Размещено на http://www.allbest.ru/

					ВЭП-4-КУиПГ-23.000.00ПЗ
Изм	Лист	№ докумен.	Подпись	Дата
Разраб.	Федорович			Расчет парового котла типа ДКВр-4-13 ГМ	Литера	Лист	Листов
Пров.	Пантилеев							2	41
					МГТУ
Н.контр
Утв.

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛОАГРЕГАТА

1.1 Конструктивные характеристики котла

2. РАСЧЕТ ТОПЛИВА ПО ВОЗДУХУ И ПРОДУКТАМ СГОРАНИЯ

2.1 Определение количества продуктов сгорания

3. ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

3.1 Предварительный тепловой баланс

3.2 Расчет теплообмена в топке

3.3 Расчет теплообмена в конвективных испарительных поверхностях

3.4 Расчет экономайзера

4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ЗАДАНИЕ

Выполнить проект стационарного парового котла в соответствии со следующими данными:

- тип котла ДКВр-4-13 ГМ;

- полная производительность насыщенного пара, D, кг/с 1,11;

- рабочее давление (избыточное), P, МПа 1,3;

- температура питательной воды:

- - до экономайзера, tпв, єС 100;

- - за экономайзером, tз.эк, єС 145;

- температура воздуха, поступающего в топку:

- - до воздухоподогревателя, tхв, °С 60;

- - за воздухоподогревателем, tгв, єС 210;

- коэффициент избытка воздуха, б 1,3;

- топливо мазут М100, Саратовский;

- состав топлива: Ср = 86,49%;

Нр = 10,04%;

Sр = 2,81%;

Ор = 0%;

Nр = 0,66%;

Ас = 0,34%;

Wр = 0,3%.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛОАГРЕГАТА

Паровые двухбарабанные вертикально-водотрубные котлы ДКВр-4 предназначены для выработки насыщенного или слабоперегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения ([3], с. 31ч43).

Рис. 1.1. Котлоагрегат ДКВр-4-13 ГМ:

Котлы имеют экранированную топочную камеру и развитый кипятильный пучок из гнутых труб. Для устранения затягивания пламени в пучок и уменьшения потерь с уносом и химическим недожогом топочная камера котла ДКВр-4,0 делится шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания.

Между первым и вторым рядами труб котельного пучка также устанавливается шамотная перегородка, отделяющая пучок от камеры догорания.

Внутри котельного пучка имеется чугунная перегородка, которая делит его на первый и второй газоходы и обеспечивает горизонтальный разворот газов в пучках при поперечном омывании труб.

Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла -асимметричные. При наличии пароперегревателя часть кипятильных труб не устанавливается; пароперегреватели размещаются в первом газоходе после второго-третьего рядов кипятильных труб.

Вода в трубы боковых экранов поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов, при этом повышается надежность работы котла при пониженном уровне воды и уменьшается отложение шлама в верхнем барабане. Котлы имеют два барабана: верхний - длинный и нижний - короткий. Трубы боковых экранов развальцованы в верхнем барабане. Нижние концы экранных труб приварены к коллекторам. Конвективные пучки котлов образованы вертикальными трубами, развальцованными в верхнем н нижнем барабанах. В водяном пространстве верхнего барабана размешается одна питательная труба и штуцер непрерывной продувки, в нижнем барабане - перфорированная труба для периодической продувки. В нижний барабан введены дополнительно трубы для прогрева котла паром при растопке. Для осмотра барабанов и установки в них устройств, а также для чистки труб шарошками на днищах имеются овальные лазы размером 325 Ч 400 мм.

Барабаны внутренним диаметром 1000 мм на давление изготовляются из стали 16ГС и имеют толщину стенки 13 мм. Экраны и кипятильные пучки котлов выполняются из стальных бесшовных груб Ш 51 Ч 2,5 мм с толщиной стенки 2,5 мм. Гибы труб выполнены радиусом 400 мм, при котором очистка внутренней поверхности труб шарошками не представляет затруднений. Трубы боковых экранов установлены с шагом 80 мм, фронтовых и задних экранов - с шагом 130 мм (последние устанавливаются на котлах паропроизводительностью 10 т/ч).

Камеры экранов изготовляются из труб диаметром 219 мм с толщиной стенки 8 мм. Для удаления отложений шлама в котлах имеются торцевые лючки на нижних камерах экранов, для периодической продувки камер имеются штуцеры Ш 32 Ч 3 мм.

Пароперегреватели котлов типа ДКВр, расположенные в первом по ходу газов газоходе, унифицированы пo профилю для котлов одинаковых давлений и отличаются для котлов разной производительности лишь числом параллельных змеевиков. Пароперегреватели собираются из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3 мм, изготовленных из углеродистой стали 10. Камеры изготовляются из труб диаметром 133 мм с толщиной стенки 6 мм. Входные концы труб пароперегревателя развальцовываются в верхнем барабане, выходные привариваются к камере перегретого пара. Змеевики дистанционируются чугунными гребенками.

Котлы имеют следующую циркуляционную схему: питательная вода поступает в верхний барабан по двум питательным линиям, откуда по слабо-обогреваемым трубам конвективного пучка поступает в нижний барабан. Питание экранов производится не обогреваемыми трубами из верхнего и нижнего барабанов. Пароводяная смесь из экранов и подъемных труб пучка поступает в верхний барабан.

Сепарационное устройство котлов состоит из пакетов жалюзи и дырчатых листов, обеспечивает качество пара в соответствии с ГОСТом 20995-75: солесодержание котловой воды до 3000 мг/л для котлов без пароперегревателей и до 1500 мг/л для котлов с пароперегревателями.

Сепарационные устройства котлов ДКВр рассчитаны на номинальное рабочее давление и на производительность 150% от номинальной. При снижении давления возможно ухудшение качества пара.

В котлах без перегревателей сепарационные устройства находятся ближе к фронту котла, в котлах с пароперегревателями - в задней части барабана.

Котлы ДКВр оборудованы стационарными обдувочными приборами с обдувочными трубами, выполненными из стали Х25Т или 1Х18Н12Т. Для обдувки применяется насыщенный или перегретый пар с давлением перед соплами 0,7ч1,7 МПа (7ч17 кгс/см2), может применяться сжатый воздух.

Очистка экранов и пучков труб от золовых отложений может также осуществляться через обдувочные лючки ручными переносными обдувочными приборами.

Котлы ДКВр-4, поставка которых может осуществляться одним транспортабельным блоком, имеют опорную раму сварной конструкции, выполненную из стального проката. Неподвижной, жестко закрепленной точкой котла является передняя опора нижнего барабана. Остальные опоры нижнего барабана и камер боковых экранов выполнены скользящими. Камеры фронтового и заднего экранов крепятся кронштейнами к обдувочному каркасу. Камеры боковых экранов крепятся к опорной раме. Обвязочный каркас - сварной, из стального проката. У котлов в облегченной обмуровке к каркасу крепится обшивка котла. Котел снабжен контрольно-измерительными приборами и необходимой арматурой. На котлах типа ДКВр устанавливается следующая арматура: предохранительные клапаны, манометры и трехходовые краны к ним; рамки указателей уровня со стеклами и запорными устройствами указателей уровня; запорные вентили и обратные клапаны питания котлов; запорные вентили продувки барабанов, камер экранов, регулятора питания и пароперегревателя; запорные вентили отбора насыщенного пара (для котлов без пароперегревателей); запорные вентили для отбора перегретого пара (для котлов с пароперегревателями); вентили для спуска воды из нижнего барабана; запорные вентили на линии ввода химикатов; вентили для отбора проб пара.

Для обслуживания газоходов на котлах устанавливается чугунная гарнитура.

Многочисленные испытания и длительный опыт эксплуатации большого числа котлов ДКВр подтвердили их надежную работу на пониженном по сравнению с номинальным давлении. Минимальное допустимое давление (абсолютное) для котлов ДКВр-4,0 равно 0,7 МПа (7 кгс/см2). При более низком давлении значительно возрастает влажность вырабатываемого котлами пара, а при сжигании сернистых топлив (Sпр > 0,2%) наблюдается низкотемпературная коррозия.

С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлениях. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара при отсутствии жестких требований к его качеству, паропроизводительность котлов ДКВр при пониженном до 0,7 МПа давлении может быть принята такой же, как и при давлении 1,4 МПа (14 кгс/см2). В случае, если соединенное с котлом теплоиспользующее оборудование имеет предельное рабочее давление меньше указанных выше величии, для защиты этого оборудования следует установить на нем дополнительные предохранительные клапаны. Элементы котлов рассчитаны на рабочее давление 1,4 МПа (14 кгс/см2), безопасность их работы обеспечивается установленными на котле предохранительными клапанами.

При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на теплоиспользующем оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.

С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет более 20°С, что удовлетворяет требованиям правил Гостехнадзора.

Котлы производительностью 2,5ч6,5 т/ч выполняются в низкой компоновке и могут поставляться в виде одного транспортабельного блока, либо «россыпью».

Для комплектации котлов ДКВр-4 при сжигании мазута применяются двухзонные вихревые газомазутные горелки типов ГМГ-2м (по 2 горелки на котле). Котлы типа ДКВр, работающие на мазуте, комплектуются чугунными экономайзерами.

Газомазутные горелки ([3], с. 206ч43) разработаны и предназначены для применения на промышленных и отопительных паровых котлах паропроизводительностью до 160 т/ч, а также на водогрейных котлах теплопроизводительностью до 180 Гкал/ч.

Газомазутные горелки могут применяться и на других котлах в том случае, если теплотехнические и конструктивные характеристики их топочных устройств близки к характеристикам топок котлов, для которых созданы эти горелки.

Горелки предназначены для раздельного сжигания жидкого и газообразного топлив. Допускается совместное сжигание этих топлив в период переключения горелки с одного вида топлива па другой.

Расчетными топливами для горелок являются: мазут по ГOCTу 10585-75; природный газ с теплотой сгорания 8500 + 850 ккал/м3.

Горелки могут использоваться и для сжигания других топлив: более легких сортов жидкого топлива (дизельного, печного и др.); сырой нефти; горючего газа с теплотой сгорания, отличной от расчетной. Горелки могут также работать и на нерасчетном давлении газа перед горелками.

Во всех этих случаях, при работе в нерасчетном режиме, необходимо пересчитать расходные характеристики (режимные графики) горелки, при необходимости произвести реконструкцию газовой части горелки путем изменения диаметра и количества газовыдающих отверстий с проверкой внедрения газовых струй в воздушный поток.

При работе на нерасчетном жидком топливе параметры его перед форсункой (давление, вязкость) должны соответствовать паспортным значениям.

Результаты пересчета и реконструкции должны быть уточнены при проведении пусконаладочных работ и согласованы с разработчиком пли заводом-изготовителем горелок. Сжигание в горелках топлив с токсичными веществами должно быть согласовано с соответствующими организациями.

Заводами-изготовителями горелок выпускаются инструкции по эксплуатации, в которых дается краткое описание горелок, режимные графики и другие необходимые сведения.

По принципу распыливания жидкого топлива газомазутные горелки подразделяются на 2 группы: газомазутные горелки с паромеханическими форсунками и газомазутные горелки с ротационными форсунками (ротационные газомазутные горелки).

Горелки типа ГМГм - вихревые, двухпоточные с двумя завихрителями воздуха, с центральной газовой частью. Номинальная тепловая мощность горелок составляет от 1,5 до 5 Гкал/ч.

