Расчет котельного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ И ГУМАНИТАРИЗАЦИИ

Кафедра ЮНЕСКО

« Энергосбережение и возобновляемые источники энергии»

Курсовая работа по дисциплине

«Топливо и его использование»

на тему: «Расчет котельного агрегата»

Выполнил: ст. гр. 108229

Гудков В.В.

Проверил: Пальчёнок Г.И.

Минск 2012



Задание

Исходные данные:

Вариант	Марка топлива	Wр	Aр	Spк	Spор	Cр	Hр	Nр	Oр
7	Шелуха рисовая	10,0	19,5	0,1	35,4	4,3	0,5	30,2

Рассчитать

· низшую и высшую теплоту сгорания топлива на рабочую, горючую и сухую массу;

· теоретический объем воздуха, необходимого для горения;

· объем сухих продуктов сгорания;

· теоретический объем трехатомных газов;

· теоретический объем азота;

· теоретический объем водяных паров;

· теоретический объем продуктов сгорания;

· действительный объем воздуха, необходимого для горения;

· действительный объем продуктов сгорания;

· топливный коэффициент Бунте;

· максимальный объем трехатомных газов ;

· энтальпию теоретических объемов воздуха и дымовых газов, а также действительного объема дымовых газов в диапазоне температур 100-1500 ⁰C (через 100 ⁰C) и построить Н-t диаграммы по результатам расчетов;

· располагаемую теплоту котельного агрегата;

· потерю теплоты с уходящими газами;

· потерю теплоты с химическим недожогом топлива;

· потерю теплоты с механическим недожогом топлива;

· потерю теплоты от наружного охлаждения через внешние поверхности котла;

· потерю теплоты с физической теплотой удаляемого шлака;

· КПД котла по обратному балансу;

· Полный и расчётный расход топлива на котёл.

Коэффициенты избытка воздуха в топке, температуры уходящих газов и горячего воздуха на входе в котел принять по справочным материалам для заданных типов котлов.



Котел стальной паровой КПр(м)-500Т

Котел стальной паровой КПр(м)-500Т (ручная или механизированная подача топлива) предназначен для сжигания дров, древесных отходов, торфобрикета и каменного угля с целью получения насыщенного пара и используется в технологических процессах в сельскохозяйственном, строительно-дорожном, хлебопекарном и других производствах. Котел применяется с пароперегревателем или без него в зависимости от технологии заказчика. Область применения: стационарные и блочно-модульные котельные. Котел применяется во всех электрифицированных зонах с питанием от сети переменного тока напряжением 380/220В с частотой 50 Гц.

Общий вид котла

1. Корпус котла; 2.Указатель уровня воды; 3,4. Крышка для чистки конвективных поверхностей; 5. Люк загрузочный; 6. Устройство питательное; 7. Задвижка; 8. Клапан предохранительный; 9. Клапан продувочный; 10. Манометр электроконтактный; 11. Вентилятор; 12. Шкаф управления; 13. Дверца чистки.

Технологическая схема работы котла

Технологический процесс работы котла:

1. Топливо подаётся в топку котла на колосниковую решетку вручную, где происходит его сгорание;

2. Поток газов из топки проходит через конвективный пучок дымогарных труб, отдавая теплоту поверхности нагрева, поступает в патрубок для отвода дымовых газов и далее через дымосос в газоход котельной;

3. Дымосос обеспечивает удаление дымовых газов, а также необходимую тягу. Регулирование тяги производится вручную шибером, расположенным на выходном патрубке;

4. Вода периодически подаётся в котел питательным устройством и нагревается до кипения. Насыщенный пар от котла отводится через патрубок отбора пара в сеть потребителю;

5. Зола и шлак периодически удаляются из-под колосников топки котла через дверцу чистки [3].

Технологическая схема котла КПр(м)-500Т

1. Колосниковая решетка; 2. Выходное сечение топки; 3. Первая поворотная камера; 4. Первая конвективная поверхность; 5. Вторая поворотная камера; 6. Вторая конвективная поверхность; 7. Третья поворотная камера; 8. Выходной патрубок; 9. Шибер; 10. Перегородка.



Теплота сгорания топлива

Q_н^р - количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого (кДж/кг) топлива или 1 нм³ газообразного топлива (кДж/м³) без конденсациии содержащихся в них паров воды. Рассчитывается по формуле Д.И.Менделеева [4].Низшая теплота сгорания рабочей массы:

Q_в^р - количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого (кДж/кг) топлива (или 1 нм³ газообразного топлива, кДж/м³) и охлаждении образовавшихся продуктов сгорания до 25 ^оС (т.е. с конденсацией содержащихся в них паров воды и выделением скрытой теплоты конденсации r = 2,44 МДж/кг).Высшая теплота сгорания рабочей массы [4]: паровой котел теплота топливо

Низшая теплота сгорания горючей массы:

Высшая теплота сгорания горючей массы:

где Н^г - содержание водорода в горючей массе твердого топлива, %

Низшая теплота сгорания сухой массы:

Высшая теплота сгорания сухой массы:

где Н^с - содержание водорода в сухой массе топлива, %

Теоретический объём воздуха, необходимый для горения

Это объём воздуха, необходимый для горения при коэффициенте избытка воздуха в топке б_т=1.

где К_возд=0.033 для органической серы и К_возд=0.0456 для колчеданной серы, обычно в расчетных формулах этим различием пренебрегают и берут К_возд=0.033, а под S^P понимают суммарное процентное содержание в топливе органической и колчеданной серы [1].



Объем сухих продуктов сгорания

Объем сухих продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива при подаче теоретически необходимого объема воздуха, находим по формуле:

Теоретический объем трехатомных газов

Теоретический объём азота

Теоретический объем азота включает азот, находящийся в теоретически необходимом количестве воздуха, и азот, входящий в состав топлива:



Теоретический объём водяных паров

Теоретическое количество водяного пара включает в себя: пар, образующийся в результате полного сгорания водорода топлива, пар, полученный при испарении влаги топлива, пар, вносимый в топку влажным теоретическим количеством воздуха [4]:

Теоретический объем продуктов сгорания

Действительный объем воздуха, необходимый для горения

б_т - коэффициент избытка воздуха в топке, который принимаем равным 1,1 [1].

Действительный объем продуктов сгорания

При сжигании топлива с 1 действительный объем продуктов сгорания больше теоретического на объем избыточно поданного в топку воздуха и объем водяных паров, содержащихся в нем, . Поэтому общий объем продуктов сгорания:

Топливный коэффициент Бунте

Физический смысл топливного коэффициента Бунте заключается в том, что коэффициент показывает отношение расхода кислорода воздуха на окисление свободного водорода топлива, т.е. водорода топлива за исключением его части, связанной с кислородом топлива, к расходу кислорода на образование трёхатомных газов. Топливный коэффициент Бунте является одной из характеристик топлива, зависящий от элементарного состава топлива. Для твердого топлива коэффициент Бунте определяется по формуле:

Определяем RO₂^max

В топках котлов при неблагоприятных условиях возможно появление продуктов неполного горения, в первую очередь появляется СО в количестве, обычно не превышающем 0,5-1%. При определённых условиях могут появиться и другие продукты неполного горения. С учётом малого их количества при определении объёма топочных газов они могут не учитываться. [2]

Следовательно, максимальное содержание трехатомных газов RO₂^max в сухих газах при полном сгорании топлива можно определить по формуле:

Энтальпия теоретического объема газов в диапазоне температур 100-1500 ⁰C

Энтальпия продуктов сгорания при б_т=1 и температуре газов И,⁰С определяется по формуле:

где , , - теоретические объемы продуктов сгорания топлива, м³/кг;

, , - энтальпия углекислоты, азота и водяных паров, кДж/м³ .

Значения энтальпии приведены ниже в таблице:

t, 0С	(си)СО2	(си)N2	(си)H2O	H0г, кДж/кг
100	169	130	151	549
200	357	260	304	1112
300	559	392	463	1693
400	772	527	626	2292
500	996	664	794	2906
600	1222	804	967	3533
700	1461	946	1147	4179
800	1704	1093	1335	4845
900	1951	1243	1524	5522
1000	2202	1394	1725	6213
1100	2457	1545	1926	6906
1200	2717	1695	2131	7602
1300	2976	1850	2344	8316
1400	3240	2009	2558	9045
1500	3504	2164	2779	9767

H-t диаграмма теоретического объёма продуктов сгорания

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха и энтальпия действительного объёма дымовых газов

Энтальпия воздуха при б_т=1 и температуре и, ? находится по формуле:

Энтальпия действительного объёма дымовых газов:

Полученные значения энтальпии заносим в таблицу:

t, 0С	(си)в	H0в	Hг
100	132	434	592
200	266	875	1199
300	403	1326	1825
400	542	1783	2470
500	684	2250	3131
600	830	2730	3806
700	979	3220	4501
800	1130	3717	5217
900	1281	4214	5944
1000	1436	4724	6685
1100	1595	5247	7431
1200	1754	5770	8179
1300	1913	6293	8946
1400	2076	6829	9728
1500	2239	7365	10504

H-t диаграмма теоретического объёма воздуха

H-t диаграмма действительного объёма дымовых газов

Располагаемая теплота котельного агрегата

В топочном устройстве котла в процессе горения химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию нагретых продуктов сгорания.

Распределение вносимого в котельный агрегат тепла при сжигании топлива на полезно используемое и отдельные потери производится путем составления теплового баланса. Тепловой баланс составляется на 1 кг жидкого топлива применительно к установившемуся тепловому состоянию котельного агрегата.

Уравнение теплового баланса котельного агрегата имеет вид:

Q^р_р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆, кДж/кг,

или в процентах от располагаемой теплоты топлива

q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆=100 %

где

Q^р_р - располагаемое тепло на 1 кг жидкого топлива;

Q₁(q₁) - теплота, полезно использованная в котлоагрегате на нагрев воды;

Q₂(q₂) - потери теплоты с уходящими газами;

Q₃(q₃) - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

Q₄(q₄)- потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

Q₅(q₅) - потери тепла от наружного охлаждения котолоагрегата;

Q₆(q₆) - потери теплоты с физической теплотой шлака.

Располагаемая теплота находится по формуле:

где Qрн - низшая теплота сгорания рабочей массы твердого топлива, кДж/кг;

Qтл - физическая теплота топлива, кДж/кг;

Qв.вн. - теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/кг;-

где с_рв - средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, с_рв=1,32 кДж/(м³К); Дt_в - разность температур подогретого и холодного воздуха (принимаем, что Дt_в= Дt_под.- Дt_хол.=178-58=120 °C).

- температура топлива (значение принято для твердого топлива [4]).

где

-

теплоемкость рабочей массы топлива, c^c_т - теплоемкость сухого топлива, берется из таблицы [1] c^c_т=2,1 кДж/(кг К).

Значит:



Потеря теплоты с уходящими газами

В тепловом балансе котельного агрегата наибольшими являются потери тепла с уходящими газами Q₂. Величина её составляет 4-8% располагаемого тепла.

Потери тепла с уходящими газами определяем по формуле:

находится из таблиц, в зависимости от вида топки и используемого топлива [2]

H_ух -- энтальпия уходящих газов.

-- коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, примем его равным коэффициенту избытка воздуха, т.е. .

-- энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха.

;

,

По температуре уходящих газов (И=178 ⁰С [3]) методом интерполяции находим значения (cИ)_CO2 ,(cИ)_N2, (cИ)_H2O, (cИ)_в:

(сИ)СО2	316
(сИ)N2	231
(cИ)H2O	270
(cИ)воздуха	237

Абсолютные потери теплоты с уходящими газами равны:

Относительная потеря тепла с уходящими газами равна:

Потери теплоты с химическим недожогом топлива

Принимаем q₃=2% (для слоевых топок с неподвижной решёткой и ручным забросом топлива) [1, 3].



Потери теплоты с механическим недожогом топлива

Тепло, содержащее в твердых частицах топлива, унесенных дымовыми газами или удаленных из топки вместе со шлаками, не используется в котлоагрегате и составляют потерю от механического недожога:

Потери теплоты от наружного охлаждения через внешние поверхности котла

Потери тепла от наружного охлаждения зависят от размеров поверхности котлоагрегата, качества обмуровки и тепловой изоляции:

Из графика примем q₅=5 % [4].

Потери теплоты с физической теплотой удаляемого шлака

При камерном сжигании твердых топлив с жидким удалением шлака, а иногда при камерном и слоевом сжигании и сухом шлаке, удаляемом при высоких температурах, имеет место потеря с физической теплотой шлака, величина которой может быть определена:

При слоевом и камерном сжигании твердого топлива с сухим шлакоудалением эта величина может не учитываться, если [1]:

В нашем случае:

Значит q₆=0 %.

КПД котла по обратному балансу

Или:

Полный и расчётный расход топлива на котёл

Найдём тепловую мощность котельного агрегата [4]:

h_пп,h_пв - энтальпии перегретого пара, воды питательной воды, кДж/кг.

Расход топлива В, исходя из тепловой мощности равен:

Расчётный расход топлива находится по формуле:



Список использованной литературы

1. Топливо и его использование. Методическое пособие по курсовому проектированию «Расчеты эффективности процессов термохимической конверсии топлива» для студентов специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» / Сост. Н.Г. Хутская, Г.И. Пальчёнок.- Мн.: БНТУ, 2009.

2. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике:Учебное пособие для неэнергетич. спец. вузов.- 2-е изд., перераб. и доп./Панкратов Г.П./ М.:Высшая школа,1986,248с

3. www.bemz.by

4. Г.И. Пальченок электронный вариант лекций по дисциплине «Топливо и его использование».

Размещено на Allbest.ru

...