Расчет параметров отопительной установки

Размещено на http://allbest.ru

Введение

тепловой энергия котельный топка

Теплогенерирующей установкой называют совокупность устройств и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха.

Тепловая энергия - один из основных видов энергии, используемой человеком для обеспечения необходимых условий его жизнедеятельности.

Комплексы устройств, производящих тепловую энергию и доставляющих ее в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха потребителю, называются системами теплоснабжения.

Источниками энергии, в том числе и тепловой, могут служить вещества, энергетический потенциал которых достаточен для последующего преобразования их энергии в другие ее виды с целью последующего целенаправленного использования.

В качестве топлива в котельных используют мазут, природный газ, уголь.

В данной работе выбрана отопительно-производственная котельная, где используются котлы типа ДЕ 16-14ГМ, работающие на природном газе.

Исходные данные:

Тип котельной - отопительно-производственная.

Суммарная тепловая нагрузка - 60 т/ч, в том числе:

- на горячее водоснабжение - 6 т/ч,

- на технологические нужды - 10 т/ч,

- на собственные нужды - 4 т/ч,

- на отопление и вентиляцию -40 т/ч.

Вид топлива: основное - природный газ Каневского месторождения, состав:

резервное - сернистый мазут М 100, состав :

Параметры вырабатываемого пара:

- давление - 1,3 МПа,

- вид - насыщенный.

Температура питательной воды - 70°С

Температура воздуха в котельной - 25°С

Величина непрерывной продувки - 5 %

Место расположения котельной - г. Санкт-Петербург

Параметры сетевой воды:

- температура в подающей магистрали - 150°С,

- температура в обратной магистрали - 70°С.

Тип системы теплоснабжения - закрытая

Система водоподготовки - двухступенчатая натрий-катионовая

Дегазация - в атмосферном деаэраторе

Доля возврата конденсата с производства - 0,2 %



1. Расчет материального баланса горения газового топлива

Расчет низшей и высшей теплоты сгорания топлива

Низшая теплота сгорания топлива - кол-во теплоты, выделяемое 1кг или 1мі топлива за вычетом кол-ва теплоты, необходимой для испарения влаги.

- низшая теплота сгорания компонента, содержащегося в составе сложной газовой смеси (табл.5[2]),

-удельная объемная доля компонента.

Высшая теплота сгорания топлива - кол-во теплоты, выделяемой 1кг или 1мі топлива при полном его сгорании и условии, что образующиеся при сгорании топлива водяные пары сконденсировались с выделением теплоты.

- высшая теплота сгорания компонента, содержащегося в составе сложной газовой смеси (табл.5[2]).



Расчет теоретического расхода сухого воздуха

Vi - теоретическая потребность i-го компонента в атомарном кислороде, необходимом для полного сгорания компонента

ri - объёмные доли i-х компонентов, входящих в состав газовой смеси,

В практических расчётах вычисление теоретической потребности в О2 газовых смесей можно производить по формуле

,

где коэффициенты, стоящие перед компонентами газовой смеси,

- это теоретическая потребность в кислороде компонентов смеси, Н2, СО, СН4 , ... - процентное содержание компонентов, входящих в состав газовой смеси.

=0,0476·(2·87+3,5·5,9+5·1,5+6,5·1+8·0,4)=10,08

Теоретический расчет влажного воздуха

где - теоретический объём сухого воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м3 газовой смеси, ;

dв - влагосодержание атмосферного воздуха, г/кг.

=10,084+0,00124·14·10,084=10,259

Действительный расход влажного воздуха

где a - коэффициент избытка воздуха.

=10,234·1,12=11,462

Расчет объёмов отдельных компонентов продуктов сгорания газовых смесей.

,

,

,

где - объёмы компонентов СО2, Н2О, N2, O2 , , содержащихся в продуктах сгорания;

Н2 , СО, СН4 ,... - процентное содержание отдельных компонентов, входящих в состав газовой смеси;

dв , dг - влагосодержание подаваемого на горение воздуха и газа, г/кг;

a - коэффициент избытка воздуха.

=0,01·(1,2+87+1·87+2·5,9+3·1,5+4·1+5·0,4)=1,975

=0,01·(2·87+3·5,9+4·1,5+5·1+6·0,4)+0,00124·1,12·14·10,084=2,247

=0,79·10,084·1,12+0,01·3=8,952

=0,21·(1,12-1)·10,084=0,254

Расчет полного объёма влажных продуктов сгорания.

,

=1,975+2,247+8,952+0,254=13,428

Объёмная доля диоксида углерода.

Объёмная доля 3х атомных газов

Парциальное давление диоксида углерода

,

где PТ =0,1 МПа -давление в топке

Парциальное давление водяных паров.



Парциальное давление 3х атомных газов.

Расчет коэффициента избытка воздуха для котлоагрегата.

бг=1,12 - коэффициент избытка воздуха газовой смеси

Дб- присос- воздух, который поступает внутрь котла через неплотности обмуровки и гарнитуры, при работе котла под разрежением ( давлением меньшим, чем атмосферное).

Дбт=0,1

Дбкп1=0,1

Дбкп2=0,1

Дбэкон=0,1

бт= бг+ Дбт=1,12+0,1=1,22

бкп1= бт+ Дбкп=1,22+0,1=1,32

бкп2= бкп1+ Дбкп2=1,32+0,1=1,42

ээкон= бкп2+ Дбэкон=1,42+0,1=1,52

Подбор котельного оборудования.

Условия подбора:

1. Все установленные в котельной котлы должны иметь одинаковый тип и производительность (тепловую мощность).

2. Количество котлов должно быть не менее2х и не более 4х.

3. Все установленные котлы должны работать с максимальным КПД как зимой, так и летом (близкий к 100% тепловой нагрузкой).

Зимняя нагрузка Dзим=60 т/ч.

Летняя нагрузка

Dлет=Dзим-Dотоп, вентил.=60-40=20 т/ч

Nкот=D: расч. производительность

ДЕ -16-14ГМ

Nкот.зим=60:16=4 шт

Nкот.лет=20:16=2шт

зн=Dзим.:(N·Pкот)·100, %

зн=60:(4·16)·100=93,75 %

зн=20:(2·16)·100=62,5 %

ДЕ -25-14ГМ

Nкот.зим=60:25=3 шт

Nкот.лет=20:25=1шт

зн=60:(3·25)·100=80 %

зн=20:(1·25)·100=80 %

В данной котельной наиболее эффективно установить котлы типа

ДЕ-16-14ГМ

Расчет температуры горения.

Различают следующие температуры горения газов: температуру жаропроизводительности, калориметрическую, теоретическую, действительную.

Температура жаропроизводительности tж - это максимальная температура продуктов полного сгорания газа, которая может развиться при адиабатических условиях, т. е. без подвода и отвода теплоты, с коэффициентом избытка воздуха a = 1,0, при температуре газа t г' и воздуха tв ' , равной 0 °С.



,

где -сумма произведений удельных объёмов и теплоёмкостей компонентов продуктов сгорания.

В развёрнутом виде температуру жаропроизводительности можно представить как

где - низшая теплота сгорания газовой смеси в пересчёте на рабочий состав топлива, кДж/міг ;

- объёмы компонентов СО2, Н2О, N2, содержащихся в продуктах сгорания газа, мі /міг , вычисленных при a =1 и температуре tж;

- удельная объёмная теплоёмкость при постоянном давлении компонентов СО2, Н2О, N2, кДж/м3Чград, при температуре жаропроизводительности газовой смеси tж

Примем tж=1800°С при б=1

tж=38218,4:(1,975·2,4125+2,226·1,9278+7,996·1,4746)=1833°С

1833-1800=33 < 50

tж=1833°С

Температура калориметрическая.

Калориметрическая температура tк определяется без учёта диссоциации водяных паров и диоксида углерода, но с учётом фактической температуры подаваемого газа и воздуха. Она отличается от температуры жаропроизводительности tж тем, что температура газа и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха б принимаются по их действительным значениям.