На котлах типа ДКВр 4 устанавливаются газомазутные горелки модернизированные типа ГМГ-2м (рис. 1.2).

Рисунок 1.2. Горелка ГМГ-2м

Газомазутная горелка типа ГМГм состоит из следующих узлов: паромеханической форсунки, центральной газовой части и воздухонаправляющих устройств.

Паромеханическая форсунка (рис. 1.3) состоит из корпуса с паровым и топливным штуцерами, ствола и распыливающей головки, основного рабочего узла форсунки.



Рисунок 1.3. Паромеханическая форсунка горелок ГМГм

Мазут подводится по внутренней трубе ствола, по втулке и через распределительную шайбу попадает в каналы топливного завихрителя.

Пар на распыливание проходит по наружной трубе ствола, по щелям между накидной гайкой и втулкой и попадает в каналы парового завихрителя. Газовая часть горелок центрального типа состоит из подводящего газопровода и газовых насадков с газовыдающими отверстиями, через которые часть газа подается параллельно оси горелки в сторону первичного воздуха; другая часть газа подается перпендикулярно оси горелки в сторону вторичного воздуха.

Воздухонаправляющее устройство горелки состоит из двух подводящих воздухопроводов и двух завихрителей воздуха - первичного и вторичного.

Завихритель первичного воздуха - тангенциально-осевой, с прямыми лопатками, установленными под углом 60° к оси горелки. Завихритель вторичного воздуха - осевой, с прямыми лопатками, установленными под углом 45° к оси горелки. Направление первичного и вторичного завихрителей одинаковое.

1.1 Конструктивные характеристики котла

Котел типа ДКВр-4-13 имеет следующие конструктивные характеристики ([1], табл. 6):

- диаметр экранных труб, d, мм 51 Ч 2,5

- диаметр труб конвективных пучков, d, мм 51 Ч 2,5

- расположение труб конвективных пучков коридорное

- шаг труб боковых экранов, S, мм 80

- поперечный шаг труб, S1, мм 110

- продольный шаг труб, S2, мм 100

- объем топки, Vт, м3 13,7

- площадь поверхности стен топки, Fт, м2 41,4

- площадь поверхности нагрева конвективных пучков, Нк, м2 116,9

- площадь живого сечения прохода продуктов сгорания, Fжс, м2 0,73

- число рядов труб по ходу продуктов сгорания

- - первый пучок 20

- - второй пучок 20

- тип топочного устройства ГМГ-2м

КПД котла ([3], табл. 9) при работе на мазуте 88,8

2. РАСЧЕТ ТОПЛИВА ПО ВОЗДУХУ И ПРОДУКТАМ СГОРАНИЯ

2.1 Определение количества продуктов сгорания

Расчет количества продуктов сгорания основан на стехиометрических соотношениях и выполняется с целью определения количества газов, образующихся при сгорании топлива заданного состава при заданном коэффициенте избытка воздуха. Все расчеты объема воздуха и продуктов сгорания ведутся на 1 кг топлива. Объем одного моля для всех газов принят, как для идеального газа, равным

V = 22,41 м3.

Теоретически необходимое количество сухого воздуха, необходимого для горения

Vo = 0,0889(Cp + 0,375Sр) + 0,267Нp - 0,0333Оp;

Vо = 0,0889•(86,49 + 0,375 · 2,81) + 0,267 • 10,04 - 0,0333 • 0 = 10,46 м3/кг.

Теоретический объем азота

VNо = 0,79Vo + 0,008Np;

VNо = 0,79 • 10,46 + 0,008 • 0,66 = 8,27 м3/кг.

Объем трехатомных газов

VRO2 = 0,01866(Ср + 0,375Sр);

VRO2 = 0,01866•(86,49 + 0,375 • 2,81) = 1,63 м3/кг.

Теоретический объем водяных паров

VН2Оо = 0,111Нр + 0,0124Wр + 0,0161Vо;

VН2Оо = 0,111 • 10,04 + 0,0124 • 0,30 + 0,0161 • 10,46 = 1,29 м3/кг.

Избыточный объем воздуха

Vи = (б - 1)Vо;

Vи = 0,30 • 10,46 = 3,14 м3/кг.

Действительный объем водяных паров

VН2О = VН2Оо + 0,0161(б - 1)Vо;

VН2О = 1,29 + 0,0161 • 0,30 · 10,46 = 1,34 м3/кг.

Полный объем продуктов сгорания

Vг = VRO2 + VNо + VН2О + Vи;

Vг = 1,63 + 8,27 + 1,34 + 3,14 = 14,38 м3/кг.

Объемная доля трехатомных газов

rRO2= VRO2/Vг;

rRO2 = 1,63/14,38 = 0,113.

Объемная доля водяных паров

rН2О = VН2О/Vг;

rН2О = 1,34/14,38 = 0,093.

Давление в топке котла, работающего на вентиляторном дутье, принимаем равным ([4], с. 62)

Рт = 0,1 МПа.

Парциальное давление трехатомных газов

РRO2 = rRO2Рт;

РRO2 = 0,113 • 0,1 = 0,011 МПа.

Парциальное давление водяных паров

РН2О = rН2ОРт;

РН2О = 0,093 • 0,1 = 0,009 МПа.

Суммарное парциальное давление

Рп = РRO2 + РН2О;

Рп = 0,011 + 0,009 = 0,020 МПа.

2.2 Определение энтальпии продуктов сгорания

Дымовые газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, в рабочем процессе парового котла являются теплоносителем. Количество теплоты, отдаваемое газами, удобно рассчитывать по изменению энтальпии дымовых газов.

Энтальпией дымовых газов по какой-либо температуре называется количество теплоты, расходуемое на нагрев газов, полученных от сгорания одного килограмма топлива от 0є до этой температуры при постоянном давлении газов в топке.

Энтальпию продуктов сгорания определяем в диапазоне температур 0…2200єС с интервалом в 100єС. Расчет ведем в табличной форме (табл. 2.1).

Исходными данными для расчета являются объемы газов, составляющих продукты сгорания, их объемные изобарные теплоемкости, коэффициент избытка воздуха и температура газов.

Средние изобарные теплоемкости газов берем из справочных таблиц.

Теоретическое количество газов определяем по формуле

Iго = УVc??????VRO2CRO2 + VNоCN + VН2ОCН2О)?.

Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по формуле

Таблица 2.1 - Расчет энтальпии продуктов сгорания

?єС	VRO2 = 1,63 м3/кг	VNo = 8,27 м3/кг	VН2О = 1,29 м3/кг	Io, кДж/кг	Влажный воздух	(б - 1)Ioвв, кДж/кг	Iг, кДж/кг
	(С??RO2, кДж/(м3•К)	V RO2(С??RO2, кДж/(м3•К)	(С??N, кДж/(м3•К)	V No(С??N, кДж/(м3•К)	(С??H2O, кДж/(м3•К)	V H2Oo(С??H2O, кДж/(м3•К)		Свв, кДж/(м3•К)	Ioвв, кДж/кг
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200	1,599 1,700 1,787 1,822 1,929 1,988 2,041 2,088 2,131 2,169 2,203 2,234 2,263 2,289 2,313 2,335 2,355 2,374 2,391 2,407 2,422 2,435 2,448	2,606 2,771 2,913 3,068 3,144 3,240 3,327 3,403 3,474 3,535 3,591 3,641 3,689 3,731 3,770 3,806 3,839 3,870 3,897 3,923 3,948 3,969 3,990	1,294 1,295 1,299 1,306 1,316 1,327 1,340 1,353 1,367 1,379 1,391 1,403 1,414 1,425 1,434 1,444 1,452 1,461 1,469 1,475 1,482 1,489 1,495	10,701 10,710 10,743 10,801 10,883 10,974 11,082 11,189 11,305 11,404 11,504 11,603 11,694 11,785 11,859 11,942 12,008 12,082 12,149 12,198 12,256 12,314 12,364	1,494 1,505 1,522 1,542 1,566 1,589 1,614 1,641 1,668 1,695 1,722 1,750 1,776 1,802 1,828 1,852 1,876 1,899 1,921 1,942 1,962 1,982 2,000	1,927 1,941 1,963 1,989 2,020 2,050 2,082 2,117 2,152 2,187 2,221 2,258 2,291 2,325 2,358 2,389 2,420 2,450 2,478 2,505 2,531 2,557 2,580	0 1542 3124 4757 6419 8132 9895 11696 13545 15,413 17,316 19252 21209 23193 25182 27206 29227 31283 33343 35389 37470 39564 41665	1,318 1,384 1,331 1,342 1,354 1,368 1,382 1,397 1,414 1,424 1,437 1,449 1,461 1,472 1,483 1,492 1,501 1,510 1,517 1,525 1,532 1,539 1,546	0 1385 2784 4211 5665 7155 8673 10229 11832 13406 15031 16672 18338 20016 21717 23409 25121 26851 28562 30308 32049 33806 35577	0 416 835 1263 1700 2147 2602 3069 3550 4022 4509 5002 5501 6005 6515 7023 7536 8055 8569 9092 9615 10142 10673	0 1985 3959 6020 8119 10279 12497 14765 17095 19435 21825 24254 26710 29198 31697 34229 36763 39338 41942 44481 47085 49706 52328

Энтальпию газов определяем по формуле

Iвво = VoCввt.

Iг = Iго + (б - 1)Iвво.

По результатам расчетов (таблица 2.1) строим диаграмму зависимости энтальпии газов I1 от их температуры ? (рисунок 2.1).



Рисунок 2.1 - Диаграмма зависимости энтальпии газов от их температуры

3. ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Рис. 3.1 - Расчетно-технологическая схема котла Это схема совсем другого котла. Нарисуй свою или убери эту - она хдесь не к чему!

3.1 Предварительный тепловой баланс

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котел, называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котел и покинувшей его, должно существовать равенство (баланс). Теплота, покинувшая котел, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара заданных параметров.

Тепловой баланс котла составляется применительно к одному килограмму топлива при установившемся (стационарном) режиме работы котла. Низшая теплота сгорания рабочей массы заданного топлива Qнр определяется по формуле Менделеева

Qнр = 339Ср + 1030Нр - 109(Ор - Sp) - 25Wp;

Qнр = 339 · 86,49 + 1030 · 10,04 - 109·(0 - 2,81) - 25 · 0,30 = 39960 кДж/кг.

Коэффициент полезного действия (принимается ориентировочно по прототипу)

з = 89%.

Потери тепла:

- от химической неполноты сгорания мазута ([1], табл. 22)

q3 = 0,5%;

- от механической неполноты сгорания мазута ([1], табл. 22)

q4 = 0%;

- от наружного охлаждения ([1], табл. 23) при заданной производительности котла D:

q5 = 2,9%;

- с уходящими газами

q2 = 100 - (з + q3 + q4 + q5),

q2 = 100 - (89 + 0,5 + 0 + 2,9) = 7,6%.

Коэффициент избытка воздуха (по заданию)

б = 1,30.

Температура воздуха (по заданию):

- холодного

tхв = 60°С;

- подогретого, поступающего в топку

tгв = 210°С.

Средние изобарные объемные теплоемкости влажного воздуха ([1], табл. 13):

- холодного

схв = 1,322 кДж/м3;

- горячего

сгв = 1,332 кДж/м3.

Количество тепла, вносимое в топку воздухом

Iв = 1,016Vобсвtв;

- холодным

Iхв = 1,016 · 10,46 · 1,30 · 1,322 · 60 = 1096 кДж/кг;

- подогретым

Iгв = 1,016 · 10,46 · 1,30 · 1,332 · 210 = 3865 кДж/кг;

Количество тепла, переданное в воздухоподогревателе (внешний подогрев)

Qвн = Iгв - Iхв,

Qвн = 3865 - 1096 = 2769 кДж/кг.

Температура топлива, поступающего в топку (принимаем)

tтл = 30°С.

Теплоемкость сухой массы мазута ([4], ф. 4,19)

сстл = 1,74 + 0,0025tтл,

сстл = 1,74 + 0,0025 · 30 = 1,815 кДж/(кг·град).

Теплоемкость рабочей массы мазута

сртл = сстл(100 - Wp)/100 + cH2OWр/100,

сртл = 1,815·(100 - 0,30)/100 + 4,19 · 0,30/100 = 1,822 кДж/(кг·град).

Теплота, вносимая в топку с топливом

iтл = сртлtтл,

iтл = 1,822 · 30 = 55 кДж/кг.

Энтальпия форсуночного пара при заданном значении Р = 1,3 МПа

Iф = 2788 кДж/кг.

Теплота, вносимая в котел через форсунку при паровом распыливании жидкого топлива

Qф = 0,35(Iф - 2520),

Qф = 0,35•(2788 - 2520) = 94 кДж/кг.

Располагаемая теплота топлива

Qрр = Qнр + Qвн + iтл + Qф;

Qрр = 39960 + 2769 + 55 + 94 = 42878 кДж/кг.

Энтальпия уходящих газов

I'ух = q2Qpp/(100 - q4) + Qхв,

I'ух = 7,6 · 42878/(100 - 0) + 1096 = 4355 кДж/кг.

Температура уходящих газов (табл. 2.1)

tух = 223,4єС.

количество пара, вырабатываемого котлом (по заданию)

D = 1,11 кг/с.

Степень сухости пара (принимаем)

х = (0,90…0,95) = 0,95.

Энтальпия сухого насыщенного пара при рабочем давлении (из таблицы водяного пара)

i" = 2788 кДж/кг.

Скрытая теплота парообразования при рабочем давлении пара (из таблицы водяного пара)

r = 1974 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара

iх = i" - (1 - х)r,

iх = 2788 - (1 - 0,95)·1974 = 2689 кДж/кг.

Температура питательной воды (по заданию)

tпв = 100°С.

энтальпия питательной воды (по таблицам воды и водяного пара)

iпв = 419 кДж/кг.

Расчетный расход топлива

Вр = D'(iх - iпв)/(з'Qрр),

В = 1,11•(2689 - 419)/(0,89 • 42878) = 0,066 кг/с.

3.2 Расчет теплообмена в топке

Целью поверочного расчета теплообмена в топке является определение температуры газов за топкой и количества тепла, переданного газами поверхности нагрева топки.

Температурой газов на выходе из топки считается температура в сечении перед конвективной поверхностью нагрева на выходе из топки.

Пользуясь методами теории подобия, устанавливаем связь безразмерной температуры газов на выходе из топки с критерием подобия, степенью черноты и параметром М, учитывающем характер распределения температур по высоте топки. конструктивный котел топливо теплообмен

Расчетный расход топлива

В = 0,066 кг/с.

Располагаемая теплота топлива

Qрр = 42878 кДж/кг.

Лучевоспринимающая поверхность нагрева

Нл = 19,50 м2.

Поверхность стен топки

Fст = 41,40 м2.

Объем топки

Vт = 13,70 м3.

Степень экранирования топки

Ш = Нл/Fст,

Ш = 19,50/41,40 = 0,471.

Коэффициент сохранения теплоты

ц = 1 - q5/100,

ц = 1 - 2,9/100 = 0,97.

Эффективная толщина излучающего слоя

s = 3,6Vт/Fт;

s = 3,6 · 13,70/41,40 = 1,191 м.

Адиабатная (теоретическая) энтальпия продуктов сгорания

Iа = Qpp[(100 - q3 - q4)/(100 - q4)] + Qв - Qвн,

Iа = 42878·[(100 - 0,5 - 0)/(100 - 0)] + 3865 - 2769 = 43760 кДж/кг.

Адиабатная (теоретическая) температура газов (табл. 2.1)

tа = 1872єС,

Та = 2145 К.

Температура газов на выходе из топки (принимается ориентировочно с последующим уточнением)

t'т = 905єС,

Т'т = 1178 К.

Энтальпия газов на выходе из топки (табл. 2.1)

I'т = 19555 кДж/кг.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

(Vгccp) = (Iа - I'т)/(Та - Т'т);

(Vгccp) = (43760 - 19555)/(2145 - 1178) = 25,03 кДж/(кг•К).

Условный коэффициент загрязнения поверхности нагрева ([1], табл. 26)

о = 0,55;

Тепловое напряжение топочного объема

Qv = BQpp/Vт,

Qv = 0,066 · 42878/13,70 = 207 кВт/м3.

Коэффициент тепловой эффективности экранов

Шэ = Шо,

Шэ = 0,471 · 0,55 = 0,2591.

Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания

rН2О = 0,093.

Суммарная доля трехатомных газов в продуктах сгорания

rп = 0,206.

Суммарное парциальное давление трехатомных газов

Рп = 0,020 МПа.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

Кг = rп;

Кг = ··0,206 = 2,10 (м•МПа)-1;

Отношение содержаний углерода и водорода в рабочей массе топлива

Ср/Нр = 86,49/10,04 = 8,61.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

Кс = 0,3•(2 - б)(1,6Тт/1000 - 0,5)Ср/Нр;

Кс = 0,3•(2 - 1,30)•(1,6 • 1178/1000 - 0,5)•8,61 = 2,50 (м•МПа)-1.

Коэффициент ослабления лучей светящейся частью пламени

Ксв = Кг + Кс;

Ксв = 2,10 + 2,50 = 4,60 (м•МПа)-1.

Степень черноты светящейся части факела

асв = 1 - е-КсвPs

где е - основание натурального логарифма;

асв = 1 - 2,7-4,60•0,1•1,191 = 0,4197.

Степень черноты газовой части факела

аг = 1 - е-КгPтS;

аг = 1 - 2,7-2,10•0,1•1,191 = 0,2200.

Коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела ([1], п. 1.5.2.4) при Qv < 400,

m = 0,55.

Эффективная степень черноты факела

аф = mасв + (1 - m)аг;

аф = 0,55 • 0,4197 + (1 - 0,55)•0,2200 = 0,3298.

Степень черноты топки при сжигании жидкого топлива

ат = ;

ат = = 0,6551.

Величина относительного максимума температур ([1], 1.5.2.5)

чm = 0,3.

Параметр М, характеризующий распределение температуры пламени по высоте топки при сжигании мазута ([1], п.1.5.2.5):

М = 0,54 - 0,2·чm

М = 0,54 - 0,2 · 0,3 = 0,48.

Расчетная температура газов на выходе из топки

Т'т = ,

где Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела

Со = 5,67·10-11 кВт/(м2·К4),

Т'т = = 1177 К,

t'т = 904єС.

Разность между действительной температурой на выходе из топки, и предварительно принятой, составляет

Дtт = tт - t'т,

Дtт = 904 - 905 = - 1 < 100єС.

Энтальпия газов на выходе из топки (рис. 2.1)

Iт = 19531 кДж/кг.

Количество тепла, переданное в топке (тепловой поток)

Qл = цВ(Iа - Iт);

Qл = 0,97 • 0,066·(43760 - 19531) = 1551 кВт.

Коэффициент прямой отдачи

м = (1 - Iт/Iа)·100,

м = (1 - 19531/43760)·100 = 55,4%.

Действительное тепловое напряжение топочного объема

Qv = Qл/Vт,

Qv = 1551/13,70 = 113 кВт/м3.

3.3 Расчет теплообмена в конвективных испарительных поверхностях

Так как диаметр трубок и число рядов трубок в обоих конвективных пучках одинаковое (z1 = z2), то считаем, что и конвективные поверхности теплообмена в обоих пучках одинаковы, то есть

Нк1 = Нк2 = Нк/2.

Первый конвективный пучок

Конвективные поверхности нагрева играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру.

Тепловой расчет конвективной поверхности служит для определения количества передаваемого тепла и сводится к решению системы двух уравнений - уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи. Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях.

Температура газов перед рассматриваемым газоходом

t1= 904єС.

Энтальпия газов перед рассматриваемым газоходом

I1= 19531 кДж/кг.

Коэффициент сохранения тепла

ц = 0,97.

Расход топлива (из предварительного теплового баланса)

В = 0,066 кг/с.

Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после газохода:

t'2 = 291°С,

t''2 = 292єC.

Дальнейший расчет ведем для двух принятых температур.

Энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка при принятых температурах (рис. 2.1):

I'2 = 5835 кДж/кг;

I''2 = 5855 кДж/кг;

Количество теплоты, отданное газами в пучке

Q1 = цВ(I1 - I2);

Q'1 = 0,97 • 0,066·(19531 - 5835) = 877 кВт;

Q''1 = 0,97 • 0,066·(19531 - 5855) = 876 кВт.

Наружный диаметр труб

dн = 0,051 м.

Число рядов труб

z1 = 20.

Шаг труб:

- поперечный

S1 = 0,110 м;

- продольный

S2 = 0,100 м.

Относительные шаги труб:

у = S/dн;

- поперечный

у1 = 110/51 = 2,2;

- продольный

у2 = 100/51 = 2,0.

Площадь живого сечения для прохода газов

Fж = 0,730 м2.

Эффективная толщина излучающего слоя газов

Sэф = 0,9dн[4S1S2/(рdн2) - 1];

Sэф = 0,9 • 0,051•[4 • 0,11 • 0,10/(3,14 • 0,0512) - 1] = 0,201 м.

Температура кипения воды при рабочем давлении (из таблиц водяного пара)

ts = 192єС.

Средняя температура газового потока

tср = 0,5(t 1 + t 2);

t'ср = 0,5•(904 + 291) = 598єC;

t''ср = 0,5•(904 + 292) = 598єC.

Средний расход газов

Vcp = ВVг(tcp + 273)/273;

V'cp = 0,066 • 14,38/(598 + 273)/273 = 3,03 м3/с;

V''cp = 0,066 • 14,38/(598 + 273)/273 = 3,03 м3/с.

Средняя скорость газов

Wг = Vср/Fж,

W'г = 3,03/0,73 = 4,15 м/с,

W''г = 3,03/0,73 = 4,15 м/с.

Коэффициент тепловой эффективности ([4], табл. 6.2) при сжигании мазута

Ш = 0,60.

Средняя температура загрязненной стенки ([1], с. 87)

tз = ts + 60,

tз = 192 + 60 = 252°С.

Поправочные коэффициенты ([1], рис. 10):

- коэффициент теплоотдачи

б'н = 25 Вт/(м2·К),

б'н = 25 Вт/(м2·К);

- на число рядов труб z по ходу продуктов сгорания

Сz = 0,4;

- на относительные шаги

Сs = 0,4;

- на изменение физических характеристик

Сф = 0,8.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

бк = бнСzСsСф;

б'к = 25 • 0,4 • 0,4 • 0,8 = 3,20 Вт/(м2•К);

б''к = 25 • 0,4 • 0,4 • 0,8 = 3,20 Вт/(м2•К).

Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания

rН2О = 0,093.

Суммарное парциальное давление трехатомных газов

Рп = 0,020 МПа.

