Тепловой расчет котельного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru

Липецкий государственный технический университет

Кафедра Промышленной теплоэнергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу «Котельные установки и парогенераторы»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тепловой расчет котельного агрегата

Липецк 2013



АННОТАЦИЯ

Данная пояснительная записка к курсовому проекту представляет собой расчёт котельного агрегата прототипом которого является котел типа К-50-40-1 (модель ТП-13/Б) вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, паропроизводительностью 500 т/ч. Сжигаемое топливо - смесь природного и коксового газов.

Пояснительная записка содержит страниц, 11 иллюстраций и 9 таблиц.

Графическая часть продольный и поперечный разрезы котла, всего листов формата А1 - 2.



ОПИСАНИЕ КОТЛОАГРЕГАТА ПРОТОТИПА

Парогенератор к-50-40-1

Топочная камера полностью экранирована трубами D 60 мм с шагом 70 мм. Оборудована четырьмя пылеугольными горелками, расположенными на боковых стенках (по 2 на стенку). Схема испарения - трёхступенчатая. 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 D 377 мм с внутренней улиткой.

Перегреватель агрегата - горизонтального типа, змеевиковый, радиационно-конвективный, расположен за фестоном и выполнен из труб

W 32х3 мм. В рассечку перегревателя включён пароохладитель.

Экономайзер - парогенератора - стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый с шахматным расположением труб D 28х3 мм. Установлен в опускном газоходе «в рассечку с воздухоподогревателем». Поперечный шаг труб: первой ступени - 80 мм, второй - 45 мм; продольный (для обеих ступеней) - 54 мм.

Воздухоподогреватель - трубчатый, двухступенчатый, четырёхходовой (по воздуху), с вертикальным расположением труб D 40х1,5 мм. Поперечный шаг труб - 54 мм, продольный - 42 мм.

котельный парогенератор топливо горение

РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА, ОБЪЕМОВ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Из справочной литературы берем состав газов на рабочую массу. В данном расчете принимаем влажность газов равной нулю, поэтому рабочая масса равна сухой массе.

Состав природного газа:



CH₄ = 86,43%

C₂H₆ = 3,90%

C₃H₈ = 1,72%

C₄H₁₀ = 0,87%

C₅H₁₂ = 0,30%

С₆Н₁₄= 0,07%

CO₂ = 0,01%

N₂ = 6,70%

? = 100%

Состав коксового газа:

СН₄=25%

С₂Н₆=2

СО=7%

СО₂=3%

О₂=1%

N₂=4%

Н₂=58%

? = 100%

1.Определение доли каждого газа в смеси.

х₁ - доля природного газа, тогда х₂ = (1-х₁) - доля коксового газа.

Составляем уравнение:

Отсюда



Тогда доля коксового газа - 0,608.

Процентный состав смеси газов:

? = 100%.

Проверим заданную низшую теплоту сгорания газа:

Определим ошибку:



2. Определение присосов воздуха коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам.

Коэффициент избытка воздуха по мере движения по газоходам котла увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах меньше давления окружающей среды и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт котла.

Расчетные присосы холодного воздуха на поверхность каждой ступени берем из справочной литератур.

Таблица 1. Расчетные присосы холодного воздуха в газоходах паровых котлов.

Поверхность нагрева	Обозначение	Присос
Топочная камера		0,05
Конвективный пароперегреватель		0,03
Экономайзер стальной двухступенчатый , на каждую ступень		0,08
Трубчатый воздухоподогреватель двухступенчатый, на поверхность каждой ступени		0,06

Расчетный коэффициент избытка воздуха на выходе из топки

Коэффициент избытка воздуха на выходе из последней ступени:

3.Расчет удельных объёмов воздуха и продуктов сгорания

1)

2)

3) ;

4) dг = 10 г/м³

5)

Таблица 2. Характеристика продуктов сгорания и поверхностей нагрева.

Величина и расчетная формула	Топочная камера	Пароперегреватель	Вторая ступень экономайзера	Вторая ступень воздухоподогревателя	Первая ступень экономайзера	Первая ступень воздухоподогревателя
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева б"= бт+УДбi	1,1	1,13	1,21	1,27	1,35	1,41
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева бср	1,1	1,115	1,17	1,24	1,31	1,38
Объем водяных паров, м3/м3	1,590	1,592	1,597	1,605	1,612	1,619
Полный объем газов, м3/м3	7,763	7,860	8,215	8,668	9,121	9,574
Объемная доля водяных паров	0,205	0,203	0,194	0,185	0,177	0,169
Объемная доля трехатомных газов	0,083	0,082	0,079	0,075	0,071	0,068
Доля трехатомных газов и водяных паров	0,288	0,285	0,273	0,260	0,248	0,237

4. Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания при расчетной температуре , ^оС определяют по формула:

,

где - энтальпия одного м³ воздуха при расчетной температуре, кДж/м³;

- теоретический объем воздуха, м³.

,

где , , - энтальпия одного м³ трехатомных газов, азота и водяных паров, кДж/м³;

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха .

.

?Н =

Результаты расчета энтальпий воздуха и газа сводим в Таблицу 3. Поскольку на данном этапе расчета температура газов за той или иной поверхностью нагрева еще неизвестна, расчет энтальпий газов делается на весь возможный (ожидаемый) за данной поверхностью диапазон температур. Искомая температура или энтальпия за поверхностью нагрева определяется по найденному в расчете или принятому значению путем линейной интерполяции в пределах имеющегося диапазона.

Таблица 3. Энтальпия теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания.

Температура, С	Vo=6,365 м3/кг	VRO2=0,648 м3/кг	VоH2O=1,58м3/кг	VоN2=4,888 м3/кг	H0г
	H0в	HRO2	H0H2O	H0N2
100	847	110	239	635	984
200	1699	233	482	1276	1990
300	2571	364	733	1921	3018
400	3456	502	992	2581	4075
500	4366	647	1259	3255	5162
600	5296	794	1533	3940	6267
700	6250	950	1819	4639	7407
800	7199	1107	2117	5357	8582
900	8179	1268	2416	6095	9779
1000	9166	1431	2733	6833	10998
1100	10184	1597	3053	7576	12226
1200	11202	1766	3378	8314	13459
1300	12214	1935	3716	9072	14723
1400	13258	2107	4054	9854	16015
1500	14302	2278	4407	10612	17296
1600	15346	2449	4757	11394	18601
1700	16384	2624	5116	12171	19911
1800	17427	2797	5481	12953	21232
1900	18497	2972	5846	13755	22573
2000	19566	3149	6224	14532	23904
2100	20635	3326	6597	15334	25256
2200	21705	3502	6974	16135	26612

Таблица 4. Энтальпия продуктов сгорания в газоходе, кДж/м3

t, ОС	Н0в	H0г	Hзл	Участки газового тракта и коэффициент избытка воздуха
				Топка	Пароперегреватель	Экономайзер 2	В/П2	Экономайзер 1	В/П 1
				Нг	ДНг	Нг	ДНг	Нг	ДНг	Нг	ДНг	Нг	ДНг	Нг	ДНг
100	847	984	0	1069	1091	1094	1117	1162	1185	1213	1236	1280	1305	1331	1356
200	1699	1990	0	2160	1115	2211	1141	2347	1211	2449	1263	2585	1333	2687	1386
300	2571	3018	0	3275	1145	3352	1172	3558	1243	3712	1296	3918	1367	4072	1420
400	3456	4075	0	4421	1178	4524	1205	4801	1278	5008	1333	5285	1406	5492	1460
500	4366	5162	0	5599	1198	5730	1226	6079	1300	6341	1356	6690	1430	6952	1486
600	5296	6267	0	6797	1235	6955	1264	7379	1340	7697		8120	1474	8438	1531
700	6250	7407	0	8032	1270	8220	1298	8720	1374	9095		9595	1507	9970	1564
800	7199	8582	0	9302	1295	9518	1324	10094	1403	10526		11102	1540	11534	1599
900	8179	9779	0	10597	1318	10842	1347	11497	1426	11987		12642	1564	13132	1623
1000	9166	10998	0	11915	1330	12190	1360	12923	1442	13473		14206	1584	14756	1646
1100	10184	12226	0	13244	1335	13550	1365	14365	1447	14976		15790	1589	16401	1651
1200	11202	13459	0	14579	1365	14915	1396	15812	1477	16484		17380	1618	18052	1679
1300	12214	14723	0	15944	1396	16311	1428	17288	1511	18021		18998	1657	19731	1720
1400	13258	16015	0	17341	1385	17739	1417	18799	1500	19595		20655	1646	21451	1709
1500	14302	17296	0	18726	1409	19155	1441	20299	1524	21158		22302	1670	23160	1733
1600	15346	18601	0	20136	1414	20596	1445	21824	1528	22744		23972	1673	24893	1735
1700	16384	19911	0	21549	1425	22041	1457	23352	1540	24335		25645	1686	26628	1749
1800	17427	21232	0	22975	1448	23498	1480	24892	1566	25937		27332	1715	28377	1779
1900	18497	22573	0	24423	1438	24978	1470	26457	1556	27567		29047	1705	30157	1769
2000	19566	23904	0	25861	1459	26448	1491	28013	1577	29187		30752	1726	31926
2100	20635	25256	0	27320	1463	27939	1495	29589	1581	30828		32478	1730	33716
2200	21705	26612	0	28782		29434		31170		32472		34209		35511

5. Тепловой баланс котельного агрегата.

Расчет коэффициента полезного действия и потерь теплоты.

Коэффициент полезного действия, %, проектируемого котельного агрегата, определяется из обратного баланса:

Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котла и сжигаемого топлива.

Потеря теплоты с уходящими газами q₂ зависит от выбранной температуры газов, покидающих паровой котел, и избытка воздуха и определяется по формуле

,

где - энтальпия уходящих газов, кДж/м³ , определяется по температуре уходящих газов при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем; - энтальпия холодного воздуха при расчетной температуре t_Х.В.=30 ^оС и :

- располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/м³.

При сжигании газа определяется по формуле .

Определяем энтальпию уходящих газов:

;

кДж/м³.

Потери тепла от химического недожога q₃=0,3 %. В силу того, что топливо - газ, потерь с механическим недожогом нет, т. е. =0. Потери теплоты от наружного ограждения через внешние поверхности котла q₅, %, невелики и с ростом номинальной производительности котла D_ном, кг/с, уменьшаютсяопределяем q₅ по Рис. 3.1[1], q₅=0,9%/ Потерь с физической теплотой удаляемых шлаков нет q₆ = 0 , т. к. топливо - газ.

Таким образом, коэффициент полезного действия котельного агрегата

6. Определение расхода топлива.

Расход топлива В, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового котла, можно определить из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котле:

,

где - расчетная паропроизводительность котла, кг/с; , , - энтальпии соответственно перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг; - расход вторично-перегреваемого пара, кг/с; , - энтальпии вторично-перегреваемого пара на входе и выходе из пароперегревателя, кДж/кг; - расход продувочной воды, кг/с.

В рассчитываемом котле =0;

Энтальпии перегретого пара и питательной воды определяем по таблицам и находим расход топлива

РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

1. Основные конструкционные размеры и параметры топочной камеры.

Рисунок 1 . Эскиз топочной камеры.

Объём: V = 272м³

Площадь экранирования: F_эк = 238м²

Площадь лучевоспринимающей поверхности настенных экранов: F_лв=232м².

Тепловое напряжение топочного объёма

кВт/м³

Допустимое тепловое напряжение топочного объема q_v= 456 кВт/м³ больше теплового напряжения для данного топочного объема, следовательно, расчет топки ведется поверочным способом.

2. Тепловые характеристики топочной камеры.

Принимаем температуру газов на выходе из топки = 1000 ^oC.

Для предварительно принятой температуры уходящих газов определяется энтальпия, по Таблице 4:

Полезное тепловыделение в топке.

Q_в-теплота вносимая в топку с воздухом,кДж/м³.Складывается из теплоты горячего воздуха и холодного, присосанного в топку.

Температуру горячего воздуха, для котлов, работающих на газообразном топливе, принимаем 350⁰С. Энталпиюю воздуха при этой температуре определим из Таблицы 4

Температуру холодного воздуха принимаем равной 30⁰С.

Тогда:

Калориметрическая температура горения

Степень экранирования топки.

3. Коэффициент тепловой эффективности экранов.

,

где о-условный коэффициент загрязнения и закрытия экранов.(0,65)

4. Эффективная толщина излучающего слоя.

5. Коэффициент поглощения топочной среды.

,

где r_п- суммарная доля трехатомных газов; m-поправочный коэффициент (при сжигании газов m=0,1)

6. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газамиk⁰_г:

7. Коэффициент поглощения лучей сажистыми частицами:

Тогда:

8. Критерий Бугера.

9. Эффективное значение критерия Бугера.

10. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ сжигаемого топлива при нормальных условиях.

11. Действительная температура на выходе из топки.

где - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий долю теплоты газов, воспринятую поверхностью нагрева;

Разница между принятой и полученной t не превышает ±100⁰С. Расчет считается законченным.

РАСЧЕТ ФЕСТОНА

Рис. 2. схема Фестона.

1. Фестон (геометрические размеры принимаются по рисунку):

· число рядов Z₂=4;

· диаметр труб d=60мм;

· поперечный шаг труб S₁=560мм;

· продольный шаг труб S₂=220мм;

· общее число труб n=36;

· число труб в ряду Z₁=9;

· площадь поверхности нагрева: Н=21,85м²;

· Относительный поперечный шаг:

· Относительный продольный шаг:

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

;

глубина газохода; -длина труб фестона(определяется по рисунку);

3. Температура газов на входе в фестон,принимаем ^оС, тогда температура на выходе из фестона ^оС

,

энтальпия газов на входе в фестон и на выходе соответственно , , принимаем по Таблице 4.

Тепло, отданное газам:

4. Расчетная скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева:

5. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

по намограммам стр.65 [1].

6. Степень черноты газового потока, при температуре Т дымовых газов:

,

kpS-суммарная оптическая толщина продуктов сгорания потока, (м•МПа)^-1,определяется по формуле.

7. Эффективная толщина излучающего слоя:

8. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:

9. Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания потока:

10. Степень черноты газового потока:



11. Коэффициент загрязнения при сжигании газа .

Для определения необходимо знать температуру стенки труб лучевоспринимающей поверхности t_ст, которая принимается равной температуре наружного слоя золовых отложений на трубах t_з, ⁰С; для фестонов, подвесных труб и экономайзеров температура загрязнений стенки определяется по формуле:

, для фестонов и подвесных труб, расположенных на выходе из топки ⁰С,

t - средняя температура среды, протекающей в рассчитываемой поверхности,⁰С

12. Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности нагрева (для чистого газового потока-при расчете излучения трехатомных газов, не запыленных золой):

с_г-поправка,вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания:

13. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

14. Коэффициент теплопередачи:

ш-коэффициент тепловой эффективности. Принимается в зависимости от скорости газов и вида сжигаемого топлива. ш=0,65

15.Количество теплоты, воспринятое фестоном:

Методом последовательного приближения подбираем Дt таким образом, что бы ДQ ? 5%. После проведенных вычислений определяем, что минимальная ДQ=1,03%, при температуре за фестоном t = 957 єС.



Рисунок 3. Зависимость тепла отданного газами и принятого фестоном от температуры газов.

РАСЧЕТ СТУПЕНЕЙ КОНВЕКТИВНОГО ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ

1. Значение величины лучистой теплоты, полученной конвективным пароперегревателем, определим по следующей формуле:

,

где - значение величины лучистой теплоты, полученной конвективным пароперегревателем, ; - площадь поперечного сечения газохода перед пароперегревателем,

.

.

2 Значение величины тепловосприятия конвективным пароперегревателем определим по следующей формуле:

,

где - значение величины тепловосприятия конвективным пароперегревателем, ; - понижение энтальпии в пароохладителе, .

.

3 Величину энтальпии дымовых газов на выходе конвективного пароперегревателя определим по следующей формуле:

,

где - энтальпия дымовых газов на выходе из конвективного пароперегревателя, ; - энтальпия дымовых газов на входе конвективный пароперегреватель, , принимаем равной энтальпии дымовых газов на выходе из фестона; - энтальпия присосов холодного воздуха в конвективном пароперегревателе, ,

.

Температура дымовых газов на выходе из конвективного пароперегревателя равна .

Средняя температура дымовых газов в конвективном пароперегревателе:

4 Средний расход дымовых газов в конвективном пароперегревателе определим по формуле (57):

5 Для конвективного пароперегревателя будем использовать трубы с наружным диаметром и толщиной стенки Поперечный шаг труб , продольный шаг труб .

6 Определим количество труб в ряду по ширине газохода пароперегревателя по следующей формуле:

,

где - количество труб в ряду по ширине газохода пароперегревателя.

.

Тогда пересчитанное значение поперечного шага :

7 Определим площади живого сечения для прохода газа в конвективном пароперегревателе по следующей формуле:

,

где - площадь живого сечения для прохода газа, .

.

8 Определим среднюю скорость движения дымовых газов в конвективном пароперегревателе по формуле:

9. Число параллельно включенных труб в конвективном пароперегревателе определим по следующей формуле:

,

где - число параллельно включенных труб ступени конвективном пароперегревателе, - средняя массовая скорость перегретого пара, принимаем .



10. Принимаем однопоточную схему движения пара конвективном пароперегревателе . Тогда число рядов труб в змеевике определим по следующей формуле:

,

где - число рядов труб в змеевике.

,

принимаем , тогда число параллельно включенных труб.

Уточняем значение скорости движения пара по формуле:

(по таблице AQUADAT)

.

11 Эффективную толщину излучающего слоя определим по следующей формуле:

,

где - эффективная толщина излучающего слоя, м.

12 По формуле определим коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

.

13. Суммарную оптическую толщину потока дымовых газов определим по формуле:

14. Степень черноты газового потока определим по формуле:

.

15. Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде определим по следующей формуле:

,



где - коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде, ; - поправка на форму канала (по номограмме );

.

16. Значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов сгорания при незапыленном потоке для:

- поправка, вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания, ( по номограмме), (по номограмме).

.

17. Значение коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности определим по формуле:

- поправка на число рядов труб по ходу газов, ;

- поправка на компоновку пучка, .

- поправка, которая учитывает влияние на коэффициент теплоотдачи изменений физических характеристик среды ( по номограмме);

.

.

18. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определим по формуле:



19. Значение коэффициента теплопередачи для конвективного пароперегревателя определим по следующей формуле:

где k - значение коэффициента теплопередачи для конвективного пароперегревателя,

20. Значение среднего температурного напора для конвективного пароперегревателя определим по следующей формуле:

,

где - средний температурный напор ,; - больший температурный напор, ; - меньший температурный напор .



21. Значение площади поверхности нагрева в конвективном пароперегревателе определим по формуле:

22. Определим число труб пароперегревателя:

23. Найдем число труб вдоль потока газов:

24. Найдём число петель в змеевике

24. Уточняем теплообменную поверхность пароперегревателя:

25. Уточняем тепловосприятие пароперегревателя:

Ошибка:

Так как то расчёт выполнен верно.

26. Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов:

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОСПРИЯТИЙ ПО ПОВЕРХНОСТЯМ НАГРЕВА

Для экономайзера:

D_пв=D+D_пр=13,88+0,42=14,2 кг/с.



Энтальпия среды на выходе из экономайзера:

,

где:

;

;

То есть экономайзер - некипящего типа.

Примем 65% от тепловосприятия экономайзера на II ступень («горячую»), а на I ступень - 35%:

;

Определение температуры дымовых газов на выходе из «горячей» ступени экономайзера:

,

По таблице 4, при данной энтальпии определяем температуру на выходе из второй ступени:

.

Температура воды на выходе из второй ступени экономайзера

=887 кДж/кг,

Температура воды на входе во вторую ступень (на выходе из первой ступени):

,

при данной энтальпии температура воды .

Температуру воды на входе в экономайзер определяем при ,

Для воздухоподогревателя:

Определение теплоты, воспринятой воздухом:



где ;

, при t_ГВ=350 ⁰С;

, при t=30 ⁰С .

Примем 50% от тепловосприятия воздухоподогревателя на II ступень , а на I ступень - 55%:

;

Температура дымовых газов на входе во II ступень воздухоподогревателя:

, .

Температура газов на выходе из II ступени воздухоподогревателя:

По таблице 4 определяем температуру при данной энтальпии, .

Температура дымовых газов на выходе из I ступени экономайзера:

По таблице 4 определяем температуру при данной энтальпии, .

Температура газов на выходе из I ступени воздухоподогревателя:

По таблице 4 определяем температуру при данной энтальпии, .

Температура газов на выходе отличается от заданное менее чем на 10.

Температура воздуха на выходе из I ступени воздухоподогревателя:

.



По таблице 4 определяем температуру воздуха: t_впI = 197 ^оС .

Температура воздуха на выходе из II ступени воздухоподогревателя:

.

По таблице 4 определяем температуру воздуха: t_впII = 319 ^оС .

Составим тепловой баланс котельного агрегата:

Определим ошибку:

Следовательно, баланс определен правильно.



РАСЧЕТ ВТОРОЙ СТУПЕНИ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Рис.4. Схема II ступени водяного экономайзера

Температура дымовых газов: х' = 587 ^oC, х'' = 472 ^оС.

Температура воды: t'= 190 ^oC, t''=207^оС.

Экономайзер стальной гладкотрубный трубы 28х3.

Схема противоточная с шахматным расположением труб. Принимаем стальной змеевиковый экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков.

S₁ = 70 мм - поперечный шаг,

S₂ = 54 мм - продольный шаг,

1. Тепловосприятие второй ступени экономайзера:

.

2. Расход воды через экономайзер: D_эк=14,2 кг/с

3. Число труб в ряду:

4. Сечение для прохода воды:

м²,

где z_р - число рядов труб, выходящих из одного коллектора; z_с - число потоков воды в экономайзере; n=z₁z_рz_c=36- число параллельно включенных труб.

5. Средняя температура воды в экономайзере:

.

Удельный объем воды при p=4,45 МПа.

6. Скорость воды:

7. Средняя температура газов:

.

8. Средний расход дымовых газов:

9. Сечение для прохода газов:

м².

10. Скорость газов:

.

11. Эффективная толщина излучения:



.

12. Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

,

при , , , .

14. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами и золой:

15. Оптическая толщина излучающего слоя:

.

Степень черноты:



16. Теплоотдача излучением:

,

а_з= 0,8

17. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

₁=_к+_л=94,5+7,34=101,8.

18. Коэффициент теплопередачи:

.

19. Температурный напор:

.

Рис. 5 . Тепловой напор во второй ступениэкономайзера.

20. Площадь поверхности нагрева:

.

21. Длина змеевиков:

.

22. Число петель:



.

Принимаем z_пет=4

23. Площадь поверхности нагрева при полученном числе петель:

.

24. Тепловосприятие второй ступени экономайзера:

.

25. Расхождение между Q_б иQ_т :

Ошибка менее 5%.

26. Шаг одной петли экономайзера:

;

Следовательно, полная высота пакета равна:

.

10. Расчет второй ступени воздухоподогревателя

Рис. 5. Схема II ступени воздухоподогревателя

Тип воздухоподогревателя - рекуперативный.

Изготовлен из труб диаметром 40 мм с толщиной стенки 1,5мм (сталь 20).

Температура дымовых газов: х' = 472^oC, х'' = 340 ^oC.

Температура воздуха: t'= 197^oC, t''=319 ^оС.

S₁ = 45 мм - поперечный шаг,

S₂ = 45 мм - продольный шаг,

.

- число рядов труб;

- число труб в ряду.

1.Тепловосприятие второй ступени воздухоподогревателя:

.

2. Определим сечение для прохода газов:

3. Скорость газов:

Где:

4. Сечение для прохода воздуха:

м² .



5. Скорость воздуха:

,

где

- отношение среднего количества воздуха в воздухоподогревателе к теоретически необходимому:

.

Значения присосов находятся по таблице 3.

6. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке:

.

7. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху:

при , .

8. Температура стенок воздухоподогревателя:

.

9. Эффективная толщина излучения:

.

10. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

11. Оптическая толщина излучающего слоя:

.

Степень черноты:

.

12. Теплоотдача излучением:

,

а_з= 0,8 (1, стр.72)

13. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

14. Коэффициент теплопередачи:

, (1, стр. 57)

Где о=0,85 - коэффициент использования воздухоподогревателей.

.

15. Температурный напор:

.

ш - поправочный коэффициент для определения температурного напора при перекрёстно-противоточном движении теплоносителей. Этот коэффициент определяем по номограмме, исходя из следующих значений коэффициентов:

16. Площадь поверхности нагрева:

.

17. Высота трубной поверхности:

.



Рис.7. температурный напор во второй ступени воздухоподогревателя.

18. Число ходов по воздуху:

.

Примем число ходов .

19. Уточним высоту хода воздухоподогревателя:

м.



20. Т.к. найденная высота одного хода воздухоподогревателя отличается от ранее принятой, уточняется скорость воздуха.

Сечение для прохода воздуха:

м²

Скорость воздуха:

.

,

значит коэффициент теплопередачи оставляем прежним.

21.Уточняем площадь поверхности нагрева:

22. Тепловосприятие воздухоподогревателя:

.

23. Расхождение между Q_б иQ_т :



.

Ошибка менее 5%.

РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Рис. 8. Схема I ступени водяного экономайзера

Водяной экономайзер изготовлен из труб диаметром 28 мм с толщиной стенки 3 мм (сталь 20).

Температура дымовых газов: х' = 140^oC, х'' = 247°c.

Температура воды: t'= 163^oC, t''=193^оС.

Схема противоточная с шахматным расположением труб. Принимаем стальной змеевиковый экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков.

S₁ = 44мм - поперечный шаг,

S₂ = 70мм - продольный шаг,



1. Тепловосприятие экономайзера:

.

2. Расход воды через экономайзер:

.

3. Число труб в ряду:

4. Сечение для прохода воды:

м².



где z_р - число рядов труб, выходящих из одного коллектора; z_с - число потоков воды в экономайзере; n=z₁z_рz_c=64 - число параллельно включенных труб.

5. Средняя температура воды в экономайзере:

.

Удельный объем воды при p=4,45 МПа.

6. Скорость воды:

.

7. Средняя температура газов:

.

8. Средний расход дымовых газов:

.

9. Сечение для прохода газов:

м².

10. Скорость газов:

.

11. Эффективная толщина излучения:

.

12. Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

,

при , , , .

13. Температура стенок экономайзера:

.

14. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:



15. Оптическая толщина излучающего слоя:

.

Степень черноты:

.

16. Теплоотдача излучением:

,

а_з= 0,8 (1, стр.72)

17. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:



.

18. Коэффициент теплопередачи:

.

19. Температурный напор:

.

Рис.9. Температурный напор в первой ступени экономайзера.



20. Площадь поверхности нагрева:

.

21. Длина змеевиков:

.

22. Число петель:

.

Принимаем z_пет=3

23. Площадь поверхности нагрева при полученном числе петель:

.

24. Тепловосприятие первой ступени экономайзера:

.

25. Расхождение между Q_б иQ_т :

Ошибка менее 5%.

26. Шаг одной петли экономайзера:

;Следовательно, полная высота пакета равна:

.

РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Рис.10. Схема I ступени воздухоподогревателя

Тип воздухоподогревателя - рекуперативный.

Изготовлен из труб диаметром 40 мм с толщиной стенки 1,5мм (сталь 20).

Температура дымовых газов: х' = 247 ^oC, х'' = 129 ^oC.

Температура воздуха: t'= 30 ^oC, t''=197 ^оС.

S₁ = 44мм - поперечный шаг,

S₂ = 44мм - продольный шаг.

- число рядов труб;

- число труб в ряду.

1.Тепловосприятие второй ступени воздухоподогревателя:

.

2. Определим сечение для прохода газов:

.

3. Скорость газов:

.

Где:

4. Сечение для прохода воздуха:

м².

5. Скорость воздуха:

,

где .

- отношение среднего количества воздуха в воздухоподогревателе к теоретически необходимому:

.

Значения присосов находятся по Таблице 4.

6. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке:

. [2, стр. 67]

7. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху:

, [2, стр. 65]

при , .

8. Температура стенок воздухоподогревателя:



.

9. Эффективная толщина излучения:

.

10. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами и золой:

11. Оптическая толщина излучающего слоя:

.

Степень черноты:

.

12. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

Для первых ступеней воздухоподогревателей:

.

13. Коэффициент теплопередачи:

,

где о=0,8 - коэффициент использования воздухоподогревателей, [2, стр. 81].

.

14. Температурный напор:

.

ш - поправочный коэффициент для определения температурного напора при перекрёстно-противоточном движении теплоносителей.

Этот коэффициент определяем по номограмме [2, стр. 89], исходя из следующих значений коэффициентов:

15. Площадь поверхности нагрева:

.

16. Высота трубной поверхности:

.

17. Число ходов по воздуху:

.

Примем число ходов .

18. Уточним высоту хода воздухоподогревателя:

.

19. Т.к. найденная высота одного хода воздухоподогревателя отличается от ранее принятой, уточняется скорость воздуха.

Сечение для прохода воздуха:

м².

Скорость воздуха:

,

,

значит коэффициент теплопередачи оставляем прежним.

20.Уточняем площадь поверхности нагрева:



21. Тепловосприятие воздухоподогревателя:

.

22. Расхождение между Q_б иQ_т :

.

Ошибка менее 5%.

23. Итоговая высота воздухоподогревателя:

,

где - высота ремонтного разрыва между соседними пакетами воздухоподогревателя, м.

24. Общая высота ступеней экономайзера и воздухоподогревателя, м:

где 0,9 - разрыв между пакетами экономайзера и воздухоподогревателя.

Т. к. высота вертикального газохода равна 19,23 м, то экономайзер и воздухоподогреватель полностью помещаются в газоход, изменение конструкции не требуется.



СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Уточняем q₂:

,

где - энтальпия уходящих газов при температуре , определяется по таблице 4,

.

Расчетная невязка теплового баланса:

расчет выполнен верно.

Таблица 5. Сводная таблица теплового расчета котельного агрегата.



Рисунок 11. Тепловая схема котельного агрегата.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

1) Шацких Ю. В. Тепловой расчет котельных агрегатов: учебное пособие, Липецк: ЛГТУ 2008.-144 с.

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

3) Липов Д. М. Компоновка и тепловой расчёт парового котла. М.:Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

Размещено на Allbest.ru