где - энтальпия пара на выходе из расширителя при , МПа;

- энтальпия конденсата, кДж/кг;

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

Далее определяем температуру воды после охладителя выпара в соответствии с энтальпией.

= 193,7

6) Расчет деаэратора:

,

,

,

,

кг/с,

кг/с.

1.17 Проверка математического баланса линии редуцированного пара

Аналогично 2.13 имеем:

,

кг/с.

При расчете деаэратора получено кг/с. Расхождение составляет 0,07%, дальнейших уточнений не требуется.

1.18 Определение полной нагрузки на котельную

4.1 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

Котлоагрегат работает на мазуте 100 следующего состава:

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

м³/кг.

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.

м³/кг.

Объем азота:

м³/кг.

м³/кг

Объем водяных паров:

м³/кг.

м³/кг.

Теоретически полный объем продуктов сгорания:

= + + = 10,85 м³/кг.

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

.

Действительный объем водяных паров:

м³/кг.

м³/кг,

м³/кг,

Действительный объем продуктов сгорания:

м³/кг.

м³/кг.

м³/кг.

5. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха

5.1 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.

А) С установкой экономайзера

Температура уходящих газов єС(приложение А, таблица 4).

кДж/м³; кДж/м³;

кДж/м³; кДж/м³.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания:

кДж/кг

кДж/кг

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

кДж/кг.

6. Тепловой баланс котельного агрегата

6.1 Общие положения

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

Уравнение теплового баланса:

, (46)

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.

Используемое топливо имеет расчетную теплоту сгорания МДж/кг.

Из таблицы 6 Приложения А 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:

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.

кДж/кг,

,

.

По рисунку 11 для выбранного в результате расчета тепловой схемы котельной котлоагрегата Е-25-14ГМН имеем: .

Рисунок 11 - Зависимость потери тепла в окружающую среду от производительности котлоагрегата; 1 - с экономайзером; 2 - без экономайзера

Потерями тепла с физическим теплом шлаков пренебрегаем.

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

,

Из расчета тепловой схемы имеем:

кг/с; кДж/кг;

кДж/кг; кДж/кг;

.

Расход топлива, подаваемого в топку:

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 теплотасгорания топлива,МДж/кг;

кг/с.

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

кг/с

Б) Без экономайзера.

Потери теплоты с уходящими газами:

,

кДж/кг,

,

.

По рисунку 10.

,

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

,

кг/с

Расчетный расход топлива:

,

кг/с

7. Определение годового расхода топлива в одном котельном агрегате.

7.1 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,

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

кг/год,

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);

кг/год.

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

Годовой расход теплоты:

ГДж/год

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате:

,

кДж/кг

Годовой расход теплоты:

ГДж/год

Годовой расход топлива:

кг/год

кг/год,

,

кг/год

8. Тепловой и конструкционный расчет экономайзера

8.1 Основные положения теплового расчета

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:

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:

кДж/кг,

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

Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера:

кДж/кг

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

,

єС,

єС,

Температурный напор в экономайзере определяется из выражения:

Поверхность экономайзера:

,

м2

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

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

При любых значениях температуры наибольший возможный температурный напор достигается при использовании противоточной схемы и наименьший при прямотоке (при прочих равных условиях), в связи с чем рекомендуется применение противоточной схемы.

Если степень паросодержания , но не более 30%, то температурный напор для экономайзеров рассчитывается по формуле (60), но вместо температуры воды на выходе из экономайзера в эту формулу подставляется условная температура воды , °С.

= 100 + 9,3 = 109,3°С,

где =516,7 - 439,3 = 77,4 - количество тепла, затраченное в водяном экономайзере на парообразование, кДж/ кг.

Паросодержание воды на выходе из экономайзера определяется по формуле:

,

где - теплота парообразования при давлении в барабане .

После определения , подбирают тип экономайзера или рассчитывают.

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])

8.2 Конструктивные характеристики экономайзера и его расчет

В парогенераторах малой и средней мощности применяют экономайзеры двух типов: чугунные ребристые и стальные гладкотрубные.

Чугунные ребристые экономайзеры собирают из стандартных ребристых труб длиной 1,5; 2,5; 3 м. При выборе длины и количества труб в горизонтальном ряду учитывают компоновку экономайзера в газоходе, а также скорость движения газов, которая должна находиться в пределах от 6 до 12 м/с. Общее количество труб определяется отношением расчетной поверхности нагрева экономайзера к площади поверхности нагрева одной трубы с газовой стороны.

Стальные гладкотрубные экономайзеры выполняют в виде горизонтальных змеевиков и бесшовных труб с наружным диаметром 28, 32, 38 мм и толщиной стенки 3-3,5 мм.

Основные величины, которыми следует руководствоваться при разработке конструкций стальных экономайзеров следующие:

Методика определения основных конструкционных характеристик стального гладкотрубного экономайзера следующая. Предварительно выбрав размеры горизонтального сечения экономайзера, увязывают их с размерами сечения газохода парогенератора. Ширина газохода конвективного для всех парогенераторов КЕ-2,5 - 1690 мм; КЕ-4 - 1805 мм; КЕ-6,5 - 2080 мм; КЕ-10 - 2100 мм. Приняв с учетом вышеприведенных рекомендаций относительные шаги труб поперек движения газов и по ходу движения , производят расстановку труб экономайзера (рисунок 20).

Согласно выбранным размерам определяют площадь сечения для прохода газов:

, (63)

где - количество труб в горизонтальном ряду, шт.

Рисунок 19 - Расположение труб экономайзера

Скорость дымовых газов находят по отношению объемного секундного расхода газов к площади живого сечения газохода .

м³/с, (64)

, (65)

м/с. (66)

Если скорость газов выходит за допустимые пределы, то производят соответствующую корректировку размеров живого сечения газохода экономайзера.

Скорость движения воды в трубах рассчитывают по формуле:

м/с, (67)

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

- удельный объем воды, м³/кг;

- внутренний диаметр трубы, мм;

- общее количество параллельно включенных труб по воде, шт.

При шахматном расположении труб в пучке . Если скорость движения воды в трубах пучка будет меньше рекомендуемых значений, необходимо изменить расстановку труб в пучке. Увеличение скорости воды в трубах достигается уменьшением общего количества параллельно включенных труб или уменьшением диаметра . В ряде случаев уменьшение количества змеевиков ведет к чрезмерному увеличению экономайзера по высоте. Иногда для повышения скорости воды в трубах более целесообразно использовать одну из схем (а или б) двухходового экономайзера (рисунок 21).

Рисунок 21 - Схема двухступенчатого экономайзера

Количество петель в одном змеевике рассчитывают по формуле:

, (68)

где - расчетная площадь поверхности экономайзера, м²;

- длина одной петли, м;

- наружный диаметр трубы, мм;

- количество змеевиков, установленных в газоходе, шт.

При одноходовом (по воде) экономайзере , при двухходовом . Расчетная высота экономайзера равна

мм (69)

Если расчетная высота будет больше 1,5 м, то экономайзер делят на отдельные пакеты высотой 0,8-1,2 м с разрывом для ремонта и обслуживания экономайзера.

Таблица 5

Характеристики чугунных блочных водяных экономайзеров по ОСТ 24.271.30-74МЭМ

Рисунок 22 - Детали чугунного водяного экономайзера: а - ребристая труба; б - соединение труб

Рисунок 23 - Компоновка чугунного водяного экономайзера в кирпичной обмуровке

9. Графическая часть

Необходимо выполнить чертеж экономайзера по полученным конструктивным размерам, согласно рисункам 22 и 23.

Необходимые графики, схемы и рисунки, поясняющие текстовую и расчетную части пояснительной записки, помещаются в записке.

Перед выполнением графической части проекта следует изучить единую систему технической документации (ЕСКД), устанавливающую форму, размеры, порядок заполнения графы для основной надписи и дополнительных граф к ней на чертежах и схемах всех видов студенческих работ, курсовых и дипломных проектов [5, 6] (см. прил. 5).

10. Расчет дополнительных элементов схемы

10.1 Расчет конденсатного бака

Возврат конденсата от технологических потребителей необходим для экономии топлива и улучшения качества питательной воды котлоагрегатов. Конденсат собирается в сборные конденсатные баки, которые устанавливаются в котельной или на предприятии. Вода поступает в конденсатные баки самотёком или под напором.

Рисунок 24 - Конденсатный бак

Температура смеси конденсата, (рисунок 25) определяется из выражения:

, (70)

где - расход конденсата, кг/с;

- температуры конденсата, °С;

Суммарное количество конденсата, поступающее в конденсатный бак, будет равно:

Рисунок 25 - Узел конденсатного бака

Находим суммарное количество воды , которое поступает в конденсатный бак. В бак подаются потоки конденсата от технологических потребителей и вода из химводоочистки.

, (71)

,

,

(72)

Температура смеси конденсата:

. (73)

10.2 Расчет охладителя выпара

Охладители выпара предназначены для конденсации максимального количества пара из отводимой парогазовой смеси (выпара) с утилизацией тепла.

Рисунок 26 - Охладитель выпара

Рисунок 27 - фотография охладителя выпара

В охладителе выпара вода в обратной линии теплосети подогревается паром расширителя непрерывной продувки.

Рисунок 28 - Расчетная схема охладителя выпара

Расход продувочной воды из котлоагрегата и количество пара, выделяющегося из продувочной воды ранее определены при расчете СНП.

Определяем энтальпию воды на выходе из охладителя выпара:

, (74)

где - энтальпия пара на выходе из расширителя при , МПа;

- энтальпия конденсата, кДж/кг;

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

Далее определяем температуру воды после охладителя выпара в соответствии с энтальпией.

Аналогичным образом проводится расчет второго охладителя выпара.

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

Продолжение таблицы 2

Размещено на Allbest.ru