Суммарная доля трехатомных газов в продуктах сгорания

rп = 0,206.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

kг = (1 - 0,37Т1/1000)rп,

k'г = (1 - 0,37 · 1177/1000)·0,206 = 5,28 (м·МПа)-1,

k"г = (1 - 0,37 · 1177/1000)·0,206 = 5,28 (м·МПа)-1.

Общий коэффициент ослабления лучей топочной средой

К = Кгrп,

К' = 5,28 · 0,206 = 1,09,

К'' = 5,28 · 0,206 = 1,09.

Давление в газоходе

Рг = 0,1 МПа.

Степень черноты газового потока

а = 1 - е-kPгs;

а = 1 - 2,7-5,28·0,1·0,201 = 0,100.

Коэффициент теплоотдачи излучением для незапыленного газового потока при сжигании мазута

ал = бнасг,

сг - коэффициент ([1] рис. 13)

сг = 0,95;

а'л = 25 • 0,100 • 0,95 = 2,38 Вт/(м2?К);

а''л = 25 • 0,100 • 0,95 = 2,38 Вт/(м2?К).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

б1 = 0,95(бк + бл),

б'1 = 0,95·(3,20 + 2,38) = 5,30 Вт/(м2·К),

б''1 = 0,95·(3,20 + 2,38) = 5,30 Вт/(м2·К).

Коэффициент теплопередачи

К = б1Ш; К' = 5,30 • 0,6 = 3,18 Вт/(м2•К);

К'' = 5,30 • 0,6 = 3,18 Вт/(м2•К).

Средний температурный напор

Дtср = ;

Дt'ср = = 311єС;

Дt'' = = 312єС.

Площадь нагрева первого конвективного пучка (из характеристики)

Нк1 = 58,45 м2.

Тепловосприятие поверхности нагрева конвективного пучка

Qк = КНк1Дtср/(В·103);

Q'к = 3,18 • 58,45 • 311/66 = 876 кВт;

Q''к = 3,18 • 58,45 • 312/66 = 879 кВт.

По принятым двум значениям температуры

t'2 = 291єC;

t''2 = 292єC

и полученным значениям

Q'б = 877 кВт; Q''б = 876 кВт;

Q'к = 876 кВт; Q''к = 879 кВт,

производим графическую интерполяцию (рис. 3.1) для определения температуры продуктов сгорания после конвективной поверхности нагрева.

Для графической интерполяции строим график зависимости Q = f(t).

Точка пересечения прямых укажет температуру tр1, которую следовало бы принять при расчете:

tр1 = 291,2єС.

Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева

Qк1 = 876,75 кДж/кг.

Энтальпия газов за конвективным пучком

Рисунок 3.1. график зависимости Q = f(t)

Iк1 = 5840 кДж/кг.

Второй конвективный пучок

Расчет ведем по тем же формулам (ф. 3.34 … 3.49), что и расчет первого конвективного пучка.

Температура газов на входе во второй конвективный пучок

t2 = 291,3єС.

Энтальпия газов перед рассматриваемым газоходом

I2 = 5840 кДж/кг.

Коэффициент сохранения тепла

ц = 0,97.

Расход топлива (из предварительного теплового баланса)

В = 0,066 кг/с.

Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после газохода:

t'2 = 205°С,

t''2 = 206єC.

Дальнейший расчет ведем для двух принятых температур.

Энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка при принятых температурах (рис. 2.1):

I'2 = 4062 кДж/кг;

I''2 = 4083 кДж/кг;

Количество теплоты, отданное газами в пучке

Q1 = цВ(I1 - I2);

Q'1 = 0,97 • 0,066·(5840 - 4062) = 114 кВт;

Q''1 = 0,97 • 0,066·(5840 - 4083) = 112 кВт.

Наружный диаметр труб

dн = 0,051 м.

Число рядов труб

z2 = 20.

Шаг труб:

- поперечный

S1 = 0,110 м;

- продольный

S2 = 0,100 м.

Относительные шаги труб:

у = S/dн;

- поперечный

у1 = 110/51 = 2,2;

- продольный

у2 = 100/51 = 2,0.

Площадь живого сечения для прохода газов

Fж = 0,730 м2.

Эффективная толщина излучающего слоя газов

Sэф = 0,9dн[4S1S2/(рdн2) - 1];

Sэф = 0,9 • 0,051•[4 • 0,11 • 0,10/(3,14 • 0,0512) - 1] = 0,201 м.

Температура кипения воды при рабочем давлении (из таблиц водяного пара)

ts = 192єС.

Средняя температура газового потока

tср = 0,5(t 1 + t 2);

t'ср = 0,5•(291 + 205) = 248єC;

t''ср = 0,5•(291 + 206) = 249єC.

Средний расход газов

Vcp = ВVг(tcp + 273)/273;

V'cp = 0,066 • 14,38/(248 + 273)/273 = 1,81 м3/с;

V''cp = 0,066 • 14,38/(249 + 273)/273 = 1,81 м3/с.

Средняя скорость газов

Wг = Vср/Fж,

W'г = 1,81/0,73 = 2,48 м/с,

W''г = 1,81/0,73 = 2,48 м/с.

Коэффициент тепловой эффективности ([4], табл. 6.2)

Ш = 0,60.

Средняя температура загрязненной стенки ([1], с. 87)

tз = ts + 60,

tз = 192 + 60 = 252°С.

Поправочные коэффициенты ([1], рис. 10):

- коэффициент теплоотдачи

б'н = 20 Вт/(м2·К),

б'н = 20 Вт/(м2·К);

- на число рядов труб z по ходу продуктов сгорания

Сz = 0,4;

- на относительные шаги

Сs = 0,4;

- на изменение физических характеристик

Сф = 0,8.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

бк = бнСzСsСф;

б'к = 20 • 0,4 • 0,4 • 0,8 = 2,56 Вт/(м2•К);

б''к = 20 • 0,4 • 0,4 • 0,8 = 2,56 Вт/(м2•К).

Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания

rН2О = 0,093.

Суммарное парциальное давление трехатомных газов

Рп = 0,020 МПа.

Суммарная доля трехатомных газов в продуктах сгорания

rп = 0,206.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

kг = (1 - 0,37Т1/1000)rп,

k'г = (1 - 0,37 · 564/1000)·0,206 = 7,40 (м·МПа)-1,

k"г = (1 - 0,37 · 564/1000)·0,206 = 7,40 (м·МПа)-1.

Общий коэффициент ослабления лучей топочной средой

К = Кгrп,

К' = 7,40 · 0,206 = 1,52,

К'' = 7,40 · 0,206 = 1,52.

Давление в газоходе

Рг = 0,1 МПа.

Степень черноты запыленного газового потока

а = 1 - е-kPгs;

а = 1 - 2,7-7,40·0,1·0,201 = 0,137.

Коэффициент теплоотдачи излучением для незапыленного газового потока при сжигании мазута

ал = бнасг,

где сг - коэффициент ([1] рис. 13)

сг = 0,95;

а'л = 20 • 0,137 • 0,95 = 2,60 Вт/(м2?К);

а''л = 20 • 0,137 • 0,95 = 2,60 Вт/(м2?К).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

б1 = 0,95(бк + бл),

б'1 = 0,95·(2,56 + 2,60) = 4,90 Вт/(м2·К),

б''1 = 0,95·(2,56 + 2,60) = 4,09 Вт/(м2·К).

Коэффициент теплопередачи

К = б1Ш;

К' = 4,90 • 0,6 = 2,94 Вт/(м2•К);

К'' = 4,90 • 0,6 = 2,94 Вт/(м2•К).

Средний температурный напор

Дtср = ;

Дt'ср = = 42єС;

Дt'' = = 44єС.

Площадь нагрева второго конвективного пучка (из характеристики)

Нк2 = 58,45 м2.

Тепловосприятие поверхности нагрева конвективного пучка

Qк = КНк2Дtср/(В·103);

Q'к = 2,94 • 58,45 • 42/66 = 109 кВт;

Q''к = 2,94 • 58,45 • 44/66 = 115 кВт.

По принятым двум значениям температуры

t'2 = 205єC;

t''2 = 206єC

и полученным значениям

Q'б = 114 кВт; Q''б = 112 кВт;

Q'к = 109 кВт; Q''к = 115 кВт,

производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после конвективной поверхности нагрева.

Для графической интерполяции строим график (рис. 3.2) зависимости Q = f(t).

Рисунок 3.2 - график зависимости Q = f(t)

Точка пересечения прямых укажет температуру tр1, которую следовало бы принять при расчете:

tр2 = 205,6єС.

Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева

Qк2 = 112,75 кДж/кг.

Энтальпия газов за конвективным пучком

Iк2 = 4074 кДж/кг.

3.4 Расчет экономайзера

Энтальпия питательной воды на входе в экономайзер (по таблицам воды и водяного пара)

iпв = 419 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара (по таблицам воды и водяного пара)

iз.эк = 611 кДж/кг.

Количество тепла, отданное уходящими газами в экономайзере

Qэк = D(iз.эк - iпв);

Qэк = 1,11•(611 - 419) = 213 кДж/м3.кВт!!

Температура газов на выходе из экономайзера находят по находят по энтальпии

Iуг = Iзкп2 - Qэк/В

Пересчитай пучки!

tух = 11 єС. А должна быть для для мазута не менее 160°С

4. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

После выполнения теплового расчета устанавливается окончательный тепловой баланс, целью которого является определение достигнутой паропроизводительности при заданном расходе топлива и коэффициента полезного действия котла.

Располагаемое тепло - из предварительного теплового баланса:

Qрр = 42878 кДж/кг.

Расход топлива - из предварительного теплового баланса:

В = 0,066 кг/с.

Тепло, переданное в топке - из расчета теплообмена в топке:

Qл = 1551 кДж/кг.

Тепло, переданное в первом парообразующем конвективном пучке

Qк1 = 877 кДж/кг.

Тепло, переданное во втором парообразующем конвективном пучке

Qк2 = 112,8 кДж/кг.

Количество тепла, отданное уходящими газами в экономайзере

Qэк = 213 кДж/кг.

Полное количество тепла, переданное воде в котле

Q1 = Qл + Qк1 + Qк2 + Qэк,

Q1 = 1551 + 877 + 112,8 + 213 = 2754 кДж/кг.

Энтальпия насыщенного пара - из предварительного теплового баланса:

iх = 2689 кДж/кг.

Полная (максимальная) паропроизводительность котла

D = Q1/(iх - iпв);

D = 2754/(2689 - 419) = 1,21 кг/с.

Коэффициент полезного действия котла

з = 100•Q1/(BQрр);

з = 100 • 2754/(0,066 • 42878) = 97,3%.а принимал ?????

Невязка баланса в тепловых единицах

ДQ = QррзВ - Q1(100 - q4)/100;

ДQ = 42878 · 0,973 · 0,066 - 2754·(100 - 0)/100 = - 0,4606 кДж.

Невязка баланса в процентах

ДQ% = 100·ДQ/Qрр,

ДQ% = 100 · 0,4606/42878 = 0,0011% < 0,5%.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Пантилеев С.П. Стационарные паровые и водогрейные котлы. Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специиальности 140106 «Энергообеспечение предприятий». - Мурманск. Издательство МГТУ, 2013. - 183 с.

2. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Изд. НПОЦКТИ, 1998. - 266 с. : ил.

3. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог 15-83. - М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1983. - 227 с.

4. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: учеб. пособ. для техникумов / Р.И.Эстеркин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 280 с. : ил.

5. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки : учебник для техникумов / Р.И.Эстеркин.- 2-е изд., перераб. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 400 с. : ил.

Размещено на Allbest.ru

...