Болштянский А.П, Михайлов А.Г. Тепловой расчёт котельных установок - файл n1.doc

Болштянский А.П, Михайлов А.Г. Тепловой расчёт котельных установок
скачать (5903 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5903kb.03.11.2012 09:40скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8

Стальные экономайзеры выполняются в виде змеевиков из труб с наружным диаметром 2838 мм (толщина стенки до 4 мм). В промышленных котлах вертикальной ориентации змеевики обычно располагаются параллельно фронту котла. Для более компактной компоновки стального экономайзера применяют шахматное расположение труб и минимальные относительные шаги S1/d и S2/d. При этом относительный шаг S1/d = 2,2 – 3,5, а минимальный относительный шаг для однониточных змеевиков при холодной гибке труб S2/d = 2.

Число параллельно включенных змеевиков в пакете:

, (7.50)

где d  расход воды через экономайзер, кг/с;   массовая скорость воды на входе в экономайзер, должна быть 600800 кг/(мг-с); dвн  внутренний диаметр трубы, мм.

5. Действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере (м/с) определяется по формуле

, (7.51)

где Вр  расчетный расход топлива, кг/с или м3/с; Vг объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха, определяется из табл. 4.3; эк   среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С; Fэк площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

- при установке чугунного водяного экономайзера
Fэк = z1Fтр; (7.52)
- при установке стального водяного экономайзера
Fэк = a∙b - z1∙l∙d, (7.53)
где Fтр  площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, берется из таблицы 7.3; z1  число труб в ряду; а и b размеры газохода, м; l  длина змеевика, м; d наружный диаметр труб, м.

6. Определение коэффициента теплопередачи. Для чугунных экономайзеров коэффициент теплопередачи K = kнс определяется с помощью номограммы рисунка 7.9.

Для стальных водяных экономайзеров при сжигании газа и мазута (шахматные и коридорные пучки), а также для коридорных пучков при сжигании твердого топлива коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К),
К = 1, (7.54)
где  коэффициент тепловой эффективности, для газа и мазута принимается по таблице 7.2, а для твердого топлива  по таблице 7.1; 1 коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб, определяется по формуле (7.17).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией, входящий в формулу (7.17), определяется, как указано в п. 7 раздела 7.1, а коэффициент теплоотдачи л, учитывающий передачу теплоты излучением, подсчитывается в соответствии с пп. 8 и 9 этого же раздела. При этом температура загрязненной стенки водяного экономайзера определяется по формуле
t3 = t + t, (7.55)
где t средняя температура охлаждающей среды, принимается равной полусумме температур воды на входе в экономайзер и на выходе из него, °С; t при температуре продуктов сгорания >400 °С и сжигании твердых и жидких топлив принимается равным 60 °С, а при  400 °С  равным 25 °С. При сжигании газа для обоих случаев t = 25 °С.



Рис. 7.9. Коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров
7. Далее определяется площадь поверхности нагрева водяного экономайзера (м2)

. (7.55)
8. По полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно устанавливаются его конструктивные характеристики. Для чугунного экономайзера определить общее число труб и число ря­дов по формулам:
n = Hэктр; (7.57)
m = n/z1, (7.58)
где Hтр  площадь поверхности нагрева одной трубы, м2; z1 принятое число труб в ряду.

Для стального экономайзера определяется длина каждого змеевика (м), число петель и полную высоту пакетов экономайзера (м):

; (7.59)
zпет = lзм; (7.60)
hэк = zпетSпет, (7.61)
где d наружный диаметр труб экономайзера, м; z  полное число труб экономайзера, включенных параллельно; а' длина пакета экономайзера, м; Sпет = 2S2  шаг петли экономайзера, м; S2  расстояние между осями соседних рядов труб по ходу продуктов сгорания, м.

9. Невязка теплового баланса (кДж/кг или кДж/м3) определяется по формуле:
Q = бр – (Qл+Qк+Qпе+Qэк)(1q4/100), (7.62)

где Qл, Qл, Qпе, Qэк количества теплоты, полученные лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, пароперегревателем и экономайзером; в формулу подставляют значения, определенные из уравнения баланса.

При правильном расчете невязка не должна превышать 0,5% .

7.4. Расчёт воздухоподогревателей
В современных паровых и водогрейных котлах, особенно при сжигании влажных топлив, широко применяются воздухоподогреватели. Подача горячего воздуха в топку котлоагрегата ускоряет воспламенение топлива и интенсифицирует процесс его горения, уменьшая потери теплоты от химической и механической неполноты горения. Установка воздухоподогревателя позволяет также снизить температуру уходящих газов, что особенно существенно при предварительном подогреве питательной воды, поступающей в водяной экономайзер.

В пылеугольных топках горячий воздух используется для сушки топлива в процессе его размола и для транспортировки готовой пыли. В то же время установка воздухоподогревателя требует дополнительных капитальных затрат, увеличивает габариты котлоагрегата и сопротивление газового и воздушного тракта.

Температура подогрева воздуха выбирается в зависимости от способа сжигания и вида топлива. При сжигании каменных углей и антрацитов в слоевых топках температура подогрева воздуха не должна превышать 200 °С, а для бурых углей необходим подогрев до 150250 °С. При камерном сжигании топлива рекомендуются следующие температуры подогрева воздуха: для каменных углей 300350 °С, бурых углей и фрезерного торфа 350400 °С, природного газа и мазута 250300 °С.

Продукты сгорания, поступающие в воздухоподогреватель, охлаждаются в нем медленнее, чем нагревается воздух. Так, в среднем при охлаждении продуктов сгорания на 1 К воздух нагревается на 1,151,45 К. Это обусловлено тем, что количество продуктов сгорания и их теплоемкость больше, чем у нагреваемого воздуха, и для достижения высокого подогрева воздуха при одноступенчатом подогреве потребовалась бы поверхность нагрева воздухоподогревателя весьма больших размеров. Поэтому при необходимости высокого подогрева в современных котлоагрегатах применяют двухступенчатый подогрев, размещая воздухоподо­греватель в рассечку с водяным экономайзером.

Для промышленных паровых и водогрейных котлов в основном применяются трубчатые воздухоподогреватели, чаще всего уста­навливаемые после водяного экономайзера.

Расчет трубчатых воздухоподогревателей, установленных после водяного экономайзера, производится в такой последовательности:

1. При конструктивном расчете воздухоподогревателя выбрать диаметр труб, поперечный S1/d и продольный S2/d относительный шаг, площади поперечного сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха, число ходов. Для трубчатых воздухоподогревателей применяются трубы с наружным диаметром 3340 мм при толщине стенки 1,5 мм. При сжигании газа допускаются трубы диаметром 29 мм. Относительный поперечный шаг обычно принимается S1/d = 1,5 – 1,6, а продольный S2/d = 1,05 – 1,1. Площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания выбирается из расчета получения скорости газов 913 м/с, а для прохода воздуха  из расчета 4,5  6 м/с.

При поверочном расчете существующего воздухоподогревателя перечисленные характеристики и его поверхность нагрева определяются из чертежей.

2. Определяется минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя (°С)

tгор = вп tг.в, (7.63)

где вп  температура продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель, известна из расчета предыдущей поверхности нагрева; tг.в  температура горячего воздуха, принята при составлении уравнения теплового баланса котлоагрегата, °С.

Если значение tгор окажется меньшим 2530 оС, то при конструктивном расчете это укажет на необходимость в неоправданно большой поверхности нагрева, а при поверочном  на недостаточность имеющегося воздухоподогревателя для получения принятой температуры горячего воздуха. В обоих случаях необходимо снизить температуру горячего воздуха и произвести расчет котлоагрегата заново, или применить двухступенчатую компоновку воздухоподогревателя.

3. Определяется тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе. При предварительном подогреве воздуха в калорифере тепловосприятие в воздухоподогревателе (кДж/кг или кДж/м3)
, (7.64)
где г.в  отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому,

г.в = т т пл; (7.65)
где т, вп, пл  присосы воздуха в топку, воздухоподогреватель и системы пылеприготовления (определяются из таблиц 4.1 и 5.7); I0вп, I0г.в  энтальпия теоретического количества воздуха на входе в воздухоподогреватель и на выходе из него, опреде­ляется из таблицы 4.5 для соответствующих температур, принятых при составлении уравнения теплового баланса котла.

4. Из уравнения теплового баланса определяется энтальпия продуктов сгорания после воздухоподогревателя (кДж/кг или кДж/м3)

. (7.66)

Полученное значение Iвп сравнивается с предварительно при­нятым при составлении теплового баланса значением энтальпии уходящих газов. Если расхождение не превысит 0,5 % располагаемой теплоты , то расчет выполнен правильно.

