Проектирование судового водотрубного котла

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова»

Кафедра Судовых энергетических установок, технических средств и технологий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Судовые котельные и паропроизводящие установки»

(специальность «Эксплуатация СЭУ»)

Тема: «Проектирование судового водотрубного котла»

Выполнил студент: Артеев С.Н.

Руководитель: Окунев В.Н.

Санкт-Петербург 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Определение параметров продуктов сгорания

1.1 Расчет количества продуктов сгорания

1.2 Расчет энтальпии продуктов сгорания топлива и построение диаграммы «энтальпия-температура»

2. Составление теплового баланса котла

3. Тепловой расчет основных элементов котла

3.1 Расчет топки

3.2 Расчет испарительной поверхности

3.3 Расчет экономайзера

4. Прочностные расчеты элементов котла

4.1 Расчет толщины стенки труб

4.2 Расчет толщины стенки жаровой трубы

4.3 Расчет толщины цилиндрической стенки котла

4.4 Расчет толщины днища котла

Вывод



ВВЕДЕНИЕ

Вспомогательные котлы являются элементами энергетических установок речных судов. Отношение мощности вспомогательных котлов к мощности главных двигателей на судах флота составляет от 15-60% (сухогрузные и пассажирские теплоходы) до 100% (танкеры).

Основной задачей котельной вспомогательной установки является получение пара заданных параметров за счет теплоты, выделяемой при сгорании топлива.

На рисунке 1 показана схема водотрубного котла КВА, предназначенного для обслуживания судовых систем водяного отопления и санитарно-бытовых нужд. котел водотрубный сгорание экономайзер

В корпусе 1 котла размещаются пароводяной 2 и водяной 3 барабаны, соединенные опускными 4 и подъемными 5 водогрейными трубами. Перед трубами 5 расположена топка 7 котла. На выходе из котла помещен воздухоподогреватель 8. На фронтальной поверхности котла располагается фурменное отверстие 9 и форсунка 10. Подача воздуха в котел осуществляется воздуходувкой 11. Котел снабжен топочным экраном 12.

Размещено на http://www.allbest.ru



Работает вспомогательный котел следующим образом. Из окружающей среды воздух, необходимый для горения топлива и имеющий температуру t_хв, забирается воздуходувкой 11 и подается в топку 7 через воздухоподогреватель 8 (где воздух нагревается до температуры t_гв) и отверстие фурмы 9.



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

1.1 Расчет количества продуктов сгорания

Исходные данные:

Марка топлива - мазут флотский Ф - 5

Тип форсунки - ФПМ (форсунка паромеханическая)

Удельный расход пара на механическую форсунку G_ф=0,03

Давление продуктов сгорания P_г=0,1 МПа

Таблица 1.

Последовательность расчета количества продуктов сгорания топлива

№	Наименование параметра, размерность	Обозначение, формула, рекомендуемые значения или источник	Числ. зн.
1	Состав рабочей массы топлива,%: углерода водорода сера (горючая) азот+кислород зола влага	СP HP Sрл (NP+OP) AP WP	84,4 12,3 1,73 0,47 0,1 1,0
2	Теоретический объем сухого воздуха при нормальных условиях, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива, м3/кг	Voв=0,0889*(CР+0,375*Spл)+0,0265*HP-0,0333*OP= 0,0889*(84,4+0,375*1,73)+0,265*12,3-0,0333*0,47=10,8
3	Действительный объем воздуха, подаваемого в топку в расчете на 1 кг топлива, м3/кг	VВД=б*VBO=1.2*10.8=12.96	12,96
4	Объем трехатомных газов, м3/кг	VRO2=VCO2+VSO2=0.01866*(CP+0.375*SЛР)= =0,01866*(84,2+0,375*1,73)=1,58	1,58
5	Объем водяных паров, м3/кг	VH2O=(0,111*HP+0,0124*WP)+1,24*GФ+0,016*б*VBO=(0,111*12,3+0,0124*1,0)+1,24*0,03+0,016*1,2*10,8=1,62	1,62
6	Объем азота, м3/кг	VN2=0,79*б*VBO=0,79*1,2*10,8=10,2	10,2
7	Объем избыточного кислорода, м3/кг	VO2=0,21*(б-1)*VBO=0,21*(1,2-1)*10,8=0,45	0,45
8	Объем продуктов полного сгорания, м3/кг	VГ=VRO2+VH2O+VN2+VO2=1,58+1,62+10,2+0,45=13,85	13,85
9	Объемные доли трехатомных газов: углекислого и сернистого паров воды	rRO2=VRO2/VГ=1,58/13,85=0,11 rH2O=VH2O/VГ=1,62/13,85=0,12	0,11 0,12
10	Суммарная объемная доля трехатомных газов	rП=rRO2+rH2O=0,11+0,12=0,23	0,23
11	Парциальное давление трехатомных газов, МПа: углекислого и сернистого паров воды	PRO2=PГ*rRO2=0,1*0,11=0,011 PH2O=PГ*rH2O=0,1*0,12=0,012	0,011 0,012
12	Суммарное давление для трехатомных газов	PП=PГ*rП=0,1*0,23=0,022	0,023

1.2 Расчет энтальпии продуктов сгорания топлива и построение диаграммы «энтальпия-температура»

Средние изобарные объемные теплоемкости углекислого и сернистого газов (C_RO2`), водяного пара (С<sub>H2O</sub>`), азота (С_N2`) и кислорода (С<sub>O2</sub>`), кДж/(м³*град).

Энтальпия рассчитывается для температур продуктов сгорания в диапазоне t_Г=(0...2200) ⁰С через каждые 200 ⁰С по следующей формуле, в кДж/кг:

I_Г=(V_RO2*C_RO2`+V<sub>H2O</sub>*C<sub>H2O</sub>`+V_N2*C_N2`+V<sub>O2</sub>*C<sub>O2</sub>`)*t_Г

I_Г -- температура продуктов сгорания , ⁰С

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Таблица 2

Результаты расчетов для построения диаграммы «энтальпия-температура»

tr, °C	Vro2 ,м3/кг	Vh2o, м3/кг	Vn2, м3/кг	Vo2, м3/кг	Ir, кДж/кг
	Сro2, кДж/(м3*град)	VRO2*CRO2	СH2O, кДж/(м3*град)	VH2O*CH2O	СN2, кДж/(м3*град)	VN2*CN2	Сo2, кДж/ (м3 *град)	VO2*CO2
0	1,7132	2,7069	1,473	2,3863	1,3060	13,3212	1,3130	0,59085	0
200	1,8077	2,8562	1,523	2,4673	1,3281	13,54662	1,3445	0,605025	3895,0142
400	1,9021	3,0053	1,5729	2,5481	1,3583	13,85466	1,3761	0,619245	8010,9284
600	1,9967	3,1548	1,623	2,6293	1,3724	13,99848	1,4070	0,63315	12249,4056
800	2,091	3,3038	1,6728	2,7100	1,3946	14,22492	1,4392	0,64764	16709,0424
1000	2,1855	3,4531	1,7228	2,7909	1,4167	14,45034	1,4707	0,66183	21356,142
1200	2,28	3,6024	1,7728	2,8720	1,4388	14,67576	1,5022	0,67599	26191,3356
1400	2,3744	3,7516	1,8227	2,9528	1,4610	14,9022	1,5338	0,690225	31215,4514
1600	2,4689	3,9009	1,8727	3,0338	1,4831	14,178436	1,5653	0,704385	34907,9312
1800	2,5633	4,0500	1,9226	3,1146	1,5053	15,35406	1,5969	0,71862	41827,0536
2000	2,6578	4,1993	1,9726	3,1956	1,5274	15,57948	1,6284	0,73278	47414,392
2200	2,7523	4,3486	2,0226	3,2766	1,5495	15,8049	1,6599	0,746955	53189,6222

2. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА КОТЛА

Целью составления теплового баланса является расчет КПД котла и расхода топлива (табл 2.3).

Исходные данные.

Низшая теплота сгорания топлива, Q_H^P=40900 кДж/кг.

Температура топлива (дизельное ДЛ) перед механической форсункой t_Т.Л.=35 ⁰C

Температура холодного воздуха, принимаем t_Х.В.=35 ⁰C

Температура горячего воздуха, принимаем t_Г.В.=120 ⁰C

Потери теплоты:

от химической неполноты сгорания Q₃=(0,005...0,01)*Q_P^P, кДж/кг; (q₃=0,005)

от механической неполноты сгорания Q₄=0; (q₄=0)

от наружного охлаждения Q₅=(0,05...0,06)* Q_P^P, кДж/кг; q₅=(0,05...0,06)

Паропроизводительность котла,полная: D/3600, кг/с:

1600/3600=0,44 кг/с.

по перегретому пару D_П.П.= D_П.П/3600=1360/3600=0,38 кг/с

по насыщенному пару D_Н.П.=(D-D_П.П.)/3600=0,07 кг/с

Степень сухости насыщенного пара принимаем х=0,980

Температура питательной воды t_П.В.=85 ⁰C Температура перегретого пара t_П.П.=320⁰С

Таблица 3

Последовательность расчета КПД котла и расхода топлива

№	Наименование параметра, размерность.	Обозначение, формула, рекомендуемые значения или источник.	Численное значение.
1	Теплоемкость топлива, кДж/(кг*гр)	СТЛ=1,74+0,0025*tТЛ=1,74+0,0025*35=1,83	1,83
2	Физическая теплота топлива, кДж/кг	iТЛ=СТЛ*tТЛ=1,83*35=64	64
3	Теплота, вносимая с форсуночным паром, кДж/кг	QФ=GФ*?iФ=0,03*240=7,2	7,2
4	Располагаемая теплота, кДж/кг	QPP=QHP+iТЛ+QФ=40900+64+7,2=40971,2	40971,2
5	Температура уходящих газов (предварительная)	tУХ'=270...300 0C	300
6	Энтальпия уходящих газов (предварительная)	IУХ`=f(tУХ`) по диаграмме «IГ-tГ»	6010
7	Температура насыщения водяных паров	tSГ=f(PH2O) МПа (табл. 1)	49,45
8	Температура точки росы продуктов сгорания	низкотемпературная коррозия исключена	167,7
9	Средняя изобарная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(м3*гр) холодного горячего	CСХВ`=f(tХВ) CСГВ`=f(ГВ)	1,3033 1,3124
10	Средняя изобарная теплоемкость влажного воздуха, кДж/(м3*гр) холодного горячего	CХВ`=CСХВ`+0,016*C`H2O(ХВ)=1,3033 +0,016*1,4818 =1,5404 C`H2O(ХВ)=f(tХВ). СГВ`=ССГВ`+0,016* C`H2O (ГВ)=1,3124+0,016*1,5030=1,3365 C`H2O (ГВ)=f(tГВ)	1,3270 1,3364
11	Энтальпия воздуха, кДж/кг: холодного горячего	IХВ=VВД*CХВ`*tХВ=12,96*1,3270*35=601,9272 IГВ=VВД*CГВ`*tГВ=12,96*1,3365*120=2078,5248	601,9272 2078,5248
12	Потери теплоты с уходящими газами, кДж/кг	Q2=IУХ`-IХВ=6010-601,93=5408,07 находим удельные потери теплоты с уходящими газами q2=Q2/QPP=5408,07/40971,2=0,1320, в рекомендованных пределах (0,12...0,25)	5408,07 0,1320
13	КПД котла	зК=1-(q2+q3+q5)=1-(0,1320+0,005+0,05)=0,813 в пределах характерных для судовых вспомогательных котлов зК=0,75...0,82	0,81
14	Коэффициент сохранения теплоты	?=1-q5/( q5+зК)=1-0,05/(0,05+0,81)=0,9419	0,9419
15	Теплота парообразования воды, кДж/кг	r=f(p) для P=0,75 Мпа (по заданию)	2058
16	Температура насыщения воды, 0C	tS=f(p) для Р=0,70 МПа (по заданию)	167,5
17	Температура воды за воздухоподогревателем (не кипящего типа) 0C	Tвп=tS-(30...50) Tвп=167,5-45=122,5	122,5
18	Теплоемкость воды, кДж/(кг*гр) питательной	СПВ=f (tПВ)	4,208
19	Энтальпия воды, кДж/кг: питательной кипящей	iПВ=СПВ* tПВ=4,208*85=357,68 i`=f(p)	357,68 708,3
20	Энтальпия насыщенного пара, кДж/кг	iНП=i`+r*x=708,3+2058*0,980=2725,14	2725,14
21	Полезно используемое тепло в котле, кВт:	Q1=D*(iНП-iпв)= 0,44*(2725-357,68)=1041,62	1041,62
22	Расход топлива, кг/с	B=Q1/(зК*QPP)=1041,62/(0,81*40971,2)=0,0314	0,0314
23	Адиабатная энтальпия газов в котле без воздухоподогревателя, кДж/кг	Ia= QPP*(1-q3)+IХВ=40971,2*(1-0,005)+601,9272=41368,271	41368,3
24	Тепловая мощность воздухоподогревателя, кВт	Qвп=B*(iгв-iхв)=0,0314*(2078,5248-601,9272)=46,365	46,365
25	Расчетная энтальпия уходящих газов из котла без воздухоподогревателя, кДж/кг	IУХ=Ia- (Q1+Qвп)/(В*?)= 41368,271-(1041,62+46,365/(0,0314*0,9419)=4581,8	4581,8
26	Расчетная температура уходящих газов из котла, 0C	tУХ=f(IУХ) по диаграмме «IГ-tГ»	295
27	Энтальпия газов перед воздухоподогревателем, кДж/кг	I2= I а+Qвп/(В* ?)= 41368,271+1041,62/(0,0285*0,9419)=8000,2	8000,2
28	Температура газов за вторым пучком испарительной поверхности котла, 0C	t2=f(I2) по диаграмме «IГ-tГ»	375



3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОТЛА

3.1 Расчет топки

Расчет начинают с определения основных размеров топки.

Исходные данные:

Число форсунок-одна

Принимаем величину тепловой напряженности топочного объема водотрубного котла (удельная мощность топки) равной q_V=700 кВт/м³,

Число форсунок - одна

Скорость воздуха в отверстии фурмы (предварительно) W_Ф`=20 м/с

Таблица 4.

Последовательность расчета основных размеров топки.

№	Наименование параметра, размерность.	Обозначение, формула, рекомендуемые значения или источник.	Численное значение.
		До компоновки топки
1	Объем топки, м3	VТ=В*QPP/qV=0,0314*40971,2/700=1,838	1,84
2	Длина топки . минимальная . принятая	LT.мин===0,886 м Принимаем LT=1,0 м	0,886 1,0
3	Площадь поперечного сечения топки, м2	FT=VT/LT=1,84/1,0=1,84 м2	1,84
4	Диаметр фронта идеализирован - ной топки, м	Dфр?1,13*T=1,13*=1,53 м	1,53
5	Расход воздуха через отверстие фурмы, м3/с	VФ=(VВД*В*(tХВ+273))/273=(12,96*0,0314*(35+273))/273=0,459	0,459
6	Живое сечение отверстия фурмы (предварительно) м2	fФ`=VФ/WФ`=0,459/20=0,023	0,023
7	Диаметр отверстия фурмы (предварительно), м	dф'=0,171 м	0,17
8	Принятый диаметр отверстия фурмы, м	Округляем полученное значение до ближайшего нормативного размера dФ	0,18
9	Принятое живое сечение отверстия фурмы, м2	fФ=0,785*dФ2=0,785*0,182=0,0201	0,025
10	Действительная скорость воздуха в отверстии фурмы, м/с	WФ=VФ/fФ=0,459/0,025 =18,36>10м/с	18,36
		После компоновки топки
11	Радиальная поверхность приточного конвективного пучка,м2	Hр.п.=lп*LT=
12	Полная площадь стен топки котла, м2	FСТ= р* DT* LT+ (р* DT2)/4+(( р* DT2)/4-(р*dФ2)/4=3,3+(3,14*1,0182)/4+((3,14*1,0182)/4-(3,14*0,162)/4=4,91	4,91
13	Степень экранирования топки	ШT=НРТ/FСТ=3,3/4,91=0,674	0,67
14	Эффективная толщина излучающего слоя газов в топке, м	ST=3,6*VТ/FСТ=3,6*0,84/4,91=0,615	0,61

Компоновка топки

Исходные данные.

Диаметры коллекторов:

- диаметр пароводяного коллектора выбираем равным D_пк=600 мм (его радиус R_пк=300 мм=0,3 м);

- диаметр коллектора принимаем равным D_вк=450 мм (его радиус R_вк=225 мм =0,255 м) ;

- диаметр экранного коллектора принимаем равным D_эк=200 мм (его радиус R_эк=100 мм =0,1 м).

Для изготовления парообразующих труб используем трубы:

- трубы притопочных и переферийных пучков размера 29Ч2,5;

- экранные трубы размера 32Ч3,0.

Минимальный радиус гиба трубок, согласно [1] принимаем равным

R_мин=150 мм.

Поперечный и продольные шаги отверстий в коллекторах выбираем равными

S_k1=S_k2 ? d_н+14=29+14=43 мм.

Расстояние от пароводяного коллектора до места, начиная с которого можно изгибать трубу, находим по формуле

R' _ПК=R_пк+d_н=300+29=229 мм.

Расстояние от водяного коллектора до места, начиная с которого можно изгибать трубу, находим по формуле

R'_вк=R_вк+d_н=225+29=254 мм.

Минимально допустимое расстояние между осью форсунки и трубами поверхности нагрева равно

в?2,5•d_ф=2,5•0,22=0,55 м.

Это расстояние на эскизе представлено пунктирной линией.

После компоновки топки, определяем действительную площадь фронта F_T=3,04 м, длину притопочного конвективного пучка l_п=2,65 м, а также освещенную длину экрана l_э=3,2 м; l_акт=2,3 м; l'_акт=2,3 м; l_поп=2,2 м; l'_поп=2,2 м; l_пр=0 м; l'_пр=0 м; l_р=2,9 м.

Уточняем объем топки

V_T=F_T•L_T=3,04•1,0=3,04 м³,

и тепловую напряженность топочного объема

q^д_v=B•Q^p_p/V_T=0,0514•41400/3,04=700 кВт/м³

Расчет теплообмена в топке

Исходные данные:

Давление в топке Р_Г=0,1 МПа.

При q_V>=700 кВт/м³ коэффициент m=0,73. Этот коэффициент характеризует соотношение объемов занимаемых светящимся пламенем и несветящимися трехатомными газами.

По значению I_а (табл. «Последовательность расчета КПД котла и расхода топлива» п. 23) находим по диаграмме «энтальпия-температура» адиабатную температуру топки t_а=1839 ^ОС. Переводим градусы Цельсия в градусы Кельвина T_a=t_a+273=1839+273=2112 К.

Коэффициент загрязнения радиационной поверхности принимаем равным ?=0,2.

Таблица 5.

Последовательность расчета tТ, IТ и QЛ

№	Наименование параметра, размерность.	Обозначение, формула, рекомендуемые значения или источник.	Численное значение.
1	Температура газов на выходе из топки (предварительная) 0С 0К	tT`=1300 TT`=tT`+273=1300+273=1573	1300 1573
2	Энтальпия газов на выходе из топки (предварительная) кДж/кг	IT`=f(tT`) по диаграмме «по диаграмме «IГ-tГ»	29019
3	Средняя суммарная изобарная теплоемкость продуктов сгорания кДж/(кг*гр)	кДж/(кг•гр)	26,64
4	Критерий Больцмана	0,942•0,0514•26,64/(5,67•10-11•0,2•5,85•21123)=2,066	2,066
5	Коэффициент ослабления лучей частицами сажи, 1/(м*МПа)	KC=16*(T`T/1000)-5=16*(1573/1000)-5=20,17	20,17
6	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м*МПа)		3,6
7	Степень черноты потока газов	ar=1-e-Kг*Рг*St=1-e-3,6*0,1*0,615=0,199	0,19
8	Степень черноты светящегося пламени	aCB=1-e-(Kг+Kc)*Pг*St=1-2,71-(3,6+15,37)*0,1*0,615=0,689	0,69
9	Эффективная степень черноты факела	aФ=m*aCB+(1-m)*aГ=1*0,689+(1-1)*0,199=0,68	0,68
10	Степень черноты топки	aT=aФ/( aФ+(1- aФ)*шT*о=0,69/(0,69+(1-0,69)*0,67*0,8)=0,804	0,8
11	Безразмерная температура	иT=TT/Ta=BO0,6/(0,445*aT0,6+BO0,6)= =0,550,6/(0,445*0,8040,6+0,550,6)=0,6414	0,64
12	Расчетная температура газов на выходе из топки 0С	TT= Ta*иT=2058*0,64=1320 K tT=TT-273=1320-273=1047 OC Полученное значение температуры отличается от принятой в начале расчета менее чем на сто градусов, поэтому расчет повторять не нужно.	1047
13	Расчетная энтальпия газов на выходе из топки кДж/кг	IT=f(tT) по диаграмме «IГ-tГ»	23100
14	Теплота, передаваемая топке излучением кВт	QЛ=ц*B*(Iа-IT)=0,942*0,0285* *(43055-23100)=534,8	534,8



3.2 Расчет испарительной поверхности

После расчета топки приступают к компоновке испарительной поверхности нагрева котла, состоящей из двух включенных последовательно горизонтальных пучков дымогарных труб (двух газоходов).

Число труб в первом газоходе больше, чем во втором:

Z₁=(1,4...1,6)* Z₂

Размещаем трубы первого газохода по концентрическим окружностям с шагом

S₁=1,5*d_H=1,6*38=60,8 мм.

Число труб в первом газоходе принимаем равным Z₁=1,5* Z₂

Скорость газа в трубах принимаем равной W_Г=20м/с. Средняя температура газов в обоих газоходах:

t_П=0,5*(t_Т+t₂)=0,5*(1047+385)=712,5 ^OC,

где t₂-температурана выходе из второго газохода ( табл. «Последовательность расчета КПД котла и расхода топлива» п. 28). Необходимое число труб длиной (L_T) составит:

Z= Z₁+Z₂=(V_Г*B*(t_П+273)*8)/(273*р*d²_ВН*W_Г)=

=(14,39*0,0285*(712,5+273)*8)/(273*3,14*0,032²*20) шт.

Принимаем Z=184 шт. Тогда, при выбранном выше отношении Z₁/Z₂ в первом газоходе будет Z₁=111 шт., во втором Z₂=73 шт.

При известных температурах T_T=1360 К и Т₂=390+273=663 К и выбранном соотношении Z₁/Z₂ определяем в первом приближении величину температуры газов (t`₁) на выходе из первого газохода:

t`₁=T₁-273=((T_T-Z₁/Z₂*T₂)/(Z₁/Z₂-1))-273=

=((1320-1,52*658)/(1,52-1))-273=342 ^OC

Для определения тепловой мощности первого газохода Q_П1 и уточнения (t`₁) задаемся тремя значениями температуры газов на выходе из первого газохода:

(t`<sub>1</sub>)`= t`₁-150=342-150=192 ^OC

(t`<sub>1</sub>)``= t`₁=342 ^OC

(t`<sub>1</sub>)```= t`₁+150=492 ^OC

Далее для трех значений t₁` вычисляют тепловую мощность первого пучка по уравнению теплового баланса с газовой стороны Q_П1^б и по уравнению теплопередачи Q_П1^Т.

Исходные данные:

Размеры труб: 38х3,0 мм, длина I=L_T=1,0345 м.

Размещение труб: два горизонтальных пучка труб, включенных послед-но.

Эквивалентный диаметр d_Э=d_ВН

Поправка на направление передачи теплоты С_t=1

Коэффициент загрязнения труб ?=0,003(м³*гр)/Вт

Температура насыщения воды при рабочем давлении пара в котле t_S=155,3 ^OC



Таблица 5.

Последовательность расчета QП1б и QП1Т для температур (t`1)`, (t`1)``,(t`1)```

№	Наименование параметра, размерность.	Обозначение, формула, рекомендуемые значения или источник.	Численное значение.
1	Энтальпия газов на выходе из первого газохода, кДж/кг, для (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	по диаграмме «IГ-tГ» (I`1)`=f(t`1)` (I`1)``=f(t`1)`` (I`1)```=f(t`1)```	3800 7100 10350
2	Тепловая мощность первого пучка, кВт (по уравнению теплового баланса с газовой стороны) для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	(QП1б)`=[IT-(I`1)`]*ц*B= =[23100-3800]*0,9419*0,0285=518 (QП1б)``=[IT-(I`1)``]*ц*B= =[23100-7100]*0,9419*0,0285=429,5 (QП1б)```=[IT-(I`1)```]*ц*B= =[23100-10350]*0,948*0,048=342,26	518 429,5 342,26
3	Средняя температура газов в первом газоходе (OC; OК) для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	t`П1=0,5*[tТ+( t`1)`]=0,5*[1047+192]=616 T`П1=t`П1+273=616+273=889 t``П1=0,5*[tТ+( t`1)``]=0,5*[1047+342]=691 T``П1=t``П1+273=691+273=964 t```П1=0,5*[tТ+( t`1)```]=0,5*[1047+492]=766 T```П1=t```П1+273=766+273=1039	616 889 691 964 766 1039
4	Живое сечение первого пучка для прохода газов, м2	fГ1=( р*dВН2/4)*Z1=(3,14*0,0322/4)*111=0,089	0,089
5	Средняя скорость газов в первом газоходе, м/с, для (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	(WП1Г)`=B*VГ*TП1`/273*fГ1= =0,0285*14,39*886/273*0,089=15,04 (WП1Г)``=B*VГ*TП1``/273*fГ1= =0,0285*14,39*964/273*0,089=16,31 (WП1Г)```=B*VГ*TП1```/273*fГ1= =0,0285*14,39*1039/273*0,089=17,58	15,04 16,31 17,58
6	Физические характеристики газов (продуктов сгорания) при их средней температуре t`П1, t``П1, t```П1 коэффициент теплопроводности Вт/(м*гр); коэффициент динамической вязкости *106 м2/с; критерий Прандтля	л`=7,42; л``=8,27; л```=8,85 н`=89,4; н``=107; н```=119,5 PГ`=0,61; PГ``=0,6; PГ```=0,59
7	Поправка на участок тепловой стабилизации при продольном омывании поверхности нагрева потоком газов	При I/dЭ=1,0245/0,032=32,33 С1=1,044	1,044
8	Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании поверхности нагрева потоком газов, Вт/(м2*гр), для (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	БК`=0,023*л`/ dЭ*((WП1Г)`* dЭ/н`)0,8* (PГ`)0,4*Ct*CI= =0,023*742/0,032*(15,04*0,032/89,4*106)0,8* *(0,61)0,4*1*1,044=0,0001104 БК``=0,023*л``/ dЭ*((WП1Г)``* dЭ/н``)0,8* (PГ``)0,4*Ct*CI= =0,023*827/0,032*(16,31*0,032/107*106)0,8* *(0,6)0,4*1*1,044=0,000113 БК```=0,023*л```/ dЭ*((WП1Г)```* dЭ/н``)0,8* (PГ```)0,4*Ct*CI= =0,023*885/0,032*(17,58*0,032/119,5*106)0,8* *(0,59)0,4*1*1,044=0,0001164
9	Плотность теплового потока для испарительной поверхности (предварительно), Вт/м2	Qn`=35000 Вт/м2	35000
10	Температура наружной поверхности загрязняющего слоя стенки труб, OC; OК	tзагр=tS+ ?*qП`=155,3+0,003*35000=260,3 Tзагр=tзагр+ 273=260,3+273=533,3	260,3 533,3
11	Эффективная толщина излучающего слоя газов в межтрубном прстранстве, м	SП=0,9*dВН=0,9*0,032=0,029	0,029
12	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м*МПа) для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```		21,8 20,9 20
13	Степень черноты потока газов для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	аПГ`=1-e-(Kпг`*Pг*Sп)=1-е-(21,8*0,1*0,029)=0,0613 аПГ``=1-e-(Kпг``*Pг*Sп)=1-е-(20,3*0,1*0,029)=0,0564 аПГ```=1-e-(Kпг```*Pг*Sп)=1-е-(20*0,1*0,029)=0,0563	0,0613 0,0564 0,0563
14	Коэффициент теплоотдачи излучением в пучке труб, Вт/(м2*гр), для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	Бл`=5,1*10-8*аПГ`*(TП1`)3*(1-(Tзагр)/TП1`)3,6)/ /(1- Tзагр/TП1`))=5,1*10-8*0,0613*8893* *(1-(533,3/899)3,6)/(1-533,3/899)=4,619 Бл``=5,1*10-8*аПГ``*(TП1``)3*(1-(Tзагр)/TП1``)3,6)/ /(1- Tзагр/TП1``))=5,1*10-8*0,0589*9643* *(1-(533,3/964)3,6)/(1-533,3/964)=5,306 Бл```=5,1*10-8*аПГ```*(TП1```)3*(1-(Tзагр)/TП1```)3,6)/ /(1- Tзагр/TП1```))=5,1*10-8*0,0564*10393* *(1-(533,3/1039)3,6)/(1-533,3/1039)=6,028	4,619 5,306 6,028
15	Суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2*гр), для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	б1`=бK`+бЛ`=0,0001104+4,6192=4,61931 б1``=бK``+бЛ``=0,000113+5,3066=5,30671 б1```=бK```+бЛ```=0,0001164+6,028=6,02811
16	Коэффициент теплопередачи в первом пучке, Вт/(м2*гр), для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	KП1`=1/(1/б1`+е)=1/(1/4,61931+0,003)=4,6232 KП1``=1/(1/б1``+е)=1/(1/5,30671+0,003)=5,3107 KП1```=1/(1/б1```+е)=1/(1/6,02811+0,003)=6,0314
17	Температурный напор в первом пучке, OC, для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	ДtП1`=(tT-(t1`)`)/In((tT-tS)/((t1`)`-tS))= =(1047-192)/In((1047-155,3)/(192-155,3))=266,46 ДtП1``=(tT-(t1`)``)/In((tT-tS)/((t1`)``-tS))= =(1047-342)/In((1047-155,3)/(342-155,3))=448,67 ДtП1```=(tT-(t1`)```)/In((tT-tS)/((t1`)```-tS))= =(1047-1039)/In((1047-155,3)/(1030-155,3))=909
18	Поверхность нагрева первого пучка, м2	HП1=р*dВН*Z1*I=3,14*0,032*111*1,0345=11,53
19	Тепловая мощность первого пучка, кВт ( по уравнению теплопередачи) для: (t`1)` (t`1)`` (t`1)```	(QП1T)`=KП1`*ДtП1`*HП1*10-3= =4,623*266,46*11,15*10-3=137,36 (QП1T)``=KП1``*ДtП1``*HП1*10-3= =5,31*448,67*11,15*10-3=265,67 (QП1T)```=KП1```*ДtП1```*HП1*10-3= =6,03*909*11,15*10-3=611,3

По расчетным значениям Q_П1^б и Q_П1^Т строим две кривые (рис. 2), точка пересечения которых определяет искомые значения t₁=410 ^OC и Q_П1=390 кВт.

Тепловую мощность второго пучка Q_П2 определяют по уравнению теплопередачи (табл.7) при известных температурах t₁ и t₂, где t₂=385 ^OC (табл.3, п.28).

Таблица 6.

Последовательность расчета QП2.

№	Наименование параметра, размерность.	Обозначение, формула, рекомендуемые значения или источник.	Числ. знач.
1	Средняя температура газов во втором пучке, OС, К	tП2=0,5*[t1+t2]=0,5*(410+385)=397,5 TП2=tП2+273=397,5+273=670,5
2	Живое сечение второго пучка для прохода газов м2	fГ2=( р*dВН2/4)*Z2=(3,14*0,0322/4)*73=0,059
3	Средняя скорость газов во втором пучке, м/с	WП2Г=В*VГ*TП2=0,0285*14,4*670,5/ /243*0,059=17
4	Физические характеристики газов (продуктов сгорания) при их средней температуре tП2: коэффициент теплопроводности, Вт/(м*гр); коэффициент кинематической вязкости, м2/с; критерий Прандтля	л=5,7 н=57,8 Pr=0,64
5	Поправка на участок тепловой стабилизации при продольном омывании поверхности нагрева потоком газов	I/dЭ=1,034/0,032=32,33, то С=1,044
6	Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании поверхности нагрева потоком газов, Вт/(м2*гр)	БК2=0,023*л/dЭ*(WП2Г* dЭ/н)0,8*(Pr)0,4*Ct*C1= =0,023*570/0,032*(17*0,032/57,8*106)0,8* (0,64)0,4*1*1,044=0,000136
7	Плотность теплового потока для испарительной поверхности, (предварительно), Вт/м2	qП`=35000
8	Температура наружной поверхности загрязняющего слоя стенки труб	tзагр=tS+ е*qП`=155,3+0,003*35000=260,3 Tзагр=tзагр+273=260,3+273=533,3
9	Эффективная толщина излучающего слоя газов в межтрубном пространстве, м	SП=0,9*dВН=0,9*0,032=0,029
10	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м*МПа)
11	Степень черноты потока газов	аП2Г=1-e-(Kп2г*Pг*Sп)=1-е-(1,82*0,1*0,029)=0,006
12	Коэффициент теплоотдачи излучением во втором пучке, Вт/(м2*гр)	бЛ2=5,1*10-8*аП2Г*(ТП2)3*(1-(Тзагр)/TП2)3,6)/ /(1-(Tзагр/ТП2)=5,1*10-8*0,006*670,53* *(1-(533,3/670,5)3,6)/(1-533,3/670,5)=0,258
13	Суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2*гр)	б2=бK2+бЛ2=0,000136+0,258=0,258136
14	Коэффициент теплопередачи во втором пучке Вт/(м2*гр)	КП2=1/(1/б2+е)=1/0,258136+0,003)=0,26
15	Температурный напор во втором пучке, OC	ДtП2=(t1-t2)/In(( t1-tS)/( t2/tS))= =(410-385)/In((410-155,3)/(385-155,3))=229
16	Поверхность нагрева второго пучка, м2	HП2= р*dВН*Z2*I=3,14*0,032*73*1,035=7,59
17	Тепловая мощность второго пучка, кВт	QП2=КП2*ДtП2*HП2*10-3= =0,26*229*7,59*10-3=0,452

Суммарная мощность испарительной поверхности нагрева котла равна:

Q_П=Q_П1+ Q_П2=390+0,452=390,45 кВт.

Находим эту же мощность по тепловому балансу со стороны тепловоспринимающей среды:

Q_П=D/3600*(i_НП-i_ЭК)-Q_Л=1500/3600*(2728-467,1)-534,8=407

Поскольку полученные значения Q_П отличаются не более, чем на 10%, то производить перерасчет испарительной поверхности не нужно.

3.3 Расчет экономайзера

Целью расчета является определение площади поверхности нагрева (Н_ЭК) экономайзера.

Исходные данные:

Экономайзер некипящего типа.

Тепловая мощность экономайзера Q_ЭК=45,8 кВт

Диаметры коллекторов экономайзера D_К.ЭК=100 мм

Выбираем коридорное расположение труб в экономайзере

Размер труб: 38х3,0 мм

Поперечный и продольный шаги труб

S_1ЭК=S_2ЭК=(1,5...2,0)*d_Н.ЭК=1,6*38=60,8 мм

Ширина газохода b=1 м, длина труб I_ЭК=(L_T-0,06)=1,0345-0,06=0,974 м.

Коэффициент полноты поперечного омывания труб газами W_ЭК=1

Таблица 7.

№	Наименование параметра, размерность.	Обозначение, формула, рекомендуемые значения или источник.
1	Расчетное число труб в одном ряду	(Z1ЭК)`=(b-2*dН.ЭК)/S1ЭК=(1-2*0,038)/0,0608=15,2
2	Принятое число труб в одном ряду	Z1ЭК=15
3	Поверхность нагрева одного ряда, м2	НР.ЭК= р* dН.ЭК*IЭК* Z1ЭК=3,14*0,038*0,974*15=1,744
4	Живое сечение для прохода газов в пучке труб экономайзера, м2	FЭКГ=LТ*(b- dН.ЭК* Z1ЭК)=1,034*(1-0,038*15)=0,44
5	Средняя температура газов, омывающих трубы экономайзера, OC, OK	tГ.ЭК=0,5*(t2-tУХ)=0,5*(385+300)=342 ТГ.ЭК= tГ.ЭК+273=342+273=615
6	Средняя скорость газов в пучке, м/с	WЭКГ=(B*VГ*ТГ.ЭК)/(273*FЭКГ)= =0,0285*14,4*615/273*0,44=2,06
7	Средняя температура воды в экономайзере, OC	tВ.ЭК=0,5*(tЭК+tПВ)=0,5*(110,3+85)=97,6
8	Плотность воды при tВ.ЭК, кг/м3	сВ=f(t)=968,9
9	Расчетная скорость воды при одном змеевике экономайзера, м/с	WЭК1В=4*D/( р*(dВН.ЭК)2*сВ)= =4*0,4166/(3,14*0,0322*968,9)=0,447
10	Действительная скорость воды в трубах экономайзера, м/с	WЭКВ=WЭК1В/nЭК=0,447/1=0,447
11	Относительный поперечный шаг труб	?1ЭК= S1ЭК/ dН.ЭК=0,0608/0,038=1,6
12	<...

Подобные документы

• Расчет парового котла ДЕ-6,5-14

  Описание конструкции котла. Особенности теплового расчета парового котла. Расчет и составление таблиц объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива, полезной мощности котла. Расчет топки (поверочный).
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.07.2010
  

• Тепловой расчет стационарного котла

  Техническая характеристика и схема котла ДКВР-4-13. Определение энтальпий воздуха, продуктов сгорания и построение i-t диаграммы. Расчет теплообмена в топочной камере и в конвективной испарительной поверхности нагрева. Поверочный тепловой расчет котла.
  
  курсовая работа [651,4 K], добавлен 10.05.2015
  

• Поверочный тепловой расчет водогрейного котла

  Расчет котла, предназначенного для нагрева сетевой воды при сжигании газа. Конструкция котла и топочного устройства, характеристика топлива. Расчет топки, конвективных пучков, энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчетная невязка теплового баланса.
  
  курсовая работа [77,8 K], добавлен 21.09.2015
  

• Расчет котла ТВГ-8М

  Принцип работы водогрейного котла ТВГ-8МС, его конструкция и элементы. Расход топлива котла, определение объемов воздуха и продуктов сгорания, подсчет энтальпий, расчет геометрических характеристик нагрева, тепловой и аэродинамический расчеты котла
  
  курсовая работа [209,5 K], добавлен 13.05.2009
  

• Компоновка и тепловой расчет парового котла

  Объем азота в продуктах сгорания. Расчет избытка воздуха по газоходам. Коэффициент тепловой эффективности экранов. Расчет объемов энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Определение теплового баланса котла, топочной камеры и конвективной части котла.
  
  курсовая работа [115,2 K], добавлен 03.03.2013
  

• Тепловой расчет водогрейного котла КВГ-4-150

  Проектно-экономические параметры парогенератора КВГ-4-150. Тепловой баланс котла и расход топлива. Расчет полной площади поверхности стен топки. Конструктивные размеры характеристики экономайзера. Расчет невязки теплового баланса парогенератора.
  
  курсовая работа [714,2 K], добавлен 07.12.2014
  

• Расчетно-пояснительная записка теплового расчета парового котла типа БКЗ-320-140

  Топливный тракт котла, выбор схемы подготовки топлива к сжиганию. Расчет экономичности работы котла, расхода топлива, тепловой схемы. Описание компоновки и конструкции пароперегревателя котла. Компоновка и конструкция воздухоподогревателя и экономайзера.
  
  курсовая работа [3,5 M], добавлен 12.06.2013
  

• Разработка котельного агрегата ДКВр 20-13

  Описание двухбарабанного вертикально-водотрубного реконструированного котла и его теплового баланса. Количество воздуха необходимого для полного сгорания топлива и расчетные характеристики топки. Конструкторский расчет котельного агрегата и экономайзера.
  
  курсовая работа [611,8 K], добавлен 20.03.2015
  

• Тепловой расчет котла БКЗ-160-100ГМ

  Характеристика оборудования котельной установки. Обслуживание котла во время нормальной его эксплуатации. Расчет объемов, энтальпий и избытка воздуха и продуктов сгорания. Расчет ширмового и конвективного перегревателя. Уточнение теплового баланса.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.08.2012
  

• Тепловой расчет котла ДЕ16–14ГМ

  Принципиальное устройство котла ДЕ16-14ГМ. Теплота сгорания топлива; присосы воздуха, коэффициенты его избытка по отдельным газоходам; энтальпии продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расход топлива. Поверочный расчет теплообмена в топочной камере.
  
  курсовая работа [261,7 K], добавлен 30.01.2014
  

• Расчет установки непрерывной варки целлюлозы типа "Камюр"

  Параметры сульфатной целлюлозы для выработки офсетной бумаги. Схема и описание основных узлов установки "Камюр". Выбор материала корпуса котла. Расчет толщины стенки котла. Расчет верхнего и нижнего днища. Расчет укрепления отверстий в корпусе котла.
  
  курсовая работа [312,3 K], добавлен 18.12.2013
  

• Расчетные характеристики работы котла

  Топливо, его состав, объемы воздуха и продуктов сгорания для котла определенного типа. Элементарный состав топлива. Коэффициент избытка воздуха в топке. Объёмы продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расчет расхода топлива на весь период его работы.
  
  контрольная работа [35,6 K], добавлен 16.12.2010
  

• Поверочно-конструкторский расчет котла ДКВР 6,5 - 13 и экономайзера

  Описание котла ДКВР 6,5-13 и схема циркуляции воды в нем. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Вычисление полезно-израсходованного тепла в котлоагрегате. Средние характеристики продуктов сгорания в топке. Описание кипятильного пучка.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 09.02.2012
  

• Автоматизация котла Е-50

  Назначение, технические характеристики и принцип работы парового барабанного водотрубного котла с естественной циркуляцией Е-50. Выбор контролирующих приборов для автоматизации котельной установки. Расчет затрат и экономической эффективности проекта.
  
  дипломная работа [2,4 M], добавлен 25.06.2012
  

• Тепловой расчет парового котла типа Пп-1000-25-545/542-ГМ

  Обоснование выбора типоразмера котла для ТЭС и турбины. Компоновка котла, особенности его конструкции и работы. Схема компоновки. Топливо. Его характеристики. Процессы и параметры топливного тракта. Схема топливоподачи. Тракты дымовых газов. Параметры.
  
  курсовая работа [2,6 M], добавлен 02.10.2008
  

• Поверочный расчет котельного агрегата ПК-14

  Тепловой расчет и компоновка парового котла ПК-14. Выбор топлива, расчет его теплосодержания и продуктов сгорания. Определение тепловых потерь и коэффициента полезного действия котла. Расчет топочной камеры, конвективных и хвостовых поверхностей нагрева.
  
  курсовая работа [751,1 K], добавлен 28.09.2013
  

• Тепловой расчёт котельного агрегата малой мощности

  Способы расчета котельного агрегата малой мощности ДЕ-4 (двухбарабанного котла с естественной циркуляцией). Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха. Определение КПД котла и расхода топлива. Поверочный расчёт топки и котельных пучков.
  
  курсовая работа [699,2 K], добавлен 07.02.2011
  

• Расчет судового парового котла КГВ 063/5

  Описание судового парового котла КГВ 063/5, расчет энтальпии дымовых газов. Сравнение величин фактических и допустимых тепловых напряжений топочного объема. Расчет конвективной поверхности нагрева, теплообмена в экономайзере. Эксплуатация паровых котлов.
  
  курсовая работа [321,7 K], добавлен 30.06.2012
  

• Проект перевода котла-утилизатора КУ-150 с парового на водогрейный режим с естественной тягой

  Назначение и компоновка котла-утилизатора КУ-150. Краткое описание технологической схемы и газового тракта. Конструкция и характеристики котла при работе в паровом и в водогрейном режиме. Расчета экономического эффекта реконструкции данного котла.
  
  дипломная работа [208,4 K], добавлен 23.05.2015
  

• Тепловой баланс котла и расчет топлива

  Элементарный состав и геометрические характеристики топлива. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания топлива при нормальных условиях. Состав котельной установки. Конструкция и принцип действия деаэратора. Конструктивный расчет парового котла.
  
  курсовая работа [594,6 K], добавлен 25.02.2015
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам