Расчетные характеристики топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчетные характеристики топлива

2. Теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания

3. Расчет энтальпии продуктов сгорания

4. Уравнение теплового баланса котельного агрегата

5. Тепловой расчет топочной камеры котельных агрегатов

6. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева

6.1 Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

6.2 Расчёт водного экономайзера

6.3 Расчёт воздушного подогревателя

7. Невязка теплового баланса

Список литературы

сгорание котельный энтальпия



Введение

Парогенератор Е-50-40.

Топочная камера обьемом 238 м полностью экранирована трубами 60*3мм, расположенными с шагом 70 мм. Для работы на каменном угле топку оборудуют четырьмя пылеугольными горелками, которые располагают на боковых экранах.

Схема испарения - трехступенчатая. Чистый отсек (первая ступень) расположен в средней части барабана, солевые (вторая ступень) - по его торцам. В солевых отсеках находится по два внутрибарабанных циклона. В третью ступень включены два выносных циклона 377 мм с внутренней улиткой.

Пароперегреватель - горизонтального типа, змеевиковый, радоационно - ковективный, расположен за фестоном и выполнен из труб 32*3 мм. Пароохладитель включен в рассечку перегревателя.

Экономайзер - стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб 28*3 мм. Установлен в опускном газоходе после пароперегревателя. Продольный шаг - 50 мм, поперечный - 70 мм.

ВЗП - стальной, трубчатый, с шахматным расположением труб 40*1,5мм, 3-ходовой. Поперечный шаг труб 54 мм, продольный - 42мм.

Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора приведены в аннотации

В данном курсовом проекте производится поверочный расчет парогенератора Е-50-40, исходя из следующих данных:

Тип котла Е-50-40 .

Номинальная паропроизводительность ДК= 50 т/ч

Рабочее давление в барабане котла РК= 44 кгс/см2

Рабочее давление на выходе из пароперегревателя РПЕ= 40 кгс/см2

Температура перегретого пара tПЕ= 440 °С

Температура питательной воды tПВ= 150 °С

Температура уходящих газов tУХ= 150 °С

Температура горячего воздуха tГВ= 240 °С

Вид и марка топлива Каменный уголь

Специальное задание

Плавкость золы твердого топлива (принять по нормам ТРКА)

Тип топочного устройства камерная

В результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены следующие изменения:

В пароперегревателе добавлена одна петля,

В водяном экономайзере осталось 2 пакета с высотой каждого h=1,35м и 28 трубами в ряду

Расчётная поверхность пароперегревателя - 335,2 м.

Расчётная поверхность экономайзера - 420,56 м.

Высота газохода для размещения экономайзера - 3,2 м.

Расчётная поверхность ВЗП - 2010 м.

Число ходов по воздуху n = 3

Число труб в ряду Z1=100

Число рядов по ходу воздуха Z2=30

Площадь живого сечения для прохода воздуха в ВЗП - 2,7 м.

для прохода газов - 3,2 м.

Высота хода по воздуху h = 1,85 м.



1. Расчетные характеристики топлива

Элементарный состав рабочей массы каменного угля, %: Wp=9,5%; Ap=12,7%; Sкp=0,1%; Sop=0,1%; Cp=66,1%; Hp=3,3%; Np=0,7%; Op=7,5%;

Низшая теплота сгорания рабочей массы каменного угля:



2. Теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания

Теоретический объем воздуха для полного сгорания топлива.

(2.1)

Теоретический объем азота в продукте сгорания

(2.2)

Объем сухих трехатомных газов:

(2.3)

Теоретический объем водяных паров: (2.4)

VH2O = 0.11Hp + 0.0124Wp + 0.0161V0 = 0,11 • 3,3 + 0,0124 • 9,5 + 0,0161 • 6,51 = 0,59

Действительный объем водяных паров

м3/кг, (2.5)

Действительный суммарный объем продуктов сгорания



м3/кг, (2.6)

средний коэффициент избытка воздуха в газоходе.

(2.8)

- коэффициент избытка воздуха перед газоходом

- коэффициент избытка воздуха после газохода

- присос воздуха в газоходе.

