Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЕФТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА»

В г. ОРЕНБУРГЕ

Отделение: «Разработки, проектирования, эксплуатации нефтегазовых месторождений, газопроводов и газонефтехранилищ»

Специальность: «Разработка нефтяных месторождений»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Термодинамика и теплопередача»

Расчет тепловой схемы котельной

Проверил: А.А. Сорокин

Выполнил:

студент группы ОРНз-11-01

Б.Т. Махмутов

Оренбург 2014



Содержание

• Перечень обозначений к расчёту тепловой схемы
• I. Расчет тепловой схемы котельной
• 1.1 Исходные данные
• 1.2 Определение параметров воды и пара
• 1.3 Общие замечания о расчете водоподогревательных установок
• 1.4 Расчет подогревателей сетевой воды
• 1.5 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды
• 1.6 Ориентировочное определение общего расхода свежего пара
• 1.7 Расчет редукционно-охладительной установки (РОУ), редукционной установки (РУ)
• 1.8 Расчет сепаратора непрерывной продувки
• 1.9 Расчет расхода химически очищенной воды
• 1.10 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды
• 1.11 Общие замечания о расчете деаэратора
• 1.12 Проверка точности расчета первого приближения
• 1.13 Уточненный расчет РОУ
• 1.14 Уточненный расход тепловой схемы
• 1.15 Проверка математического баланса линии редуцированного пара
• 1.16 Определение полной нагрузки на котельную
• II. Составление теплового баланса котельной
• III. Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной
• IV. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания
• V. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха
• VI. Тепловой баланс котельного агрегата
• VII. Определение годового расхода топлива в одном котельном агрегате
• VIII. Тепловой и конструкционный расчет экономайзера
• Список использованной литературы

Перечень обозначений к расчёту тепловой схемы

- давление пара на выходе из котлоагрегата, MПa;

- давление пара после РОУ, МПа;

- давление в атмосферном деаэраторе, МПа;

- давление в расширителе непрерывной продувки (принимаем равным ), МПа;

- температура пара на выходе из котлоагрегата, °С;

- температура пара после РОУ, °С;

- температура горячей воды на выходе из сетевых подогревателей, °С;

- температура воды в обратной линии теплосети, °С;

- температуры конденсата, °С;

- температура воды в деаэраторе, °С;

- температура продуктов горения перед экономайзером, °С;

- температура продуктов горения за экономайзером, °С;

- среднее значение температуры газа в измерительном сечении, ^оС;

- температура питательной воды перед экономайзером, °С;

- температура питательной воды на выходе из экономайзера, °С;

- температурный напор в экономайзере, °С.

- разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наибольшая, °С;

- разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наименьшая, °С.

- температура конденсата на выходе из бойлера, °С;

- температура сырой воды, °С;

- температура воды перед и после химводоочистки, °С;

- температура смеси на выходе из конденсатного бака, °С;

- температура холодного воздуха, подаваемого в топку, °С ();

- температура конденсата после i-го подогревателя, °С;

- энтальпия сухого насыщенного пара на выходе из котлоагрегата, кДж/кг;

- энтальпия влажного пара после выхода из котлоагрегата, кДж/кг;

- энтальпия кипящей воды в котлоагрегате при давлении , кДж/кг;

- энтальпия влажного пара после РОУ при давлении ,кДж/кг;

- энтальпия влажного пара в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг;

- энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении), кДж/кг;

- энтальпия питательной воды перед экономайзером, кДж/кг;

- энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера, кДж/кг;

- энтальпия сырой воды, кДж/кг;

- энтальпия воды перед и после химводоочистки, кДж/кг;

- средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей, кДж/кг;

, - энтальпия конденсата от первого, второго технологического потребителя, кДж/кг;

- энтальпия увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг;

- энтальпия продувочной воды (равна энтальпии кипящей воды в барабане,, при давлении ), кДж/кг;

, - начальная и конечная энтальпии нагреваемой воды в подогревателе сырой воды, кДж/кг;

- энтальпия конденсата после подогревателя сетевой воды (бойлера), кДж/кг;

- энтальпия конденсата на выходе из подогревателя сырой воды, кДж/кг;

- энтальпия воды в деаэраторе, кДж/кг;

- энтальпия горячей воды на выходе из сетевых подогревателей, кДж/кг;

- энтальпия воды в обратной линии теплосети, кДж/кг;

- энтальпия питательной воды, кДж/кг;

- приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате;

- количество тепла, затраченное в водяном экономайзере на парообразование, кДж/кг;

- теплота парообразования при давлении , кДж/кг;

- теплота парообразования при давлении , кДж/кг;

- степень сухости пара на выходе из котлоагрегата;

- степень сухости пара на выходе из расширителя непрерывной продувки;

- коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами в окружающею среду ().

- расход воды через сетевой подогреватель (бойлер), кг/с;

- расход увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кг/с;

- потери конденсата от технологических потребителей, кг/с;

- расход котловой воды на непрерывную продувку, кг/с;

- расход воды из расширителя непрерывной продувки, кг/с;

- расход воды на подпитку тепловой сети, кг/с;

- расход воды через химводоочистку, кг/с;

- расход сырой воды на химводоочистку, кг/с;

- суммарный расход деаэрируемой воды, кг/с;

- расход деаэрированной воды на выходе из деаэратора, кг/с;

- возврат конденсата после сетевого подогревателя (бойлера), кг/с;

- возврата конденсата после подогревателя сырой воды, кг/с;

- расход воды на питание котельных агрегатов, кг/с;

- количество воды, проходящей через экономайзер котлоагрегата, кг/с;

- расход тепла на технологические нужды, кДж/с;

- суммарное поступление теплоты, кВт;

- расход теплоты в теплосеть с учетом потерь воды в теплосети, кВт;

- годовой расход теплоты, ГДж/год;

- тепловосприятие экономайзера, кДж/кг;

- расход тепла на подогрев сетевой воды, кДж/с;

- расход пара на технологические нужды, кг/с;

- общий расход свежего пара, кг/с;

- расход острого пара, поступающего в РОУ, кг/с;

- количество редуцированного пара, кг/с;

- расход пара на деаэрацию, кг/с;

- количество пара, выделяющегося в расширителе из продувочной воды, кг/с;

- потери пара внутри котельной, кг/с;

- количество выпара из деаэратора, кг/с;

- расход пара в подогревателе сетевой воды (бойлере), кг/с;

- расход редуцированного пара в подогревателе сырой воды, кг/с;

- общий расход свежего пара, кг/с.

- паропроизводительность котельной, кг/с;

- номинальная паропроизводительность котлоагрегата, кг/с;

- годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом, кг/с;

- расход котловой воды на непрерывную продувку в процентах от ;

- потери пара в котельной в процентах от ;

- потери воды в тепловой сети в процентах от ;

, - возврат конденсата от потребителя в процентах от ;

- возврат конденсата от потребителей, кг/с;

- процент расхода теплоты на технологические нужды, %;

- процент расхода теплоты в тепловой сети, %;

- суммарные потери теплоты, %;

- химическая неполнота сгорания топлива, %;

- механическая неполнота сгорания топлива, %;

- потери тепла котлоагрегатом в окружающую среду, %;

- физическое тепло шлаков, %;

- полезно расходуемый процент теплоты (КПД схемы), %;

- коэффициент полезного действия котлоагрегата (брутто), %;

- энтальпия теоретических объемов воздуха, отнесенная к 1 кг топлива, кДж/кг;

- энтальпия теоретических объемов продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг топлива, кДж/кг;

- энтальпия теоретического объема (холодного) воздуха, подаваемого в топку. В курсовом проекте условно температуру холодного воздуха принять равной ;

- энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³;

- теоретически необходимый объем воздуха для полного сгорания 1 кг топлива при условии безостаточного использования кислорода, м³/кг;

- объем трехатомных газов, м³/кг;

- объем азота, м³/кг;

- объем водяных паров, м³/кг;

- объем продуктов сгорания, м³/кг;

- коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры;

- величина присосов воздуха в газоходе экономайзера;

- коэффициент избытка воздуха уходящих газов с установкой экономайзера;

- коэффициент избытка воздуха уходящих газов без установки экономайзера;

- расход топлива, подаваемого в топку, кг/с;

- расход топлива полностью сгоревшего в топке топлива с установкой экономайзера, кг/с;

- расход топлива полностью сгоревшего в топке топлива без установки экономайзера, кг/с;

- годовой расход топлива, кг/год;

- поверхность нагрева экономайзера, м²;

- коэффициент сохранения тепла;

- коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/м²•К;

- площадь сечения для прохода газов, м²;

- количество петель в одном змеевике экономайзера;

- длина одной петли, м;

- количество змеевиков, установленных в газоходе, шт.

- расчетная высота экономайзера, мм;

- количество труб в горизонтальном ряду, шт;

- общее количество параллельно включенных труб по воде, шт;

- скорость дымовых газов, м/с;

- скорость движения воды в трубах экономайзера, м/с;

- внутренний диаметр трубы, мм;

- наружный диаметр трубы, мм;

Условные обозначения, принятые в схемах

пар

деаэрированная вода

сырая вода

химически очищенная вода

конденсат

продувочная вода

вторичный пар



І. Расчет тепловой схемы котельной

1.1 Исходные данные

Рассчитать тепловую схему котельной и отдельных её элементов, составить тепловой баланс котлоагрегата на её основе, определить стоимость годового расхода топлива для различных вариантов компоновки котлоагрегатов. Тепловая схема выбрана согласно первой буквы фамилии (М-4), исходные данные - по последней цифре шифра - 4.

№/№	Наименование	Ед. изм.	Исходные данные
1	Пар для технологических нужд производства: - давление пара на выходе из котлоагрегата,; - сухость пара на выходе из котлоагрегата,; - расход пара на технологические нужды,	МПа - кг/с	1,37 0,99 11,15
2	Температура сырой воды, воды,	єС	8
3	Давление пара после РОУ,	МПа	0,118
4	Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки,	-	0,98
5	Потери пара в котельной в процентах от ,	%	3,1
6	Расход котловой воды на непрерывную продувку в процентах от ,	%	2,4
7	Расход тепла на подогрев сетевой воды,	кДж/с	14,44Ч103
8	Температура горячей воды на выходе из сетевых подогревателей,	єC	87
9	Температура воды в обратной линии теплосети,	єС	48
10	Температура воды перед и после ХВО,	єС	29
11	Температура конденсата на выходе из бойлера,	єС	75
12	Возврат конденсата от потребителя,	-	-
13	Потери воды в тепловой сети,	%	1,5
14	Температура воды, сбрасываемой из барботера,	єС	40
15	Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды,	єС	85

Рисунок 1 - Схема котельной

1.2 Определение параметров воды и пара

При давлении МПа в состоянии насыщения имеем (Приложение А, таблица 1):

єС, кДж/кг, кДж/кг, кДж/кг.

При давлении МПа имеем (Приложение А, таблица 1): єС, кДж/кг, кДж/кг, кДж/кг.

Энтальпия воды при температуре ниже 100єС может быть с достаточной точностью определена без использования таблиц по формуле:

,

где кДж/кг•°С.

В дальнейшем определение энтальпии воды (конденсата) особо оговариваться не будет.

1.3 Общие замечания о расчете водоподогревательных установок

Водоподогреватели применяются в котельных и на ТЭЦ для подогрева питательной воды, сетевой воды, для охлаждения продувочной воды котлоагрегатов и других целей.

В курсовой работе ставится задача: определить расход или температуру теплоносителей из уравнения теплового баланса.

Для пароводяных подогревателей:

где - расход нагреваемой воды, кг/с;

- теплоемкость нагреваемой воды, кДж/кг•єС;

, - начальная и конечная температура нагреваемой воды, єС;

- расход греющего пара, кг/с;

- энтальпия пара, кДж/кг;

- энтальпия конденсата, кДж/кг;

- коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами в окружающею среду ().

Рисунок 2 - Схема водоподогревательной установки

1.4 Расчет подогревателей сетевой воды

Определим расход воды через сетевой подогреватель (бойлер) из уравнения теплового баланса, согласно предложенной расчетной схеме на рисунке 2:

Потери воды в тепловой сети заданы в процентах от :

где - энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (при давлении), кДж/кг;

Подпиточный насос подает в тепловую сеть воду из деаэратора с энтальпией (принимаем равной энтальпия кипящей воды в расширителе непрерывной продувки,), кДж/кг в количестве , кг/с. Поэтому расход тепла на подогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:

где соответствует температуре кипящей воды в расширителе непрерывной продувки (437,26/4,19=104,36), °С; соответствует температуре воды в обратной линии теплосети, °С, кДж/кг;

Расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:

Откуда:

По заданию известно °С, а кДж/кг.

1.5 Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды

Расход тепла на технологические нужды составит:

При движении пара из котлоагрегата к потребителям и к РОУ происходит потеря энергии сухого насыщенного пара, поэтому для расчета его энергетической эффективности необходимо произвести у каждого из потребителей (технологические нужды, РОУ) следующим образом:

В дальнейших расчетах значение энтальпии пара после котлоагрегата необходимо принимать как энтальпию влажного пара - .

Средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей :

В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей .

Суммарный расход на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

Расход пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

При отсутствии сетевых подогревателей .

1.6 Ориентировочное определение общего расхода свежего пара

Расход пара на деаэрацию воды () и расход пара на подогрев сырой воды перед химводоочисткой ( ) приблизительно составляет 3 - 11% от .

В курсовой работе расход пара на вышеуказанные нужды принимаем 3% от :

Общий расход свежего пара:

1.7 Расчет редукционно-охладительной установки (РОУ), редукционной установки (РУ)

Назначение РОУ - снижение параметров пара за счет дросселирования и охлаждения его водой, вводимой в охладитель в распыленном состоянии. РОУ состоит из редукционного клапана для снижения давления пара, устройства для понижения температуры пара путем впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода за редукционным клапаном и системы автоматического регулирования температуры и давления дросселирования пара.

В охладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипения отводится в конденсатные баки или непосредственно в деаэратор.

Примем в курсовом проекте, что вся вода, вводимая в РОУ, полностью испаряется, и пар на выходе является сухим, насыщенным.

Подача охлажденной воды в РОУ производственных котельных обычно осуществляется из магистрали питательной воды после деаэратора.

Тепловой расчет РОУ ведется по балансу тепла (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема РОУ

Расход редукционного пара с параметрами , , и расхода увлажняющей воды определяем из уравнения теплового баланса РОУ:

Из уравнения материального баланса РОУ:

Решая совместно уравнения (6) и (7), получим:

Определим расход свежего пара, поступающего в РОУ:

Составляем схему РОУ:

Рисунок 4 - Узел РОУ

Питательный насос подает увлажняющую воду в РОУ из деаэратора с энтальпией (ранее принятой равной энтальпии кипящей воды в расширителе непрерывной продувки,). Таким образом, расход увлажняющей воды,, определим по формуле (13):

Количество редуцированного пара:



1.8 Расчет сепаратора непрерывной продувки

Непрерывная продувка барабанных котлоагрегатов осуществляется для уменьшения солесодержания котловой воды и получения пара надлежащей чистоты. Величина продувки (в процентах от производительности котлоагрегатов) зависит от солесодержания питательной воды, типа котлоагрегатов и т.п.

Для уменьшения потерь тепла и конденсата с продувочной водой применяются сепараторы - расширители (рис. 5). Давление в расширителе непрерывной продувки принимается равным . пар из расширителя непрерывной продувки обычно направляют в деаэраторы.

Тепло продувочной воды (от сепаратора непрерывной продувки) экономически целесообразно использовать при количестве продувочной воды больше 0,27 кг/с. Эту воду обычно пропускают через теплообменник подогрева сырой воды. Вода из сепаратора подается в охладитель или барботер, где охлаждается до 40 - 50 єС, а затем сбрасывается в канализацию.

Рисунок 5 - Схема непрерывной продувки

Расход продувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному его значению в процентах от :

Количество пара, выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:

и массового баланса сепаратора:

Рисунок 6 - Узел сепаратора непрерывной продувки

Энтальпию влажного пара в расширителе при определим по формуле (5):

Имеем:

Количество сливаемой воды в барботёр:

1.9 Расчет расхода химически очищенной воды

Общее количество воды, добавляемой из химводоочистки, равно сумме потерь воды и пара в котельной, на производстве и тепловой сети.

1) Потери конденсата от технологических потребителей:

В случае отсутствия конденсата от технологических потребителей кг/с.

2) Потери продувочной воды кг/с.

3) Потери пара внутри котельной заданы в процентах от :

4) Потери воды в теплосети кг/с.

5) Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчете деаэратора. Предварительно примем кг/с.

