Поверочный расчет парового котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

22

Введение

Паровым или водогрейным котлом называется устройство, в котором для получения пара или нагрева вода под давлением выше атмосферного используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива.

Поверочный расчет парового котла выполняется для оценки показателей экономичности, выбора вспомогательного оборудования, получения исходных данных для последующих расчетов: аэродинамических, гидравлических, прочностных.

При выполнении поверочного расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в определении температур газовой среды и тепловосприятий рабочего тела в поверхностях нагрева заданного котла.

1. Описание парового котла типа ДЕ

Газо-мазутные вертикально-водотрубные паровые котлы типа ДЕ паропроизводительностью 4; 6,5; 10 и 25 т/ч предназначены для выработки насыщенного или слабонасыщенного пара давлением 1,4 Мпа.

Топочная камера котлов размещена сбоку от конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованных в верхнем и нижнем барабанах. Ширина топочной камеры изменяется в зависимости от номинальной паропроизводительности котла.

Основными составными частями этих котлов являются: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтальный, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру.

Трубы перегородки и правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана приварены к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159х6мм.

Трубы фронтального экрана котлов паропроизводительностью 4; 6,5 и 10 т/ч приварены к коллекторам диаметром 159х6мм, а на котлах паропроизводительностью 16 и 25 т/ч они развальцованы в верхнем и нижнем барабанах. Шаг труб вдоль барабана 90 мм., поперечный - 110мм.

Для поддержания необходимого уровня скоростей газов в конвективных пучках котлов производительностью 4; 6,5 и 10 т/ч установлены продольные ступенчатые перегородки.

Плотное экранирование боковых стен, потолка и пода топочной камеры позволяет на котлах применять легкую изоляцию в 2-3 слоя изоляционных плит толщиной 100мм, укладываемую на слой шамотобетона по сетке толщиной 15-20мм.

Обмуровка задней стены состоит из слоя шамотного кирпича толщиной 65 мм. и нескольких слоев изоляционных плит толщиной 200мм.; общая толщина обмуровки составляет 265мм.

Для уменьшения присосов в газовый тракт котла снаружи изоляцию покрывают металлической листовой обшивкой толщиной 2мм., приваренной к обвязочному каркасу.

В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяют стандартные чугунные экономайзеры из труб ВТИ.

2. Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха

Температура уходящих газов оказывает решающее влияние на экономичность работы парового котла, так как потеря теплоты с уходящими газами является при нормальных условиях эксплуатации наибольшей даже в сравнении с суммой других потерь.

Однако, глубокое охлаждение газов требует увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева и во многих случаях приводит к усилению низкотемпературной коррозии.

Температура уходящих газов за хвостовой поверхностью нагрева (экономайзером) выбирается в зависимости от вида сжигаемого топлива [5, таблица 1], =120^оС.

Для расчета действительных объемов продуктов горения по поверхности нагрева котельного агрегата прежде всего выбирают коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха в отдельных газоходах .

Коэффициент избытка воздуха должен обеспечить практически полное сгорание топлива.

Он выбирается в зависимости от типа топочного устройства и вида сжигаемого топлива [5, таблица 2], =1,1.

В топку и газоходы котла при наличии в них отверстий и неплотностей из атмосферы поступает воздух, который называют присосом .

Избыток воздуха включает в себя коэффициент избытка воздуха, подаваемого в горелки или под колосниковую решетку , и присосы холодного воздуха извне при работе топки под разряжением , происходящие в основном в нижней части топки. При выбранном избыток воздуха, поступающий в зону горения топлива, определяется как . В газоплотных топках у котлов серии ДЕ , _гор=т=1.1

За счет присосов коэффициенты избытка воздуха от топки к дымовой трубе по тракту возрастают. Избыток воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры , получают прибавлением к соответствующих присосов воздуха. Присосы воздуха в газоходах парового котла [5, таблица 3].

При распределении коэффициентов избытка воздуха по газоходам следует ознакомиться с конструкцией парового котла, для которого проводится поверочный расчет.

3. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

По общепринятой методике [1] объемы продуктов сгорания и воздуха выражаются в м³ при нормальных условиях (0°С и 0,1 МПа) при сжигании 1 кг твердого жидкого топлива или 1 м³ газового топлива.

Состав органического топлива: CH₄=84,4%; C₂H₆=5,2%; C₃H₈=1,3%; C₄H₁₀=0,43%; C₅H₁₂=0,15%; CO₂=0,18%; N₂=8,2%; Q_н=33160 кДж/м³.

При сжигании природного газа расчет теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания производится на основании процентного состава компонентов, входящих в него: теоретический объем воздуха:

V=0.0476 (m+0.25n)C_mH_n+0.5(CO+H₂)+1.5H₂S-O₂ ] = 0.0476 [ (1+0.254)

84.4+(2+0.256)5.2+(3+0.25)1.3+(4+0.2510)0.43+(5+0.2512)0.15]=9.4 m³/m³

V_RO2=0.01(mC_mH_n+CO₂+CO+H₂S)=0.01(184.4+25.2+31.3+40.43+50.15+

V_N2=0.79V+0.01N₂=0,799,4+0,018,2=7.5086м³/м³

V_H2O=0.01(0.5nC_mH_n+H₂S+H₂+0.124d_г.тл+1.61V)=0.01(0.5484.4+0.565.2+

+0.581.3+0.5100.43+0.5120.15+0.12410+1.619.4)=2.0903 м³/м³

где - влагосодержание газообразного топлива при расчетной температуре 10°C

V_г=V_RO2+V_N2+V_H2O=1.0135+7.5086+2.0903=10.6124м³/кг

Расчет объемов продуктов сгорания в поверхностях нагрева сводят в таблицу 1.

Таблица 1. Объемы продуктов сгорания

4. Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Для всех видов топлива энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, в кДж/м³, при расчетной температуре ^oС, определяют по формулам:

;

.

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха

В приведенных формулах : - теплоемкость соответственно воздуха, трехатомных газов, азота и водяных паров, [5, таблица П1], - коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева,.

Поскольку на данном этапе расчета температура газов за той или иной поверхностью нагрева еще неизвестна, расчет энтальпий газов делается на весь возможный за данной поверхностью диапазон температур.

Результаты расчета энтальпий газов при действительных избытках воздуха сведем в таблицу 2.

По результатам расчета строится диаграмм.

5. Тепловой баланс парового котла

Распределение теплоты, вносимой в котел при сжигании топлива, на полезно использованную теплоту и тепловые потери носит название теплового баланса.

Тепловой баланс составляется на 1 м³ газообразного топлива.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

где - располагаемая теплота топлива;

Q₁- полезно используемая теплота для производства водяного пара;

Q₂- потери теплоты с уходящими газами;

Q₃- потери теплоты от химической неполноты сгорания;

Q₄- потери теплоты от механической неполноты сгорания;

Q₅- потери теплоты в окружающую среду;

Q₆-потери с физической теплотой шлаков;

Если отнести все слагаемые теплового баланса к располагаемой теплоте и выразить их в процентах, то уравнение теплового баланса примет вид:

Коэффициент полезного действия котельного агрегата (брутто) определяется из данного уравнения:

, %

и- учитывается только для твердого топлива.

Располагаемая теплота газообразного топлива определяется по уравнению:

Q^p_p=Q^p_н=33160

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания зависит от рода топлива и типа топочного устройства. При сжигании природного газа .

Потеря теплоты от наружного охлаждения для стационарных паровых котлов принимается =1,2% при производительности котла Q=10 [2, рисунок 2.29]. Распределение по отдельным элементам котельного агрегата, производится пропорционально количеству теплоты, отдаваемому продуктами сгорания в соответствующем элементе и учитывается введением коэффициента сохранения теплоты : q₅ 1,2

= 1- = 1- =0,987

_бр+ q₅ 92,87-1,2

_бр=q₁=100- (q₂ +q₃ +q₅ ) =100- (5,43+0,5+1,2 ) = 92,87 %

Полное количество полезно используемой теплоты Q₁ для производства водяного пара определяется по формуле :

Q₁=D[( i”-i_пв)+П/100(i'-i_п,_в)] =25000(2777-435,75 )+3/100(762,6-435,75 )=58776387,5

где D - паропроизводительность агрегата, D=25000 кг/ч ;

i", i', i_п.в - энтальпия, соответственно сухого насыщенного пара, котловой и питательной воды, при P=1,0 МПа, i''=2777кДж/кг,i'=762,6кДж/кг, приt=179,88c

П - процент непрерывной продувки, принимается равным 3%.

Расход топлива, подаваемого в топку, определяется по формуле:

B =Q₁/3600Q^р_{р бр} 100 =58776387,5/36003316092,87=0.53 м³/с

6. Расчет теплообмена в топке

Топка парового котла служит для сжигания топлива и получения продуктов сгорания с высокой температурой. Перенос теплоты в топке от факела горящего топлива и высокотемпературных продуктов сгорания к экранным поверхностям нагрева осуществляется, в основном, излучением. Поэтому, расчет теплообмена в топке проводится с условием преобладающего влияния в сложном теплообмене радиационной составляющей.

Целью расчета является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки , удельной нагрузки на единицу объема топки . Полученные при расчете значения должны находиться в пределах, рекомендуемых [1].

Таблица 3: Расчет теплообмена в топке

7. Расчет теплообмена в газоходе парового котла

Целью расчета является определение температуры продуктов сгорания на выходе из газохода и количества теплоты, воспринятое поверхностью нагрева газохода. паровой котел теплообмен

* Из справочной литературы [4] и с чертежа парового котла в таблицу заносятся основные конструктивные характеристики газохода.

Таблица 7. Конструктивные характеристики газохода

При расчете конвективной поверхности котла предварительно принимают два значения температуры на выходе из газохода. Для котла с одним газоходом принимаем =500°С и =300°С. По двум принятым температурам проводят параллельно расчеты.

После проведения расчетов действительную температуру продуктов сгорания за газоходом определяют графическим путем по величинам тепловосприятия, рассчитанных по уравнениям теплового баланса Q_б и теплопередачи Q_т при двух ранее принятых температурах и Порядок определения искомого значения [5, рис.2].

Полученное действительное значение температуры продуктов сгорания на выходе из газохода будет являться температурой на входе в экономайзер.

Таблица 5. Расчет теплообмена в первом газоходе.

Расчет теплообмена во втором газоходе парового котла.

Целью расчета является определение температуры продуктов сгорания на выходе из газохода и количества теплоты, воспринятое поверхностью нагрева газохода.

* Из справочной литературы [4] и с чертежа парового котла в таблицу заносятся основные конструктивные характеристики газохода.

Таблица 7. Конструктивные характеристики второго газохода

При расчете конвективной поверхности котла предварительно принимают два значения температуры на выходе из газохода. Для котла с одним газоходом принимаем =500°С и =300°С. По двум принятым температурам проводят параллельно расчеты.

После проведения расчетов действительную температуру продуктов сгорания за газоходом определяют графическим путем по величинам тепловосприятия, рассчитанных по уравнениям теплового баланса Q_б и теплопередачи Q_т при двух ранее принятых температурах и Порядок определения искомого значения [5, рис.2].

Полученное действительное значение температуры продуктов сгорания на выходе из газохода будет являться температурой на входе в экономайзер.

Расчет теплообмена во втором газоходе.

8. Тепловой расчет экономайзера

При поверочном расчете чугунного водяного экономайзера температура газов на входе принимается из теплового расчета газохода, температура газов на выходе была предварительно принята .

Целью расчета является определение поверхности нагрева экономайзера Н_э. Экономайзер компонуется из отдельных чугунных ребристых труб длиной 3 м, с поверхностью нагрева с газовой стороны f_э= 4,49 м². и живым сечением для прохода газов . F = 0,184 м²

Для заданного типа парового котла выбирается количество чугунных труб в ряду экономайзера, n=9 [4, таблица 9.2.]. Проходное сечение для газового потока можно определить по формуле: F_эк =nf = 9 0,184=1,656

Расчет экономайзера

9. Определение невязки теплового баланса котла

Невязка теплового баланса котла

Q=Q^р_р=_бр-(Q +Q_г +Q_э)=331600,9287-(9173,56+4700+14450+3194,31)=-722,18

Окончательные данные поверочного расчета парового котла сводятся в таблицу 10.

Таблица 10. Данные теплового расчета парового котла ДЕ25 - 14 ГМ, топливо - природный газ, 33160 МДж/кг(м³), расход 0,53 кг/с.

Литература

Тепловой расчет котельного агрегата (нормативный документ), под редакцией Кузнецова Н.В., Митора В.В., Дубовицкого И.Е. и др. - 2-е изд., переработанное - М.: Энергия, 1973. - 295 с.

Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков В.А. Теплогенерирующие установки: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1986. - 559 с.

Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Вишневский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла.: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 208с.

Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 487 с.

Артеева Л.В. Поверочный расчет парового котла: Методические указания. - Ухта: УИИ, 1997. - 36с.

Размещено на Allbest.ru