- 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;

где кДж/кг•°С.

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

2.3 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 поверхностных водонагревателях теплопередача осуществляется через поверхность металлической стенки, в смесительных - путем непосредственного соприкосновения и перемешивания обоих теплоносителей. В настоящее время широкое распространение имеют поверхностные водонагреватели, позволяющие изолировать теплоносители друг от друга и тем самым обеспечить наибольшую надежность и простоту эксплуатации. Кроме того, поверхностные водонагреватели позволяют сохранить в чистоте конденсат греющего пара.

Смесительный подогрев применяется лишь в деаэраторах, в мелких установках горячего водоснабжения и в некоторых системах промышленного отопления.

Все поверхностные водоподогреватели, независимо от их назначения, подразделяются по греющему теплоносителю на пароводяные и водоводяные. В курсовом проекте рассмотрены схемы с применением пароводяных водоподогревателей.

Схема водоподогревательной установки представлена на рисунке 1.

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

Для пароводяных подогревателей:

, (1)

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

2.4 Расчет подогревателей сетевой воды.

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

В данном примере расход пара на вышеуказанные нужды принимаем 3% от :

, (9)

кг/с.

Общий расход свежего пара:

, (10)

кг/с.

где - расход пара на деаэрацию и на подогрев сырой воды перед химводоочисткой, кг/с;

- общий расход свежего пара, кг/с;

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

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.

На предприятиях, использующих пар на технологические нужды, рекомендуется устанавливать паровые котлоагрегаты ДКВр, КЕ, ДЕ и Е-ГМН - двухбарабанные вертикально-водотрубные с естественной циркуляцией, низкого и среднего давления, неэнергетического назначения.

Котлоагрегаты предназначены:

КЕ - для слоевого сжигания твердого топлива;

ДЕ - газомазутные для работы на уравновешенной тяге;

Е-ГМН - газомазутные для работы под наддувом.

Пример расшифровки котла:

Паровой котел ДКВР 20-13 (двухбарабанный водотрубный реконструированный).

Первое число после наименования котла обозначает паропроизводительность, 20 т/ч. Второе число - давление пара в барабане котла, 13 кгс/см² (1,27МПа).

При выборе котлоагрегата необходимо учитывать вид топлива, данный в задании для дальнейших расчетов.

Таблица 1 - Номинальная производительность котлоагрегатов

Определяем количество котлоагрегатов в котельной:

, (19)

шт.

Принимаем 3 котлоагрегата ДКВР-20-13.

5. РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕМОВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

5.1 Исходные данные и порядок расчета.

Для определения объемов продуктов сгорания необходимо знать элементарный состав топлива. Элементарный состав различных топлив приведен в таблице 2.

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 для твердого и жидкого топлива:

м³/кг. (20)

Здесь и далее объемы продуктов сгорания приведены к нормальным условиям: 0 °С; 760 мм. рт. ст. или 101300 Н/м².

Таблица 2 - Элементарный состав топлива

Теоретические объёмы продуктов горения при для твердого и жидкого топлива:

Объем трехатомных газов:

м³/кг. (21)

Объем азота:

м³/кг. (22)

Объем водяных паров:

м³/кг. (23)

Теоретически полный объем продуктов сгорания:

м³/кг. (24)

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: (см. приложение А, таблица 2). Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера .

Далее расчет производится для двух вариантов конструкции котлоагрегата:

1) с установкой экономайзера

2) без установки экономайзера

(В дальнейшем для кратности варианты «С» и «Б» соответственно)

Коэффициент избытка воздуха уходящих газов:

- с установкой экономайзера;

- без установки экономайзера.

Действительный объем водяных паров:

м³/кг. (25)

Действительный объем продуктов сгорания:

м³/кг. (26)

5.2 Расчет объемов продуктов сгорания

Котлоагрегат работает на каменном угле следующего состава:

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива:

м³/кг.

Объем трехатомных газов:

м³/кг.

Объем азота:

м³/кг.

Объем водяных паров:

м³/кг.

Коэффициент избытка воздуха уходящих газов:

;

.

Действительный объем водяных паров:

,

м³/кг,

м³/кг,

Действительный объем продуктов сгорания:

,

м³/кг.

м³/кг.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТАЛЬПИЙ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА

6.1 Исходные данные и порядок расчета

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. Значение энтальпий 1 м³ различных газов и влажного воздуха в зависимости от их температуры приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Энтальпии 1 м³ газов и влажного воздуха

Энтальпии газов при промежуточных температурах определяют методом линейной интерполяции.

Расчет энтальпий произведем отдельно для вариантов С и Б.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг топлива, определяется по формулам:

кДж/кг, (27)

кДж/кг.

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания определяется с учетом реального коэффициента избытка воздуха:

кДж/кг. (28)

6.2 Расчет энтальпий

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 сгорания:

,

кДж/кг,

,

кДж/кг,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре єС:

,

кДж/кг.

Б) Без установки экономайзера.

Температура уходящих газов єС.

кДж/м³; кДж/м³;

кДж/м³; кДж/м³.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания:

,

кДж/кг,

,

кДж/кг,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре єС:

,

кДж/кг.

7. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

7.1 Общие положения

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

Уравнение теплового баланса:

, (29)

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:

. (30)

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

. (31)

Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:

, (32)

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.

В связи с тем, что объемы продуктов сгорания рассчитываются в предположении полного сгорания топлива, в уравнении (49) введена поправка на величину - механической неполноты сгорания. Потери тепла от механической неполноты сгорания вызываются провалом топлива, уносом недогоревшего топлива с уходящими из топки газами и недожогом его в шлаках. При тепловых расчетах значение потерь тепла можно принять по таблице 4.

Потери тепла от химической неполноты сгорания принимаются в зависимости от вида топлива и метода сжигания, согласно характеристикам топочных устройств (см.таблицу 4).

Потери тепла котлоагрегатом в окружающую среду, могут быть найдены для стационарных котлоагрегатов по графику, приведенному на рисунке 19.

Потери тепла с физическим теплом шлаков в курсовой работе можно не учитывать.

Таблица 4 - Расчетные характеристики слоевых и камерных топок

В курсовом проекте рекомендуется определять потери по таблице 4.

После нахождения всех потерь можно определить коэффициент полезного действия котлоагрегата (брутто):

. (33)

И расход топлива из уравнения:

, (34)

где - паропроизводительность котлоагрегата, кг/с;

- энтальпия пара, выходящего из котлоагрегата, кДж/кг;

- энтальпия питательной воды, кДж/кг (условно энтальпию питательной воды принимаем равной энтальпии кипящей воды в деаэраторе);

- расход котловой воды на непрерывную продувку, %;

- энтальпия кипящей воды в котлоагрегате, кДж/кг;

- низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

С учетом потери тепла расчетный расход полностью сгоревшего топлива в топке составит:

кг/с, (35)

где и определяются для двух вариантов - с установкой и без установки экономайзера.

Рисунок 19 - Зависимость потери тепла в окружающую среду от производительности котлоагрегата; 1 - с экономайзером; 2 - без экономайзера.

7.2 Расчет

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

Из таблицы 4 для бурого угля, сжигаемого в слоевой 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:

,

кДж/кг.

Составление теплового баланса производим отдельно для двух вариантов конструкции.

А) С экономайзером.

Потери теплоты с уходящими газами:

,

кДж/кг,

,

.

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:

,

кг/с.

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

,

кг/с.

Б) Без экономайзера.

Потери теплоты с уходящими газами:

,

кДж/кг,

,

.

По рисунку 19 .

,

.

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

,

кг/с.

Расчетный расход топлива:

,

кг/с.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВОГО РАСХОДА ТОПЛИВА В ОДНОМ КОТЕЛЬНОМ АГРЕГАТЕ

8.1 Общие положения

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:

кг/год , (36)

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:

ГДж/год. (37)

Годовой расход топлива:

кг/год. (38)

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.

8.2 Расчет

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

кг/год,

кг/год.

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате:

,

кДж/кг.

Годовой расход теплоты:

,

ГДж/год.

Годовой расход топлива для двух вариантов:

,

кг/год,

,

кг/год.

9. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1

Термодинамические свойства воды и водяного пара (аргумент - давление)

Таблица 2

Приложение Б

Размещено на Allbest.ru