Общее количество химически очищенной воды равно:

Для определения расхода сырой воды на химводоочистку, необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициента . В данном курсовом проекте следует принимать .

Имеем:

1.10 Расчет пароводяного подогревателя сырой воды

Рисунок 7 - Схема пароводяного подогревателя сырой воды

Запишем уравнение теплового баланса подогревателя:

Расход редуцированного пара в подогревателе сырой воды:

1.11 Общие замечания о расчете деаэратора

Для удаления растворенных в воде газов применяются смешивающие термические деаэраторы. В общем случае они могут быть атмосферного типа с давлением в колонке 0,11 - 0,13 МПа, повышенного давления и вакуумные с давлением ниже атмосферного. В курсовом проекте применен смешивающий термический деаэратор атмосферного типа ( МПа). Под термической деаэрацией воды понимают удаление растворенных в ней воздуха при нагреве до температуры кипения, соответствующей давлению деаэраторной колонке. Целью деаэрации является удаление входящих в состав воздуха агрессивных газов, вызывающих коррозию металла оборудования (кислорода и угольной кислоты). Подогрев воды, поступающей в деаэратор, до температуры насыщения осуществляется редуцированным паром ().

Газы, выделяемые деаэрированной водой, переходят в паровой поток и остатком неконденсированного избыточного пара (выпара) удаляются из деаэрационной колонки через штуцер, а затем сбрасываются в барботер (иногда через охладитель выпара). Расход избыточного пара () по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2 - 4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовом проекте следует принять: , где - суммарный расход деаэрируемой воды.

Энтальпия пара (выпара) принимается равной энтальпии пара при данном давлении (принимаем равным ). Деаэрированная вода () из бака деаэратора подается питательным насосом (ПН) в котельный агрегат.

При расчете деаэратора неизвестными являются расход пара на деаэратор () и расход деаэрированной воды (). Эти величины определяются при совместном решении уравнений массового и теплового балансов деаэратора.

Рисунок 8 - Узел деаэратора

Произведем уточнение ране принятого расхода . Суммарный расход деаэрируемой воды:

Принимаем значение возврата конденсата после подогревателя сырой воды, , согласно рассчитываемой схеме, равным расходу редуцированного пара в подогревателе сырой воды, ; а возврат конденсата после сетевого подогревателя (бойлера), , равным расходу пара в подогревателе сетевой воды, :

Запишем уравнение теплового и массового балансов (предположим для деаэратора ):

где - энтальпия воды в деаэраторе (принимаем равной энтальпии кипящей воды в расширителе), кДж/кг.

Из уравнения (28) находим:

Подставляем полученное значение в уравнение (27) и решаем его относительно :

Рисунок 9 - Расчетная схема деаэратора

1.12 Проверка точности расчета первого приближения

Из уравнения массового баланса линии редуцированного пара определяем значение :

При расчете деаэратора получено кг/с. Ошибка расчета составляет 12,5 %. Допустимое расхождение 3%. Следовательно, необходимо провести второй цикл приближения.

1.13 Уточненный расчет РОУ

Расчет редуцированного пара:

Из уравнения (11) и (12) имеем: ;

Отсюда:

Общий расход свежего пара: котельная сгорание топливо агрегат

1.14 Уточненный расход тепловой схемы

1) Расчет расширителя непрерывной продувки:

2) Расчет расхода химически очищенной воды:

3) Расчет пароводяного подогревателя сырой воды:

4) Расчет деаэратора:

1.15 Проверка математического баланса линии редуцированного пара

Аналогично 1.13 имеем:

При расчете деаэратора получено кг/с. Расхождение составляет 0,05%, дальнейших уточнений не требуется.

1.16 Определение полной нагрузки на котельную

Полная нагрузка определяется по формуле:

В тоже время:



ІІ. Составление теплового баланса котельной

Тепловой баланс котельной составляется для определенных КПД, оценки относительной величины различных потерь, что позволяет оценить экономичность предложенной тепловой схемы.

Суммарное поступление теплоты в схему:

Здесь:

Паропроизводительность котельной включает в себя:

Определим расход теплоты с паром на технологические нужды с учетом возврата конденсата:

Процент расхода теплоты на технологические нужды:

Расход острого пара поступающего в РОУ, , включает в себя расход пара на подогрев сетевой воды, на деаэрацию и на подогрев сырой воды, таким образом, расход теплоты, составит:

Расход теплоты на продувку котла:

Расход теплоты с водой, подаваемой на питание котельных агрегатов:

Полезно расходуемый процент теплоты (КПД схемы):

Суммарные потери теплоты:

Основные составляющие потерь теплоты:

1) Потери от утечек свежего пара:

2) Потери в окружающую среду в бойлере:

Неучтенные потери составляют:

При выполнении курсового проекта неучтенные потери не должны превышать 1%.

Для выполнения этого условия при расчете различных тепловых схем котельных может возникнуть необходимость учесть не только указанные ранее потери.

Продолжим вычисление потерь:

3) Потери с водой при производстве химводоочистки:

4) Потери теплоты со сбрасыванием в барботер продувочной водой (после расширителя непрерывной продувки):

5) Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:

6)

7) Потери с выпаром:

8)

Итого имеем:

Незначительное расхождение вызвано погрешностью расчетов. Расхождение не превышает 1 %.



ІІІ. Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной

Подбирая количество устанавливаемых котлоагрегатов, условно принимаем, что максимальная нагрузка котельной соответствует суммарной производительности, и руководствуемся следующими соображениями:

1) недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их количество не должно превышать четырех - пяти;

2) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.

Может оказаться, что один из котлоагрегатов будет недогружен, в этом случае он является резервным.

Определяем количество котлоагрегатов в котельной:

Принимаем 3 котлоагрегата ДЕ-25-14ГМ.



IV. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания

Для определения объемов продуктов сгорания необходимо знать элементарный состав топлива.

Котлоагрегат работает на мазуте 40 следующего состава:

Количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива при условии безостаточного использования кислорода, называют теоретически необходимым объемом воздуха и определяют по процентному составу топлива:

Объем трехатомных газов:

Объем азота:

Объем водяных паров:

Для повышения полноты сгорания действительный объем воздуха подаваемого в топку, всегда несколько больше теоретического , причем отношение этих объемов называют коэффициентом избытка воздуха .

при наличии экономайзера вследствие присосов коэффициент избытка воздуха в выходном сечении экономайзера возрастает на величину , т.е. .

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры задан: = 1,50 (см. Приложение, таблица 2). Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера = 0,10.

Далее расчет производится для двух вариантов конструкции котлоагрегата:

1) с установкой экономайзера

2) без установки экономайзера

Коэффициент избытка воздуха уходящих газов:

Действительный объем водяных паров:

Действительный объем продуктов сгорания:



V. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха

Для определения энтальпий продуктов сгорания необходимо знать их состав и объем, а также температуру, которая различна для вариантов С и Б и задана в задании.

Расчет энтальпий проведем отдельно для вариантов С и Б.

А) С установкой экономайзера

Температура уходящих газов єС (приложение А, таблица 2).

кДж/м³; кДж/м³;

кДж/м³; кДж/м³.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов:

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре єС:

Б) Без установки экономайзера.

Температура уходящих газов єС.

кДж/м³; кДж/м³;

кДж/м³; кДж/м³.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания:

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре єС:



VI. Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс составляется для определения КПД котлоагрегата и расхода топлива при установившемся тепловом состоянии котлоагрегата.

Уравнение теплового баланса:

где - располагаемое тепло, кДж/кг;

- теплота, полезно воспринимаемая в котлоагрегате поверхностями нагрева, кДж/кг;

- потери тепла соответственно с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механического недожога, в окружающую среду, с физическим теплом шлаков, кДж/кг.

В курсовом проекте не учитывается тепло горячего воздуха, подаваемого в топку и подогреваемого вне котлоагрегата, а также тепло парового дутья, затраты тепла на размораживание смерзшегося топлива и т.д. Поэтому можно принять: , кДж/кг.

Приняв располагаемое тепло за 100%, выражение (46) можно записать в таком виде:

Если известны потери тепла в котлоагрегате, его коэффициент полезного действия брутто определяется из выражения:

Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:

где - энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³;

- коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом;

- энтальпия теоретического объема (холодного) воздуха, подаваемого в топку. В курсовом проекте условно температуру холодного воздуха принять равной (не следует искать смысловую связь между этими температурами).

Удельная теплоемкость 1 м³ воздуха в интервале температур 0 - 100°С составляет кДж/м³•°С.

Используемое топливо имеет низшую расчетную теплоту сгорания МДж/кг. Принимаем

Из таблицы 4 для мазута 40, сжигаемого в камерной топке имеем:

- потери от химической неполноты сгорания ;

- потери от механической неполноты сгорания ;

- температура холодного воздуха єС.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива:

Составление теплового баланса производим отдельно для двух вариантов конструкции.

А) С экономайзером.

Потери теплоты с уходящими газами:

По рисунку 19 для выбранного в результате расчета тепловой схемы котельной котлоагрегата ДКВР-20-13 имеем: .

Потерями тепла с физическим теплом шлаков пренебрегаем.

Из расчета тепловой схемы имеем:

кг/с; кДж/кг;

кДж/кг; кДж/кг;

.

Расход топлива, подаваемого в топку:

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

Б) Без экономайзера.

Потери теплоты с уходящими газами:

По рисунку 19 .

Расход топлива, подаваемого в топку в данном варианте, изменится только за счет изменения :

Расчетный расход топлива:

VII. Определение годового расхода топлива в одном котельном агрегате

Для сравнения экономичности котлоагрегатов различной компоновки необходимо определить годовой расход топлива в одном котельном агрегате при номинальной нагрузке. Учитывая, что график расхода теплоты (пара) для упрощения не задан, можно принять:

где - годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом;

4848 - условное число часов работы в течение года одного котельного агрегата при номинальной нагрузке (202 дня отопительный период для г. Оренбурга).

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате не зависит от установки экономайзера и его площади.

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива:

В общем случае применение экономайзера приводит к увеличению и, следовательно, снижению затрат топлива. Годовая экономия может быть условно определена при сравнении годового расхода топлива варианта без экономайзера и варианта с экономайзером.

Годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом ( кг/с):

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате:

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива для двух вариантов:

VIII. Тепловой и конструкционный расчет экономайзера

Водяной экономайзер представляет собой поверхностный теплообменник и служит для подогрева питательной воды перед подачей ее в барабан котла за счет теплоты уходящих газов. При этом снижаются потери теплоты с уходящими газами, но в то же время несколько увеличиваются потери теплоты в окружающую среду и подсосы воздуха в газоходе. Присосы воздуха в газоходе не только снижают , но и вызывают значительное повышение расхода электроэнергии на собственные нужды (привод дымососа).

Исходные данные:

°С; єС;

°С; кДж/кг;

кДж/кг; ;

; кДж/кг; кг/с.

Согласно схеме вода в экономайзер подается из деаэратора, соответственно °С

Коэффициент сохранения тепла:

Тепловосприятие экономайзера:

где - величина присоса воздуха в газоходе экономайзера (приложение А, таблица 2).

Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера:

В курсовом проекте допускается условно определять температуру воды на выходе из экономайзера по ее энтальпии через теплоемкость (). Имеем:

Температурный напор в экономайзере определяется из выражения:

Поверхность экономайзера:

Далее производится конструктивный расчет.

По поверхности нагрева экономайзера произвести подбор количества и длины труб водяного экономайзера (таблица 5), рассчитать необходимые величины, согласно формулам п 9.2. Недостающие параметры подобрать в соответствии с ([3] приложение 2; [4]).

По таблице 5 подбираем экономайзер типа ЭП1-646 и котлоагрегат типа ДКВр-20-13. Длина трубы - 3000 мм. Количество труб - 16х9, количество колонок - 1.



Список использованной литературы

1. Расчет тепловой схемы котельной: Методические указания, Сост.: Ю.В.Новокрещенов, ФГОУ ВПО ИжГСХА.

2. Справочник по котельным установкам малой производительности. К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий

3. Тепловой расчет котельных агрегатов: Нормативный метод. - М.: Энергия, 1973. - 295 с.

4. Рекомендации по оснащению предприятий стройиндустрии оборудованием, обеспечивающим рациональный расход тепловой энергии на сушку пиломатериалов и изготовление железобетонных конструкций. - Москва 1983.

5. ЕСКД. Основные положения. -- М.: Изд-во стандартов, 1983.--352 с.

6. ЕСКД. Общие правила выполнения чертежей. -- М.: изд-во стандартов, 1984. --239 с.

Размещено на Allbest.ru