Значение присоса воздуха в котельных определяется по данным таблицы XVI -XX нормативного метода с. 198-201.

- принимается в зависимости от типа топочного устройства и рода сжигаемого топлива по данным таблицы XVII - XXI c 199-203.

Результаты расчета сводятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Объем газов, коэффициент избытка воздуха, объемная доля трехатомных газов, концентрация золы

№ п/п	Величина	Ед.	Vo=6,51м3/кг; V(RO2) =1,23м3/кг; Vo(N2)=5,15м3/кг; Vo(H2O) =0,59м3/кг; Wp=9,5%; Ap=12,7%
			Газоходы
			Топка и фестон	Пароперегреватель	Экономайзер	Воздухоподогреватель
1	Коэф.избытка воздуха за газоходом ''	--	т''=1,2	пе''= 1,23	эк''= 1,31	вп''= 1,37
2	Коэф.избытка воздуха средний в газоходе	--	т''=1,2	т= 1,215	эк= 1,27	вп= 1,34
3		ЗА	М3/КГ	0,611	--	--	0,6288
		СР		--	0,6125	0,6183	0,6256
4		ЗА	М3/КГ	8,272	--	--	9,379
		СР		--	8,37	8,728	9,183
5		ЗА	--	0,1487	--	--	0,1311
		СР		--	0,147	0,1409	0,1339
6		ЗА	--	0,07132	--	--	0,06291
		СР		--	0,07049	0,0676	0,06425
7		ЗА	--	0,22	--	--	0,194
		СР		--	0,2175	0,2085	0,1982
8		ЗА	КГ/КГ	11,08	--	--	12,52
		СР		--	11,2	11,67	12,27
9		ЗА	КГ/КГ	0,01089	--	--	0,009637
		СР		--	0,01077	0,01034	0,009833
10		ЗА	КГ/М3	1,339	--	--	1,335
		СР		--	1,338	1,337	1,336



3. Расчет энтальпии продуктов сгорания

Результаты расчетов, выполненных в этом пункте, сведены в табл. 3.1 соответственно, данные колонок 3 и 7 табл. 3.1 представляют собой табличную форму зависимости энтальпии продуктов сгорания от их температуры V, т.е.

На рис. 3.1 зависимость представлена графически. График этой зависимости построен по данным колонок 3 и 7 табл. 3.1.

Ниже, в качестве примера, проводится расчет значения величины при температуре продуктов сгорания, =1000. Данное значение температуры продуктов сгорания характерно для топки (согласно табл. 2, ).

Энтальпия действительного объема продуктов сгорания определяется по выражению :

, ккал/кг=16344,8кДж/кг,

Где - энтальпия теоретического объема продуктов сгорания, образующегося при сжигании 1 каменного угля;

- коэффициент избытка воздуха в топочной камере; принимается по табл. 2.1;

- энтальпия теоретического объема воздуха, требуемого для сжигания 1 природного газа;

- энтальпия золы содержащейся в продуктах сгорания твердого топлива; в нашем случае (топливо - природный газ) .

Величины и определяются по выражениям :

,

где , , , - теоретические объемы отдельных газов в продуктах сгорания и воздуха, /кг (/); определены в пункте 1.

Таблица 3.1 Энтальпия продуктов сгорания

Газоходы	Температура газов v,C	Jго, ккал/кг	Jво, ккал/кг	(''-1)Jво, ккал/кг	Jг= Jго+ (''-1)Jво, ккал/кг	Jг=(Jг)i-(Jг)i+1, ккал/кг
1	2	3	4	5	6	7
Топка и фестон (т'')	2200	6253	5287	1057	7310.4
	2100	5939	5024	1004,8	6943.8	366.6
	2000	5625	4764	952,8	6577.8	366
	1900	5316	4503	900,6	6216.6	361.2
	1800	5003	4243	848,6	5851.6	365
	1700	4696	3989	797,8	5493.8	357.8
	1600	4390	3735	747	5137	356.8
	1500	4085	3482	696,4	4781.4	355.6
	1400	3786	3228	645,6	4431.6	349.8
	1300	3483	2974	594,8	4077.8	353.8
	1200	3186	2727	545,4	3731.4	346.4
	1100	2895	2479	495,8	3390.8	340.6
	1000	2606	2232	446,4	3052.4	338.4
	900	2318	1991	398,2	2716.2	336.2
Пароперегреватель (пе'')	700	1755	1523	350,3	2105.29
	600	1485	1290	296,7	1781.7	333.59
	500	1222	1063	244,49	1466.49	315.21
	400	963	842	193.66	1156.66	309.83
Экономайзер (эк'')	500	1222	1063	329,53	1551.53
	400	963	842	261,02	1224.02	327.51
	300	712	626	194,06	906.06	317.96
Воздухоподогр-ль (вп''=ух)	300	712	626	231,6	943.62
	200	468	414	153,18	621.18	322.44
	100	231	206	76,22	307.22	313.96

По данным таблицы 3.1 строим I- диаграмму

Рис. 3.1 Зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры



4. Уравнение теплового баланса котельного агрегата

Располагаемая теплота топлива :

(4.1)

где: - низшая теплота сгорания рабочей массы жидкого топлива.

- теплота, внесенная в топку котла воздухом при его подогреве вне агрегата. В нашем случае ;

- физическая теплота топлива, внесенная в топку при его подогреве вне котла. В нашем случае ккал/кг=197,9 кДж/кг;

- теплота, вносимая в топку паром, используемым для распыления каменного угля через форсунки. В нашем случае .

4.2 Принимаем предварительно значение температуры уходящих газов:

4.3 Определяем по I, - таблица (I, ) - диаграмма энтальпию уходящих газов

4.4 По рекомендациям нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов принимается температура холодного воздуха, , поступающего в котельный агрегат:

4.5 Определяем энтальпию теоретически необходимого количества холодного воздуха по формуле (или непосредственно по I, - диаграмме):



(4.2)

4.6. Потери теплоты от механического недожога топлива составляет (табл.XVII - XXI, [1]):

4.7. Потери теплоты уходящими газами определяется по формуле:

(4.3)

4.8. Потери теплоты от химического недожога топлива составляет (табл. XVII-XXI, [1]):

4.9. Потери теплоты в окружающую среду от наружного охлаждения кительного агрегата (табл. XVII-XXI, [1]):

4.10. Потери теплоты с удаленными шлаками определяется по формуле. В нашем случае и

4.11. Сумма потерь теплоты:

(4.4)

4.12. Коэффициент полезного действия котла составляет:

(4.5)



4.13. Действительный расход топлива на котел:

кг/ч (4.7)

4.14. Расчетный расход топлива:

кг/ч (4.8)

4.15. Коэффициент сохранения теплоты:

1-=0,99 кг/ч (4.9)



5. Тепловой расчет топочной камеры котельных агрегатов

Поверочный расчет топочной камеры

Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки т'' с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки ат и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок.

При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:

Где Tт'' = т'' + 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K];

Ta = a + 273 -температура газов, которая была бы при адибатическом сгорании топлива, [K]; Bо - критерий Больцмана, определяемый по формуле:

Из этих формул выводятся рясчётные.

Полезное тепловыделение в топке определяется по выражению:

кДж/кг (5.2.1.)



где: - тепло, вносимое в топку с воздухом, (5.2.2.)

По найденному значению по I, - диаграмме определим адиабатическую температуру горения (при бт = 1,1):

;

(5.2.3.)

По рекомендациям нормативного метода расчета котельных агрегатов (приложение II,[1]) задается значение температуры продуктов сгорания (дымовых газов на выходе из топки):

Определяем значение энтальпии продуктов сгорания топлива на выходе из топки.

Значение величины определяется с использованием I, -таблицы (I, -диаграммы) по значению температуры :

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания 1 кг топлива:

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:

Шср== (0,55 · 24,4+0,55 · 4,6+0,55 · 9,74+0,55 · 9,74)/60=0,44 (5.2.5.)

Шi = х · ж =1 · 0,55 = 0,55 (5.2.6.)



где: хi - угловой коэффициент, хi = 1 (номограмма, [1])

жi - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствии загрязнения или закрытия изоляцией поверхности, ж = 0,55 (табл. 6-2, [1])

Fст - поверхность стен топочной камеры : Fст = 60 м2 .

Параметр М в соответствии с рекомендациями пункта 6-13 [1] определяем следующим образом:

М = 0,54 - 0,5 хт (5.2.7.)

где: хт =hг/Hт- отношение высоты расположения осей горелок hг (от пода топки) к общей высоте топки hт ( от пода топки до середины выходного окна из топки), принимаем хт = 1,0. Следовательно:

М = 0,54 - 0,05 · 0,238=0,471

Степень черноты камерной топки при сжигании каменного угля:

- для камерных топок:

ат = , (5.2.8.)

где: аф - эффективная степень черноты факела;

, (5.2.9.)

где: т - коэффициент усреднения, зависящий от теплонапряжения топочного объема, т=0,55;

- степень черноты полностью светящегося факела;

- степень черноты не светящегося факела (состоящего только из трехатомных газов).

Значение величин и определяются по формулам:

(5.2.10.)

(5.2.11.)

где: kгз , kс - коэффициенты ослабления лучей трехатомными газами и сажистыми частицами.

Коэффициент kгз рассчитывается по формуле:

, (5.2.12.)

где: - суммарная объемная доля трехатомных газов. Значение величины берется из таблицы раздела 2.1;

- коэффициент. Значение коэффициента находится по монограмме 3 [1] или определяется по формуле:

(5.2.13.)

где: рп - сумарное парциальное давление газов,

рп = р · rп (5.2.14.)

где: р - давление в топочной камере котла, принимаем р = 0,1 МПа;

rп - суммарная объёмная доля трехатомных газов, rп = 0,247 (табл. 2.1 раздел 2 ПЗ);

рп = 0,1 · 0,247 = 0,0247 МПа

rH2O - объёмная доля водяных паров, rH2O = 0,122 (табл. 2.1, раздел 2 ПЗ);

- абсолютная температура на выходе из топочной камеры;

= + 273 = 1373 + 273 = 1646К (5.2.15.)

Коэффициент kс рассчитывается по следующей формуле:

(5.2.17.)

асв = 1 - = 0,769;

аг = 1 - = 0,19;

Абсолютная температура продуктов сгорания на выходе из топки определяется по выражению:

(5.2.19.)

Так как расхождение между полученной расчетным путем температурой ( m? = 1053°С) и ранее принятым значением ( = 1000°С) на выходе из топки не превышает ± 5%, то тепловой расчет топки считается законченным.



6. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при Pпе=40 кгс/см2 и tпе=440oC iпе=789,8 ккал/кг;

при Pб=45 кгс/см2 и температуре насыщения iн=668,1 ккал/кг;

iпо=15 ккал/кг;

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Qпел =0), а угловой коэффициент фестона Хф=1.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Qпек = Qпе=4904,9кДж/кг

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:



кДж/кг

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним пе=630,378C;

Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:

где Iогв находим по tгв=220oC Iогв=745,2 ккал/кг;

вп - отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

где Iух - энтальпия уходящих газов, которую находим по tух=150oC Iух=709,135 ккал/кг;

Iоух - энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при tпрс=( tгв + t'в)/2=(220+30)/2=125 oC Iпрс=421 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним эк=301,870С;

Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

Определяем невязку теплового баланса парового котла:

6.1 Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

Наименование величины	Обозначение	Единица	Весь п/п
Наружный диаметр труб	d	мм	32
Внутренний диаметр труб	dвн	мм	26
Число труб в ряду	Z1	шт.	72
Число рядов походу газов	Z2	шт.	16
Средний поперечный шаг труб	S1	мм	75
Средний продольный шаг труб	S2	мм	65
Средний относительный поперечный шаг труб	S1/d	-	2,344
Средний относительный продольный шаг труб	S2/d	-	2,031
Расположение труб	-	-	Коридорное
Характер взаимного движения сред	-	-	Смешанный ток
Длина трубы змеевика	l	м	32
Поверхность, примыкающая к стене	Fст X	м2	14,364
Поверхность нагрева	H	м2	245,987
Высота газохода на входе	a'	мм	2240
Высота газохода на выходе	a''	мм	2240
Ширина газохода	b	мм	5400
Площадь живого сечения для прохода газов на входе	F'	м2	7,5
То же на выходе	F''	м2	7,5
То же среднее	Fcp	м2	7,5
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	S	мм	146
Глубина газов.объема до пучка	lоб	мм	1000
Глубина пучка	ln	мм	840
Количество змеевиков, вкл. параллельно по пару	m	шт.	72
Живое сечение для прохода пара	f	м2	0,0382

Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z1.

В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) Fст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S1/d и е/d причём е/d r/d =0,5 х=0,75.

Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:

Н = dz1 l + Fст х.

Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу. По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя.

Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:

Площадь живого сечения для прохода пара

Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя.

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до п/п	''ф	С	1001.6
Температура газов за п/п	''пе	С	630.378
Температура пара в состоянии насыщения	tн	С	256
Температура перегретого пара	tпе	С	440
Средний удельный объем пара в п/п	ср	м3/кг	0,0633
Тепловосприятие конвективное по балансу	Qкпе	ккал/кг	1167,8
Средний объем газов в п/п (при песр )	Vг	м3/кг	8,37
Объемная доля водяных паров	rH20	-	0,07049
Суммарная объемная доля 3хатомных газов	rп	-	0,2175
Массовая концентрация золы		кг/кг	0,01077

Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины определены ранее. Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц. Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:



Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Где к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.

Для определения к - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме:

н=80 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; к = нСzСфСs = =8010,981 = 78,4 ккал/м2чоС;

Для нахождения л используем номограммы и степень черноты продуктов горения `a':

Для незапылённой поверхности kpS = kгrnSp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2445;

рnS = rnS = 0,24450,119 = 0,0291.



По номограмме находим kг = 3,34;

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

tз = tпеср + (80100) = 348,12 + 90 = 438,12 оС;

По номограмме находим Сг = 0,95; н = 130 ккал/м2чоС; л = наСг = 1300,950,0926 = 11,437 ккал/м2чоС;

При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Тк - температура газов в объёме камеры, (К); lоб и lп - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А - коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

При этой скорости пара Сd = 1,02; н = 1300 ккал/м2чоС; л = нСd = 13001,02 = 1326 ккал/м2чоС;

Коэффициент теплоотдачи:



Температурный напор:

температурный напор можно найти как:

Поправочный коэффициент определяют по номограмме по безразмерным параметрам: По R и Р находим = 0,96

Определим расчётную поверхность: Невязка:

Невязка > 2% вносим конструктивные изменения.

Найдем число петель змеевика, которое надо добавить:

Следовательно, добавляем к поверхность пароперегревателя 2 змеевика. Поверочный расчёт выполнен.

Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева.



6.2 Расчёт водного экономайзера

С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до экономайзера	''пе	С	630,378
Температура газов за экономайзером	''эк	С	307,076
Температура питательной воды	tпв	С	150
Давление питательной воды перед экономайзером	Р'эк	кгс/см2	47,52
Энтальпия питательной воды	iпв	ккал/кг	151,552
Тепловосприятие по балансу	Qбек	ккал/кг	946,85
Средний объем газов при среднем избытке воздуха	Vг	м3/кг	8,728
Объемная доля водяных паров	rH20	-	0,0676
Суммарная объемная доля 3хатомных газов	rп	-	0,2085
Массовая концентрация золы в газоходе		кг/кг	0,01034

Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Рэк = 1,08Рб.

Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:

Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):

Где Dэк - пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях Dэк = Dпе =D; iэк - энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; iэк - энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг. При указаной схеме включения пароохладителя:



По iэк = 699,5 кДж/кг и Рэк = 47,5 кгс/см2 находим и tэк = 164,52 0С;

По iэк = 1164,45 кДж/кг и Рб = 44 кгс/см2 находим и tэк = 254,85 0С;

Т.к i''эк < iн., значит экономайзер некипящего типа.

Конструктивные размеры и характеристики экономайзера

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,028
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,022
Число труб в ряду	Z1	шт.	17
Число рядов походу газов	Z2	шт.	56
Поперечный шаг труб	S1	м	0,07
Продольный шаг труб	S2	м	0,05
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	-	2,5
Относительный продольный шаг труб	S2/d	-	1,7857
Расположение труб	-	-	Шахматное
Характер взаимного движения сред	-	-	Противоток
Длина горизонтальной части петли змеевиков	l1	м	5,12
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения	lпр	м	5,2
Длина трубы змеевика	l	м	147,6
Поверхность нагрева ЭКО по чертежу	Hэк.ч.	м2	441,445
Глубина газохода	a	м	1,24
Ширина газохода	b	м	5,7
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	4,59
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	S	м	0,118
Суммарная глубина газовых объемов до пучков	lоб	м	2,32
Суммарная глубина пучков труб	ln	м	2,4
Количество змеевиков, включенных параллельно по воде	m	шт.	34
Живое сечение для прохода воды	f	м2	0,0129



Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном омывании определяют по формуле:

где lпр - длина проекции ряда труб на плоскость сечения, м.

Площадь живого сечения для прохода воды:

Поверхность нагрева экономайзера:

Где l - длина змеевика, определяемая с использованием длины горизонтальной части змеевика (l1):

Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяют по формуле:

Где к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.

Для определения к - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:

н=60 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=1; Сs=1;

к = нСzСфСs = 63111 = 60 ккал/м2чоС;

Для нахождения л используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения `a':

Для незапылённой поверхности kpS = kгrnSp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2343.

рnS = rnS = 0,23430,118 = 0,02765;

По номограмме находим kг = 3,4;

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

tз = 0,5(tэк + tэк ) + (4060) = 0,5(154,56+242,96) + 50 = 248,76 оС;

По номограмме находим Сг=0,97; н=100 ккал/м2чоС; л = наСг =1000,08970,97 = 8,7 ккал/м2чоС;

При расчёте экономайзера на величину л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Тк - температура газов в объёме камеры,

(К); lоб и lп -- соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м;

А - коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;



Температурный напор

температурный напор с достаточной точностью можно найти как:

Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 2% вносим конструктивные изменения.

Найдем требуемую длину змеевика:

Следовательно принимаем Z2К равное 56, то есть Z21 ряда =28, Z22 ряда =28, Высота пакета водяного экономайзера:

> 1,5 м, поэтому экономайзер компонуют из нескольких пакетов, высота каждого из которых должна быть не более 1,5 м по условиям эксплуатации и ремонта.

Число пакетов: ; принимаем n=2. Расстояние между пакетами принимаем 0,5м. Выбираем 2 пакета по 28 рядов.

Высота:

hпэк = (z2k - 1) S2 =(28-1)0,05=1,35 м,

Высота экономайзера:

hэк = nhпэк + 0,5 ( n - 1 ) = 21,35 + 0,5 1 = 3,2 м.

Расчёт закончен.

6.3 Расчёт воздушного подогревателя

Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,04
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,037
Число труб в ряду (поперек движения воздуха)	Z1	шт.	100
Число рядов по ходу воздуха	Z2	шт.	30
Поперечный шаг труб	S1	м	0,054
Продольный шаг труб	S2	м	0,042
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	-	1,35
Относительный продольный шаг труб	S2/d	-	1,05
Расположение труб	-	-	Шахматное
Характер омывания труб газами	-	-	Продольное
Характер омывания труб воздухом	-	-	Поперечное
Число труб, включенных параллельно по газам	Z0	шт.	3000
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	3,2256
Ширина воздухоподогревателя по ходу воздуха	b	м	5,508
Высота одного хода по воздуху (заводская)	hх	м	1,8
Площадь живого сечения для прохода воздуха (заводская)	Fв	м2	2,7144
Поверхность нагрева ВЗП	Hвп	м2	2612,55

Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное; взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха не меньше двух.

Расчётно определим число труб, включенных параллельно по газам:

Z0=Z1Z2=10030=3000

Площадь живого сечения для прохода газа:

Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной заводской конструкции):

Поверхность нагрева ВЗП:

С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до воздухоподогревателя	''эк	С	307,076
Температура газов за воздухоподогревателем	ух	С	150
Температура воздуха до воздухоподогревателя	t'	С	30
Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя	t''в=tгв	С	240
Объем газов при среднем коэффициенте избытка воздуха	Vг	м3/кг	9,183
Теоретический объем воздуха	Vо	м3/кг	6,51
Отношение объема воздуха за воздухоподогревателем к теор.необходимому	''вп	-	1,06
Отношение объема рециркулирующего воздуха к теор.необходимому	рц	-	0
Объемная доля водяных паров	rH2O	-	0,06425
Тепловосприятие воздухоподогревателя по балансу	Qбвп	ккал\кг	476,28

Находим скорости газов и воздуха:

Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: Wг=12±3 м/с, а Wв = (0,50,6)Wг = 5,076,08 м/с, однако полученная скорость воздуха больше допустимой принимаем Wв'=6,08 м/c. Пересчитываем:



Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин.

где = 0,7

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяют по формуле:

При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 14:

н=29 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сф=1,1; Сl=1;

к = нСфСl = 291,11 = 31,9 ккал/м2чоС;

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:

н= 56,3 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=0,99; Сs=1;

к = нСzСфСs = 56,310,991 = 55,737 ккал/м2чоС;

к = нСzСфСs = 5610,981 = 54,88 ккал/м2чоС;

Температурный напор

температурный напор можно найти как:

Поправочный коэффициент определяют по номограмме по безразмерным параметрам:



По R и Р находим = 0,97

Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка >10% вносим конструктивные изменения.

По расчетной поверхности находим требуемую высоту трубного пучка воздухоподогревателя

и высоту одного хода воздуха по принятому числу ходов.

Высота трубного пучка:

ho=/

где средний диаметр труб

; =(0.04+0.037)/2=0.0385 м

определим высоту трубного пучка ho=/ м

Высота одного хода



где n -определяем выборочно:

м;

Расчетная площадь живого сечения для прохода воздуха

Находим расчетную скорость воздуха:

сравниваем с конструктивной скоростью воздуха

Невязка < 10% Расчёт закончен.

Расчёт закончен.



7. Невязка теплового баланса

Определяем невязку теплового баланса (кДж/кг)[7]:

(8.1)

Qл=39763,1-16356=23407,1кДж/кг;

Qк=7807,285кДж/кг;

Qэк=3272,877 кДж/кг.

Следовательно, расчет сделан правильно.



Список литературы

1. Зах Р.Г. Котельные установки. М. «Энергия», 1968 г. 352 с. с ил.

2. Двойнишников В.А. Конструкция и расчет котлов и котельных установок : учебник для техникумов по специальности «Котлостроение»/ В.А.Двойнишников, Л.В.Деев, М.А.Изюмов. - М: Машиностроение,1988. - 264с.: ил.

3. Е.А. Бойко. Паровые котлы: Учебное пособие. - Красноярск, 2005

4. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. - М.:Энергоатомиздат,1987. - (Б-ка тепломонтажника).128с; ил

5. Методические указания к выполнению курсового проекта по теме «Разработка проекта котельного агрегата» (Для студентов специальности 270109, «Теплогазоснабжение и вентиляция») В.П. Горшенин.

6. В.И.Лебедев и др. Расчет и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения: учебное пособие для ВУЗов/ В.И.Лебедев, Н.А.Пермиков, А.А.Хсанов - М.: Стройиздат, 1992г. - 360с.

7. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учебное пособие для техникумов. - Л: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ие, 1989. - 280с.;ил.

8. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Под ред. Н.В.Кузнецова и др. - М.: Энергия, 1973г. - 297с.

Размещено на Allbest.ru