где qфиз - физическая теплота, вносимая в топочный объём с воздухом и газовым топливом, кДж/міг ;

- объёмы компонентов СО2, Н2О, N2, О2, содержащихся в продуктах сгорания газа при действительном коэффициенте избытка воздуха б> 1 и температуре tк, мі /міг ;

- объёмная теплоёмкость при постоянном давлении компонентов СО2, Н2О, N2, О2 и температуре tк, кДж/м3Чград.

Физическая теплота, вносимая в топочный объём, кДж/міг, определяется по формуле

где - физическая теплота, вносимая в топочный объём с газовым топливом, кДж/міг ;

- физическая теплота, вносимая в топочный объём с воздухом, кДж/міг .

где Vi - объёмные доли i-х компонентов, входящих в состав газовой смеси. Определяются по составу газовой смеси, м і/міг ;

- средняя удельная теплоёмкость при постоянных давлении и температуре i-го компонента, входящего в состав газовой смеси, кДж/м3Чград. Принимается по таблицам справочной литературы или по табл. 3 прил. II[2] ;

- начальная температура газовой смеси, °С.

где- действительный расход воздуха, мів/міг .

- средняя удельная теплоёмкость воздуха при постоянных давлении и температуре, кДж/м3?град. Находится по таблицам справочной литературы или по табл. 1 прил. II[2];

- температура подаваемого в топочный объём воздуха, °С;

=16°С

=25°С

,- проинтерполируем для заданных температур.

=(1,564·0,87+2,257·0,059+3,122·0,015+4,221·0,01+5,243·0,004)·16+

+11,462·1,325·25=403,34 кДж/міг

Примем tк=1700°С

tк=( 38218,4 + 403,34 ): (1,975·2,3944+2,247·1,9055+8,952·1,4671+ 0,254·1,5511 )=1716°С

1716-1700=16<50

tк=1716°С

Температура теоретическая.

Теоретическая температура tт - это максимальная температура, которая определяется аналогично калориметрической tк, но с поправкой на отбор теплоты эндотермическими реакциями (т. е. реакциями диссоциации диоксида углерода и водяного пара, идущего с увеличением объёма и поглощением тепловой энергии)

Теоретическая температура горения, °С, может быть определена по формуле

где qдис - суммарные затраты теплоты на частичную диссоциацию СО2 и Н2О в продуктах сгорания, кДж/міг ;

- сумма произведений объёма и средней удельной теплоёмкости продуктов сгорания с учётом диссоциации.

В развёрнутом виде

где а и у- степень диссоциации водяного пара и диоксида углерода, % от исходного их количества.

Степень диссоциации возрастает с повышением температуры и снижением их парциального давления в смеси продуктов сгорания.

До температуры 1600 °С степень диссоциации ничтожно мала и в расчётах может не учитываться, т. е. в этом случае теоретическая температура горения может приниматься равной калориметрической. При более высоких температурах степень диссоциации может существенно снижать температуру в рабочем пространстве.

а =0,9

у=2,5

=(38218,4+403,34-(100·0,9·2,247+120·2,5·1,975)):(1,975·2,3944 +2,247·1,9055+8,952·1,4671+0,254·1,5511)=1681°С

tт=1681°С

Действительная температура.

Действительная (расчётная) температура tд - это максимальная температура, которая достигается в реальных условиях в наиболее нагретой точке факела.

Она значительно ниже теоретической и зависит от потерь теплоты в окружающую среду,степени отдачи теплоты из зоны горения излучением, растянутости процесса горения во времени и др. Действительные усреднённые температуры в топках промышленных печей и котлов определяются по тепловому балансу или приближённо по теоретической или калориметрической температуре горения в зависимости от температуры в топках с введением в них экспериментально установленных поправочных коэффициентов:

где з - пирометрический коэффициент, который зависит от конструкции топки и принимается по таблицам справочной литературы.

tд=1681·0,7=1177°С



2. Тепловой баланс котлоагрегата

Тепловой баланс для печей непрерывного действия - применительно к одному часу работы печи.

В общем виде уравнение теплового баланса для любой тепловой установки имеет вид

статьи часового прихода теплоты в тепловую установку, кДж/ч;

статьи часового расхода теплоты из тепловой установки, кДж/ч.

Распределение теплоты, вносимой в котел при сжигании топлива, на полезно использованную теплоту и тепловые потери носит название теплового баланса.

Тепловой баланс составляется на 1 кг твёрдого топлива или жидкого топлива и 1 м3 газообразного топлива.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

- располагаемая теплота топлива;

- полезно используемая теплота для производства водяного пара;

- потери теплоты с уходящими газами;

потери теплоты от химической неполноты сгорания;

- потери теплоты от механической неполноты сгорания (для твёрдого топлива);

- потери теплоты в окружающую среду;

- потери с физической теплотой шлаков (для твёрдого топлива)

Если отнести все слагаемые теплового баланса к располагаемой теплоте и выразить их в процентах.

Располагаемая теплота топлива определяется по уравнению:

Расчет потерь теплоты с уходящими газами.

Энтальпия уходящих газов при бэк = 1,52

=(1,975·1,8018+2,317·1,5267+12,139·1,3045+ 1,101·1,3398)·200 =4596кДж/кг

Потери теплоты с уходящими газами.

Q2 =(4596-1,52·379,678)·((100-0):100)=4018,89кДж/мі

Потеря теплоты в окружаюшую среду.

q5=1,4 %

Расчет коэффициента полезного действия котельного агрегата (брутто)

Для газовых котлов

Расчет часового расхода газа.

,

где Nкот - тепловая мощность котла,Nкот=10900 кВТ- паспортные данные котла.

Расчет количества теплоты , переданное нагреваемому теплоносителю.

,

Где Dнп-паропроизводительность котлоагрегата - 16000 кг/ч

Dпр - расход продувочной воды - Dнп·5%:100=800 кг/ч

iнп - энтальпия насыщенного пара табл.5.3.[1]

iпв - энтальпия питательной воды Св·tв=4,19·70=293,3

iкип - энтальпия воды на линии насыщения при давлении теплоносителя в теплоагрегате .

Коэффициент сохранения теплоты.

ц=1- 1,4:(88,2+1,4)=0,98



3. Тепловой расчет топки

Конструктивные характеристики топки

ш-степеь экранирования топки

ш=Fл : Fст,

где Fл - (Hл )- полная лучевоспринимающая поверхность топки

Fл=48,1 мІ

Fст= общая площадь поверхности стен топки 51,84мІ

ш=0,93

S- толщина излучающего слоя топочного пространства

S= 3,6·(Vт:Fст),м

где Vт- объем топки

Vт=22,5мі

Поверочный расчет топки.

Примем температуру продуктов сгорания на выходе из топки 1000°С

Энтальпия продуктов сгорания.

,

при бт=1,22

Расчетная температура продуктов сгорания.



ТТ=1716+273=1989К,

tк-температура калориметрическая

Параметр поля температур в топке

М=А-В·ХТ

А=0,54

В=0,2

ХТ=hт:Hт

hт=0,75

Hт=1,5

ХТ=0,5

М=0,44

Степень черноты топки.

бф=бсв·m+бн.св·(1-m)

m=0,1( при сжигании газа)



rП=0,294 (мат. баланс при бт=1,22)

rH2O=0,157(мат. баланс при бт=1,22)

PП= rП·Pт= 0,0294

Tпс=1273К

кс-коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

бф=0б6867

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов

ш=0,93 степень экранирования

о=0,65



Критерий Больцмана

сs=20,53·10?8 кДж/мІ·ч·К4

989-1000=-11<±50

Температура продуктов сгорания на выходе из топки 989°С

Количество теплоты, воспринимаемое лучевоспринимающими экранами

Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающих экранов



Удельное тепловое напряжение топочного объёма.

Размещено на Allbest.ru

...