.005

Кг - коэффициент ослабления лучей топочной средой, равный 2.1

Р - давление в топке, равно атмосферному 1кг/см2

КС - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

Коэффициент Кс определяют по формуле:

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания 1кг топлива в интервале температур от tа до t''т вычисляют:

Вычисляем :

Количество теплоты, переданное излучением в топке, определяют по формуле:



5. Определение тепловосприятий

5.1 Тепловосприятие пароперегревателя

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

где inn и i'' - энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара, кДж/кг;

Дк - паропроизводительность котла, т/ч;

Вр - расчётный расход топлива на котёл, кг/ч;

Энтальпия дымовых газов за пароперегревателем определяют по формуле

5.2 Тепловосприятие котельного пучка

Тепловосприятие котельного пучка определяют через тепловосприятие дымовых газов, задаваясь по рекомендациям литературы температуры газов на выходе из котельного пучка:



t=280°C

5.3 Тепловосприятие водяного экономайзера

Тепловосприятие экономайзера вычисляется по формуле:

Где - средняя массовая теплоемкость питательной воды при постоянном давлении, кДж/(кг К);

- температура питательной воды соответственно на входе и выходе из экономайзера, .

5.4 Сведение теплового баланса котла

Для сведения теплового баланса котла определяют его невязку по формуле



6. Поверочно - конструктивный расчёт пароперегревателя

Наименование величин	Обозначение	Единица измерения	Величина
Наружный диаметр труб			0.032
Внутренний диаметр труб			0.026
Число труб в ряду			6
Число рядов по ходу газа			8
Средний поперечный шаг труб			0.052
Средний продольный шаг труб			0.075
Средний относительный поперечный шаг труб		-	1.625
Средний относительный продольный шаг труб		-	2.344
Расположение труб		коридорное
Характер взаимного движения сред		противоток
Длина трубы змеевика			1.7
Высота газохода			1.8
Ширина газохода			0.33
Площадь живого сечения для прохода газов			0.2676
Количество змеевиков включенных параллельно по пару			8
Живое сечение для прохода пара			0.0095
Площадь нагрева пароперегревателя (предварительная)

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

Живое сечение для прохода газов вычисляют по формуле

Живое сечение для прохода пара определяют по формуле:

Средний объёмный расход газа в пароперегревателе определяют по формуле:

- количество дымовых газов на 1 топлива в пароперегревателе.

Средняя скорость пара вычисляется по формуле:

Средняя скорость газов в пароперегревателе определяют по формуле:

Порядок расчета поверхности нагрева пароперегревателя не отличается от расчёта поверхности нагрева теплообменных аппаратов и заключается в следующем:

Вначале находят тепловую мощность пароперегревателя по формуле.

Затем определяют средний логарифмический температурный напор в пароперегревателе по формуле.

где - большая разность температур между дымовыми газами и паром;

- меньшая разность температур между дымовыми газами и паром;

- коэффициент, учитывающий характер движения газов и пара в пароперегревателе, равен 1

Поверхность теплопередачи в пароперегревателе определяют из уравнений теплообмена:

Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:



Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке б1 вычисляют по формуле:

где - коэффициент основания, равен 0.9.

Коэффициент теплоотдачи конвекций при поперечном омывании коридорных пучков гладких труб определяют по формуле:

-коэффициент теплопроводности дымовых газов при средней их температуре в пп;

-коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при средней их температуре в пп;

-коэффициент, учитывающий число рядов труб в пучке по ходу дымовых газов.

Коэффициент теплоотдачи излучением для чистого газового потока, вычисляют по формуле:

где и - абсолютные температуры дымовых газов и наружной поверхности трубы пароперегревателя,

- степень черноты потока газов, (см. расчет топки).

- степень черноты слоя загрязнений, осевших на трубе, и равная 0.82

Для определения величины и находят из условий для пароперегревателя, а толщину излучающего слоя определяют по формуле

при ;

;

Значение вычисляется по формуле:

Значение вычисляется по формуле:

Коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы к пару б2 находят по формуле.

где - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме на рис. 7.5;

- коэффициент, учитывающий влияние величины внутреннего диаметра трубы на коэффициент теплоотдачи рис. 7.5

Количество труб поверхности нагрева:

Число рядов по ходу газа z2 будет равно:



7. Поверочно - конструктивный расчёт котельного пучка

Конструктивные размеры и характеристики котельного пучка

Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Величина по ходу газа
			справа	слева
Наружный диаметр труб			0.051
Число труб в ряду			3	4
Число труб по ходу газа
Средний поперечный шаг труб			0.11
Средний продольный шаг труб			0.09
Средний относительный поперечный шаг труб		-	2.157
Средний относительный продольный шаг труб		-	1.765
Длина трубы			1.75
Средняя высота газохода			1.75
Ширина газохода			0.35	0.5
Площадь живого сечения для прохода газов			1.124
Площадь нагрева котельного пучка (предварительная)			118

Площадь живого сечения для прохода газов определяют по формуле:

Средний объёмный расход газов вычисляется по формуле:

Средняя скорость газов в котельном пучке рассчитывается по формуле:

Тепловая мощность, передаваемая в котельном пучке рассчитывается по формуле:

Поверхность нагрева котельного пучка:

Средний логарифмический температурный напор вычисляется:

Коэффициент теплопередачи Ккп определяют по формуле:

Толщину излучающего слоя определяют по формуле:

Коэффициент теплоотдачи конвекций бк при поперечном омывании коридорных пучков гладких труб определяют по формуле:

Коэффициент теплоотдачи излучением для чистого газового потока, вычисляют по формуле:

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке б1 вычисляют по формуле:

Количество труб в котельном пучке находят по формуле:

Число рядов по ходу газа определяем по формуле:



8. Поверочно - конструктивный расчёт водяного экономайзера

Конструктивные размеры и характеристики водяного экономайзера

Наименование величин	Обозначение	Единицы измерения	Величина по ходу газа
Внутренний диаметр труб			0.06
Число труб в ряду			2
Число труб по ходу газа			4
Длина трубы			2
Живое сечение трубы со стороны дымовых газов			0.12
Площадь нагрева одной трубы			2.95
Площадь нагрева			95

Живое сечение для прохода воды определяют по формуле:

Вычисляем среднюю скорость воды в экономайзере:

Вычисляем среднюю скорость газов в экономайзере:

Средний логарифмический температурный напор в водяном экономайзере.

- большая разность температур между дымовыми газами и паром;

- меньшая разность температур между дымовыми газами и паром

Коэффициент теплопередачи для чугунного ребристого экономайзера определяется

Площадь нагрева экономайзера определяется из уравнений теплообмена:

Количество ребристых труб:

9. Аэродинамический расчёт газового тракта котла

Сопротивление газоходов, где расположены конвективные поверхности нагрева котла определяются по формуле.

Где - средняя скорость газов в соответствующем газоходе;

- коэффициент аэродинамического сопротивления газохода;

- средняя плотность газов в газоходе;

Пароперегреватель.

, так как 0.052?0.075

Эквивалентный диаметр газохода :

Где -площадь поперечного сечения канала;

-периметр дымового канала.

Котельный пучок.

, так как 0.11?0.09

Где -площадь поперечного сечения канала;

-периметр дымового канала.

Экономайзер.

Рассчитываем аэродинамическое сопротивление тракта котла:



Библиографический список

1. Учебное пособие: “Тепловой расчёт паровых котлов малой мощности”. Иваново 1994, ИИСИ, Курилов В.К

2. Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Переников Б.А. , “Теплогенерирующие установки”: М.1986



Приложение

Таблица 1.

№ п/п	Величины	Размерность
			Газоходы
			Топка	Пароперегрев.	Котел. пучок	Экономайзер
1	2	3	4	5	6	7
1	Коэффициент избытка воздуха перед газоходом, б'		1.1	1.15	1.2	1.25
2	Коэффициент избытка воздуха за газоходом, б”		1.15	1.2	1.25	1.35
3	Присос, Дб		0.05	0.05	0.05	0.1
4	Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе, бср		1.125	1.175	1.225	1.3
5	Количество трехатомных газов,		1,084	1,084	1,084	1,084
6	Количество водяных паров,		2,23	2,238	2,246	2,257
7	Количество азота,		8,824	9,215	9,607	10.194
8	Количество кислорода,		0,260	0,364	0,468	0,624
9	Количество продуктов сгорания,		12,375	12,878	13,382	14,137
10	Объемное содержание трехатомных газов,	%	8,6	8,2	7.9	7,5
11	Объемное содержание водяных паров,	%	18	17,4	16,8	16
12	Объемное содержание азота,	%	71,3	71,6	71,8	72.1
13	Объемное содержание кислорода,	%	2,1	2,8	3,5	4,4
14	Суммарное объемное содержание трехатомных газов и паров воды,	%	26,6	25,6	24,7	23,5
15	Масса дымовых газов,		15,3	15,95	16,6	17,56
16	Плотность дымовых газов,		1,236	1,239	1,240	1,242
17	Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания,		1,527	1,531	1,533	1,537