Тепловой расчёт котельного агрегата малой мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

По дисциплине: Теплогенерирующие установки.

«Тепловой расчёт котельного агрегата малой мощности»

Содержание

Введение

1. Расчёт объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха

2. Расчёт теплового баланса котла с определением КПД и расхода топлива

3. Поверочный расчёт топки

4. Поверочный расчёт 1-ого и 2-ого котельных пучков

5. Конструктивный расчёт водяного экономайзера

Заключение

Используемая литература

Введение

Описание котла.

Газомазутные вертикальные водотрубные паровые котлы типа - ДЕ предназначенные для выработки насыщенного или слабоперегретого пара. Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхних и нижних барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб 1790 мм, глубина топочной камеры, зависимости от паропроизводительности 1990-6960 мм.

Основные составляющие части котла: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой, боковой и задний экраны, оборудующие топочную камеру. Трубы перегородки правого бокового экрана, образующего так же и поверхность топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана привариваются к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159x6 мм. Трубы фронтового экрана также привариваются к коллекторам аналогичного диаметра. Диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами 2750мм.

Длина цилиндрической части барабана от 2250 мм. До 7500 мм. Изготавливаются барабаны для котлов с давлением 1,4 МПа с толщиной стенки 13 мм, а для давления 2,4 МПа с толщиной стенки 22 мм. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой. При вводе в барабан трубы разводятся в два ряда. Конвективный пучок образован коридорно-расположенными трубами диаметром 51мм., развальцованы в верхним и нижнем барабанах. Шаг труб 90 мм., поперечный шаг 110 мм. В водяном правом верхнем барабане находится питательная труба, в нижнем - устройств для парового нагрева воды.

Средний срок службы котла между капитальным ремонтом при 2500 часов работы в год 3 раза. Котлы поставляются потребителем в сборе. Производятся Бийским котельным заводом.

Исходные данные:

Тип парового котла - ДЕ-4;

Паропроизводительность котла - D=1кг/с;

Параметры пара на выходе из котла:

-давление Рo=1,6 МПа;

-температура питательной воды - tп.в.=65°С;

Вид топлива - малосернистый мазут.

Доля продувки солей - p=4%.

Основные характеристики мазута:

Wp=3%, Ap=0.1%, Sp=1.4%, Cp=83.8, Hp=11.2%, Np=0, Op=0.5%.

Теплота сгорания - =39,73 МДж/кг;

Основные характеристики котла типа ДЕ-4 и его элементов:

1. Расчёт объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха

Исходными данными для расчёта объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха служат основные характеристики заданного вида топлива.

Теоретическое количество сухого воздуха Vo необходимого для полного сгорания топлива при избытке воздуха б=1, определяется по формуле:

Теоретический объём азота при б=1 рассчитывается по формуле:

котел топка сгорание топливо

Теоретический объём трёхатомных газов при б=1 находится по формуле:

Теоретический объём водяных паров при б=1 находится по формуле:

где

Теоретический объём продуктов сгорания находится по формуле:

По найденным значениям теоретических объёмов продуктов сгорания и воздуха формируется таблица объёмов.

Присосы воздуха для каждой поверхности нагрева определяются по (1.таблице №3). Принимаем камерные топки пылеугольных и газомазутных котлов с металлической обшивкой: Дб=0,15; 1-ый пучок: Дб=0,05; 2-ой пучок: Дб=0,1; экономайзер чугунный с обшивкой: Дб=0,1.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки =1,15 (смесительные горелки). Коэффициенты избытка воздуха на выходе из каждой следующей за топкой поверхности теплообмена определяется суммированием присосов воздуха Дб в ней и б?? предыдущей поверхности.

Таблица объёмов.

Для топки

Энтальпия продуктов сгорания газа, при б=1, равна:

,

где х - температура дымовых газов, °С

Энтальпия продуктов сгорания воздуха, при б=1, равна:

,

где t - температура воздуха,

- средние объёмные теплоёмкости соответственно газов и воздуха, кДж/ нм3·К (таблица№2).

Расчёт энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха для 100°С.

Для х=100°С,

Энтальпия в каждой графе определяется по формуле:

Для примера рассчитаем энтальпии в каждой графе при разной температуре.

Для топки при х=1000°С, =1,15

Для 1-ого котельного пучка: х=300°С, =1,2

Для 2-ого котельного пучка: х=200°С, =1,3

Для экономайзера: х=100°С, =1,4

Н-х таблица.

2. Тепловой баланс котла

Цель составления теплового баланса котла - определение его КПД и расход топлива. Из уравнения прямого теплового баланса котла расход топлива В, равен:

где, - полное количество теплоты, воспринятое в котле рабочим телом, кВт.

- располагаемая теплота топлива, кДж/кг.

зка - КПД котельного агрегата, %.

Для паровых котлов малой мощности без пароперегревателя , равна:

,

где, D - паропроизводительность котла, D=1кг/с (по заданию);

Dпр- расход воды на непрерывную продувку, доля продувки солей, следовательно:

энтальпия насыщенного пара, определяется по начальному давлению,

энтальпия питательной воды, определяется в зависимости от температуры питательной воды (tп.в. =65°С) и давления питательной воды:

энтальпия кипящей воды на линии насыщения, определяется по начальному давлению,

После определения неизвестных величин определяем .

Располагаемая теплота топлива для котлов малой мощности , рассчитывается по формуле:

где, низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,

тепло, вносимое в топку с паровым дутьём, кДж/кг,

где, - расход пара на дутье, кг/(кг топлива), ; - энтальпия пара, идущего на паровое дутье (как правило, ), кДж/кг.

Кпд котельного агрегата по обратному балансу определяется:

где, - потери теплоты с уходящими газами, %.

- потери теплоты от химической неполноты сгорания, %.

Определяется (таблица №5): =1%.

- потери теплоты от наружного охлаждения, %.

Определяется (рис. №1). В зависимости от D=1 (кг/с)=3,6 (т/ч).=>

- потери теплоты с физическим теплом шлака, %, =0%.

- потери теплоты от механической неполноты сгорания, (таблица №5).

=0%.

В общем случае:

где, - энтальпия уходящих газов, кДж/кг, (определяется по Н-х-таблице по хух, и бух.); хух- принимается из технико-экономических соображений и при tп.в.=100°С, хух составляет 150°С, =>

=1,4.

- энтальпия холодного воздуха, кДж/кг, при температуре присасываемого холодного воздуха tх.в.=30°С.

Определяем :

Определяем КПД котельного агрегата:

.

После нахождения неизвестных величин, определяем расход топлива В,м3/с.

Расчётный расход топлива Вр, кг/с, определяется по формуле:

3. Поверочный расчёт топки

Цель расчёта - определение температуры дымовых газов на выходе из топки, конструктивные размеры и поверхность теплообмена которой известны.

Температура газов на выходе из топки рассчитывается по формуле:

где, - адиабатическая (теоретическая) температура горения, К;

- коэффициент;

- степень черноты топки;

- критерий Больцмана.

Полное тепловыделение в топке , кДж/кг, определяется по формуле:

где, - тепло, внесённое в топку с воздухом, кДж/кг. При отсутствии воздухоподогревателя

По найденному значению равному адиабатической энтальпии горения , по Н-х-таблице находят адиабатическую температуру горения , °С, и

По Н-х-таблице: при

при

Находим адиабатическую температуру горения, при

После интерполяции получается, что

Коэффициент зависит от относительного расположения максимума температуры пламени по высоте топки :

,

где при сжигании газа и мазута А=0,54, В=0,2.

где - средняя высота топки, м. (таблица№1).

- средняя высота горелок от пода топки, м:

Находим коэффициент : ;

Степень черноты для камерных топок (топливо - мазут), определяется по формуле:

,

где, - степень черноты факела;

- средний коэффициент тепловой эффективности топочной камеры.

Для котлов типа ДЕ:

;

где, - угловой коэффициент экрана.

Определяется по (рис. 2), в зависимости от отношения , которые принимаются по (таблица №6). Для котла ДЕ-4: ,

Т.к. , то по (рис. №2): ;

- коэффициент загрязнения топочных экранов. Для открытых гладкотрубных экранов при сжигании мазута ;

экранированная поверхность стен топки, м2. Для ДЕ-4 по табл.1:

полная поверхность стен топки, м2. Для ДЕ-4 по табл.1:

При сжигании газа и мазута эффективная степень черноты факела определяется по формуле:

,

где, - коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма;

- объём топки, м3. Для котлов ДЕ-4 по табл.1:

,

Т.к. , то для мазута .

- степени черноты соответственно светящейся части факела и несветящейся. Определяются по рисунку №3 в зависимости от :

по

по

где, -доля трёхатомных газов в топке (из таблицы объёмов);

- коэффициент поглощения трёхатомными частицами,1/(МПа·м).

Определяется по рисунку №4 в зависимости от:.

Для определения предварительно задаются температурой газов на выходе из топки ;

, (по таблице объёмов);

- давление газов в котле, ;

- толщина излучающего слоя, м.

Определяем по графику: .

Определения по формуле:

по

определяем по (рис.№3): ;

по

определяем по (рис. №3): .

Определяем степень черноты факела :

;

Определяем степень черноты:

;

Критерий Больцмана рассчитывается по формуле:

,

где, - коэффициент сохранения теплоты,

- средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания, определяется по формуле:

где, -энтальпия газов на выходе из топки определяется по

при .

Определяем критерий Больцмана:

,

Определим температуру газов на выходе из топки :

,

Т.к. то поверочный расчёт топки считается законченным.

По Н-х-таблице находим : при и определяем количество теплоты, передаваемое в топке излучением:

4. Поверочный расчёт 1-ого и 2-ого котельных пучков

Расчёт двух котельных пучков котлов типа ДЕ производится последовательно с целью определения температуры газов на выходе из первого котельного пучка и на выходе из второго .

Поверочный расчёт 1-ого котельного пучка.

Задавшись двумя значениями температур газов на выходе из 1-ого пучка (,) и определив по Н-х-таблице энтальпии газов, соответствующие этим температурам, находим два значения балансового тепловосприятия пучка , по формуле:

,

При ,

При ,

При ,

При ,

Определяем площадь поверхности :

где, - диаметр труб, м: ;

- средняя длина труб в пучке, м: ;

- количество труб в ряду пучка: ;

-количество рядов: .

Все величины выбраны для котла ДЕ-4 (таблица №6).

,

Определяем скорость газов ,м/с, в пучке по формуле:

,

где, - объём газов в пучке (по таблице объёмов): ,

- средняя температура газов в пучке, °С.

При , ,

При , ;

- сечение для прохода газов, м2,

,

где, - ширина газохода, выбирается по (таблица №6):

Определяем скорость газов в пучке:

При ,

При

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (рис. №6) в зависимости от скорости газов, .

При ,

При ,

- поправка на шаг между трубами в зависимости от продольного (S1) и поперечного (S2) шагов, S1= S2=0,09,м. Определяется в зависимости от : , следовательно, .

- поправка на число рядов, .

- поправка на фрикционный состав дымовых газов. Определяется в зависимости от и , по (рис. №6).

При ;

При .

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией:

При ,

При ,

Находим коэффициент теплоотдачи излучением ,по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (рис. №7) в зависимости от скорости газов, . Определяется в зависимости и ;

- температура стенки трубы, °С: ,

- температура насыщения ,°С.

Выбирается в зависимости от Ро=1,6МПа, =201,37°С. (таб.№2).

- для газов.

Определяем температуру стенки трубы:

При ;

При

-степень черноты газового потока. Определяется в зависимости от по (рис. №3).

Для мазута:

где, - для 1 пучка из таблицы объемов.

Коэффициент определяется аналогично таким же коэффициентам топки.

Для конвективных пучков S находится по формуле:

.

Определяем в зависимости от , ,

, (по таблице объёмов);

- давление газов в котле, ;

При , ,

При , ,

Определяем :

При , ,

При ,

Определяем степень черноты:

Т.к. (, ), то =0,2

Т.к. (, ), то =0,18

- определяется в зависимости от и : , .

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением:

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи от газов к стенке ,по формуле:

,

где, - для газоходов котлов ДЕ принимают 0,9…0,95.

При ,

При .

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективных пучков

,

где, - коэффициент тепловой эффективности, зависящий от вида топлива и типа поверхностей, для котельных пучков при сжигании газа

При ,

При .

Определяем средний температурный напор при условии, что температура пароводяной смеси в пучке равна температуре насыщения.

Температурный напор определяется по формуле:

,

,

.

При , ,

При , .

Определяем количество теплоты, воспринятое в 1-ом пучке через поверхность F1:

При ,

При ,

Имея по два значения и для разных принятых , строим графики и . Точка пресечения двух указанных зависимостей будет соответствовать искомой температуре на выходе из 1-ого пучка. Для неё определяется и уточняется .

Температура на выходе из первого пучка .

Определим для , энтальпию газов по Н-х-таблице: .

Уточняем : .

Поверочный расчёт 2-ого котельного пучка.

Задавшись двумя значениями температур газов на выходе из 2-ого пучка (,) и определив по Н-х-таблице энтальпии газов, соответствующие этим температурам, находим два значения балансового тепловосприятия пучка , по формуле:

,

При ,

При ,

При ,,

При ,,

Определяем площадь поверхности :

где, - диаметр труб, м: ;

- средняя длина труб в пучке, м: ;

- количество труб в ряду пучка: ;

-количество рядов: .

Все величины выбраны для котла ДЕ-4 (таб. №6).

,

Определяем скорость газов ,м/с, в пучке по формуле:

,

где, - объём газов в пучке (по таблице объёмов): ,

- средняя температура газов в пучке, °С.

При , ,

При , ;

- сечение для прохода газов, м2,

,

где, - ширина газохода, выбирается по (таб. №6):

Определяем скорость газов в пучке:

При ,

При

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (рис. №6) в зависимости от скорости газов, .

При ,

При ,

- поправка на шаг между трубами в зависимости от продольного (S1) и поперечного (S2) шагов, S1= S2=0,11,м. Определяется в зависимости от : , следовательно, .

- поправка на число рядов, .

- поправка на фракционный состав дымовых газов. Определяется в зависимости от и , (по рис. №6).

При ;

При .

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией:

При ,

При ,

Находим коэффициент теплоотдачи излучением ,по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (рис. №7) в зависимости от скорости газов, . Определяется в зависимости и ;

- температура стенки трубы, °С: ,

- температура насыщения ,°С.

Температуру стенки трубы:

При ;

При

-степень черноты газового потока. Определяется в зависимости от по (рис. №3).

Для мазута:

где, - доля трёхатомных газов.

Коэффициент определяется аналогично таким же коэффициентам топки.

Для конвективных пучков S находится по формуле:

.

Определяем в зависимости от , ,

, (по таблице объёмов);

- давление газов в котле, ;

При , ,

При , ,

Определяем :

При , ,

При ,

Определяем степень черноты:

Т.к. (, ), то =0,23,

Т.к. (, ), то =0,25.

- определяется в зависимости от и :

, .

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением:

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи от газов к стенке , по формуле: ,

где, - для газоходов котлов ДЕ принимают 0,9…0,95.

При ,

При .

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективных пучков

,

где, - коэффициент тепловой эффективности, зависящий от вида топлива и типа поверхностей, для котельных пучков при сжигании газа

При ,

При .

Определяем средний температурный напор при условии, что температура пароводяной смеси в пучке равна температуре насыщения.

Температурный напор определяется по формуле:

,

,

.

При , ,

При , .

Определяем количество теплоты, воспринятое в 2-ом пучке через поверхность F2:

При ,

При ,

Имея по два значения и для разных принятых , стоим графики и . Точка пресечения двух указанных зависимостей будет соответствовать искомой температуре на выходе из 1-ого пучка. Для неё определяется и уточняется .

Температура на выходе из второго пучка .

Определим для , энтальпию газов по Н-х-таблице:.

Уточняем :

.

5. Конструктивный расчёт водяного экономайзера

Целью расчёта экономайзера является определение его поверхности теплообмена и его компоновки.

По температуре газов на выходе из экономайзера и на входе в экономайзер , температуре воды на входе рассчитывают балансовое тепловосприятие экономайзера , по формуле:

,

,

а также из уравнения теплового баланса определим ,

,

где, .

Тогда энтальпия воды на выходе из экономайзера определяется по зависимости:

Находим температуру воды на выходе из экономайзера, :

.

Скорость газов, , в экономайзере ВТИ рассчитывается по формуле:

,

где, - объёмный расход газов в экономайзере, м3/кг. Определяется по таблице объёмов: ;

- средняя температура газов в экономайзере. Определяется по формуле:

- живое сечение для прохода газов одной оребрённой трубы, м2.

По (таблица№7) принимаем характеристики одной трубы:

где, -длина трубы, м;

-число труб в одном ряду.

,- подбираем такими, чтобы скорость составила для газов 8…12,м/с.

.

По (рис.№8) в зависимости от скорости газов и температуры потока определяют коэффициент теплоотдачи:

При ;

При .

Определяем коэффициент теплопередачи:

.

Расчётная поверхность теплообмена , рассчитывается по формуле:

,

Определяем температурный напор

: ,

,

Определяем расчётную поверхность теплообмена:

Зная число труб в одном ряду , величины (таб.№7), определяют число рядов

: ,

где - внешняя поверхность теплообмена одной трубы.

.

Т.к. , следовательно, экономайзер одноходовой.

Заключение

В данной курсовой работе был сделан расчёт котельного агрегата малой мощности, в частности, был рассчитан котёл -ДЕ-4(двух барабанный котёл с естественной циркуляцией, номинальной производительностью- 6,5 т/ч).

В ходе расчёта теплового баланса котла были получены следующие результаты:

1. Полное количество теплоты, воспринятое в котле рабочим телом:;

2. Расчётный расход топлива: ;

3. КПД котельного агрегата составил: .

При поверочном расчёте топки было получено:

1. Полное тепловыделение в топке: ;

2. Степень черноты топки: ;

3. Температура газов на выходе из топки: ;

4. Количество теплоты предаваемое в топку излучением:

При поверочном расчёте котельных пучков было получено:

1. Площади поверхности нагрева 1-ого пучка: ;

2. Площади поверхности нагрева 2-ого пучка:;

3.Температура дымовых газов за 1-ым пучком: ;

4. Температура дымовых газов за 2-ым пучом: .

В ходе конструктивного расчёта водяного экономайзера получили что:

1. Балансовое тепловосприятие экономайзера: ;

2. Скорость газов: ;

3. Расчётную поверхность теплообмена: ;

4. Подобрали характеристики одной трубы экономайзера:

- длина трубы: ;

- Внешняя поверхность нагрева: ;

- Живое сечение для прохода газов: ;

- Диаметр труб : 92х8;

- Размеры прямоугольных рёбер: 150х150;

5.Общее число рядов: ;

6. Число труб в одном ряду: =2;

Экономайзер получился одноходовой, т.к. <10.

Используемая литература

1. Доронин М.С., Васильев А.В. - Тепловой расчёт котельных агрегатов малой мощности. Саратов, 1995г.

2. Ривкин С.Л., Александров А.А. - Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергоиздат, 1984г.

3. Конспект лекций.

4. Двойников В.А., и др.- Конструкция и расчёт котлов и котельных установок. М.: Машиностроение, 1989г.

Размещено на Allbest.ru