5. В зависимости от взаимного движения воздуха и продуктов сгорания определить температурный напор в воздухоподогревателе. При прямотоке и противотоке температурный напор определяется по уравнению (7.20), а при последовательно-смешанном и перекрёстном токе – определяется по номограмме, показанной на рисунке 7.7, а параметры А, Р и R, необходимые для использования номограммы,  по формулам (7.26-7.28). Поправочный коэффициент для перекрестного тока определяется по номограмме, приведенной на рисунке 7.10, в зависимости от числа ходов. Схемы перекрестного тока с разным числом ходов показаны на рисунке 7.11.

Для использования номограммы вычисляются безразмерные параметры

, (7.67)

R = б / м, (7.68)
где ' и t' – температуры продуктов сгорания и воздуха на входе в поверхность нагрева, оС; 0  изменение (перепад) температуры при прохождении поверхности нагрева той средой, у которой перепад больше, °С; м  изменение температуры второй среды (меньше), оС.

6. Определяется скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе (м/с)

г =, (7.69)

где Bр  расчетный расход топлива, кг/с или м2/с; Vг  объем продуктов сгорании, берется из таблицы 4.3;  среднеарифметическая температура продуктов сгорания на входе и выходе из воздухоподогревателя, оС; Fвп  площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания, м2

7. Вычисляется скорость воздуха в воздухоподогревателе (м/с)

, (7.70)

где V0  теоретическое количество воздуха, необходимее для горения, берется из таблицы 4.3; t среднеарифметическая температура воздуха на входе и выходе из воздухоподогревателя, °С; F  площадь поперечного сечения для прохода воздуха, м2.

8. Рассчитывается коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке в соответствии с указаниями, приведенными в разделе 7.1, п. 7.

9. Определяется суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(маК),
1 = (к л), (7.71)
где л  коэффициент теплоотдачи излучением, для трубчатых воздухоподогревателей первой ступени (по ходу воздуха) принимается л =0;  коэффициент использования, при сжигании АШ, фрезерного торфа, мазута и древесного топлива принимается равным 0,8, а для всех остальных топлив  равным 0,85.

10. Определяется коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к воздуху, Вт/(м2К). При поперечном смывании коридорных и шахматных пучков

2 = нсzсscф, (7.72)

где н  коэффициент теплоотдачи по номограмме, при поперечном омывании коридорных пучков определяется из рисунка 7.1, при поперечном смывании шахматных пучков  из рисунка 7.2; сz, сs, cф поправки, определяемые при поперечном смывании коридорных пучков из рисунка 7.1, а при поперечном смывании шахматных пучков  из рисунка 7.2.

Для определения перечисленных выше поправок необходимо вычислить среднюю температуру воздуха

t = (tв + tв)/2, (7.73)

и относительные шаги 1 = S1/d и 2 = S2 /d.

11. Вычисляется коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К),

K=. (7.74)

12. При конструктивном расчете из уравнения теплопередачи определяется площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя (м2)

. (7.75)

При поверочном расчете (поверхность нагрева воздухоподогревателя известна) из уравнения теплопередачи определяется теплота, воспринятая воздухом (кДж/кг или кДж/м3),

. (7.76)

По значению Qвп определяется энтальпия горячего воздуха после воздухо-подогревателя (кДж/кг или кДж/м3)

. (7.77)


Рис. 7.10. Номограмма для определения температурного напора

при перекрестном токе


t

t


t

t

t

t

















t

1)

2)

3)

4)


t


Рис. 7.11. Схемы перекрестного тока с разным числом перекрестов,

указанным на кривых внизу рис. 7.10:

1  однократный перекрест; 2  двукратный; 3  трехкратный; 4  четырехкратный

По величине I0г.в из таблицы 4.5 определяется температура горячего воздуха после воздухоподогревателя tг.в. Если эта темпе­ратура отличается от принятой при составлении уравнения тепло­вого баланса (см. гл. 5) не более чем на ±40 °С, то расчет считается оконченным. В противном случае расчет котлоагрегата следует повторить, задавшись новой температурой горячего воздуха, близкой к полученной.

8. Математические приёмы решения задачи на ЭВМ

и рекомендации по программированию.
Применение ЭВМ при курсовом и дипломном проектировании освобождает учащихся от утомительной вычислительной работы и позволяет решать задачи выбора оптимальных вариантов при конструировании узлов котельного агрегата и проектировании котельных цехов.

Приведенная ниже программа составлена для поверочного теплового расчета паровых котлов горизонтальной ориентации, вырабатывающих перегретый или насыщенный пар при сжигании природного, жидкого и газообразного топлива.

Программа написана на языке «Turbo Pascal», что позволяет без труда изменять ее отдельные блоки и дополнять программу новыми.

В программе осуществлен последовательный расчет объемов продуктов сгорания и воздуха, энтальпий продуктов сгорания по всем газоходам, теплового баланса, расчет топки, пароперегревателя, конвективных поверхностей нагрева и водяного экономайзера. Промежуточные данные выдаются в процессе расчета на экран дисплея в виде таблиц.

Расчет на компьютере имеет следующие особенности:

1. При расчете энтальпий воздуха и продуктов сгорания использованы следующие зависимости удельной теплоемкости азота и водяных паров от температуры:



Для определения энтальпий при промежуточных температурах (прямая задача) и температур по заданным энтальпиям (обратная задача) использовался интерполяционный полином Лагранжа. Входными параметрами программы полинома Лагранжа являются: число узловых точек N, значения аргумента и функции в узловых точках X(I), Е(I) (I=1..N) и промежуточное значение аргумента ХS. Выходным параметром U является значение функции в точке ХS. При решении прямой задачи аргументом являются температуры, при решении обратной – энтальпия.

При расчете топки используется следующая итерационная процедура: в начале расчета предварительно принимается температура TN. Если действительная температура на выходе из топки т, отличается от предварительно принятой более чем на 50 °С, определяется новое значение температуры TN=(TN+)/2 при которой расчет повторяется.

2. При расчете пароперегревателя и конвективных поверхностей нагрева коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2·К), определяется по формуле

.

Здесь для пароперегревателя К1=16,95; К2=0,4; К3=0,8; для конвективной поверхности нагрева К1=18,47; К2=0,33; КЗ=0,65. Значения теплопроводности ?, кинематической вязкости и критерия Прандтля Рr при средней температуре потока определяются с помощью полинома Лагранжа.

3. При расчете конвективных поверхностей нагрева коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, Вт/(м2∙К), находится по формуле



где показатель степени n = 4 для твердого топлива, n = 3,6 для газа и мазута.

4. При расчете конвективных поверхностей нагрева поиск действительной температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева осуществляется следующим образом.

Предварительно принятые температуры предполагаемого интервала задаются пользователем. Действительная температура после конвективной поверхности нагрева определяется по формуле
.

Затем расчет повторяется при температуре , после чего сравниваются значения Qб и QТ при этой температуре. Если расхождение между Qб и QТ составляет менее 0,5 %, то расчет считается законченным. В противном случае, если Qб>QТ исходный интервал температур сужается до интервала []. При Qб<QТ исходный интервал температур сужается до интервала []. Затем весь процесс повторяется.

5. При расчете водяного экономайзера производится автоматический выбор оптимального числа труб в ряду. Это достигается перебором вариантов, при котором добавляется по одной трубе, начиная с трех, до тех пор, пока скорость продуктов сгорания не станет меньшей или равной 9 м/с.

Для лучшего понимания логики программы на рис. 8.1 приведена структурная схема алгоритма, где обозначены её разделы, выполняющие определенные этапы расчета.


Рис. 8.1 Блок-схема теплового расчёта котла

1 – ввод топлива (уголь и мазут) и присосов воздуха; 2 – ввод газа и расчёт теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания; 3 – расчёт теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания для угля и мазута; 4, 5 – расчёт действительных объёмов продуктов сгорания; 6   вывод на экран дисплея результатов расчёта объёмов воздуха и продуктов сгорания; 7 – задание энтальпий 1 м3 воздуха и газообразных продуктов сгорания; 8 – расчёт энтальпий теоретического объёма воздуха и продуктов сгорания; 9, 10 – расчёт энтальпий избыточного воздуха и энтальпий действительного объёма продуктов сгорания, вывод на экран дисплея таблицы I=f(); 11 – тепловой баланс и расчёт расхода топлива; 12 – вывод на экран дисплея таблицы расчёта теплового баланса; 13 – ввод исходных данных для расчёта топки; 14 – расчёт коэффициента ослабления лучей; 15 – расчёт температуры на выходе из топки; 16 – вывод на экран дисплея таблицы результатов расчёта топки; 17 – ввод исходных данных для расчёта конвективной поверхности нагрева, проверка на окончание вычислений и определение входных данных для следующей итерации; 18 – определение Qб, расчётной температуры потока продуктов сгорания и температурного напора для конвективной поверхности нагрева; 19 – расчёт пароперегревателя; 20 – расчёт гкли 2 для пароперегревателя и конвективных поверхностей нагрева; 21 – вывод на экран дисплея результатов расчёта конвективной поверхности нагрева; 22 – определение коэффициента теплопередачи, средней логарифмической разности температур и теплоты, воспринятой конвективной поверхностью нагрева; 23 – вывод на экран дисплея результатов расчёта пароперегревателя; 24 – расчёт водяного экономайзера; 25 – выбор оптимальной скорости продуктов сгорания в водяном экономайзере; 26 – вывод на экран дисплея результатов расчёта водяного экономайзера; 27 – вычисление интерполяционного полинома Лагранжа.

Приложение 1






Котлоагрегат ДЕ–16–14. Вид спереди



Котлоагрегат ДЕ-16-14. Вид спереди (разрез)

Приложение 2








Котлоагрегат ДКВР-20-13. Вид спереди (разрез)

1 – верхний барабан; 3 – экранные поверхности; 5 – загрузочные окна;

6 – горелка; 7 – выход пара; 8 – линия подачи воды; 10 – фундамент;

12 – лестницы
Библиографический список


  1. Михайлов, А.Г. Теплообмен в топочном устройстве котельной установки//Динамика систем, механизмов и машин. Материалы V Международной научно-технической конференции / А.Г. Михайлов, Е.А. Русин. Омск, 2004. Т.2. – С.46-49.

  2. Михайлов, А.Г. Тепловой расчёт котлоагрегата для получения насыщенного пара / А.Г. Михайлов, Е.А. Русин, А.К. Кужбанов. М.: ВНТИЦ, 2005. – №50200500074.

  3. Сидельковский, Л.Н. Котельные установки промышленных предеприятий / Л.Н. Сидельковский, В.Н. Юренев. М.: Энергоатомиздат, 1988.– 528с.

  4. СНиП 2.04.07-86. Тепловые сети. М.: Стройиздат, 1994

  5. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. М.: Стройиздат, 2004.

  6. СНиП II-35-76. Котельные установки. М.: Стройиздат, 1977.

  7. Эстеркин, Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование / Р.И. Эстеркин. Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 280с.

  8. Эстеркин, Р.И. Промышленные котельные установки / Р.И. Эстеркин. Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 240с.


Оглавление





Введение ……………………………………………………………………

3

1.

Организация курсового проектирования ………………………………...

4

1.1.

Задачи и тематика курсового проектирования…………………………...

4

1.2.

Исходные данные и объём курсового проекта…………………………...

5

1.3.

Оформление пояснительной записки и чертежей………………………..

5

2.

Определение состава топлива и конструктивных характеристик

котлоагрегата……………………………………………………………….


10

2.1.

Определение состава и теплоты сгорания топлива ……………………...

10

2.2.

Пересчёт состава топлива с одной массы на другую ……………………

16

3.

Определение конструктивных характеристик котлоагрегата …………..

18

4.

Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания …………...

22

4.1.

Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам ……………………………………………………...


22

4.2.

Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания ………………………….

24

4.3.

Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания ………………………..

27

5.

Расчётный тепловой баланс и расход топлива …………………………..

30

5.1.

Расчёт потерь теплоты …………………………………………………….

30

5.2.

Расчёт КПД и расхода топлива …………………………………………...

35

6.

Расчёт топочных камер ……………………………………………………

39

6.1.

Определение геометрических характеристик топок …………………….

39

6.2.

Расчёт однокамерных топок ………………………………………………

42

7.

Расчёт конвективных поверхностей нагрева …………………………….

54

7.1.

Расчёт конвективных пучков котла ………………………………………

54

7.2.

Расчёт конвективных пароперегревателей ………………………………

65

7.3.

Расчёт водяных экономайзеров …………………………………………...

72

7.4.

Расчёт воздухоподогревателей ……………………………………………

76

8.

Математические приёмы решения задачи на ЭВМ и рекомендации по программированию ………………………………………………………..

81




Приложение 1. Котлоагрегат ДЕ–16–14. ………………………………...

85




Приложение 2. Котлоагрегат ДКВР-20-13. ………………………………

88




Библиографический список ……………………………………………….

91


1   2   3   4   5   6   7   8


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации