Тепловой расчёт котельного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Расчетно-пояснительная записка по курсу

Теплоэнергетические установки

на тему:

Тепловой расчёт котельного агрегата

Липецк 2003

Аннотация

В данном курсовом проекте рассчитывается газомазутный котлоагрегат БКЗ-75-39ГМ - вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, паропроизводительностью 75 т/ч. Сжигаемое топливо - природный газ (газопровод «Гоголево - Полтава»). Коэффициент полезного действия котлоагрегата 92,01%. Расчётно-пояснительная записка включает в себя 35 страниц, 3 приложения, 4 таблицы, 6 рисунков.

Содержание

1. Расчётные характеристики топлива и продуктов сгорания

2. Расчёт теоретически необходимого воздуха и продуктов сгорания

3. Расчёт объёмов продуктов сгорания по газоходам

4. Энтальпия воздуха и продуктов горения топлива

5. Тепловой баланс котлоагрегата и определение расхода топлива

6. Расчёт теплообмена в топочной камере

6.1 Геометрические характеристики топочной камеры

6.2 Тепловые характеристики топочной камеры

6.3 Определение площади стен топочной камеры

6.4 Проверка температуры на выходе из топки

7. Расчёт фестона

7.1 Основные конструктивные размеры

7.2 Расчёт теплообмена в фестоне

7.3 Проверка точности расчёта теплообмена в фестоне

8. Расчёт конвективного пароперегревателя

8.1 Основные конструктивные элементы

8.2 Основные расчетные параметры

8.3 Расчёт первой ступени

8.4 Расчёт второй ступени

9. Расчёт основных конструктивных и теплотехнических параметров водяного экономайзера и воздухоподогревателя

9.1 Конструктивные характеристики экономайзера

9.2 Основные расчётные параметры экономайзера

9.3 Конструктивные характеристики воздухоподогревателя

9.4 Основные расчётные параметры воздухоподогревателя

10. Расчёт второй ступени экономайзера

11. Расчёт второй ступени воздухоподогревателя

12. Расчёт первой ступени экономайзера

13. Расчёт первой ступени воздухоподогревателя

14. Тепловая схема котельного агрегата

15. Баланс теплового расчёта котлоагрегата

Библиографический список

1. Расчётные характеристики топлива и продуктов сгорания.

газомазутный котлоагрегат топливо теплотехнический

Вид сжигаемого топлива: газ (газопровод «Гоголево - Полтава»

Таблица 1. Объёмный состав газа:

CH4,%	C2H6,%	C3H8,%	C4H10,%	N2,%	C5H12,%	CO2,%	H2,%
85.8	0.2	0.1	0.1	13.7	0.0	0.1	-

Низшая теплота сгорания сухого газа, Q^н_с=30,98 МДж/м³.

Таблица 2.

Объёмы воздуха и продуктов сгорания м³/м³, при 0^оС и 1МПа:

V0	VRO2	V0N2	V0H2O
8.26	0.87	6.66	1.88

2. Расчет теоретически необходимого количества воздуха и продуктов сгорания

Объемы компонентов продуктов сгорания :

Теоретический объём азота [1, стр.21]:

Теоретический объём трёхатомных газов [1, стр.21]:

Теоретический объём водяных паров [1, стр.21]:

Суммарный объём продуктов сгорания [1, стр.21]:

V^o_г =V^o_RO2 +V^o_N2 + V^o_H2O=0.87+6.66+1.88=9.41 м³/м³.

3. Расчет объемов продуктов сгорания по газоходам

Таблица 3. Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли

трёхатомных газов [1, стр.22]

Величина и расчётная формула	топка	п/п	в.э.	в/п	в.э.	в/п
коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева, б''=бср+	1,1	1,1	1,13	1,15	1,18	1,2	1,23
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева бср	1,1	1,12	1,14	1,165	1,19	1,215
объём водяных паров, м3/м3, VH2O=VH2O+0.0161(бср-1)Vв0	1.893	1.896	1.899	1.902	1.905	1.909
полный объём газов, м3/м3,Vг=Vг0+1,0161(бср-1)Vв0	10.249	10.417	10.585	10.795	11.005	11.214
объёмная доля трёхатомных газов, rRO2=VRO2/Vг	0,0849	0,0835	0,0822	0,0806	0,0791	0,0776
объёмная доля водяных паров, rH2O=VH2O/Vг	0,1847	0,182	0,1794	0,1762	0,1731	0,1702
доля трёхатомных газов и водяных паров, rп=rRO2+rH2O	0,2696	0,2655	0,2616	0,2568	0,2522	0,2478

4. Энтальпия воздуха и продуктов горения топлива

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха:

[1, стр.23]

где С_в - теплоёмкость воздуха, ; t_в - температура воздуха, ^oС.

Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания:

[1, стр.23]

где - теплоёмкости соответственно трёхатомных газов, водяных паров и азота при постоянном давлении.

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха >1:

[1, стр.23]

где I_зл - энтальпия золы, которая не учитывается, так как сжигается природный газ.

Расчетные диапазоны: Топка : (1000-2400^оС);

Фестон : (700-1200);

Пароперегреватель : (600-1000^оС); Экономайзер : (200-800;100-400^оС);

Воздухоподогреватель: (100-300;100-600^оС);

Расчет энтальпий продуктов сгорания топлива для определенного диапазона температур с учетом возможных пределов изменения температур газов в данном газоходе проводится для каждого газохода котлоагрегата, в котором размещена поверхность нагрева.

5. Тепловой баланс котлоагрегата и определение расхода топлива

Общее уравнение теплового баланса:

Q^p_p =Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ , [1, стр.26]

Располагаемое тепло на 1 кг твердого топлива:

Q^p_p =Q^н_р+Q_в,вн+i_тл+Q_ф, [1, стр.26]

Так как нет предварительного (внешнего) подогрева воздуха в калориферах перед его поступлением в воздухоподогреватель, то Q_в,вн=0.

Q_ф=d_ф(i_ф-2,52) - тепло, вносимое в топку форсуночным паром при сжигании жидкого топлива.Q_ф=0.

Для большинства видов достаточно сухих и малозернистых видов топлив и газового топлива принимается Q_р^р=Q_н^р10³.

При t_ух=160^оС из приложения №1 определяем энтальпию уходящих газов: I_ух=2088 кДж/м³.

Энтальпия теоретического объёма воздуха (при t_вх=30 ^оС)[1, стр.23]:

Потери от механической неполноты сгорания q₄=0% [2. табл.4,6].

Потери с уходящими газами [1, стр.26]:

Потери с химическим недожогом q₃=0,4% [1. табл.4,6].

Потери от наружного охлаждения [1, стр.27]:

q₅^н=(60/D_ном)^0,5/lgD_ном=1,29%

Потери с физической теплотой шлаков q₆=0

Коэффициент полезного действия котлоагрегата (относительное количество тепла использованного полезно)[1, стр.26]:

Тепло, полезно отданное в котлоагрегате:

BQ_p^p _К.А = (D_пп(i_пп - i_пит) + D_пр(i_кип -i_пит)), [1, стр.28]

где D_пп =D = 20.8 кг/с - расход перегретого пара;

D_пр - продувочный расход.

D_пр =0,01pD_пп =0,01 20,81,5=0,312 кг/с, )), [1, стр.28]

где р = 1.5% - величина непрерывной продувки котла ,

Энтальпия перегретого пара:

по t_пп = 450 ⁰С и Р_пп = 4 МПа, i_пп = 3330.7 кДж/кг [3. прил. 1.]

Энтальпия питательной воды на входе в экономайзер:

по t_пв = 190 ⁰С и Р_пв = 5,6 МПа, i_пв = 766.52 кДж/кг. [3. прил.2]

Расход топлива подаваемого в топку:

В = (D_пп(i_пп - i_пп) + D_пр(i_кип -i_пит))/(_К.А.Q_p^p) =

=(20,8(3330.7 - 766.52)+0,312(1154-766.52))/(30980 0,9201) = 1,88 т/ч.

Расход топлива с учетом механической неполноты сгорания [1, стр.29]:

B_p = B(1 - (q₄/100)) =1,88(1 - (0/100)) =1,88 т/ч.

6. Расчет теплообмена в топке

6.1 Геометрические характеристики топки

Глубина топочной камеры (приложение 2)

b=5,14 м,

Ширина топочной камеры

а= mD_ном^0.5, [1, стр.32]

где m принимает значение 1,1 для D_ном=33-45 кг/с (D_ном=20,8 кг/с),

а= ^0.5=5 м.

Минимальный допустимый объем топки из условия экономичного сгорания топлива

V_T^мин = В_рQ^р_н/q_v, [1, стр.35]

где q_v - допустимое тепловое напряжение, q_v= 350 кВт/м³.

V_T^мин = м³.

Полную поверхность стен топочной камеры, а также её расчётный объём определяем по чертежу (прил. 2):

F_ст^р=294,2 м²,

V_т^р=385,5 м²,

Высота топки:

H=15 м,

Призматической части:

H=12 м,

Верхней части:

H=3 м.

- температура газов на выходе из топки, принимаем = 1200 ^оС.

Высота газового окна h_г.о= 3 м.

Объем верхней части топки V_вч= abh_г.о= м³.

Объем призматической части топки V_пр= V_T^p - V_вч= 385,5 - 77,1=308,4 м³.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.Схема топочной камеры.

6.2 Тепловые характеристики топочной камеры

Энтальпия горячего воздуха (при t=300С) по приложению 1:

I^г_в = 3984.624 кДж/кг;

Энтальпия холодного воздуха (при t=25 ^оС) по приложению 1:

I^х_в = 109.032 кДж/кг.

Тепло, вносимое в топку с воздухом:

Q_в = (_т - _т )I^г_в + _т I^х_в = (1,1 - 0.08)3984.624 + 0.08109.032 = 4073 кДж/кг.

Общее тепло, вносимое в топку:

Q_т = Q_р^р(100 - q₃ - q₆ )/100 + Q_в = 30980(100 - 0,4 )/100 + 4073 = 34929.08 кДж/кг.

Коэффициент сохранения теплоты

. [1, стр.39]

Адиабатную температуру газов можно получить при энтальпии дымовых газов на выходе из топки I_г равной Q_т:

I_г=34929.08 кДж/м³; х_ад=2060 °С, (приложение 1)

Удельное тепловосприятие топки:

Q_л= (Q_т - I''_т), [1, стр.39]

где I''_т - энтальпия дымовых газов на выходе из топки (х''_т=1200 ^оС,

I''_т= 19502.4 кДж/м³).

Q_л= 0.986(34929.08 - 19502.4)= 15210.7 кДж/м³.

6.3 Определение площади стен топочной камеры

Угловой коэффициент экрана:

x = 1 - 0,2(s/d - 1) [1, стр.41]

s/d = 100/60 =1,67 x = 0,87:

Коэффициент, учитывающий относительное положение ядра факела по высоте топочной камеры

М=0.52 - 0.5Х_т, [1, стр.40]

Х_т=h_гор/h_т'= 4,2/12=0.346. [1, стр.40]

М=.

Коэффициент тепловой эффективности экранов:

х, [1, стр.40]

где - коэффициент загрязнения ([2] табл.4.2) равен 0,65.

0,86 0,65 = 0,56;

Эффективная толщина излучающего слоя:

S = 3,6V_т^р / F^р_ст = 3,6385,5/294,2 = 4,72 м. [1, стр.42]

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:

k_гr_n = [(7,8 + 16r_Н2О)/((r_nS)) - 1][1 - 0,37Т''_т / 1000]r_п, [1, стр.43]

r_n=0,2696, r_H2O=0.1847 - находим по таблице 3;

- абсолютная температура на выходе из топки. Предварительно примем равной 1200 ^оС.

k_гr_n = [(7,8 + 160.1847)/((0,26964,72)) - 1][1 - 0,371473 / 1000]0,2696 = 1.178 (МПам)^-1;

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

k_c= 0.3 , [1, стр.43]

где С_р/Н_р - соотношение между содержанием углерода и водорода в рабочей массе топлива [1, стр.44];

С_р/Н_р= 0.12= 0.12 %.

k_c= (МПам)^-1.

Суммарный коэффициент ослабления лучей [1, стр.43 ]:

k = k_гr_n+k_c= 1.178+1.33=2.508 (МПам)^-1.

Суммарная оптическая толщина среды: kps =2.5080,14.72 =1.18.

Коэффициент теплового излучения факела

, m=0.1. [1, стр.43]

где - коэффициенты теплового излучения светящейся части факела и несветящихся газов [1, стр.42]:

,

где k= k_гr_n=1.178, p - давление в топочной камере равно 0,1 МПа;

.

, где k= k_гr_n+k_c=2.508.

.

.

Коэффициент теплового излучения топочной камеры

, [1, стр.42]



Поверхность стен топочной камеры

F_ст=, [1, стр.39]

F_ст= м².

Уточняем размеры топки.

Полученное значение F_ст сравнивается с F^р_ст

F_ст= F_ст - F^р_ст= 317.5 - 294,2=23.3 м².

h_пр= F_ст/U,

где U - периметр призматической части топки. [1, стр.46]

U= 2a+2b= м.

h_пр=23.3/20,28=1.15 м.

Высота топки изменяется за счёт призматической высоты топки h_пр:

h_пр= h_пр^р+h_пр= 12+1.15 = 13.15 м; [1, стр.46]

Действительный объем топочной камеры

V_T= abh_пр+ab(h-h_пр)= м³. [1, стр.46]

Тепловое напряжение топочного объема

q_v^т= BQ_н^р/V_T = кВт/м³. [1, стр.46]

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева экранов:

H = F_ст, где F_пл - площадь стен, занятая экраном, [1, стр.46]

- степень экранирования топки:

= 0,975 [1, стр.46]

H_л= м²

Среднее тепловое напряжение поверхности топочного объема

q _л= BQ_л/H_л= кВт/м².

Тепловое напряжение по высоте топки определим с помощью коэффициента неравномерности лучистого тепловосприятия по высоте топочной камеры з_в:

Нижние 2/3 топки-1,1,

Верхняя треть высоты топки-0,8,

Потолок топки-0,6.

Тепловое напряжение по высоте топки:

q_л.з.=q_лз_в; [1, стр.47]

нижние 2/3 высоты топки=100.46 кВт/м²,

верхняя 1/3 высоты топки=73.06 кВт/м²,

потолок=54.8 кВт/м².

6.4 Проверка температуры на выходе из топки (Т''_т)

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого твердого топлива [1, стр.49]:

V_Сср = (Q_Т - I''_T) / (T_a - T'') = (34929.08 - 19502.4)/(2060 - 1200) =

=17.94 кДж/(кгК),

Действительная температура на выходе из топки [1, стр.46]:

Т _T'' = T_a / [М((5,67 _срF_топа_тT_a³)/(10¹¹В_рV_Сср))^0,6 + 1] - 273 = 2333 / [0,347 ((5,670,56317.50,586(2333)³)/(10¹¹0,9861,8817.94))^0,6 + 1] - 273 = 1230 С.

Расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки, равной 1200 ^оС, не превышает 100 ^оС, поэтому расчёт считаем законченным.

Проверку можно также провести используя номограмму ([2]Рис.4.4.). расхождение по площади стенок топочной камеры не должно превышать 10%. Выполненный расчёт соответствует этому условию.

7. Расчет фестона

7.1 Основные конструктивные размеры

Число труб в ряду:

z₂ - число рядов труб по ходу продуктов сгорания, z₂=4?

Z_топ=(a- S_топ )/S_топ=(5000-100)/100=32 шт., [1, стр.99]

Z₁=32/4=8,

S₁=S₁^тz₂=1004=400 мм - поперечный шаг экрана,

S₂=150 мм - продольный шаг экрана.

Относительный поперечный шаг:

Относительный продольный шаг:

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при поперечном обмывании труб:

[1, стр.122]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Схема фестона.

7.2 Расчёт теплообмена в фестоне

Температура газов на входе в фестон Т=1230 ^оС. Принимаем температуру газов за фестоном Т=1165 °С.

-энтальпия продуктов сгорания за фестоном

- энтальпия продуктов сгорания перед фестоном.

Тепло, отданное продуктами сгорания (по уравнению теплового баланса):

где =0 - присос воздуха в фестоне равен.

Находим температурный напор (температура пара t_к равна температуре насыщения в барабане котла при давлении P=5 МПа [4, приложение 1]

t_k=264 °С):

Так как то температурный напор определяется по формуле:

[2, стр.50]

Расчётная температура потока продуктов сгорания в фестоне:

Расчётная скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева:

[2, стр.38]

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

[1, рис.6.4.]

где _н - коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании коридорных пучков, ; [1. номограмма 13]

C_z =0,935 - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания [1];

С_s= 0,311 - поправка на компоновку пучка [1];

C_ф=0.98 - поправка, учитывающая влияние изменения физических параметров потока [1].

Коэффициент теплоотдачи излучением, учитывающий передачу теплоты излучением:

л = н, [1,рис.6.14]

где - степень черноты газового потока.

Эффективная толщина излучающего слоя:

[2, стр.43]

Суммарная оптическая толщина:

kpS = kгrп pS, rn= 0,2696 (таблица 1).

Суммарная оптическая толщина:

Степень черноты газового потока:

_н =300 Вт/м²К- коэффициенты теплоотдачи,

определяемые по номограмме [1] при температуре загрязненной стенки.

Температура загрязнённой стенки:

где t=80 ⁰C - принимается по [1, рис.6.14]

С_г= 0.9 (см. рис.6.14. ).

_л= 3000.1330.9=36.25 Вт/м²К;

Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

[2, стр.37]

где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания её продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо неё и образования застойных зон.

K=шб₁, где ш- коэффициент тепловой эффективности равный 0,85

Тепловосприятие за счет излучения из топки

Q_л= x_пучq_л.в., [2, стр.59]

Где x_пуч- угловой коэффициент пучка (по номограмме 1,г[1]),

- лучевоспринимающая поверхность,

= рdlz₂=3.140.06332=18 м².

Q_л= кДж/м³.

Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева по уравнению теплопередачи:

[2, стр.35]

7.3 Проверка точности расчёта теплообмена в фестоне

Определяем несводимость тепловосприятия труб фестона, сравнивая тепловосприятия, полученные из уравнения теплового баланса и из уравнения теплопередачи:

8. Расчёт конвективного пароперегревателя

8.1 Основные конструктивные элементы

Схема конвективного пароперегревателя - две ступени, первая ступень по ходу пара является противоточной и располагается второй по ходу дымовых газов, а вторая ступень- прямоточная (первая по ходу газов). Между ступенями врассечку установлен вспрыскивающий пароохладитель. В пароперегревателе - коридорное расположение труб, что ослабляет наружные загрязнения. a= 5000 мм - ширина газохода,

Рис.4 Схема конвективного пароперегревателя.

Первая ступень: d=38Ч3 мм (dн=38 мм, dвн=38-23=32 мм),

S₁=2,5d =0.095 мм,

S₂=1,5d=0,057 мм,

Z₁=(a-S₁)/S₁=(5000-95)/95=51 шт.- число змеевиков ступени?

b_n=2,88 м- высота газохода,

L=2.54 м - длина труб.

Вторая ступень: d=42Ч3 мм,

S₁=3d=0.126 мм,

S₂=2d=0.084 мм,

Z₁=(a-S₁)/S₁=38 шт,

b_n=4,04 м- средняя высота газохода,

L=3,46 м.

8.2 Основные расчетные параметры

T' = 1165⁰C; P_пп =4 МПа; t_пп = 450 ⁰С; i_пп = 3328 кДж/кг, [2,табл №25]

Теплота, отданная продуктами сгорания пару:

Q_б = (I' - I'' + _ппI_прс⁰), [2, стр.35]

где = 0,03 - присос воздуха в газоход пароперегревателя;

I_прс⁰ = I_в⁰ = 1,32t_хвV_в⁰ = 1,32108.26 = 109.032 кДж/м³ - энтальпия

холодного воздуха при температуре 10⁰С.

Тепловосприятие пароперегревателя:

Q_пс = (D/B_p)(i_пп - i_н), [2, стр.35]

где i_н = 2790.3 кДж/кг - энтальпия пара в состоянии насыщения

при P = 5 МПа, [2.табл №25].

Из уравнения теплового баланса определяем энтальпию продуктов сгорания

После пароперегревателя.

Q_б = Q_пс

(I' - I'' + _ппI_прс⁰) = (D/B_p)(i_пп - i_н) => I'' = I' - (D/B_p)(i_пп - i_н) + _ппI_прс⁰.

I'' = 13771 - (20,8(3328 - 2790.3))/(1,880,986) + 0,03109.032 = 9011.8 кДж/кг.

По величине I'' из табл. №2 определяем температуру продуктов сгорания после пароперегревателя:

T'' = 595 ⁰C

Теплота, отданная продуктами сгорания пару:

Q_б = 0,986(18530.13 - 13771 + 0,03109.032) = 9518.4 кДж/кг

Тепловосприятие пароперегревателя:

Q_пе=20,8/1,88(3328-2790.3)=9518.4 кДж/м³.

Так как необходимо разбить пароперегреватель на две ступени то распределяем тепловосприятие на две ступени:

Q_пе¹=4759.2 кДж/м³,

Q _пе²=4759.2 кДж/м³- требует изменения в связи с установкой пароохладителя.

Находим температуры дымовых газов и пара между ступенями:

i_п=i_пп- Q_пе²B_р/D=3328- 4759.21.88/20.8=3026.89 кДж/м³ ,

t_п=315 °С [4, прил. 2],

I_д.г.=I'-Q_пе²/ц+_пп²I_прс⁰=18530.13- 4759.2/0,986+0,015109.032=13771 кДж/м³,

T_п=881 °С (прил. 1.)

Кол-во впрыскиваемой воды в пароохладителе:

[2, стр.60]

где Дi_по=I”₁-I'₂ , кДж/м³,

I'₁ - энтальпия пара до входа в пароохладитель,

I”₁ - энтальпия пара на выходе из пароохладителя.

Дi_по принимаем равным 70 кДж/кг или 1160 кДж/м³,

ДD=20.870/(3052-84)=0.49 кг/с,

С учётом полученного Дi_по изменяем тепловосприятие второй по ходу пара ступени:

Q_пе²=20,8/1,88(3328-3052-70)=2279.14 кДж/м3.

8.3 Расчёт первой ступени

Площадь живого сечения для прохода дымовых газов:

Площадь живого сечения для прохода пара:

f = 0,785d_вн²z₁ = 0,785(0,032)²51 = 0,041 м²

Для увеличения температурного напора эту ступень выполняем противоточной.

Температурный напор:

t_прт = (t_б - t_м)/(2,3lg(t_б/t_м)),

где t_б =881 - 315 =566 ⁰С ; t_м = 595 - 266 = 329 ⁰C - разности

температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой среды.

t_прт = (566 - 329)/(2,3lg(566/329) = 437 ⁰C

Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе пароперегревателя:

_г = (В_рV_г(T + 273))/(F273), [2, стр.37]

где Т = (Т' +T'')/2 = (881 + 595)/2 =783 ⁰C - расчетная температура потока продуктов сгорания.

_г = (1,8810.417(783 +273))/(9,43273) = 7,7 м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

_к = _нС_zC_sC_ф [1, рис.6.4] где

С_z = 1, С_ф = 1.03,С_s=0,95; _н =63 Вт/м²К,

_к = 6310.951.03 = 62 Вт/м²К

Расчетная скорость пара в змеевиках:

W_п = ((D- ДD)_ср)/f , [2, стр.60]

где _ср = 0,048 м³/кг - средний удельный объем пара (определяется

из [2.,стр 214] при t_ср = (266 + 315)/2 = 290.5 ⁰C и

P_ср = (5 +4.5)/2 = 4,75 МПа.

W_п= м/с.

Температуру стенки во всех поверхностях нагрева принимаем равной tст=t+25°C=290.5+25=315.5 °C.

Коэффициент теплоотдачи излучением:

где Сг=0,91

Вт/м²К.

Степень черноты газового потока (a):

[1, стр.35]

Вт/м2К.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1. стр.256]:

где С_d - поправочный коэффициент, С_d= 0,99.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания стенке:

Коэффициент теплопередачи:

[2, стр.38]

где - коэффициент тепловой эффективности пароперегревателя.

Поверхность нагрева ступени пароперегревателя:

[2, стр.35]

Общее число труб n=z₁z₂=Н/d_Hрl=72.67/(0,0383,142,54)=383,

Количество пар труб в секции по ходу пара

z₂= n/z₁= 383/51=8.

8.4 Расчёт второй ступени

Вторую ступень перегревателя выбираем прямоточной, так как температурный напор достаточен из-за больших температур дымовых газов и водяного пара:

Дt_б=1165-315=850 °С,

Дt_м=881-450=431 °С,

Дt=(850-431)/ln(850/431)=617 °С,

Расчет второй ступени производим аналогично предыдущему:

Средняя температура потока:

T=(t'+t”)/2=1023 °С.

F= м²,

f=0,785d_вн²z₁ =0.785(0.038)²38=0.043 м²

_г =6.74 м/с,

С_z = 1, С_ф = 1.02,С_s=1; _н =55 Вт/м²К [1. стр.124]

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

_к =56.1 Вт/м²К ,

средний удельный объём пара в ступени:

х=0,05 м3/кг,

t_ср = (450+315)/2=382.5 °С,

P_ср = 4,25 МПа ,

Расчетная скорость пара в змеевиках:

W_п =44.6 м/с,

Степень черноты газового потока (a):

S=0.25 м,

K_гr_п=6,3 1/МПам,

Kps=6.30.250.1=0.158,

a=1- e^-0.158=0.8.

Коэффициент теплоотдачи излучением:

б_н=440 Вт/(м²К),

С_г=0,88

Вт/(м²К).

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1. стр.256]:

б₁= б_н+ б_л=56.1+309.76=365.86 Вт/м²К ,

Коэффициент теплопередачи:



Поверхность нагрева ступени пароперегревателя:

Общее число труб n=z₁z₂=Н/d_Hрl=39.2/(0,0423,143,46)=107

Количество пар труб в секции по ходу пара

z₂= n/z₁=107/38=3.

9. Расчёт основных конструктивных и теплотехнических параметров водяного экономайзера и воздухоподогревателя

9.1 Конструктивные характеристики экономайзера

где d_н=32 мм - наружный диаметр.

=3 мм - толщина стенки трубы,

z₁ - число труб в ряду,

z₂ - число рядов.

l=1,5 м - длина змеевика,

а и b - размеры газохода, соответственно 5 м и 1.61 м.

z₁= шт.,

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

9.2 Основные расчётные параметры экономайзера

Тепловой расчёт выполним конструкторским методом. Тепловосприятие определяется из уравнения теплового баланса [2, стр.59]:

Q_б=Q_р^рз-Q_л-Q_ф-Q_пе, кДж/м³

Q_б= кДж/м³

Тепло, воспринятое водой:

Q_вэ=, [2, стр.35]

где D+D_пр= 20,89 + 0.312=21,202 кг/с.

Энтальпия питательной воды при t'_пв= 190 ^оС, Р_пв= 5.6 МПа,

i'=810.2 кДж/кг.

Из уравнения теплового баланса определяем энтальпию воды на выходе из экономайзера :

Q_б = Q_вэ.

I_в''= кДж/кг.

По энтальпии воды после экономайзера и её давлению определяем температуру воды после экономайзера по табл.XXIV [2]. t_эк=266 ^oC.

Принимаем тепловосприятие второй по ходу воды ступени равным:

Q_эк²=1000 кДж/м³,

Рассчитаем параметры дымовых газов на выходе из этой ступени:

I”=i_пе”-Q_эк²,

I”=9011- 1000=8011 кДж/м³, t”=526 ^oC (приложение 1).

Параметры воды на входе во вторую ступень экономайзера:

I'₂=1674 - 10001,88/21,202=1187 кДж/кг; t'₂=208 °С [4, приложение 2].

9.3 Конструктивные характеристики воздухоподогревателя

Схема - перекрёстный ток с шахматным расположением труб.

Тип воздухоподогревателя: рекуперативный. Дымовые газы движутся внутри труб, длину которых необходимо определить из теплового расчёта. Воздухоподогреватель- двухступенчатый, первая ступень-однопоточная, а вторая - двухпоточная.

S₁=65 мм,

S₂=45 мм,

z₁ - число рядов труб,

z₂ - число труб в ряду,

d_н= 51 мм, = 1,5 мм.

Размеры газохода a_вп= 5 м, b_вп²= 1.61 м, b_вп¹=4,38 м.

z₁¹= ,

z₁²= z₂=

9.4 Основные расчётные параметры воздухоподогревателя

Тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе:

[2, стр.60]

Дб_вп=0,06 (таблица 3).

Температура дымовых газов на выходе из первой ступени воздухоподогревателя задана:

Т_ух= 160 ^оС.

Энтальпия дымовых газов на выходе из первой ступени воздухоподогревателя:

I_ух=2465.2 кДж/м³ (приложение 1).

Энтальпию холодного воздуха определяем по температуре холодного воздуха равной 30 ^оС (приложение 1): I_хв=327 кДж/м³.

в”_вп=б_тДб_тДб_пл, [2, стр.60]

где б_т- коэффициент избытка воздуха в топке равный 1,1;

Дб_т и Дб_пл - присосы воздуха в топке и системе пылеприготовления, равные 0, следовательно в”_вп=1,1.

Найдём теплоту отданную дымовыми газами воздуху:

Q_вп = I_пе”- Q_эк -I''_ух =9011.8- 2465.2- 1917.5=4629.1 кДж/м³,

Найдём параметры воздуха на выходе из воздухоподогревателя:

[2, стр.60]

По приложению 1 находим температуру подогрева воздуха:

T_гв⁰=393 ^оС.

Так как воздухоподогреватель - двухступенчатый то необходимо разбить тепловосприятие на две части:

Q_вп¹⁼2200 кДж/м3,

Q_вп²=2499.1 кДж/м3.

Энтальпия дымовых газов перед второй по ходу воздуха ступенью:

I'_вп2= I”_эк2=8011 кДж/м³, t'_вп2=526 ^оС.

Определяем энтальпию и температуру дымовых газов после второй по ходу воздуха ступенью:

I''_вп2= I”_эк2 - Q_вп²=8011 - 2499.1=5512 кДж/м³,

t''_вп2=326 ^оС (приложение 1).

Энтальпия и температура подогрева воздуха после первой ступени:

I⁰ _в1''= I_хв+ Q_вп¹/( в”_вп+Дб₁/2)= 327+2200/(1,1+0,015)=2300 кДж/м³,

t''_в1=176 ^оС (приложение 1).

Определяем энтальпию и температуру дымовых газов перед первой по ходу воздуха ступенью:

I'_вп1= I_ух+ Q_вп¹=2465.2+2200=4665.2 кДж/м³,

t'_вп1=294 ^оС.

Между поверхностями нагрева необходимо установить компенсаторы позволяющие предотвратить изгиб труб вследствии их удлинения из-за высоких температур (приложение 2).

10. Расчёт второй ступени экономайзера

Температурный напор для противоточной схемы:

Для «кипящего» типа экономайзера (при паросодержании на выходе x<30%) расчёт температурного напора с достаточной точностью может выполняться по формуле:

t_прт = (t_б - t_м)/(2,3lg(t_б/t_м)), [1, стр. 148]

Дtб=595-266=329 °С,

Дtм=526-208=318 °С,

Действительная скорость продуктов сгорания:

б_н=87 Вт/(м²К), Cz=0.8, Cф=1,04, Сs=0.97 [1, рис. 6.5.]

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности при поперечном омывании шахматных пучков:



Степень черноты газового потока (a):

Коэффициент теплоотдачи излучением:

б_н=123 Вт/(м²К), C_г=0,94; [1, рис. 6. 14]

Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания поверхности:

Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева ():



Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера:

Общее число труб: n=z₁z₂=Н/d_Hрl=77.2/(0,0323,141,5)=512 шт,

Количество пар труб в секции по ходу пара

z₂= n/z₁=512/64=8 шт,

высота секции экономайзера:

шаг одной петли экономайзера S_пет=2S₂, тогда полная высота пакета экономайзера

h_эк=z₂S_пет, [1, стр.101]

h_эк²=820,064=1,024 м.

11. Расчёт второй ступени воздухоподогревателя

Температурный напор:

Дt=ШДt_прт ,температурный напор для схемы с перекрёстным током, где Ш- коэффициент пересчёта от противоточной схемы к перекрёстной [1, стр. 149], дляпользования этой номограммой необходимо вычислить безразмерные параметры:

P=ф/(х'- t'), R=ф_б/ф_м,

Где х'и t' - начальные температуры греющей и обогреваемой сред, ^оС, ф_б- полный перепад температур той среды, где он больше, чем перепад температур второй среды ф_м, ^оС,

Ф_б=526-362= 200 ^оС,

Ф_м=266-208= 58 ^оС,

R=200/58=3,45, P= 58/(526-208)=0,18

По [2, рис.7-12] определяем ш для одноходового теплообменника. Получаем ш=0.96

Дt=шДtпрт=0.96·203=195 єC

Средняя температура воздуха:

T0=(208+266)/2=237 оС,

Средняя температура дымовых газов:

t=(526+362)/2=426 оС,

Температура загрязнённой стенки:

Tст=t+25=237+25=262 оС,

Z=z₁²z₂=11024=2640 шт,

Площадь живого сечения дымовых газов:

Площадь живого сечения для воздуха (длину труб принимаем равной l=2м):

Скорость продуктов сгорания [2,стр.36]:

Скорость воздуха в воздухоподогревателе [2,стр.36]:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке

(1, рис.6.6.):

где

Коэффициент теплоотдачи излучением:

, Вт/(м²К) [1, стр.141]

s=0.9d(4/рs1s2/d2-1) - эффективная толщина излучающего слоя , м [1, стр.139] s=0,02 м,

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами [1, стр. 43]:

Степень черноты:

е=1-е-kps=1-е-26.60,020,1=0,0577,

коэффициент теплоотдачи излучением:

бл=1200,05770,9=6,22 Вт/(м2К).

Суммарный коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплоотдачи от стенки воздуху при поперечном омывании шахматных пучков [1, рис.6,5 ]:

Коэффициент теплоотдачи:

k= Вт/м²К.

Площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя:

h'= м.

Так как расхождение между h и h меньше 2%, то расчёт не требует уточнения.

12. Расчёт первой ступени экономайзера

Принимаем тепловосприятие первой по ходу воды ступени равным:

Q_эк¹=917.5 кДж/м³,

Параметры дымовых газов на выходе из этой ступени:

I”= I”_вп2- Q_эк1=5512 -917.5=4595 кДж/м3, t”=294 °С. (прил.1)

Расчёт проводим аналогично расчёту второй ступени:

Дtб=326-208=154 °С,

Дtм=294-190=104 °С,

Действительная скорость продуктов сгорания:

бн=72 Вт/(м2К), Cz=0.85, Cф=1,05, Сs=0.97 [1, рис. 6.5.]

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности при поперечном омывании шахматных пучков:



Степень черноты газового потока (a):

Коэффициент теплоотдачи излучением:

t_ср=208+190=199 єС

б_н=40 Вт/(м²К), C_г=0,97; [1, рис. 6. 14]

Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания поверхности [2,стр.55]:

Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева ():



Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера:

Общее число труб:

n=z₁z₂=Н/d_Hрl=254.1/(0,0323,141,5)=1686 шт,

Количество пар труб в секции по ходу пара

z₂= n/z₁= 1686/64=26 шт,

высота секции экономайзера:

шаг одной петли экономайзера S_пет=2S₂, тогда полная высота пакета экономайзера

h_эк=z₂S_пет, [1, стр.101]

h_эк²=2620,064=3,2 м.

Так как экономайзерные поверхности компонуются пакетами высотой 1000-1500 мм, то целесообразно разбить первую ступень экономайзера на два пакета высотой по 1,6 м каждая (превышение высоты на 100 мм вполне допустимо).

13. Расчёт первой ступени воздухоподогревателя

Расчёт проводим аналогично расчёту второй ступени:

Температурный напор:

Дt=ШДt_прт ,температурный напор для схемы с перекрёстным током, где Ш- коэффициент пересчёта от противоточной схемы к перекрёстной [1, стр. 149], для пользования этой номограммой необходимо вычислить безразмерные параметры:

P=ф_м/(х'- t'), R=ф_б/ф_м,

Где х'и t' - начальные температуры греющей и обогреваемой сред, ^оС, ф_б- полный перепад температур той среды, где он больше, чем перепад температур второй среды ф_м, ^оС,

Ф_б=176-30= 146 ^оС,

Ф_м=294-160=134 ^оС,

R=146/134=1.09, P= 134/(294-30)=0.51

По [2, рис.7-12] определяем ш для одноходового теплообменника. Получаем ш=0.96

Средняя температура воздуха:

T0=(176+30)/2=103 оС,

Средняя температура дымовых газов:

t=(294+160)/2=227 оС,

Температура загрязнённой стенки:

Tст=t+25=227+25=252 оС,

Z=z11z2=11066=7260 шт,

Площадь живого сечения дымовых газов [2,стр.38]:

Площадь живого сечения для воздуха (высоту одного хода принимаем равной h=2,5 м):

Скорость продуктов сгорания:

Скорость воздуха в воздухоподогревателе [2, стр.38]:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке [1, рис.6.6.]:

где

Коэффициент теплоотдачи излучением в последней по ходу дымовых газов ступени пренебрежимо мал и поэтому его допускается не рассчитывать.

Суммарный коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплоотдачи от стенки воздуху при поперечном омывании шахматных пучков [1, рис.6,5 ]:

Коэффициент теплоотдачи:

k= Вт/м²К. [2, стр.37]

Площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя [2, стр.35]:

h'= м.

Так как расхождение между h и h меньше 2%, то расчёт не требует уточнения.

Последнюю ступень воздухоподогревателя конструируем двухходовой. Высоту каждого хода принимаем равной 1,2 м.

14. Тепловая схема котельного агрегата

Для построения тепловой схемы необходимо найти энтальпии после поверхностей нагрева:

Энтальпия и температура дымовых газов на выходе из (таблица 3):

Адиабатическая температура при энтальпии Q_т=34929.08 кДж/м³ , t”=2060°С,

Топки: I”=19502.4 кДж/м³, t”=1230 °С,

Фестона: I”=18530.13 кДж/м³, t”=1165 °С,

2-ой ступени пароперегревателя: I”=13771 кДж/м³, t”=881 °С,

1-ой ступени пароперегревателя: I”=9011.8 кДж/м³, t”=595 °С,

2-я ступень экономайзера: I”=8011 кДж/м³, t”=526°С,

2-я ступень воздухоподогревателя: I”=5512 кДж/м³, t”=362 °С,

1-я ступень экономайзера: I”=4595 кДж/м³, t”=294 °С,

1-я ступень воздухоподогревателя: I”=2465.2 кДж/м³, t”=160 °С.

Тепловая схема котла БКЗ-75-39ГМ представлена в приложении 3.

15. Баланс теплового расчёта котлоагрегата

Тепловосприятие фестона:

Qф=1768 кДж/м³,

Тепловосприятие пароперегревателя:

Qпе=9518.4 кДж/м³,

Тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе:

[2, стр.60]

Q_вп=4629.1 кДж/м³,

Тепло, воспринятое экономайзером :

Q_эк= кДж/м^3,

Невязка теплового баланса [1, стр.57]:

Q_р^р=Q_н^р=30,98 МДж/м³, -располагаемая теплота топлива,

q₄=0%- потери с механическим недожёгом топлива.

з=0,9201 - коэффициент полезного действия котла.

Количество тепла, воспринятое в топке:

где I_т - энтальпия продуктов сгорания при действующей температуре в топке.

[1, стр.57]

так как полученная погрешность меньше максимально допустимой равной 0,5% то полученный расчёт не требует уточнения.

Библиографический список

Липов Д. М. Компоновка и тепловой расчёт парового котла. М., Энергоиздат,1988.

Тепловой расчёт котельных агрегатов. Нормативный метод. под ред. Кузнецова Н. В. М., “Энергия”, 1973, 295с.

Безгрешнов А.Н. Расчет паровых котлов в примерах и задачах. М.: Энергоиздат, 1991.-240c.: ил.

Трембовля В. И. и др. теплотехнические испытания котельных установок.2-е изд., перераб. и доп.-М.: Энэргоатомиздат, 1991.-416 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru