Тепловой расчёт парового котельного агрегата ДКВР-10-13

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО

Магнитогорский государственный технический университет имени Г.И. Носова

Энергетический факультет

Кафедра Теплотехнических и энергетических систем

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине Котельные установки и парогенераторы

Тепловой расчёт парового котельного агрегата ДКВР-10-13

Выполнил:

студент 3 курса

Группы ЭТ-05-2

Шундрин С.А.

Проверил:

Нешпоренко Е.Г.

Магнитогорск

2009

Содержание

котел топливо нагрев газоход

Глава 1. Описание котла типа ДКВР

Глава 2. Состав и теплота сгорания топлива

Глава 3. Расчёт объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

3.1 Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам

3.2 Расчёт объемов воздуха и продуктов сгорания

3.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Глава 4. Расчетный тепловой баланс и расход топлива

4.1 Расчет потерь теплоты

4.2 Расчёт КПД и расхода топлива

Глава 5. Расчёт топочной камеры

5.1 Определение геометрических характеристик топок

5.2 Расчёт теплообмена в топке

Глава 6. Расчёт конвективных поверхностей нагрева

6.1 Тепловой расчёт первого газохода

6.2 Тепловой расчёт второго газохода

6.3 Тепловой расчёт водяного экономайзера

6.4 Невязка теплового баланса

Библиографический список

Глава 1. Описание котла типа ДКВР

Исходные данные

1. Расчётная паропроизводительность котла .

2. Топливо - Назаровский угольный бассейн.

3. Абсолютное давление пара .

4. Пар насыщенный.

5. Температура питательной воды .

6. Продувка .

7. Дополнительное оборудование - Экономайзер

Условное обозначение парового котла ДКВР означает - двухбарабанный котел, водотрубный, реконструированный. Первая цифра после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч, вторая - избыточное давление пара на выходе из котла, кгс/см2 - (для котлов с пароперегревателями давление пара за пароперегревателем), третья - температуру перегретого пара, °С.

Стационарные паровые котлы ДКВР разработаны ЦКТИ им. Ползунова совместно с Бийским котельным заводом. Котлы были разработаны в 40-х годах, а с 50-го года начался их поточно-серийный выпуск под маркой ДКВ. Впоследствии, в процессе изготовления и эксплуатации, эти котлы подверглись некоторым изменениям (сокращена длима топки, уменьшены шаги труб кипятильного пучка и т. п.) и с 1958 г. выпускаются под паркой ДКВР.

Котлы типа ДКВР применяются при работе как на жидком, газообразном, так и на различных видах твердого топлива. Вид используемых топочных устройств вносит определенные коррективы в компоновочные решения. Для работы на каменных и бурых углях, грохочёных антрацитах марок АС и АМ применяются полумеханические топки типа ПМЗ-РПК топки с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками; механические топки типа НМЗ-ЛРЦ, ПМЗ-ЧЦР и ЧЦР -- топки с пневмомеханическими забрасывателями с обратным ходом колосникового полотна ленточного и чешуйчатого типов. Для работы на древесных отходах котлы комплектуются топками системы Померанцева. Работа котлов на фрезерном топливе обеспечивается предтопками системы Шершнера. Кусковой торф сжигается в котлах, оборудованных шахтными топками или топками с решетками типа РПК (решетками с поворотным колосником) .

Конструктивная схема котлов типа ДКВР паропроизводительностью 2,5, 4, 6,5 и 10 т/ч одинакова независимо от используемого топлива и применяемого топочного устройства (рисунок 1).

Рисунок 1

1 - топочная камера, 2 - кипятильный пучок, 3 - кирпичная стенка, 4 - камера догорания, 5 - шамотная перегородка, 6 - чугунная перегородка, 7 - кипятильные трубы, 8 - линии поступления питательной воды, 9 - котельный пучок, 10 - опускные трубы, 11 - сепаратор влаги, 12 - опорная рама, 13 - паровые обдувочные аппараты, 14 - устройство для возврата из газоходов на горящий слой недогоревшего угля, 15 - питательные трубы, 16 - предохранительный клапан, 17 - труба для периодической продувки котла

Перед котельным пучком котлов производительностью до 10 т/ч расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь с уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. Между первым и вторым рядами труб котельного пучка устанавливается шамотная перегородка, отделяющая кипятильный пучок от камеры догорания. Таким образом, первый ряд труб котельного пучка - задний экран камеры догорания. Внутри котельного пучка чугунная перегородка делит его на первый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла асимметричен. При наличии пароперегревателя часть кипятильных труб не устанавливается, пароперегреватель размещается в первом газоходе после второго и третьего ряда кипятильных труб. Вода в трубы фронтовых экранов котлов производительностью до 10 т/ч поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов. В котлах с короткими верхними барабанами применено двухступенчатое испарение и установлены выносные циклоны.

Питание боковых экранов водой осуществляется из нижних коллекторов, куда вода поступает по опускным трубам из верхнего барабана и одновременно по соединительным трубам из нижнего барабана. Такая схема подвода воды в коллекторы повышает надежность работы котла при пониженном уровне воды и способствует уменьшению отложений шлама в верхнем барабане.

В котлах без пароперегревателей при отсутствии особых требований к качеству пара и содержании котловой воды до 3000мг/л, а также в котлах с пароперегревателем при солесодержании котловой воды до 1500мг/л применяется сепарационное устройство, состоящее из жалюзи и дырчатых листов.

Барабаны котлов типа ДКВР на 1,3 и 2,3 МПа изготавливаются из низколегированной стали 16 ГС и имеют одинаковые диаметры 1000 мм, толщина стенки барабанов котлов с рабочим давлением 1,3МПа - 13мм, котлов с рабочим давлением 2,3МПа - 20мм. Бараны котлов оснащены лазовыми затворами, расположенными на задних днищах барабанов.

На котлах паропроизводительностью 6,5 и 10 т/ч с одноступенчатым испарением, работающих с давлением 1,3 и 2,3 МПа, лазовые затворы устанавливаются также и на передних днищах верхних барабанов.

По нижней образующей верхних барабанов всех котлов устанавливаются две легкоплавкие пробки, предназначенные для предупреждении перегрева стенок барабана под давлением. Сплав металла, которым заливают пробки, начинает плавиться при спуске воды из барабана и повышении температур его стенки до 280--320°С. Шум пароводяной смеси, выходящей через образующееся в пробке отверстие при расплавлении сплава, является сигналом персоналу для принятия экстренных мер к остановке котла. Завод-изготовитель применяет в легкоплавких пробках сплав следующего состава: свинец С2 или СЗ по ГОСТ 3778-56 - 90%: олово О1 или О2 по ГОС'Т860-60 - 10%. Колебания температуры плавления сплава допускается в пределах 240 - 310С.

Ввод питательной воды выполнен в верхний барабан, в водяном пространстве которого, она распределяется по питательной трубе. Для непрерывной продувки на верхнем барабане устанавливается штуцер, на котором смонтирована регулирующая и запорная арматура. В нижнем барабане устанавливаются перфорированная труба для периодической продувки и трубы для прогрева котла паром при растопке.

Гибы труб экранов и конвективного пучка выполнены с радиусом 400мм, при котором механическая очистка внутренней поверхности шарошками не представляет затруднений. Механическая очистка труб конвективного пучка и экранов производится из верхнего барабана. Камеры экранов очищаются через торцевые лючки, устанавливаемые на каждой камере.

Камеры котлов типа ДКВР изготавливаются из труб диаметром 219х8мм для котлов с рабочим давлением 1,3МПа. Конвективные пучки выполняются с коридорным расположением труб. Камеры, экранные и конвективные трубы котлов типа ДКВР изготавливаются из углеродистой стали марок 10 и 20.

Пароперегреватели котлов унифицированы по профилю и отличаются друг от друга для котлов разной производительности числом параллельных змеевиков. Располагают пароперегреватели в первом газоходе. Для изготовления пароперегревателей применяются трубы диаметром 32х3мм из стали 10. Камеры пароперегревателей выполняются из труб диаметром 133х5 мм для котлов с рабочим давлением 1,3 и 2,3 МПа. Входные концы труб пароперегревателя крепятся в верхнем барабане вальцовкой, выходные концы труб приваривают к камере (коллектору) перегретого пара. При рабочем давлении 1,3 и 2,3 МПа пароперегреватели выполняются одноходовыми по пару без пароохладителя. Температура перегрева пара при сжигании различных топлив может колебаться не выше 25 ?С.

Очистка наружных поверхностей нагрела от загрязнений в котлах осуществляется обдувкой насыщенным или перегретым паром с давлением перед соплами 0,7-1,7 МПа, допускается применять для этих целей сжатый воздух. Для обдувки применяют стационарные обдувочные приборы и переносные, используемые для отчистки экранов и пучков труб от золовых отложений через обдувочные лючки.

Котлы ДКВР-10-13 высокой компоновки опорной рамы не имеют. Температурные перемещения элементов котла относительно неподвижной опоры, которой является передняя опора нижнего барабана, обеспечиваются подвижными опорами камер боковых экранов и нижнего барабана.

В котлах паропроизводительностью 10 т/ч камеры фронтового и заднего экранов крепятся кронштейнами к обвязочному каркасу, камеры боковых экранов крепятся к специальным опорам. Во всех котлах верхние барабаны не имеют специальных опор, нагрузка от них через трубы конвективного пучка и экранов воспринимается опорами нижнею барабана и коллекторов.

Котлы типа ДКВР не имеют силового каркаса, в них применяется обвязочный каркас, который в котлах с облегчённой обмуровкой используется для крепления обшивки.

В блочно-транспортабельных котлах паропроизводительностью 10 т/ч на давление 1,3, 2,3, 3,9 МПа с короткими верхними барабанами применимо двухступенчатое испарение с установкой во второй ступени выносных циклов. Применение циклов позволяет уменьшить процент продувки и улучшить качество пара при работе на питательной воде с повышенным солесодержанием. В конвективный пучок вода поступает из верхнего барабана через обогреваемые трубы последних рядов труб самого пучка и через нижний барабан. Вода из выносных циклов поступает в нижние коллекторы экранов, а пар - в верхний барабан, где очищается вместе с паром первой ступени испарения, проходя через жалюзи и (дырчатый) перфорированный лист. Устойчивость работы циркуляционных контуров боковых экранов обеспечивается применением рециркуляционных труб диаметром 51мм.

Эти котлы предназначены не только для отопительпо-производственных целей и при давлении 39 атм могут быть использованы в небольших энергетических установках.

Для всей серии котлов экраны и котельные пучки выполняются из стальных бесшовных труб диаметром 51 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Боковые экраны выполнены с шагом 80 мм, в котлах с фронтовым и задним экраном шаг труб принят 130 мм. В кипятильных пучках трубы расположены в коридорном порядке с шагом 100 мм вдоль оси и 110 мм поперек оси котлов.

Ширина конвективного пучка котлов производительностью 2,5 и 4 т/ч -- 2180 мм производительностью 6,5 и 10 т/ч -- 2810 мм.

При сжигании мазута и газа значительно меньше избытка воздуха, чем при сжигании твердого топлива, поэтому уменьшаются объемы продуктов сгорания, проходящих через котел, что позволяет повысить паропроизводительность котлов на 40--50%. Однако при этом должны быть выполнены условия, препятствующие повышению температуры стенки барабанов. В частности, необходимо обеспечивать тщательную подготовку питательной воды (для снижения накипеобразования) и надежно изолировать обогреваемую поверхность верхних барабанов в топке и камере догорания.

Последнее мероприятие в условиях высоких температур часто желательного эффекта не дает. Поэтому сокращение длины барабана, а гласное, то, что его стали размещать вне топочной камеры в сочетании с выносными циклонами, сделало работу котлов более надежной; появились котлы с укороченными барабанами и полностью экранированными топочными устройствами. На рисунке 2 показана циркуляционная схема котла ДКВР-10 с укороченным верхним барабаном (в низкой компоновке), выносными циклонами, экранными поверхностями и включением их в общую систему циркуляции котла.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Общая схема циркуляции котла ДКВР - 10

Верхний барабан 1 в области топочной камеры заменен двумя коллекторами 2 экранов 3. Во II ступень испарении выделены передние части обоих боковых экранов путем установки в верхних 2 и нижних коллекторах 4 перегородок 5. Питание экранов II ступени испарения осуществляется из двух выносных циклонов 6 через опускные трубы 7, соединенные с нижними коллекторами 4 экранов 3. Подпитка циклонов ведется из нижнего барабана 8 по трубам 9. Пароводяная смесь из труб экранов поступает в переднюю, часть верхних коллекторов 2, откуда по трубам 10 направляется в выносные циклоны 6. После отделения воды пар отводится по трубам 11 в барабан 1, а вода идет в опускные грубы циклонов. Питание экранов 1 ступени испарения происходит через трубы 12, приваренные к нижнему барабану и нижним коллекторам экранов. Пароводяная смесь из экранов этой ступени испарения отводится по трубам 13 в верхний барабан. Из-за небольшой высоты контуров у всех экранов обеих ступеней испарения имеются рециркуляционные трубы 14.

Питательными трубами кипятильного пучка 15 служат последние обогреваемые ряды. Пар отбирается через штуцер 16. Питательная вода поступает в барабан по трубам 17. Непрерывная продувка котла осуществляется только из циклонов; периодическая же - из верхнего и нижнего барабанов, сборных экранных коллекторов и из низа выносных циклонов.

Глава 2. Состав и теплота сгорания топлива

Уголь кузнецкого угольного бассейна имеет следующий состав на рабочую массу:

Глава 3. Расчёт объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

3.1 Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчётах температуру воздуха принимают равной 30?С. При тепловом расчёте котлоагрегата присосы воздуха принимаются по нормативным данным таблица 1.

Таблица 1

Топочные камеры и газоходы	Присос воздуха
Топочные камеры слоевых механических и полумеханических топок	0,1
Первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева	0,1
Второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева	0,1
Чугунный водяной экономайзер	0,1

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры рассчитывается по формуле:

(3.1)

где - номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания;

- коэффициент избытка воздуха на выходе из топки ( факельно-слоевая топка с пневмомеханическим забрасывателем и ленточной цепной решеткой обратного хода ПМЗ-ЛЦР-2).

Таблица 2

Коэффициент избытка воздуха за топкой
Коэффициент избытка воздуха за конвективным пучком
Коэффициент избытка воздуха перед экономайзером
Коэффициент избытка воздуха за экономайзером

3.2 Расчёт объемов воздуха и продуктов сгорания

1. Определяем теоретический объем воздуха, необходимый для полного горения

(3.2)

2. Определяем теоретический объем продуктов сгорания

;(3.3)

;(3.4)

(3.5)

3. Определяем объем избыточного воздуха для различных пунктов котельного агрегата по формулам:

(3.6)

а) при ; ;

б) при ; ;

в) при ; ;

г) при ;;

Составляем таблицу, в которую вносим все подсчитанные величины, а также значение объемных долей газов, находящихся в продуктах сгорания (таблица 3).

Таблица 3. Состав и количество продуктов сгорания

Наименование величины	Формула для расчета	Коэффициент избытка воздуха
Теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания,		3,62	3,62	3,62	3,62
Величина		0,4	0,5	0,6	0,7
Объем избыточного воздуха,		1,44	1,81	2,17	2,53
Теоретический объем двухатомных газов		2,89
Теоретический объем, :
двухатомных газов		2,5	2,5	2,5	2,5
трехатомных газов		0,7	0,7	0,7	0,7
водяных паров		0,8	0,8	0,8	0,8
Действительный объем водяных паров,		0,821	0,828	0,83	0,84
Общий объем дымовых газов,		5,46	5,83	6,2	6,57
Объемная доля,
трехатомных газов		0,123	0,12	0,113	0,106
Двухатомных газов		0,15	0,142	0,133	0,127
Общая объемная доля для трехатомных газов		0,273	0,262	0,246	0,233
Температура точки росы, 0С		41,2	38,5	38,5	38,5

3.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Для подсчета величин теплосодержания дымовых газов и воздуха в отдельных газоходах котельного агрегата и для построения I-- диаграммы задаемся следующими температурами дымовых газов и воздуха:

при коэффициенте избытка воздуха

= 2000 и 800 ;

при коэффициенте избытка воздуха

=1000 и 400;

при коэффициенте избытка воздуха

=500 и 200 ;

при коэффициенте избытка воздуха

=300 и 100

Температуру воздуха в котельной принимаем

.

Подсчет производим по уравнению

=, ккал/кг,

А все полученные результаты сводим в таблицу 4. Значение теплоемкостей берем из таблицы 5.

Таблица 4. Теплосодержание продуктов сгорания в зависимости от значений температур и коэффициентов избытка воздуха

				Избыт. воздух
	V	c	V•c	V	c	V•c	V	c	V•c	V	c	V•c
При
2000	0,7	0,582	0,369	2,89	0,355	1,025	0,8	0,469	0,375	1,44	0,366	0,527	2,296	4592
800		0,511	0,357		0,327	0,945		0,399	0,319		0,337	0,485	2,106	1684,8
При
1000	0,7	0,529	0,37	2,89	0,333	0,962	0,8	0,412	0,329	1,81	0,343	0,62	2,28	2280
400		0,461	0,322		0,315	0,91		0,374	0,299		0,324	0,586	2,059	823,6
При
500	0,7	0,477	0,333	2,89	0,317	0,916	0,8	0,38	0,304	2,17	0,327	0,71	2,263	1131,5
200		0,429	0,24		0,311	0,898		0,364	0,291		0,318	0,69	2,119	423,8
При
300	0,7	0,447	0,313	2,89	0,312	0,901	0,8	0,368	0,294	2,53	0,321	0,696	2,204	661,2
100		0,409	0,286		0,31	0,895		0,36	0,288		0,316	0,685	2,154	215,4

Таблица 5. Среднее значение объемной теплоемкости сухих газов, водяных паров и влажного воздуха в зависимости от температуры

,				Влажный воздух СВ.В
0	0,3088	0,3805	0,3569	0,315
100	0,3096	0,4092	0,3569	0,3163
200	0,3106	0,429	0,3635	0,3181
300	0,3122	0,4469	0,3684	0,3206
400	0,3146	0,4608	0,3739	0,3235
500	0,3173	0,4769	0,3796	0,3268
600	0,3203	0,4895	0,3856	0,3303
700	0,3235	0,5008	0,392	0,3338
800	0,3266	0,511	0,3985	0,3371
900	0,3397	0,5204	0,405	0,3403
1000	0,3325	0,5288	0,4115	0,3433
1100	0,3354	0,5363	0,418	0,3463
1200	0,338	0,5433	0,4244	0,349
1300	0,3406	0,5495	0,4306	0,3517
1400	0,343	0,5553	0,4367	0,3542
1500	0,3453	0,5606	0,4425	0,3565
1600	0,3473	0,5655	0,4482	0,3578
1700	0,3493	0,5701	0,4537	0,3067
1800	0,3511	0,5744	0,459	0,3625
1900	0,3529	0,5783	0,464	0,3644
2000	0,3545	0,582	0,4689	0,3661

По полученным значениям теплосодержаний строим I-- диаграмму.

Основные характеристики воды и пара. В соответствии с заданием абсолютное давление воды в барабане котла составляет P=14 атм., температура питательной воды tп.в. =100 о С, процент продувки Pпр =3%.

Для этих условий определяем полное тепловосприятие воды и пара в котельном агрегате, отнесенное к 1 кг насыщенного пара:

где - энтальпия насыщенного пара;

- энтальпия котловой воды;

- энтальпия питательной воды.

Все значения взяты по табл. 2.3[1]

По таблице 5 строим I- х - диаграмма для Назаровского бурого угля

Глава 4. Расчетный тепловой баланс и расход топлива

4.1 Расчет потерь теплоты

При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях имеет вид:

,(4.1)

где - располагаемая теплота, кДж/кг;

- полезная теплота, содержащаяся в паре, кДж/кг;

- потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке, кДж/кг.

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты.

1. Потеря теплоты с уходящими газами (q2) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.

,(4.2)

где - энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 4 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов кДж/кг;

- энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при tв=30°С, кДж/кг;

=- коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, принимается по таблице 2 в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

- потеря теплоты от механической неполноты горения (для угля q4 = 5,5 % [2]).

(4.3)

,

.(4.4)

,(4.5)



2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q3) обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

[4]

3. Потеря теплоты от механической неполноты горения (q4) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе, и твердых горючих частиц, не вступивших в процессы газификации и горения. Считается, что твердые горючие частицы представляют собой чистый углерод.

Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха.

[2]

4. Потеря теплоты от наружного охлаждения (q5) обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности.

,(4.6)

где - потери тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла [2];

- номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

- расчётная нагрузка парового котла, т/ч.

5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков , возрастают с увеличением . Эти условия учитываются при слоевом, а также при камерном сжигании многозольных топлив по формуле:

(4.7)

где: кДж/кг - энтальпия шлака, при твердом шлакоудалении при ;

- доля золы топлива в шлаке и провале. (4.8)

4.2 Расчёт КПД и расхода топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или водогрейного котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия -- для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте -- нетто.

1) По уравнению обратного баланса находим КПД брутто

,(4.9)

2) Из уравнения прямого теплового баланса находим расход топлива, подаваемого в топку (равному расчетному расходу топлива)

,(4.10)

,

3) Определяем коэффициент сохранения теплоты

.(4.11)

Глава 5. Расчёт топочной камеры

5.1 Определение геометрических характеристик топок

1. Определение площади ограждающих поверхностей топки

В соответствии с типовой обмуровкой топки котла ДКВР-10-13, которая показана на рисунке 1, подсчитаем площади ограждающих её поверхностей, включая поворотную камеру. Внутренняя ширина котла равна 2810 мм [2].

Рисунок 3. Схема топки котла ДКВР-10 и её основные размеры

,(5.1)

где - расстояние между осями крайних труб данного экрана, м;

- освещенная длина экранных труб, м.

Боковые стены ,

Передняя стена ;

Задняя стена ;

Две стены поворотной камеры ;

Потолок ;

Под топки и поворотной камеры

;

Общая площадь ограждающих поверхностей

.(5.2)

.

2. Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева топки

Таблица 6. Основные данные по определению лучевоспринимающей поверхности нагрева [2]

Экраны	Освещенная длина труб экрана l, мм	Расстояние между осями крайних труб экрана b, мм	Площадь стены покрытая экраном, Fпл, м2	Диаметр экранных труб d, мм	Шаг экранных труб S, мм	Расстояние от оси трубы до стены е, мм	Относительный шаг экранных труб S/d	Относительное расстояние от оси трубы до стены e/d	Угловой коэффициент экрана	Лучевоспринимающая поверхность нагрева Нл, м2
Боковые Передние Задние Первый ряд котельного пучка	4800 2400 4600 2400	2600х2 2470 2470 1900	25 5,95 11,3 4,55	51 51 51 51	130 130 130 110	40 40 40 30	2,55 2,55 2,55 2,17	0,79 0,79 0,79 0,59	0,78 0,78 0,78 0,79	19,5 4,65 8,8 3,6

Общую лучевоспринимающую поверхность нагрева топки определяют как сумму отдельных составляющих

.(5.3)

5.2 Расчёт теплообмена в топке

1. Полезное тепловыделение в топке

(5.6)

Где тепло с вносимым в топку воздухом определено при значении коэффициента избытка воздуха .

На I--диаграмме по прямой построенной при значении коэффициента избытка воздуха , при найденном теплосодержании находим температуру горения

2. Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры

Для определения температуры на выходе из топки составляем табл. 7, в которую и помещаем все необходимые величины, включая конструктивные характеристики топки.

Таблица 7. Расчет температур газов на выходе из топки

Наименование величин	Условные обозначения	Расчетные формулы или обоснования	Расчетные данные	Результаты
Площадь боковых ограждающих поверхностей топки с одной ее стороны, м2		Рис. 1.		15,21
Объем топочного пространства, м3			15,212,81	43
Общая площадь ограждающих поверхностей		Рис. 1.	-	89
Эффективная толщина излучающего слоя	S			1,74
Лучевоспринимающая поверхность нагрева, м2		Табл. 6	-	37
Степень экранирования топки				0,415
Положение максимума температур	Х	рис. 1.		0
Значение коэффициента	m	Табл. 2.4[1]	-	0,52
Суммарная поглощающая способность, трехатомных газов, мата		Табл.3;	0,21,74	0,35
Температура газов на выходе из топки,		Принимаем с последующим уточнением 1100	-	-
Значение коэффициента ослабления лучей трехатомными газами		Рис. 2.2 [1]	-	2,1
То же, топочной средой				0,42
Сила поглощения запыленным потоком газов		Р=1 ата;		0,73
Степень черноты несветящейся части пламени				0,52
Степень черноты факела			0,52(1-0,52)	0,25
Значение условного коэффициента загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева		-	-	0,6
Произведение			0,4150,6	0,25
Тепловыделение в топке на 1м2 ограждающих ее поверхностей, ккал/м2ч	-			74516
Постоянные величины расчетного коэффициента М	А,Б	-	А=0,52 Б=0,3	-
Значение расчетного коэффициента М	М	М=А-БХ	0,52-0,30	0,52
Температура дымовых газов на выходе из топки,		Номограмма на рис. 2,5 [1]	-	1150
Теплосодержание дымовых газов на выходе из топки, ккал/кг		Диаграмма	-	3900
Тепло, переданное излучением в топке, ккал/кг	Qл		0,415[5503,7-3900]	665,5
Тепловое напряжение топочного объема, ккал/кгч				152727

Как видим, температура газов на выходе из топки оказалась примерно равной предварительно принятой; не превышает допустимых норм и тепловое напряжение объема топочного пространства, следовательно, расчет теплообмена в топке произведен правильно.

Глава 6. Расчёт конвективных поверхностей нагрева

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.

6.1 Тепловой расчёт первого газохода

1. По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг труб и рядов (расстояния между осями труб), диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания. Для данной конструкции котла ширина газохода а=1,6 м, а высота b=2,1 м [2].

Таблица 8. Конструктивные характеристики первого газохода [2]

Наименование величин	Условные обозначения	Результаты
Поверхность нагрева, м2	Н	134
Число рядов труб: вдоль оси котла поперек оси котла	z1 z2	16 22
Диаметр труб, мм	dн	51х2,5
Расчётные шаги труб в мм. продольный поперечный	S1 S2	100 110

2. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания

.(6.3)

3. Эффективная толщина излучающего слоя, м

4. Задаемся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из первого газохода =5000С и =3000С и производим для этих значений температур два параллельных расчета. Все необходимые расчетные операции располагаем в табл.9. Расчет первого газохода производим при . Приращением значения коэффициента избытка воздуха пренебрегаем, т.е.

Таблица 9. Тепловой расчет первого газохода

Наименование величин	Условные обозначения	Расчетные формулы или обоснования	Результаты при
		Общий вид	Числовые значения	5000С	3000С
Температура дымовых газов перед первым газоходом, 0С		Из расчета топки	Табл. 7	1150	1150
Теплосодержание дымовых газов перед первым газоходом, ккал/кг		I-- диаграмма	-	3900	3900
Температура дымовых газов за первым газоходом, 0С		Задаемся	-	500	300
Теплосодержание дымовых газов за первым газоходом, ккал/кг		Используем I-- диаграмму и табл. 4	-
Тепловосприятие первого газохода по уравнению теплового баланса, ккал/ч			0,981205(3900-1547,6+0)	2,78106	3,53106
			0,981205(3900-904,5+0)
Средний температурный напор, 0С				571	388
Средняя температура дымовых газов, 0С				825	725
Средняя скорость дымовых газов, м/с				7,1	6,5
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией,		Номограмма на рис 2.6 [1]	5011,02	51	48,15
			4511,07
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, мата		(табл. 3 и 9)	0,20,184	0,04	0,04
Значение коэффициента ослабления лучей трехатомными газами		Номограмма на рис. 2.2 [1]	-	2,9	3,1
Суммарная сила поглощения газовым потоком, мата			2,90,04	0,116	0,124
			3,10,04
Степень черноты газового потока		Рис 2.3 [1]	-	0,13	0,14
Значение коэффициента загрязнения поверхности нагрева, м2чград/калл		Табл. 2.5 [1]	-	0,015	0,015
Температура наружной поверхности загрязненной стенки, 0С				480	567
Значение коэффициента теплоотдачи излучением незапыленного потока, м2чград/калл		Номограмма на рис 2.10 [1];	1600,130,91	18,93	17,64
			1400,140,9
Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева		; [2]- коэффициент использования	1(51+18,93)	69,93	65,79
			1(48,15+17,64)
Значение коэффициента теплопередачи в первом газоходе, ккал/м2чград	КI	; где - коэффициент тепловой эффективности [2].	0,6569,93	45,45	42,76
			0,6565,79
Тепловосприятие первого газохода по уравнению теплопередачи, ккал/ч			45,45134571	3,44106	2,18106
			42,76134388

5. По принятым двум значениям температуры и полученным двум значениям Qб и QТ строим вспомогательный график для определения температуры продуктов сгорания на выходе из первого газохода (рис. 4). Эта температура, равная =4340С, является и температурой дымовых газов при входе во второй газоход, т.е. =.



Рис. 4. Вспомогательный график по определению температуры газов

6.2 Тепловой расчёт второго газохода

1. По чертежу определяются конструктивные характеристики второго конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг труб и рядов (расстояния между осями труб), диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (таблица 10). Для данной конструкции котла ширина газохода а=1,075 м, а высота b=2,1 м [2].

Таблица 10. Конструктивные характеристики второго газохода [2]

Наименование величин	Условные обозначения	Результаты
Поверхность нагрева, м2	Н	93
Число рядов труб: вдоль оси котла поперек оси котла	z1 z2	11 22
Диаметр труб, мм	dн	51х2,5
Расчётные шаги труб в мм. продольный поперечный	S1 S2	100 110

2. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (6.3)

.

3. Эффективная толщина излучающего слоя, м

4. Задаемся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из второго газохода =4000С и =2000С и производим для этих значений температур два параллельных расчета. Все необходимые расчетные операции располагаем в табл. 11. Расчет второго газохода производим при .

Таблица 11. Тепловой расчет первого газохода

Наименование величин	Условные обозначения	Расчетные формулы или обоснования	Результаты при
		Общий вид	Числовые значения	4000С	2000С
Температура дымовых газов перед первым газоходом, 0С		Из расчета первого газохода	-	434	434
Теплосодержание дымовых газов перед первым газоходом, ккал/кг		I-- диаграмма,	-	1420	1420
Температура дымовых газов за первым газоходом, 0С		Задаемся	-	400	200
Теплосодержание дымовых газов за первым газоходом, ккал/кг		Используем I-- диаграмму и табл. 4	-	1298,4	580
Тепловосприятие первого газохода по уравнению теплового баланса, ккал/ч			0,981205(1420-1298,4+10)	155406	1003765
			0,981205(1420-580+10)
Средний температурный напор, 0С				222	63
Средняя температура дымовых газов, 0С				417	317
Средняя скорость дымовых газов, м/с				7,6	6,5
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией,		Номограмма на рис 2.6 [1]	660,971	64,02	60,39
			610,991
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, мата		( табл. 3 и 9 )	0,180,184	0,033	0,033
Значение коэффициента ослабления лучей трехатомными газами		Номограмма на рис. 2.2 [1]	-	34,2	35,9
Суммарная сила поглощения газовым потоком, мата			34,20,180,10,201	0,124	0,129
			35,90,180,10,201
Степень черноты газового потока		Рис 2.3 [1]	-	0,116	0,121
Значение коэффициента загрязнения поверхности нагрева, м2чград/калл		Табл. 2.4[1]	-	0,015	0,015
Температура наружной поверхности загрязненной стенки, 0С				338	465
Значение коэффициента теплоотдачи излучением незапыленного потока, м2чград/калл		Номограмма на рис 2.10 [1];	580,116	6,728	8,228
			680,121
Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева		; [2]- коэффициент использования	1(64,02+6,728)	70,748	68,618
			1(60,39+8,228)
Значение коэффициента теплопередачи в первом газоходе, ккал/м2чград	КI	; где - коэффициент тепловой эффективности [2].	0,6570,748	46	44,6
			0,6568,618
Тепловосприятие первого газохода по уравнению теплопередачи, ккал/ч			4693222	949716	261311
			44,69363

5. По принятым двум значениям температуры и полученным двум значениям Qб и QТ строим вспомогательный график для определения температуры продуктов сгорания на выходе из второго газохода (рис. 3). Эта температура, равная =2970С, является и температурой дымовых газов при входе в экономайзер.

Рис. 5. Вспомогательный график по определению температуры газов

6.3 Тепловой расчёт водяного экономайзера

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении -- стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

К установке приняты водяные индивидуальные экономайзеры системы ВТИ, конструктивные характеристики которых приведены в табл. 12. Число труб в горизонтальном ряду для индивидуальных экономайзеров, устанавливаемых под котлами ДКВР 10, берем равным 10;тогда живое сечение для прохода дымовых газов будет равно

Остальные расчетные данные помещаем в табл.13. К установке принимаем экономайзер, состоящий из 16 горизонтальных рядов общей поверхностью нагрева Hэ=472 м2.

Таблица 12. Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров

Характеристика одной трубы	Экономайзер ВТИ
Длина, мм	2000
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2	2,95
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2	0,12

Таблица 13. Тепловой расчет экономайзера

Наименование величин	Условные обозначения	Расчетные формулы или обоснования	Расчетные данные	Результаты
Температура дымовых газов перед экономайзером, 0С				280
Энтальпия дымовых газов перед экономайзером, ккал/кг			-	960
Температура дымовых газов после экономайзера, 0С		Была принята	-	140
Энтальпия дымовых газов после экономайзера, ккал/кг			-	460
Тепловосприятие в водяном экономайзере, ккал/ч			0,981205(960-460+0,16,020,3230)	597299
Количество питательной воды, проходящей через экономайзер, л/ч	Dэ	По заданию	-	10000
Температура питательной воды перед экономайзером, 0С				160
Перепад температур между температурой насыщения и температурой воды на выходе из экономайзера, 0С	-	tн-	194-160	34
Средний температурный напор, 0С				80
Средняя температура дымовых газов, 0С				210
Средняя скорость дымовых газов в экономайзере, м/с				5,49
Значение коэффициента теплоотдачи, кДж/м20С			151,02	15,3
Расчетная поверхность нагрева экономайзера, м2	Нэ			487,9
Число труб в ряду	m	Было принято	-	10
Число горизонтальных рядов, шт.	n			16,5

6.4 Невязка теплового баланса

,

где Qл, Q1к, Q2к, Qэк - количество теплоты, воспринятое лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, экономайзером, кДж/кг.

ккал/кг;

ккал/кг,

ккал/кг,

ккал/кг,

Невязка теплового баланса составляет

Библиографический список

1. Злоказова Н.Г., Морозов А.П. Тепловой расчет котельных установок. Часть 2: Учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2006.83 с.

2. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 280 с.

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М.: «Энергия», 1980. - 424 с.

4. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: «Энергия», 1972. - 200 с.

Размещено на Allbest.ru