Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13
Конструкция и принцип действия котельного агрегата. Технические характеристики котлоагрегата, расчет его теплового баланса. Расчет процесса горения топлива, теплообмена в топочной камере, конвективных поверхностей нагрева и водяного экономайзера.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.12.2013 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования Московской области
ГБОУ СПО МО
"Орехово-Зуевский промышленно-экономический колледж им.С. Морозова"
Курсовой проект
по дисциплине
"Котельные установки”
На тему:
"Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13”
Выполнил: Боюр С.С.
студент гр.33
Проверил: Липатова С.А.
2013-2014 учебный год.
Содержание
- Введение
- 1. Описание конструкции и принципа действия котельного агрегата
- 1.1 Описание конструкции котлоагрегата
- 1.2 Принцип действия котлоагрегата
- 2. Исходные данные и технические характеристики котлоагрегата
- 3. Расчет процесса горения топлива
- 4. Тепловой баланс котельного агрегата
- 5. Расчет теплообмена в топочной камере
- 6. Расчет конвективных поверхностей нагрева
- 7. Расчет водяного экономайзера
- 8. Аэродинамический расчет котельного агрегата
- Список использованных источников
Введение
Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива через поверхности нагрева к воде. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пара из воды, служит топливо.
Данный курсовой проект рассматривает тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13 и подбор вспомогательного оборудования. По заданной контракции котла, в зависимости от заданной нагрузки и параметров теплоносителя, рассчитывается расход топлива, тепловые потери, КПД котлоагрегата, температуры и скорости газов по ходу их движения.
Рассматривается технологическая схема котельной установки, в зависимости от ее назначения, производительности, параметров пара, вида топлива, способа его сжигания и местных условий. В котельных установках, использующих жидкое и газовое топлива, отсутствуют золоулавливающие устройства, оборудование для удаления шлака и золы, значительно упрощаются устройства для хранения (при газовом топливе - отпадают), транспорта и подготовки топлива к сжиганию.
Так оборудование котельной установки условно разделяют на основное (собственно котел) и вспомогательное. Вспомогательными называют оборудование и устройства для подачи топлива, питательной воды и воздуха, для удаления продуктов сгорания, очистки дымовых газов, удаления золы и шлака, паропроводы, водопроводы и др.
В настоящее время выпускаются различные конструкции котлов низкого давления, в том числе с дымогарными и жаровыми трубами, в которых продукты сгорания проходят внутри труб, а вода омывает их снаружи, и водотрубные котлы, в которых испаряемая вода циркулирует в трубах, а продукты сгорания омывают наружную поверхность труб.
Стационарные паровые котлы ДКВР разработаны ЦКТИ им. Ползунова совместно с Бийским котельным заводом. Котлы были разработаны в 40-х годах, а с 50-го года начался их поточно-серийный выпуск под маркой ДКВ. Впоследствии, в процессе изготовления и эксплуатации, эти котлы подверглись некоторым изменениям (сокращена длина топки, уменьшены шаги труб кипятильного пучка и т.п.) и с 1958 г. выпускаются под маркой ДКВР.
Котлы типа ДКВР применяются при работе как на жидком, газообразном, так и на различных видах твердого топлива.
Характерными для водотрубных котлов малой паропроизводительности и низкого давления, используемых в промышленности, являются следующие особенности:
развитие конвективных испарительных поверхностей нагрева, что определяется меньшим, чем необходимо для испарения воды при низком давлении, тепловосприятием экранов и экономайзера, завершение охлаждения продуктов сгорания в конвективном водяном пучке или в экономайзере, что возможно при низкой температуре питательной воды (80-100єС) и экономически оправданной повышенной температуре уходящих газов при малой паропроизводительности котлов;
отсутствие подогрева воздуха, что упрощает конструкцию котла и допустимо при слоевом сжигании твердого топлива и факельном сжигании газа и мазута;
двухбарабанная схема включения испарительных поверхностей нагрева и расположение обогреваемых опускных труб циркуляционного контура конвективного пучка в области низких температур газов;
отсутствие устройства для регулирования температуры перегрева пара.
Современный котел, как паровой, так и водогрейный, включается в общую схему автоматизации котельной наряду с питательными или циркуляционными насосами, дымососами, системами водоподготовки и др. Автоматика обеспечивает надежность и безопасность работы котельной, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, и защиту окружающей среды от вредных выбросов.
котельный агрегат нагрев экономайзер
1. Описание конструкции и принципа действия котельного агрегата
1.1 Описание конструкции котлоагрегата
Условное обозначение парового котла ДКВР означает - двухбарабанный котел, водотрубный, реконструированный. Первая цифра после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч, вторая - избыточное давление пара на выходе из котла, кгс/см2 - (для котлов с пароперегревателями давление пара за пароперегревателем), третья - температуру перегретого пара,°С.
Данный курсовой проект рассматривает тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4/13 ГМ (двухбарабанный котел водотрубный реконструированный паропроизводительностью 4 т/ч, рабочим давлением пара 13 кгс/смІ, газомазутный).
Паровой котел ДКВР-4/13 ГМ (рисунок 1.1) предназначен для получения насыщенного пара давлением 1,3 МПа с температурой 194°С. Котел с естественной циркуляцией. В качестве топлива используется природный газ. Котел имеет П-образную компоновку и представляет собой две вертикальные призматические шахты, соединенные вверху горизонтальным газоходом.
В топочной камере котла по всему периметру и вдоль всей высоты стен располагаются трубные плоские системы - топочные экраны. Они выполнены из свариваемых между собой труб, образующих сплошную (газонепроницаемую) оболочку. Газоплотная экранная система покрыта оболочкой из теплоизоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.
Топка котла имеет четыре экрана: два боковых, фронтовой и задний. Топочная камера в целях предупреждения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потерь с уходящими дымовыми газами, разделена перегородкой на две части: топку и камеру догорания.
Котел имеет верхний и нижний барабаны внутренним диаметром 1000 мм на давление 1,3 МПа, изготовленные из стали 16ГС с толщиной стенки 13 мм, расположенные в продольной оси котла. Верхний барабан длиннее нижнего и в него введены все трубы экранов, нижние части этих труб присоединены к коллекторам сваркой. Верхние и нижние части труб кипятильного пучка собраны в верхнем и нижнем барабанах котла и развальцованы. Меньшая по размерам длина нижнего барабана позволяет иметь свободное пространство в топке для размещения любого топочного устройства.
По нижней образующей верхних барабанов всех котлов устанавливаются две легкоплавкие пробки, предназначенные для предупреждении перегрева стенок барабана под давлением. Сплав металла, которым заливают пробки, начинает плавиться при упуске воды из барабана и повышении температур его стенки до 280 - 320°С. Шум пароводяной смеси, выходящей через образующееся в пробке отверстие при расплавлении сплава, является сигналом персоналу для принятия экстренных мер к остановке котла. Завод-изготовитель применяет в легкоплавких пробках сплав следующего состава: свинец С2 или СЗ по ГОСТ 3778-56 - 90%: олово О1 или О2 по ГОСТ 860-60 - 10%. Колебания температуры плавления сплава допускается в пределах 240 - 310°С.
Ввод питательной воды выполнен в верхний барабан, в водяном пространстве которого, она распределяется по питательной трубе. Нижний барабан является шлакоотстойником и оборудован перфорированной трубой для периодической продувки и штуцером для спуска воды.
Внутри кипятильного пучка имеется чугунная перегородка, которая делит его на первый и второй газоходы.
Для создания циркуляционного контура в экранах, передний конец каждого экранного коллектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец - перепускной трубой с нижним барабаном. Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам, а из нижнего барабана - по перепускным.
Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы котла при пониженном уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции.
Гибы труб экранов и конвективного пучка выполнены с радиусом 400 мм, при котором механическая очистка внутренней поверхности шарошками не представляет затруднений. Механическая очистка труб конвективного пучка и экранов производится из верхнего барабана. Камеры экранов очищаются через торцевые лючки, устанавливаемые на каждой камере.
Камеры котлов типа ДКВР изготавливаются из труб диаметром 219Ч8мм для котлов с рабочим давлением 1,3 МПа. Конвективные пучки выполняются с коридорным расположением труб. Камеры, экранные и конвективные трубы котлов типа ДКВР изготавливаются из углеродистой стали марок 10 и 20.
Очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений в котлах осуществляется обдувкой насыщенным или перегретым паром с давлением перед соплами 0,7-1,7 МПа, допускается применять для этих целей сжатый воздух. Для обдувки применяют стационарные обдувочные приборы и переносные, используемые для отчистки экранов и пучков труб от золовых отложений через обдувочные лючки.
Для всей серии котлов экраны и котельные пучки выполняются из стальных бесшовных труб диаметром 51 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Боковые экраны выполнены с шагом 80 мм, в котлах с фронтовым и задним экраном шаг труб принят 130 мм. В кипятильных пучках трубы расположены в коридорном порядке с шагом 100 мм вдоль оси и 110 мм поперек оси котлов.
Ширина конвективного пучка котлов производительностью 4 т/ч - 2180 мм.
При сжигании мазута и газа значительно меньше избытка воздуха, чем при сжигании твердого топлива, поэтому уменьшаются объемы продуктов сгорания, проходящих через котел, что позволяет повысить паропроизводительность котлов на 40-50%. Однако при этом должны быть выполнены условия, препятствующие повышению температуры стенки барабанов. В частности, необходимо обеспечивать тщательную подготовку питательной воды (для снижения накипеобразования) и надежно изолировать обогреваемую поверхность верхних барабанов в топке и камере догорания.
Схема котла представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Схема котла ДКВР-4/13 ГМ
1 - горелочное устройство, 2 - экранные трубы, 3 - верхний барабан, 4 - манометр, 5 - предохранительные клапаны, 6 - трубы питательной воды, 7 - сепаратор пара, 8 - камера догорания, 9 - кипятильные трубы, 10 - обдувочное устройство, 11 - нижний барабан, 12 - продувочный трубопровод.
Для осмотра барабанов и очистки труб на днищах котла имеются лазы размером 325 Ч 400 мм. Для удаления отложений шлама в котле имеются торцевые лючки на нижних камерах экранов,
Для периодической продувки камер имеются штуцеры диаметром 32Ч3 мм.
Котел комплектуется питательным экономайзером, газомазутной горелкой, дымососом, дутьевым вентилятором, деаэратором питательной воды.
1.2 Принцип действия котлоагрегата
Технологический процесс в паровом котле - это процесс сгорания топлива и выработки пара при нагреве воды.
Природный газ, основную горючую часть которого составляет метан СН4 (94%), по топливопроводу котла поступает в горелку ГМГ-2М и по мере выхода из нее сгорает в виде факела в топочной камере. Воздух для поддержания процесса горения подается с помощью вентилятора ВД-6. Так как теплота сгорания газа высока и составляет 8500 ккал/м3, то удельная потребность в подаваемом воздухе велика: на 1 м3 газа требуется 9,6 м3 воздуха, а с учетом коэффициента избытка воздуха a = 1,05 - 10 м3.
В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Они омывают снаружи топочные экраны, которые состоят из труб с циркулирующей внутри них водой и пароводяной смеси. Затем продукты сгорания, охлажденные в топочной камере до температуры 980оС, непрерывно двигаясь по газоходам котла, омывают вначале пучок кипятильных труб, затем экономайзер ЭТ2-106, охлаждаются до температуры 115оС и дымососом ДН-10 удаляются через дымовую трубу в атмосферу.
Питательная вода предварительно проходит через фильтры механической и химической очистки, а затем поступает в деаэратор ДС-75, где происходит удаление кислорода О2 и двуокиси углерода СО2 из воды за счет ее подогрева паром до температуры 104оС, что соответствует избыточному давлению в деаэраторе 0,02 ч 0,025 МПа. Выделившийся из воды воздух уходит через трубу в верхней части деаэраторной колонки в атмосферу, а очищенная и подогретая вода выливается в бак-аккумулятор, расположенный под колонкой деаэратора, откуда расходуется для питания котла. В верхний барабан котла питательная вода подается по двум питательным линиям после дополнительного подогрева в экономайзере до температуры 91-100оС. В котле ДКВР-4/13 ГМ имеется три контура естественной циркуляции воды. Первый - контур конвективного пучка: котловая вода из верхнего барабана опускается в нижний барабан по кипятильным трубам конвективного пучка, расположенным во втором газоходе - в области более низких температур топочных газов. Образующаяся пароводяная смесь поднимается в верхний барабан по кипятильным трубам, расположенным в первом газоходе - в области более высоких температур топочных газов. Два других контура составляют левый и правый боковые топочные экраны: котловая вода из верхнего барабана по опускной трубе подводится к нижнему коллектору левого (или правого) бокового экрана; к коллектору также подводится вода из нижнего барабана по перепускным трубам, после чего вода распределяется по коллектору, а образующаяся пароводяная смесь по трубам левого (правого) бокового экрана поднимается в верхний барабан. В верхнем барабане происходит отделение (сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата направляется в главный паропровод котельной. Отделившаяся от пара в барабане котла вода смешивается с питательной водой.
2. Исходные данные и технические характеристики котлоагрегата
1. Паропроизводительность котла .
2. Избыточное давление насыщенного пара Pи = 1,3 МПа.
3. Температура питательной воды .
4. Процент непрерывной продувки Pпр = 6,5 %.
5. Топливо - Газ природный (Рудки-Минск).
Состав топлива: CH4 = 95,6%, C2H6 = 0,7%, C3H8 = 0,4%, C4H10 = 0,2%, C5H12 и более тяжелые = 0,2%, N2 = 2,8%, CO2 = 0,1%.
Плотность газа при нормальных условиях -
Низшая теплота сгорания
Технические характеристики котла приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 Технические характеристики котла ДКВР-4/13 ГМ
|
№ п/п |
Наименование параметра |
Значение |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
1 |
Паропроизводительность, т/ч |
4,0 |
|
|
2 |
Избыточное рабочее давление пара, МПа (кгс/см2) |
1,3 (13) |
|
|
3 |
Коэффициент избытка воздуха в топке |
1,15 |
|
|
4 |
Температура насыщенного пара, 0С |
194 |
|
|
5 |
Температура газов на выходе из топки, 0С |
980 |
|
|
6 |
Температура газов за котлом, 0С |
240 |
|
|
7 |
Температура газов перед экономайзером, 0С |
260 |
|
|
8 |
Температура газов за экономайзером, 0С |
115 |
|
|
9 |
Температура питательной воды до экономайзера, 0С |
70 |
|
|
10 |
Температура питательной воды после экономайзера, 0С |
91 |
|
|
11 |
Расход топлива, м3/ч Qр=35530 кДж/кг |
342 446 |
|
|
12 |
Расчетное сопротивление котлоагрегата, Па |
235 |
|
|
13 |
Объем котла: паровой, м3 водяной, м3 |
2,05 5,55 |
|
|
14 |
Объем воды по водоуказательному стеклу, м3 |
0,84 |
|
|
15 |
Время испарения этого объема, мин |
11,5 |
|
|
16 |
Энерговыделение топочного объема, кВт/м3 |
218 |
|
|
17 |
Расчетный КПД, % |
90,8 |
|
|
18 |
Внутренний диаметр барабана, мм Толщина стенок, мм |
1000 13 |
|
|
19 |
Скорость газов в пучке, м/с |
5,6 |
|
|
20 |
Площадь поверхности нагрева котла: радиационная, м2 конвективная, м2 общая, м2 |
19,5 118 137,5 |
|
|
21 |
Поверхность стен топки, м2 |
41,4 |
|
|
22 |
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 |
0,73 |
|
|
23 |
Число рядов труб по ходу продуктов сгорания (I пучок/II пучок) |
20/20 |
|
|
24 |
Поверхность нагрева водяного экономайзера, м2 |
106,4 |
|
|
25 |
Объем топки, м3 |
15,6 |
|
|
26 |
Диаметр экранных и кипятильных труб, мм |
51Ч2,5 |
|
|
27 |
Продольный шаг труб кипятильного пучка, мм |
100 |
|
|
28 |
Поперечный шаг труб кипятильного пучка, мм |
110 |
|
|
29 |
Относительный шаг экранных труб |
1,56 |
3. Расчет процесса горения топлива
По заданному виду топлива (газ природный (Рудки-Минск) определяем элементарный состав и другие характеристики данного топлива и заносим их в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Характеристика топлива
|
CH4, % |
C2H6, % |
C3H8, % |
C4H10, % |
C5H12, % |
N2, % |
CO2, % |
|
|
95,6 |
0,7 |
0,4 |
0,2 |
0,2 |
2,8 |
0,1 |
Низшая теплота сгорания .
Плотность газа при нормальных условиях - .
Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м3 топлива, м3/м3:
;
м3/м3.
Теоретический объем водяных паров, м3/м3:
;
м3/м3.
Теоретический объем азота в продуктах сгорания, м3/м3:
;
м3/м3.
Теоретический объем трехатомных газов, м3/м3:
;
м3/м3.
Теоретический объем продуктов сгорания, м3/м3:
;
м3/м3.
Расчет действительных объемов продуктов сгорания приведен ниже в таблице 3.2.
Принимаем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки бт = бЧ = 1,1 (табл.2.4, [1]).
Коэффициент избытка воздуха перед каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к бЧ соответствующих присосов воздуха (табл.3.2, [1]), т.е.:
,
,
.
Рисунок 3.1 - Схема присосов в котельном агрегате
Таблица 3.2 - Расчет действительных объемов продуктов сгорания
|
Газоход |
м3/м3; м3/м3; м3/м3; м3/м3 |
|||||||
|
Рассчитываемая величина |
||||||||
|
топка |
1,1 |
1,1 |
2,138 |
11,579 |
0,0865 |
0,185 |
0,271 |
|
|
конвектив. пучек |
1,15 |
1,125 |
2,142 |
11,819 |
0,0847 |
0,181 |
0,266 |
|
|
водяной экономай-зер |
1,25 |
1,2 |
2,154 |
12,539 |
0,0798 |
0,172 |
0,252 |
|
|
уходящие газы |
1,25 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Где
- средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева;
- действительный объем водяных паров, м3/м3;
- суммарный объём продуктов сгорания, м3/м3;
- объёмная доля трёхатомных газов;
- объёмная доля водяных паров;
- суммарная объёмная доля.
Масса дымовых газов при сжигании газообразного топлива, кг/м3
где - плотность сухого газообразного топлива, кг/м3;
10 г/м3 - влагосодержание газообразного топлива.
кг/м3
Энтальпия дымовых газов определяется как
,
где - энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания, представляющих собой смесь газов при температуре , определяется как
, кДж/кг
- энтальпии трехатомных газов, азота и водяных паров;
- температура продуктов сгорания;
- коэффициент избытка воздуха после каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к соответствующих присосов воздуха;
- энтальпия теоретического количества воздуха, необходимого для горения, определяется как , кДж/кг.
Таблица 3.3 - Энтальпии 1 м3 трехатомных газов, азота, водяных паров и воздуха
|
, оС |
|||||
|
100 |
170,5 |
130,2 |
151,2 |
132,7 |
|
|
200 |
358,7 |
260,8 |
305,3 |
267,1 |
|
|
300 |
560,7 |
393,1 |
464,1 |
404,0 |
|
|
400 |
774,5 |
528,4 |
628,3 |
543,5 |
|
|
500 |
999,6 |
666,1 |
797,2 |
686,3 |
|
|
600 |
1226,4 |
806,4 |
970,2 |
832,4 |
|
|
700 |
1465,8 |
949,2 |
1150,8 |
982,8 |
|
|
800 |
1709,4 |
1096,2 |
1339,8 |
1134,0 |
|
|
900 |
1957,2 |
1247,4 |
1528,8 |
1285,2 |
|
|
1000 |
2209,2 |
1398,6 |
1730,4 |
1440,6 |
|
|
1100 |
2465,4 |
1549,8 |
1932,0 |
1600,2 |
|
|
1200 |
2725,8 |
1701,0 |
2137,8 |
1759,8 |
|
|
1300 |
2986,2 |
1856,4 |
2352 |
1919,4 |
|
|
1400 |
3250,8 |
2016,0 |
2566,2 |
2083,2 |
|
|
1500 |
3515,4 |
2171,4 |
2788,8 |
2247,0 |
|
|
1600 |
3780,0 |
2331,0 |
3011,4 |
2410,8 |
|
|
1700 |
4048,8 |
2490,6 |
3238,2 |
2574,6 |
|
|
1800 |
4317,6 |
2650,2 |
3469,2 |
2738,4 |
|
|
1900 |
4586,4 |
2814 |
3700,2 |
2906,4 |
|
|
2000 |
4859,4 |
2973,6 |
3939,6 |
3074,4 |
Таблица 3.4 - Энтальпия дымовых газов.
|
, оС |
, кДж/м3 |
, кДж/м3 |
, кДж/м3 |
||||||
|
?I |
?I |
?I |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
100 |
1467,4 |
1254,1 |
1780,9 |
1812,0 |
|||||
|
200 |
2961,8 |
2524,4 |
3340,5 |
1724,8 |
3592,9 |
1854,3 |
|||
|
300 |
4492,6 |
3818,2 |
5065,3 |
1774,4 |
5447,2 |
1906,2 |
|||
|
400 |
6069,2 |
5136,6 |
6839,7 |
1818,3 |
7353,4 |
||||
|
500 |
7685,1 |
6486,2 |
8658,0 |
1853,0 |
|||||
|
600 |
9330,9 |
7867,0 |
10511,0 |
1906,5 |
|||||
|
700 |
11024,2 |
9288,4 |
12417,5 |
1961,0 |
|||||
|
800 |
12770,9 |
10717,4 |
14378,5 |
1996,9 |
|||||
|
900 |
14553,4 |
12146,4 |
16375,4 |
2033,7 |
|||||
|
1000 |
16366,8 |
13615,1 |
17728,3 |
1968,5 |
18409,1 |
2043,8 |
|||
|
1100 |
18184,4 |
15123,5 |
19696,8 |
1981,6 |
20452,9 |
2057,1 |
|||
|
1200 |
20015,2 |
16631,8 |
21678,4 |
2030,8 |
22510,0 |
||||
|
1300 |
21895,2 |
18140,2 |
23709,2 |
2070,6 |
|||||
|
1400 |
23811,0 |
19688,3 |
25779,8 |
2056,9 |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
1500 |
25713,1 |
21236,4 |
27836,7 |
2088,3 |
|||||
|
1600 |
27646,6 |
22784,4 |
29925,0 |
2101,6 |
|||||
|
1700 |
29593,3 |
24332,5 |
32026,6 |
2110,4 |
|||||
|
1800 |
31548,9 |
25880,6 |
34137,0 |
2145,8 |
|||||
|
1900 |
33536,0 |
27468,3 |
36282,8 |
2136,4 |
|||||
|
2000 |
35513,6 |
29056,1 |
38419,2 |
На основании данных таблицы 3.4 строим Iи-диаграмму.
4. Тепловой баланс котельного агрегата
При тепловом расчёте котельного агрегата тепловой баланс составляется для определения КПД брутто и расчётного расхода топлива.
Коэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды может расходоваться пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия - для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т.д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте - нетто.
Расчет теплового баланса котла и расхода топлива сводится в таблицу 4.1 - тепловой баланс котла и расход топлива.
Таблица 4.1 - Тепловой баланс котла и расход топлива.
|
Наименование величины |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник определения |
Расчет |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1 КПД котельного агрегата |
% |
||||
|
2 Потеря теплоты с уходящими газами |
% |
||||
|
3 Температура уходящих газов |
°C |
Предварительно задаемся |
150 |
||
|
4 Энтальпия уходящих газов |
кДж/м3 |
По температуре из Iи - диаграммы, интерполируя из таблицы 3.2 |
2686,9 |
||
|
5 Коэффициент избытка воздуха |
- |
Из расчета, таблица 3.2 |
1,25 |
||
|
6 Энтальпия теоретического объема холодного воздуха (ихв=30оC) |
кДж/м3 |
Интерполируя, из таблицы 3.3. |
9,451 · 38,62 = 365 |
||
|
7 Расчетная располагаемая теплота |
кДж/м3 |
35530 + 1,1 · 365 = 35931,5 |
|||
|
8 Потеря от химического недожега |
% |
По таблице 2.4 [1] характеристик топочных устройств |
0,5 |
||
|
9 Потеря в ОС |
% |
По графику 4.1 [1] при производительности котла 4,0 т/ч |
2,94 |
||
|
10 Действительный расход топлива |
м3/с |
||||
|
11. Количество продувочной воды |
кг/с |
||||
|
12. Энтальпия питательной воды (Ср=4,187 кДж/кг) |
кДж/кг |
||||
|
13. Энтальпия насыщенного пара |
кДж/кг |
По таблице II-II [2] для P=1 МПа |
2784 |
||
|
14. Энтальпия котловой воды |
кДж/кг |
По таблице II-II [2] для P=1 МПа |
795 |
||
|
15. Расчетный расход топлива |
м3/с |
0,0821 |
|||
|
16. Коэффициент сохранения теплоты |
- |
5. Расчет теплообмена в топочной камере
В данном разделе выполняется поверочный расчет топочной камеры по известному объему топочной камеры, степени её экранирования, площади лучевоспринимающих поверхностей нагрева, конструктивные характеристики экранных и конвективных поверхностей нагрева (диаметр труб, расстояния между осями труб и т.д.).
Поверочный расчет однокамерных топок выполняется в следующей последовательности.
1. По чертежу котельного агрегата составляется эскиз топочной камеры. Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой.
Полная поверхность стен топочной камеры Fст и объем топочной камеры вычисляется следующим путем. Поверхностью, ограничивающей топочный объем, считается поверхность, проходящая через оси экранных труб на экранированных стенах топки, через стены топки на неэкранированных участках и через под топочной камеры Fст = 41,4 м2. [7]
2. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 0С.
3. Для предварительно принятой температуры на выходе из топки по диаграмме определяют энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки .
4. Определяется полезное тепловыделение в топке, кДж/м3 для промышленных котлов без воздухоподогревателя:
(5.1)
кДж/м3
5. Определяем коэффициент тепловой эффективности топочных экранов
(5.2)
Угловой коэффициент излучения x зависит от формы и расположения тел, находящимися в лучистом теплообмене друг с другом и определяется для однорядного гладкотрубного экрана по рис.5.1 Для s/d = 1,56, x = 0,95.
Коэффициент тепловой эффективности учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей вследствие их загрязнения наружными отложениями или покрытия огнеупорной массой.
Для открытых гладкотрубных настенных экранов .
Рис. 5.1 Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана.
1 - при расстоянии от стенки ; 2 - при ; 3 - при ; 4 - при ; 5 без учета излучения обмуровки при .
По известному значению по построенной ранее I- - диаграмме при принятом находят .
В итоге адиабатическая температура горения определится
6. Определим эффективную толщину излучающего слоя, м:
, (5.4)
где Vт и Fст - объем и площадь поверхности стен топочной камеры.
м
7. Определим коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициента ослабления лучей трехатомными газами (kг) и сажистыми частицами (kс):
(5.5)
где rп - суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из таблицы 3.2.
Определим коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
, (5.6)
1/ (м·МПа)
где рп = rп · р = 0,1 · 0,271 = 0,0271 - парциальное давление трехатомных газов, МПа;
р - давление в топочной камере котлоагрегата (для котлоагрегатов, работающих без наддува р = 0,1 МПа;
rН2О - объемная доля водяных паров, принимается из таблицы 3.2;
- абсолютная температура на выходе из топки, К (предварительно принятая ).
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/ (м МПа),
kс = , (5.7)
где Ср и Нр - содержание углерода и водорода в рабочей массе твердого или жидкого топлива.
При сжигании природного газа
, (5.8)
где
СmHn - процентное содержание углеводородистых соединения в природном газе.
Рассчитаем коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
1/ (м·МПа)
Тогда коэффициент ослабления лучей будет равен:
1/ (м·МПа)
8. Определим степень черноты факела :
(5.11)
где m = 0,1 - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненную светящейся частью факела, принимается по табл.5.2 [1];
асв и аг - степень черноты светящейся и несветящейся части пламени, определяются по формулам
(5.12),
, (5.13)
Степень черноты факела будет равна:
9. Определяется степень черноты топки:
для камерных топок при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива
. (5.14)
9. Определяется параметр М, зависящий от относительного положения максимума температуры по высоте топки хт:
М = 0,54 - 0,2хт; (5.15)
(5.16)
где hг подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок,
Нт - как расстояние от пода топки или от середины хододной воронки до середины выходного окна топки.
Отсюда
М = 0,54 - 0,2 · 0,27 = 0,486
12. Определим среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1м3 газа, кДж/ (м3 К):
, (5.17)
где
- теоретическая (адиабатная) температура горения, К,
- температура продуктов сгорания на выходе из топки предварительно принятая, К;
- энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки,
- полезное тепловыделение в топке (5.1).
13. Определяется действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки, оС, по формуле
(5.18)
Так как полученное значение действительной температуры на выходе из топки °С отличается от принятого значения равного 980°С менее чем на 100°С, то расчёт топочной камеры считаем законченным.
По действительной температуре продуктов сгорания на выходе из топки по Iи - диаграммы найдем энтальпию продуктов сгорания
14. Определим количество тепла, выделенного в топке
(5.19)
6. Расчет конвективных поверхностей нагрева
Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания пару.
Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару - конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.
При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняется для 1 м3 газа при нормальных условиях. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.
Уравнение теплопередачи:
.
Уравнение теплового баланса:
.
В уравнении теплопередачи коэффициент теплопередачи K является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.
При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей. Например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер - после конвективной поверхности нагрева, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.
Уравнение теплового баланса показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания пару через конвективную поверхность нагрева. Количество теплоты Qб, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой паром.
Расчет конвективной поверхности нагрева представлен в таблице 6.1.
Таблица 6.1.1
|
Наименование величины |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник определения |
Расчет |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
1. Поверхность нагрева конвективного пучка |
м2 |
Из таблицы 2.1 (таблица 1.4 [1]) |
118 |
|||
|
2. Диаметр труб |
d |
мм |
Из таблицы 2.1 |
51 |
||
|
3. Шаги труб: |
||||||
|
поперечный |
s1 |
мм |
Из таблицы 2.1 |
110 |
||
|
продольный |
s2 |
мм |
Из таблицы 2.1 |
100 |
||
|
относительный поперечный |
- |
|||||
|
относительный продольный |
- |
|||||
|
4. Живое сечение для прохода газа |
м2 |
Из таблицы 2.1 |
0,73 |
|||
|
5. Температура продуктов сгорания на выходе из пучка |
оС |
Предварительно задаемся |
200 |
400 |
||
|
6. Энтальпия продуктов сгорания за пучком |
кДж/м3 |
По принятой температуре на выходе из топки по Iи - диаграмме |
3340,5 |
6839,7 |
||
|
7. Температура продуктов сгорания на входе в пучок |
оС |
974 |
||||
|
8. Энтальпия продуктов сгорания на входе в пучок |
кДж/м3 |
Из таблицы 4.1 - п.28 |
17218,6 |
|||
|
9. Тепловосприятие пучка по уравнению теплового баланса |
кДж/м3 |
|||||
|
10. Средняя температура потока продуктов сгорания в газоходе |
оС |
|||||
|
11. Температурный напор в пучке |
оС |
|||||
|
Температура насыщения |
оС |
По таблице II-II [5] |
191,6 |
Таблица 6.1.2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
12. Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе |
м/с |
|||||
|
13. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева |
|
|||||
|
Коэффициент теплоотдачи |
|
Зависит от и d, определяется по номограмме рис.6.1 [1] |
42,5 |
41 |
||
|
Поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания |
- |
Рисунок 6.1 [1] |
1 |
1 |
||
|
Поправка на компоновку пучка, определяется при поперечном омывании коридорных пучков |
- |
Рисунок 6.1 [1] |
1 |
1 |
||
|
Коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется при поперечном омывании коридорных пучков труб |
- |
Зависит от и , определяется по рисунку 6.1 [1] |
1,07 |
1,05 |
||
|
14. Степень черноты газового потока |
||||||
|
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами |
||||||
|
Толщина излучающего слоя |
s |
м |
|
|
||
|
15. Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности конвективных пучков |
|
|
||||
|
Коэффициент теплоотдачи излучением |
|
Зависит от и , определяется по рисунку 6.4 [1] |
69 |
88 |
||
|
Температура загрязнения стенки (Дt=25 оС - для газа) |
|
оС |
||||
|
Степень черноты продуктов сгорания |
а |
- |
Зависит от kps, определяется по таблице 5.6 [1] |
0,18 |
0,172 |
|
|
Поправка по температуре |
|
- |
Зависит от и , определяется по рисунку 6.4 [1] |
0,965 |
0,975 |
|
|
16. Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева |
|
|
||||
|
Коэффициент использования |
|
Для поперечно омываемых пучков (п.10 стр.39 [1]) |
1 |
Таблица 6.1.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
17. Коэффициент теплопередачи |
К |
|||||
|
Коэффициент тепловой эффективности |
- |
По таблице 6.2 [1] в зависимости от вида сжигаемого топлива |
0,85 |
|||
|
18. Средний температурный напор |
оС |
|||||
|
19. Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева |
кДж/м3 |
|||||
|
20. Действительная температура продуктов сгорания за КП |
оС |
По рисунку 1 |
295 |
|||
|
21. Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки |
кДж/ м3 |
По действительной температуре продуктов сгорания на выходе из конвективного пучка из Iи - диаграммы (интерполируя) |
5145,5 |
|||
|
22. Количество тепла, выделенного в топке |
кДж/ м3 |
Рисунок 6.1 - Графическое определение расчетной температуры продуктов сгорания за пучком.
7. Расчет водяного экономайзера
В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении - стальные.
При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель.
Для рассматриваемого котельного агрегата принимаем экономайзер типа ЭП1-94 с трубами системы ВТИ длиной 2 м. Характеристику труб приводится в таблице 7.1.
Таблица 7.1 - Характеристика труб водяного экономайзера ЭП1-94.
|
№ п/п |
Определяемая величина |
Обозначение |
Размерность |
Источник определения |
Расчёт |
|
|
1 |
Поверхность нагрева одной трубы |
м2 |
Стр.318 [2] |
2,95 |
||
|
2 |
Живое сечение труб |
м2 |
0,12 |
<...
Подобные документы
Расчет объема продуктов сгорания и воздуха. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата. Тепловой расчет топочной камеры. Расчет конвективных поверхностей нагрева и экономайзера. Составление прямого баланса.
курсовая работа [756,1 K], добавлен 05.08.2011Расчет топочной камеры котельного агрегата. Определение геометрических характеристик топок. Расчет однокамерной топки, действительной температуры на выходе. Расчет конвективных поверхностей нагрева (конвективных пучков котла, водяного экономайзера).
курсовая работа [139,8 K], добавлен 06.06.2013Принципиальное устройство парового котла ДЕ-6,5-14ГМ, предназначенного для выработки насыщенного пара. Расчет процесса горения. Расчет теплового баланса котельного агрегата. Расчет топочной камеры, конвективных поверхностей нагрева, водяного экономайзера.
курсовая работа [192,0 K], добавлен 12.05.2010Общая характеристика котла. Определение составов и объемов воздуха и продуктов сгорания по трактам. Расчет энтальпии дымовых газов. Тепловой баланс котельного агрегата. Основные характеристики экономайзера. Расчет конвективных поверхностей нагрева.
курсовая работа [151,1 K], добавлен 27.12.2013Тепловой баланс котельного агрегата, расчет теплообмена в топке и теплообмена пароперегревателя. Теплосодержание газов на входе и выходе, коэффициент теплоотдачи конвекцией. Расчет водяного экономайзера, воздухоподогревателя, уточнение теплового баланса.
практическая работа [270,8 K], добавлен 20.06.2010Объем и энтальпия продуктов сгорания воздуха. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата. Тепловой расчет топочной камеры. Расчет пароперегревателя, котельного пучка, воздухоподогревателя и водяного экономайзера.
курсовая работа [341,2 K], добавлен 30.05.2013Поверочный расчет котельного агрегата, работающего на природном газе. Сводка конструктивных характеристик агрегата. Топливо, состав и количество продуктов сгорания, их энтальпия. Объемная доля углекислоты и водяных паров по газоходам котельного агрегата.
курсовая работа [706,7 K], добавлен 06.05.2014Поверочный тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата и подбор вспомогательного оборудования. Расчет расхода топлива, тепловых потерь, КПД котлоагрегата, температуры и скорости газов по ходу их движения в зависимости от его параметров.
дипломная работа [656,6 K], добавлен 30.10.2014Основные характеристики котельного агрегата Е-220 -9,8-540 Г: вертикально-водотрубный, однобарабанный, с естественной циркуляцией. Поверочный расчёт топочной камеры и ширмовых поверхностей нагрева. Конструктивный расчёт конвективных пароперегревателей.
контрольная работа [2,6 M], добавлен 23.12.2014Сведения о топке и горелке котла. Топливо, состав и количество продуктов горения, их теплосодержание. Тепловой расчет топки. Расчет сопротивления газового котла, водяного экономайзера, газоходов, дымовой трубы. Выбор дымососа и дутьевого вентилятора.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 06.05.2014Назначение и параметры котельного агрегата. Описание пароводяного тракта, поверхности нагрева. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котла и топочной камеры. Расчет водяного экономайзера, уточнение теплового баланса.
курсовая работа [525,8 K], добавлен 16.06.2014Расчет объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расчетный тепловой баланс и расход топлива котельного агрегата. Проверочный расчет топочной камеры. Конвективные поверхности нагрева. Расчет водяного экономайзера. Расход продуктов сгорания.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 11.04.2012Выполнение теплового расчета стационарного парового котла. Описание котельного агрегата и горелочных устройств, обоснование температуры уходящих газов. Тепловой баланс котла, расчет теплообмена в топочной камере и конвективной поверхности нагрева.
курсовая работа [986,1 K], добавлен 30.07.2019Описание котельного агрегата ГМ-50–1, газового и пароводяного тракта. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания для заданного топлива. Определение параметров баланса, топки, фестона котельного агрегата, принципы распределения теплоты.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 30.03.2015Описание парового котла. Состав и теплота сгорания топлива. Расчёт объемов и энтальпий воздуха, теплосодержания дымовых газов и продуктов сгорания, потерь теплоты и расхода топлива, топочной камеры, теплообмена в топке и конвективных поверхностей нагрева.
курсовая работа [1000,2 K], добавлен 19.12.2015Технические характеристики котла ТГМ-151. Расчёт теплового баланса котельного агрегата. Конструкция топочной камеры. Схема внутрибарабанных устройств. Назначение регенеративного воздухоподогревателя и пароохладителя. Устройство водяного экономайзера.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 31.03.2018Действительное количество воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива. Основные конструктивные характеристики топки. Расчет теплообмена, фестона, пароперегревателя, хвостовых поверхностей и невязки теплового баланса.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 24.10.2013Описание котельного агрегата типа БКЗ-210-140. Энтальпия продуктов сгорания между поверхностями нагрева. Расчет топки, ширмового и конвективного пароперегревателя. Невязка теплового баланса парогенератора. Расчет и выбор дымососов и вентиляторов.
курсовая работа [259,2 K], добавлен 29.04.2012Порядок проведения расчетов расхода топлива (в данном случае газа), коэффициента полезного действия котельного агрегата. Выбор и обоснование экономайзера, дутьевого вентилятора и дымососа при режиме работы котла с паропроизводительностью Dпар=17 т/ч.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.03.2016Принципиальное устройство котлоагрегата. Тепловой расчет котлоагрегата. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива. Определение конструктивных характеристик топочной камеры. Расчет конвективных поверхностей, водяного экономайзера.
дипломная работа [210,9 K], добавлен 22.06.2012
