Поверочный тепловой расчет котельного агрегата

 

Мордовский государственный университет

имени Н.П. Огарева

Институт механики и энергетики

Кафедра теплоэнергетических систем

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Поверочный тепловой расчет котельного агрегата

Автор курсовой работы Е.А. Стенин

Специальность 140106 Энергообеспечение производства

Руководитель работы В.А. Агеев

Саранск 2009

Задание на контрольную работу по дисциплине "Теплогенерирующие установки"

Студент Стенин Е.А.

. Тема: Поверочный тепловой расчет котельного агрегата

. Срок представления работы к защите

. Исходные данные для работы: котлоагрегат ДКВР 4-13, D=4 т/ч, пар насыщенный, tпв=100°С,tух=150°С, мазут сернистый.

. Содержание работы

.1 Расчет топочной камеры

.2 Расчет конвективных пучков котла

.3 Расчет водяных экономайзеров

Руководитель работы ________________________ В.А. Агеев

Задание принял к исполнению _________________________

Содержание

1. Расчет топочной камеры

1.1 Определение геометрических характеристик топок

1.2 Расчет однокамерной топки

2. Расчет конвективных поверхностей нагрева

2.1 Расчет конвективных пучков котла

2.2 Расчет водяного экономайзера\

Список использованных источников

1. Расчет топочной камеры

1.1 Определение геометрических характеристик топок

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экранов м2 [2].

Степень экранирования топки

, (1.1.1)

где - полная площадь поверхности стен топки, м2, м2 [2].

1.2 Расчет однокамерной топки

Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры °С.

По таблице 2.5 контрольной работы №1 определяем энтальпию продуктов сгорания кДж/м3.

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке, кДж/м3,

, (1.2.1)

где - теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/м3.

тепловой котельный агрегат топка

Теплота, вносимая в топку воздухом, для промышленных и водогрейных котлов, не имеющих воздухоподогревателя, определяется как

(1.2.2), кДж/м3.

кДж/м3.

Определяется коэффициент тепловой эффективности экранов

(1.2.3)

где - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой, принимается по таблице 4.1 [1].

.

Определяем эффективную толщину излучающего слоя, м,

, (1.2.4)

где - объем топочной камеры, м3.

м.

Определяем коэффициент ослабления лучей, (м×МПа) - 1

, (1.2.5)

где - суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из таблицы 2.3 расчетной работы №1;

- коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

- коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, (м×МПа) - 1, определяется по формуле

, (1.2.6)

где

- парциальное давление трехатомных газов, МПа;

- давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува, принимается МПа;

- объемная доля водяных паров, из таблицы 2.3 расчетной работы №1; - абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К.

(м×МПа) - 1.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м×МПа) - 1,

, (1.2.7)

где , - содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

При сжигании природного газа

.

(м×МПа) - 1.

(м×МПа) - 1.

Степень черноты факела определяем по номограмме 4.5 [1] при . .

Степень черноты топки для камерной топки при сжигании газа

. (1.2.8)

.

Параметр в зависимости от относительного положения максимума температура пламени по высоте топки при сжигании газа и мазута определяется по формуле

. (1.2.9)

Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяется как отношение высоты размещения горелок к общей высоте топки

, (1.2.10)

где подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок, м;

- как расстояние от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна топки, м.

.

.

Определяется средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 м3 газа при нормальных условиях, кДж (м3×К):

, (1.2.11)

где - теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из таблицы 2.5 расчетной работы №1 по значению ;

- энтальпия продуктов сгорания берется из таблицы 2.5 расчетной работы №1 при принятой на выходе из топки температуре .

.

Действительная температура на выходе из топки,°С, определяется по формуле

. (1.2.12)

°С.

2. Расчет конвективных поверхностей нагрева

2.1 Расчет конвективных пучков котла

Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе, принимается по [2] м2.

Площадь живого сечения, м2, для прохода продуктов сгорания при поперечном омывании гладких труб

, (2.1.1)

где и - размеры газохода в расчетных сечениях, м, по [2];

- длина труб (при изогнутых трубах - длина проекции труб), м, по [2];

- наружный диаметр труб, м, по [2];

- число труб в ряду, по [2];

м2.

Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после конвективной поверхности нагрева: и . В дальнейшем весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур.

Определяется теплота, отданная продуктами сгорания (кДж/кг или кДж/м3),

, (2.1.2)

где - коэффициент сохранения теплоты;

- энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по таблице 2.5 расчетной работы №1 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по таблице 2.5 расчетной работы №1 при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева;

- присос воздуха в конвективную поверхность нагрева;

- энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха °С.

Для

кДж/м3.

Для

кДж/м3.

Вычисляем расчетную температуру потока продуктов сгорания, °С, в конвективном газоходе

, (2.1.3)

где и - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.

Для

°С.

Для

°С.

Определяем температурный напор,°С,

, (2.1.4)

где - температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле,°С.

Для

°С.

Для

°С.

Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с,

, (2.1.5)

где - расчетный расход топлива, м3/с;

- площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (п.1), м2;

- объем продуктов сгорания по таблице 2.3 расчетной работы №1, м3/м3.

Для

м/с.

Для

м/с.

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/ (м2К),

, (2.1.6)

где - коэффициент теплоотдачи, Вт/ (м2К), определяемый по номограмме 5.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков;

- поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется по номограмме 5.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков;

- поправка на компоновку пучка, определяется по номограмме 5.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков;

- коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется по номограмме 5.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков.

По [2] определяем поперечный шаг труб м (в поперечном направлении по отношению к потоку); продольный шаг труб м (в продольном направлении по отношению к потоку); относительный поперечный шаг и относительный продольный шаг

.

Для

Вт/ (м2К).

Для

Вт/ (м2К).

Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме 4.5 [1]. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину

, (2.1.7)

где - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется по (1.2.6);

- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, при сжигании жидкого топлива и газа принимается ;

- концентрация золовых частиц;

- давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа.

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м,

. (2.1.8)

м.

Для

(м×МПа) - 1.

.

Степень черноты газового потока .

Для

(м×МПа) - 1.

.

Степень черноты газового потока .

Определяем коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/ (м2×К). Для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

, (2.1.9)

где - коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме 5.4 [1];

- степень черноты газового потока;

- коэффициент, определяется по рисунку 5.4 [1].

Для определения и коэффициента вычисляем температуру загрязненной стенки, °С,

, (2.1.10)

где - средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле;

- при сжигании жидких топлив принимается равной 60°С, при сжигании газа 25°С.

°С.

Для

Вт/ (м2×К).

Для

Вт/ (м2×К).

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/ (м2×К),

, (2.1.11)

где - коэффициент использования, учитывающей уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимается .

Для

Вт/ (м2×К).

Для

Вт/ (м2×К).

Вычисляется коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2×К),

, (2.1.12)

где - коэффициент тепловой эффективности, определяемый из таблицы 5.1 [1] в зависимости от вида сжигаемого топлива. Для

Вт/ (м2×К).

Для

Вт/ (м2×К).

Определяем температурный напор для испарительной конвективной поверхности нагрева, °С, по формуле

, (2.1.13)

где - температура насыщения при давлении в паровом котле, определяется из таблиц для насыщенных водяных паров, °С. Для

°С.

Для

°С.

Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева на, кДж/м3, по формуле

. (2.1.14)

Для

кДж/м3.

Для

кДж/м3.

Действительная температура на выходе из конвективной поверхности нагрева, °С, определяется по формуле

. (2.1.15)

°С.

2.2 Расчет водяного экономайзера\

По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты, кДж/м3, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов

, (2.2.1)

где - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/м3;

- энтальпия уходящих газов, определяется из таблицы 2.5 расчетной работы №1 по температуре уходящих газов, кДж/м3;

- присос воздуха в экономайзер;

- энтальпия теоретического количества воздуха, кДж/м3.

кДж/м3.

Определяем энтальпию воды после водяного экономайзера, кДж/кг,

, (2.2.2)

где - энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг;

- паропроизводительность котла, кг/с;

- расход продувочной воды, кг/с.

кДж/кг.

По энтальпии воды после экономайзера и ее давлению из таблиц для воды и водяного пара определяем температуру воды после экономайзера °С.

Определяем температурный напор, °С,

, (2.2.3)

где , - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.

°С.

°С.

°С.

Выбираем конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Экономайзер ВТИ, длина 2000 мм, площадь поверхности нагрева с газовой стороны 2,95 м2, площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания 0,12 м2. Число труб в ряду принимаем .

Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с, по формуле

, (2.2.4)

где - среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С;

- площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2.

Среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С, определяется по формуле (2.1.3)

°С.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2, при установке чугунного водяного экономайзера

, (2.2.5)

где - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, м2;

- число труб в ряду.

м2.

м/с.

Коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров, Вт/ (м2×К), определяется с помощью номограммы 5.9 [1].

Вт/ (м2×К).

Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера, м2,

. (2.2.6)

м2.

По полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно устанавливаем его конструктивные характеристики. Для чугунного экономайзера определяем общее число труб и число рядов по формулам:

, (2.2.7), , (2.2.8)

где - площадь поверхности нагрева одной трубы, м2.

..

Определяем невязку теплового баланса, кДж/м3,

, (2.2.9)

где , , , - количества теплоты, воспринятые лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, пароперегревателем и экономайзером, кДж/м3.

кДж/м3.

Невязка баланса 0,026% , что не превышает допустимые 0,5%.

Список использованных источников

1.Агеев В.А. Тепловой расчет котельных установок. Методические указания для курсового проектирования. - Саранск: Изд-во мордов ун-та, 2001.

2.Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под ред. К.Ф. Роддатиса. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.

.Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Кузнецова и др. - М.: Энергия, 1973.

.Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.

.Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985.

Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева Институт механики и энергетики Кафедра теплоэнергетических систем

Больше работ по теме: