Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ_ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Моделирование систем и процессов

Тема: Математическое моделирование процесса нагревания воды в котле ПТВМ-30

Автор: студент гр. АПМ-18 Прибылнова Е.С.

Санкт-Петербург 2021

Оглавление

Введение

• 1. Общие сведения о семействе котлов ПТВМ
• 2. Технические характеристики котла ПТВМ-30
• 3. Тепловой баланс котла
• 4. Расчет теплового баланса
• 5. Построение модели
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Невозможно представить современную науку без широкого применения математического моделирования. Сущность этой методологии состоит в замене исходного объекта его образом - математической моделью - и дальнейшем изучении модели с помощью реализуемых на компьютерах вычислительно-логических алгоритмов. Этот метод познания, конструирования, проектирования сочетает в себе многие достоинства как теории, так и эксперимента. Работа не с самим объектом (явлением, процессом), а с его моделью дает возможность безболезненно, относительно быстро и без существенных затрат исследовать его свойства и поведение в любых мыслимых ситуациях. В то же время вычислительные эксперименты с моделями объектов позволяют, опираясь на мощь современны вычислительных методов и технических инструментов информатики, подробно и глубоко изучать объектов в достаточной полноте, недоступной чисто теоретическим подходам. Методология математического моделирования бурно развивается и, охватывая все новые сферы - от разработки технических систем и управления ими до анализа сложнейших экономических и социальных процессов.

Задачи управления реальными объектами успешно и систематически решаются на множестве различных технологических процессов. В этом случае элементарные естественные законы, определяющие процесс предполагаются хорошо изученными, а математические модели часто представляют собой краевые задачи для систем дифференциальных уравнений в частных производных, зависящих от числовых или функциональных параметров физических характеристик управляющего режима или материала-носителя процесса.

Стоит заметить, что технические, экономические, экологические и иные системы, изучаемые современной наукой, очень часто не поддаются исследованию (в нужной полноте) обычными теоретическими методами. Прямой натуральный эксперимент над ними долог, дорог, часто либо опасен, либо попросту невозможен, так как многие из этих систем существуют в единственном экземпляре. Поэтому математическое моделирование является неизбежной составляющей научно-технического прогресса, а знание концепций и методов моделирования, принципов построения моделей, и выбора средств их реализации, используя при этом современные программные продукты являются на сегодняшний день необходимыми для поддержки принятия решений руководителем, инженером, менеджером, бизнес-аналитиком и др.

Задачей данной курсовой работы является разработка математической модели процесса нагревания воды в котле ПТВМ-30. Для решения поставленной задачи необходимо рассмотрение теплового баланса процесса, пересчет параметров согласно технологическому регламенту и непосредственное построение модели.

1. Общие сведения о семействе котлов ПТВМ

Котлы серии ПТВМ предназначены для получения горячей воды с температурой до 150 °С в отдельно стоящих котельных для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, на ТЭЦ в качестве пиково-резервных источников тепла.

Водогрейный отопительный котел, ПТВМ расшифровывается: - «П» - пиковый, «Т» - теплофикационный, «В» - водогрейный, «Г» - газомазутный. Цифры означают теплопроизводительность, с которой работает котел, в Гкал/ч. Котлы данной серии могут быть использованы для покрытия пиковой части графика тепловых нагрузок.

Котлы серии ПТВМ имеют следующие модификации: ПТВМ-30, ПТВМ-50, ПТВМ-60, ПТВМ-100 и ПТВМ-180, соответственно возрастающей теплопроизводительности (Гкал/час).

Теплопроизводительность водогрейного котла -- объем тепла, который производит котел с помощью воды за единицу времени (измеряется в кВт, МВт, Гкал/час).

Работа оборудования разделяется на возможные режимы: основной и температурный. В первом случае температура, с которой подогревается вода, составляет диапазон от 70 до 150°С, а во втором - 100 - 150°С.

Изначально для техники такого типа использовался исключительно мазут, но со временем она была переведена на газ, но существует и смешанный тип (работа на 2 видах топлива).

Нагрузка котла варьируется в пределах 30-100% от общей теплопроизводительности. Увеличение или уменьшение которых корректируется числом рабочих горелок.

При расходе сетевой воды должен поддерживаться один режим подачи, изменение температуры нагрева меняет температуру входящего и исходящего потока.

Каркас представляет собой жесткую конструкцию, система труб подвешивается с помощью тяг. Монтаж обмуровки производят вплотную на экранные трубы. Общий вид котлов серии ПТМВ представлен на рисунке 1.

Рисунок 1- Общий вид котлов семейства ПТМВ.

Все котлы ПТВМ, в основном, аналогичны между собой по конструкции, имеют башенную компоновку и выполнены в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится полностью экранированная камерная топка.

Котлы собираются или из одинаковых, или из подобных элементов, что обеспечивает унификацию их производства. Конструкция этих агрегатов допускает полуоткрытую установку. В этом случае, в помещение заключена только нижняя часть котла, где расположены горелочные устройства, арматура, автоматика и дутьевые вентиляторы. Это снижает затраты на строительство здания теплостанции и создает удобства для летних ремонтов.

Для всех котлов, кроме ПТВМ-180, предусмотрена возможность их установки как со стальной дымовой трубой, непосредственно опирающейся на каркас котла, так и с отдельно стоящей железобетонной или кирпичной дымовой трубой.

ПТВМ-30 и ПТВМ-50 устанавливаются на районных тепловых станциях (РТС). ПТВМ-50 являются основным оборудованием РТС московского топливно-энергетического комплекса (по крайней мере до 2000г.). Более мощные ПТВМ-100 устанавливаются как на РТС, так и на ТЭЦ. И наконец, мощные ПТВМ-180 только на ТЭЦ.

Котлы данной серии давно зарекомендовали себя, как удобная и надежная для эксплуатации техника. Хотя износ может доходить до 80%, для поддержания их функциональности требуется периодический ремонт. Так же данные котлы имеют потенциал для модернизации, которая подразумевает полную замену устаревшего оборудования. В отличии от строительства и покупки нового, она не требует значительных денежных вливания, модернизация наиболее экономичный способ, позволяющий улучшить показатели работы всей системы.

2. Технические характеристики котла ПТВМ-30

Котел водогрейный газомазутный ПТВМ - З0, предназначен для установки в отопительных котельных в качестве основного источника теплоснабжения для получения горячей воды давлением до 13,5 МПа и температурой 150°С, используемой в системах отопления и горячего водоснабжения, а также для технологических целей.

Котел - прямоточный с П-образной сомкнутой компоновкой поверхностей нагрева. Топка котлов полностью экранирована трубами Ш60x3 мм, расположенными с шагом S=64 мм, и оборудована шестью газомазутными горелками МГМГ - 6, установленными встречно на боковых стенках.

Рисунок. 2 - Чертеж котла ПТМВ-30

Конвективные поверхности нагрева расположены в конвективном газоходе с боковыми стенками, экранированными трубами Ш83x3,5 мм, которые являются стояками конвективных секций, выполненных из труб Ш28x3 мм. Задняя стенка конвективного газохода экранирована трубами Ш60x3 мм. Трубная система котла ПТВМ-30М опирается на каркасную раму на отметке 5,14 м.

Обмуровка ПТВМ-30 выполнена облегченной с креплением к экранным трубам. Натрубная обмуровка состоит из 3-х слоёв теплоизоляционных материалов: шамотобетон на глиноземистом цементе, минеральной ваты в виде матрацев в металлической сетке и уплотнительной газонепроницаемой обмазке, которая еще и обеспечивает гидроизоляцию котла от атмосферных осадков. Общая толщина обмуровки - 115 мм.

Диапазон регулирования нагрузки котлов 30 - 100% от номинальной производительности. Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением числа работающих горелок.

Расход воды через котел должен поддерживаться постоянным, при изменении тепловой нагрузки изменяется разность температур воды на входе и выходе из котла.

Рисунок 3- Схема циркуляции котла ПТМВ-30: 1. Фронтовой экран топки; 2. Фронтовые экраны топки; 3. Боковые экраны конвективной шахты; 4. Конвективные поверхности; 5. Задний экран конвективной части; 6. Задний экран топки.

По согласованию котлы также могут быть оборудованы зарубежными и отечественными газовыми горелками соответствующей производительности (имеющими необходимые технические характеристики, сертификат соответствия и разрешение на применение Ростехнадзора).

Обслуживание горелочного устройства, его описание и технические характеристики приводятся в документации, прилагаемой к горелочным устройствам.

Котлы, работающие на мазуте, могут быть оборудованы устройством газоимпульсной очистки (ГИО) для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности нагрева, они так же имеют облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

Котлы этого типа, предназначенные для работы на мазуте, оборудуются дробеочистительной установкой.

В конструктивном плане газовые котлы ПТВМ-30 и мазутные ПТВМ-30М аналогичны котлам ПТВМ-50. Комплектность поставки может быть изменена по согласованию с заказчиком.

Воздух на все горелки подается от одного вентилятора с двигателем мощностью 40 кВт. Тяга осуществляется также одним дымососом с электродвигателем мощностью 95 кВт.

В местах сбора мазута из мазутохранилищ должна поддерживаться температура мазута марки 40 не менее 60'С, марки 100 не менее 80'C. Тогда мазутные насосы работают в режиме циркуляции. Разогрев резервуаров, в которых осуществляется “холодное” хранение мазута, должен осуществляться за двое суток до ввода его в эксплуатацию. “Холодное” хранение производится при температуре мазута не ниже 10°С.

В системе безопасности водогрейных котлов установлены: предохранительные клапаны - как правило, два, один рабочий, другой контрольный. Но на прямоточных водогрейных котлах при наличии автоматики безопасности они могут не устанавливаться.

В топке устанавливаются такие взрывные предохранительные клапаны, чтобы открывались, как дверцы, но топка не взрывалась. Технические характеристики котла ПТМВ-30 представлены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики ПТМВ-30

Технические характеристики	ПТМВ-30
Теплопроизводительность номинальная	35 Вт
Вид топлива	газ/мазут
Давление воды на входе в котел, не более	1,6 Мпа
Давление воды на выходе из котла, не менее	1,0 МПа
Рабочее давление воды	5 МПа
Температура воды на входе	70 °С
Температура воды на выходе	150 °С
Гидравлическое сопротивление	0,25 МПа
Масса котла расчетная	77550 кг
Масса трубной системы	31360 кг
Длина	7980 мм
Ширина	9100 мм
Высота	14534 мм
Расход воды	370 т/ч
Расход топлива:	газ - 3880м3/ч, мазут - 3700 кг/ч
Температура уходящих газов	газ - 155°С, мазут - 230°С
Средняя наработка на отказ	не менее 5000
Средний срок службы до списания	не менее 15 лет или 75 000 часов
КПД котла не менее:	газ - 92,2%, мазут - 89,5%
Эквивалентный уровень шума в зоне обслуживания	не более 80 ДБ
Температура наружной (изолированной) поверхности нагрева котла	45°С

3. Тепловой баланс котла

Тепловой баланс котла - равенство располагаемой теплоты сумме полезно используемой теплоты и потерь теплоты при стационарном режиме работы котла. На основании теплового баланса вычисляются коэффициент полезного действия и необходимый расход топлива. Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1кг жидкого или 1м³ газообразного топлива при 0 и 760 мм рт. ст. Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

где располагается теплота на 1 кг твердого, жидкого, газообразного топлива, ккал/кг (ккал/м³); полезно используется теплота (нагрев, испарение воды и перегрев пара в паровом котле, нагрев воды в водогрейном котле), ккал/кг (ккал/м³); потери теплоты с уходящими газами, ккал/кг (ккал/м³); потери теплоты от химической неполноты сгорания, ккал/кг (ккал/м³); потери теплоты от механической неполноты сгорания, ккал/кг; потеря теплоты от наружного охлаждения, ккал/кг (ккал/м³); потери физической теплоты шлаков, ккал/кг.

При делении обеих частей уравнения на и умножения на 100% получаем

или .

Схема движения тепловых потоков в паровом котле с воздухоподогревателем показана на рисунке 4

Расчет теплового баланса котла выполняется в следующей последовательности.

1). Определяется располагаемая теплота, ккал/кг (ккал/м³):

при сжигании твердого и жидкого топлива

при сжигании газообразного топлива

,

где низшая теплота сгорания на рабочую массу (для твердых и жидких топлив) и сухую массу (для газообразных топлив); теплота вносимая в котельный агрегат воздухом, определяется только при его предварительном подогреве в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, ккал/кг (ккал/м³); физическая теплота топлива определяется только при предварительном подогреве мазута, ккал/кг;

теплота, вносимая в котел с паровым дутьем (форсуночным), ккал/кг;

теплота, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев, ккал/кг.

Рисунок 4 - Схема теплового баланса парового котла с воздухонагревателем

При приведенной зольности твердого топлива Аⁿ ? 2%=10³ кг/ккал и низшей теплоте сгорания ? 6000 ккал/кг в качестве хвостовой поверхности нагрева применяют воздухонагреватели. Для твердого топлива при Аⁿ ? 2%=10³ кг/ккал и низшей теплоте сгорания ? 6000 ккал/кг, а также для газообразного и жидкого топлива в качестве хвостовой поверхности нагрева применяются экономайзеры (при этом Q_в.вн= 0). Для предотвращения конденсации водяных паров из дымовых газов в воздухоподогревателе необходимо предварительно подогревать воздух в калорифере. Теплота, вносимая в котельный агрегат воздухом, при его подогреве в калорифере, ккал/кг

где присосы воздуха в топке, в воздухонагревателе, энтальпии теоретического объема воздуха после и до калорифера, ккал/кг;

,

,

где - температура воздуха перед воздухоподогревателем; 0,32 - теплоемкость воздуха, ккал/(кг/^оС); t_х.в - температура холодного воздуха в котельной (t_х.в = 30 ^оС).

При сжигании твердого топлива температуру воздуха перед воздухонагревателем (после подогрева в калорифере) можно принять, ^оС

где t_к - температура конденсации водяных паров из дымовых газов при (см. занятие 3).

При отсутствии воздухонагревателя Q_в.вн= 0

Физическая теплота топлива (только при сжигании мазута), ккал/кг

 ,

где с_тл - удельная теплоемкость топлива, ккал/(кг*^оС), (для мазута с_тл =0,415+0,0006 t_тл); t_тл - температура топлива, ^оС, (можно принять t_тл =110 ^оС).

Теплота, вносимая в котел с паровым дутьем (только при сжигании мазута), ккал/кг

где 0,35 - расход пара, кг, на распыливание 1 кг мазута G_ф); i_n - энтальпия пара для дутья, ккал/кг (при абсолютном давлении насыщенного пара 14 кгс/см² i_n = 666,2 ккал/кг ).

Теплота, ккал/кг, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев

,

где k=0,7 при слоевом сжигании; k=1 при камерном сжигании сланцев;

содержание двуокиси углерода карбонатов на рабочую массу, % [3, c. 164].

2). Определяются потери теплоты от механической неполноты сгорания.

По справочным данным в литературе [2, c. 46-49; 3, с. 202-203], учитывая вид используемого топлива и тип топочного устройства, определяют процентное значение механического недожога q₄. При сжигании газа и жидкого топлива q₄ = 0%.

3). Выбор температуры уходящих газов.

Температура уходящих газов выбирается по виду топлива.

При сжигании: природного газа 120-140 ^оС; углей с 10³ кг/ккал ( 10² кг/МДж) 120-140 ^оС; углей с 4,2 %10³ кг/ккал (1 10² кг/МДж) 140-150 ^оС; мазута 150-160 ^оС; торфа и древесных отходов при установке воздухоподогревателя =170-190 ^оС;

Меньшие значения характерны для котлов большей производительности. При сжигании сернистого и высокосернистого мазута =160 ^оС.

4). Определяются потери теплоты с уходящими газами

где энтальпия уходящих газов, ккал/кг (ккал/м³), определяется по принятой и по диаграмме I- .

5). Определяются потери теплоты от химической неполноты сгорания.

По справочным данным в литературе [2, 46-49; 3, с. 202-203] с учётом вида используемого топлива и типа топочного устройства определяется процентное значение химического недожога q₃.

6). Потери теплоты от наружного охлаждения q₅, %, определяются по справочным данным [2, c. 50].

7). Потери теплоты с физической теплотой шлаков (только для твердого топлива), %

где доля золы в уносе (см. занятия 3, п. 11); энтальпия золы ккал/кг, 133,8 ккал/кг (при температуре 600); зональность топлива на рабочую массу, %.

8). Методом обратного баланса определяется КПД брутто з, %

9). Определить расчетный расход топлива.

Для парового котла, вырабатывающего насыщенный пар, кг/час (м³/час)

Для водогрейного котла, кг/час (м³/час)

где энтальпия насыщенного пара (при абсолютном давлении насыщенного пара 14 кгс/см² 666,2 ккал/кг, [4, с. 47]); энтальпия питательной воды (при 100,4 ккал/кг); энтальпия продувочной воды (при 197,3 ккал/кг); D - паропроизводительность котла, т/ч; D_пр - непрерывная продувка котла, т/ч (для расчетов принять ); мощность водогрейного котла, Гкал/ч.

10). Определяется коэффициент сохранения теплоты.



Расчет теплового баланса Шумилин Е.В. Ш 961 Тепловой расчет котла: практикум / Е.В. Шумилин, С.А. Псаров. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. - 78 с. ISBN 978-5-7389-1167-5

Расчет теплового баланса котла ПТВМ-30 при сжигании мазута и газа. Ввожу исходные данные Шумилин Е.В. Ш 961 Тепловой расчет котла: практикум / Е.В. Шумилин, С.А. Псаров. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. - 78 с. ISBN 978-5-7389-1167-5 Стр.17:

Состав топлива по объему определим по справочным данным Тепловой расчет котельных агрегатов [Текст]: (Нормативный метод) / М-во электростанций СССР. Всесоюз. ордена Труд. Красного Знамени теплотехн. науч.-исслед. ин-т им. Ф.Э. Дзержинского ВТИ. М-во тяжелого машиностроения СССР. Центр. науч.-исслед. котлотурбинный ин-т им. И.И. Ползунова ЦКТИ ; Под ред. д-ра техн. наук проф. А.М. Гурвича и д-ра техн. наук Н.В. Кузнецова. - М.; Ленинград: Госэнергоиздат, 1957. - 232 с.: черт.; 26 см.[3, с. 168]: СО = 0 %; H₂ = 0 %; H₂S = 0 %; CH₄ = 92,8 %; C₂H₆ = 3,9 %; C₃H₈ = 1,1 %, C₄H₁₀ =0,4 %, C₅H₁₂ = 0,1 %; CO₂ = 0,1 %; влагосодержание газа d_г.мл = 10 г/м³ . Расчеты по пунктам 1-11 сведены в табл. 2

1. Теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания, м³/м³

V⁰ = 0,0476 * (0,5 * CO + 0,5 * H₂ + 1,5* H₂S +C_mH_n -O₂), (1)

2. Теоретический объем двухатомных газов в продуктах сгорания, м³/м³

, (2)

3. Объем сухих трех-атомных газов в продуктах сгорания, м³/м³

, (3)

4. Теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания, м³/м³

, (4)

5. Действительный объем водяных паров, м³/м³

, (5)

6. Общий объем дымовых газов, м³/м³

, (6)

7. Объемная доля сухих трехатомных газов

, (7)

8. Объемная доля водяных паров

, (8)

9. Суммарная объемная доля всех трехатомных газов

, (9)

10. Температура конденсации водяных паров, °С

 (10)

11. Минимально допустимая температура на поверхности нагрева, °С

(11)

Таблица 2. Расчет объема воздуха для горения и состава продуктов сгорания природного газа газопровода Брянск-Москва

Величина	Коэффициенты избытка воздуха a
	1,1	1,25	1,26	1,36
1. Теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания, м3/м3	9,91
2. Теоретический объем двухатомных газов в продуктах сгорания, м3/м3	7,84
3. Объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания, м3/м3	1,06
4. Теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания, м3/м3	2,21
5. Действительный объем водяных паров, м3/м3	2,23	2,25	2,26	2,27
6. Общий объем дымовых газов, м3/м3	12,13	13,64	13,74	14,74
7. Объемная доля сухих трехатомных газов	0,09	0,08	0,08	0,07
8. Объемная доля водяных паров	0,18	0,17	0,16	0,15
9. Суммарная объемная доля всех трехатомных газов	0,27	0,24	0,24	0,23
10. Температура конденсации водяных паров, °С	59	56	56	55
11. Минимально допустимая температура на поверхности нагрева, °С	69	66	66	65

Расчет теплосодержания продуктов сгорания I сведен в табл. 3 По полученным четырем парам значений I (при четырех значениях б) на диаграмме I-? построены четыре линии (рис. 5).

Таблица 3. Расчет теплосодержания продуктов сгорания природного газа Брянск-Москва Шумилин, Е.В. Ш 961 Тепловой расчет котла: практикум / Е. В. Шумилин, С. А. Псаров. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. - 78 с. ISBN 978-5-7389-1167-5 Стр.20

б	?,°С	м3/м3	(c?) со2, ккал/м3	м3/м3	, ккал/м3	, м3/м3	(c?) H20, ккал/м3	V0, м3/м3	(c?)в, ккал/м3	Теплосодержание I, ккал/м3
1,1	2000	1,06	1157	7,84	708	2,21	938	9,91	732	9583,5
1,1	800	1,06	407	7,84	261	2,21	319	9,91	270	3453,0
1,25	1000	1,06	526	7,84	333	2,21	412	9,91	343	4932,0
1,25	400	1,06	184,4	7,84	125,8	2,21	149,6	9,91	129,4	1834,2
1,26	500	1,06	238	7,84	158,6	2,21	189,8	9,91	163,4	2337,8
1,26	200	1,06	85,4	7,84	62,1	2,21	72,7	9,91	63,6	902,5
1,36	300	1,06	133,5	7,84	93,6	2,21	110,5	9,91	96,2	1463,7
1,36	100	1,06	40,6	7,84	31	2,21	36	9,91	31,6	478,7

Рисунок 5 - Диаграмма I-? для продуктов сгорания природного газа Брянск-Москва

1). Определение располагаемой теплоты, ккал/кг (ккал/м³):

при сжигании твердого и жидкого топлива

(12)

при сжигании газообразного топлива ,

где низшая теплота сгорания на рабочую массу (для твердых и жидких топлив) и сухую массу (для газообразных топлив); теплота вносимая в котельный агрегат воздухом, определяется только при его предварительном подогреве в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, ккал/кг (ккал/м³); физическая теплота топлива определяется только при предварительном подогреве мазута, ккал/кг;

Q_Ф - теплота, вносимая в котел с паровым дутьем (форсуночным), ккал/кг;

Q_к - теплота, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев, ккал/кг.

2). Определение потерь теплоты от механической неполноты сгорания.

По справочным данным в литературе Котельные установки: Курсовое и диплом. проектирование: [Учеб. пособие для техникумов по спец. N 1007 "Эксплуатация тепловых сетей и теплотехн. оборуд."] / Р.И. Эстеркин. - Л.: Энергоатомиздат: Ленингр. отд-ние, 1989. - 279,[1] с.: ил.; 22 см.; ISBN 5-283-04445-9 (В пер.): 95 к[2, c. 46-49; 3, с. 202-203], учитывая вид используемого топлива и тип топочного устройства, определяют процентное значение механического недожога q₄.

При сжигании газа и жидкого топлива q₄ = 0%.

3). Выбор температуры уходящих газов.

Температура уходящих газов выбирается по виду топлива.

При сжигании: природного газа 120-140;

Меньшие значения характерны для котлов большей производительности.

Т. к. котел малой паропроизводительности, примем ?_ух =140 °С.

4). Определение потери теплоты с уходящими газами

(13)

где энтальпия уходящих газов, ккал/кг (ккал/м³), определяется по принятой и по диаграмме I-?.

По таблице 3 интерполяцией определяем I_ух при ?_ух =140 °С. I_ух =675,7 ккал/м³.

При ккал/м³.

5). Определяем потери теплоты от химической неполноты сгорания.

По справочным данным в по справочным данным в литературе [2, с. 49] с учётом вида используемого топлива и типа топочного устройства определяется процентное значение химического недожога q₃

q₃ = 0,5 %.

Большие потери теплоты от химической неполноты горения принимается для котлов с D< 75 т/ч.

6). Потери теплоты от наружного охлаждения определяем по справочным данным [2, с. 50, табл. 4.5]:

q₅ =1,2%.

7). Потери теплоты с физической теплотой шлаков (только для твердого топлива), %

(14)

где доля золы в уносе; энтальпия золы ккал/кг, 133,8 ккал/кг; Ap - зональность топлива на рабочую массу, %.

q₆ =0%.

8). Методом обратного баланса проводим расчет КПД брутто з, %

(15)



9). Определяем расчетный расход топлива для водогрейного котла, кг/час (м³/час)

(16)

С учётом мощности котла Q_к =30 Гкал/ч

где энтальпия насыщенного пара (при абсолютном давлении насыщенного пара 14 кгс/см² 666,2 ккал/кг Роддатис Константин Федорович Справочник по котельным установкам малой производительности [Текст] / К.Ф. Роддатис, Я.Б. Соколовский; Под ред. проф. К.Ф. Роддатиса. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1975. - 368 с.; 24 см., [4, с. 47]); энтальпия питательной воды (при 100,4 ккал/кг);

энтальпия продувочной воды (при 197,3 ккал/кг); паропроизводительность котла, т/ч; непрерывная продувка котла, т/ч (для расчетов принять );

мощность водогрейного котла, Гкал/ч.

10) Определяем коэффициент сохранения теплоты

(16)

Построение модели

На основании проведенных расчетов с учетом известного влияния материальных потоков на процесс, в программном комплексе Matlab была спроектирована модель, представленная на рисунках 6, 7, 9, 11.

Рисунок 6 - Общий вид полученной модели с коэффициентом сохранения теплоты () и расходом топлива (Вр)

Рисунок 7 - Содержание блока Subsistem расхода топлива (Вр)



Рисунок 8 - Результат расчетного значения расхода топлива (В_р), представленный в блоке Scope

Как видно из графика, произведенные вручную вычисления совпадают с результатом, полученным с помощью MatLab. Из этого можно сделать вывод, что модель адекватно описывает процесс.

Рисунок 9- Содержание блока Subsistem КПД брутто з, %



Рисунок 10 - Результат расчетного значения КПД брутто з, представленный в блоке Scope

Рисунок 11- Содержание блока Subsistem (Q₂) потери теплоты с уходящими газами



Рисунок 12- Результат расчетного значения (Q₂) потерь теплоты с уходящими газами, представленный в блоке Scope

Так как все величины, посчитанные с помощью программного продукта MatLab, совпадают с результатом ручных подсчетов, можно сделать вывод о том, что моделирование выполнено верно. В ходе процесса создания модели была выявлена зависимость расхода топлива (В_р) от потерь теплоты с уходящими газами (Q₂).

водогрейный паровой котел теплота

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы была разработана математическая модель процесса нагревания воды в котле ПТВМ-30. Для решения поставленной задачи был рассмотрен тепловой баланс процесса, а также произведен пересчет параметров согласно технологическому регламенту и непосредственное построение модели.

При проектировании моделировании использовался MATLAB. Данная программа проста и удобна в использовании. Для работы с ней необходимо иметь самые элементарные навыки работы на ПК. Говоря о математических аспектах MATLAB, нужно отметить, что его обозначения очень близки к тем, которые давно используются в математике, и это заметно упрощает освоение многочисленных математических команд.

Современная программная среда позволяют создавать экранные формы, понятные любому пользователю, показать многофакторный анализ не только в числовой форме, а также графически интерпретировать влияние различных факторов в разрабатываемых моделях и системах, что сильно упрощает изучение различных процессов

Список использованной литературы

1. Ануфриев И.Е. MATLAB 7: Самоучитель / Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

2. Масловская А.Г. Основные принципы работы и конструирование интерфейса в Matlab: Практикум / Масловская А.Г. - Благовещенск.: Амурский гос. ун-т, 2008. - 55с.

3. Масловская А.Г. Численные методы. Моделирование на базе Matlab: Практикум / Масловская А.Г., Черпак Л.В. - Благовещенск.: Амурский гос. ун-т, 2006. - 120с.

4. Видин Ю.В. Инженерные методы расчета задач теплообмена: Монография / Ю.В. Видин, В.В. Иванов, Р.В. Казаков. - М.: Инфра-М, 2018. - 480 c.

5. Кудинов И.В. Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена в движущихся жидкостях: Монография / И.В. Кудинов. - СПб.: Лань, 2015. - 208 c.

6. Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие. - 2-е перераб. и доп. Спб.: «Деан». 2000.

7. Котел водогрейный типа КВ-ГМ-35-150 (ПТВМ-30М) КВ-ГМ-35-150С (ПТВМ-30МС). Руководство по монтажу и эксплуатации. А-7513 РЭ.

8. ГОСТ 25365-82*. Котлы паровые и водогрейные. Общие технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1982.

9. ГОСТ 21563-93. Котлы водогрейные. Основные параметры и технические требования. Минск, изд-во стандартов, 1996.

10. Шумилин Е.В. Ш 961 Тепловой расчет котла: практикум / Е.В. Шумилин, С.А. Псаров. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. - 78 с.

Размещено на Allbest.ru