Томский Г.И. Тепловой расчет стационарного котла - файл n1.doc

Томский Г.И. Тепловой расчет стационарного котла
скачать (3935 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3935kb.20.11.2012 07:24скачать

n1.doc

  1   2   3   4


ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВО
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Мурманский государственный технический университет»


Кафедра Энергетики и транспорта

Тепловой расчет стационарного котла




Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по дисциплине

«Стационарные паровые и водогрейные котлы»

для студентов очно - заочной формы обучения

специальности 140106 «Энергообеспечение предприятий»

Мурманск

2009


Составитель - Герман Иванович Томский, доцент кафедры «Энергетики и транспорта».

Методическое пособие рассмотрено и одобрено кафедрой 15 апреля 2009 года, протокол №5.
Рецензент - Владимир Александрович Пименов, доцент кафедры «Энергетики и транспорта».


  1. Тепловой расчет стационарного котла.


    1. Введение.

Курсовой проект является завершающим этапом изучения дисциплины «Стационарные паровые и водогрейные котлы» и имеет целью - научить студентов самостоятельно решать инженерные задачи, анализировать и разрабатывать рекомендации по повышению эффективности работы котлов.

Тепловой расчет может быть конструктивным или поверочным. При конструктивном расчете задается производительность котла, параметры пара, экономичность котла. Для этих величин выполняется компоновка поверхности нагрева, определяются размеры конвективных и радиационных поверхностей, обеспечивающих требуемую производительность с заданным КПД.

Студенты специальности 140106 «Энергообеспечение предприятий», как правило, выполняют проверочный расчет. Проверочный расчет котла или отдельных его элементов выполняется для заданной существующей конструкции с целью определения показателей ее работы. В результате поверочного расчета определяется: коэффициент полезного действия котельного агрегата, расход топлива, температура газов за рассчитываемыми поверхностями нагрева, температура уходящих газов, энтальпия пара и воды за пароперегревателем и водяным экономайзером, температура горячего воздуха за воздухоподогревателем.

Студентам выдаются индивидуальные задания, которые включают в себя необходимые исходные данные для выполнения расчета: тип котельного агрегата, производительность, рабочее давление, параметры вырабатываемого пара, температура питательной воды и воздуха поступающего в котел, вид топлива и основные данные по его составу.

По согласованию с руководителем проекта тема может быть изменена, если студентом будет предложена разработка проекта по повышению эффективности работы котельной установки или ее элементов.

Проект состоит из расчетной записки и графической части.

Расчетная записка включает в себя следующие разделы:

Графическая часть проекта представляет чертежи общего вида, выполненные на 1-2 листах формата А-1, иллюстрирующие данные, использованные в расчетной части.

Выполненный проект сдается на кафедру, и после проверки руководителем, допускается к защите.


    1. Описание котельного агрегата.

Прежде, чем приступать к расчетной части котельного агрегата, студент должен отчетливо представлять его конструкцию и схему работы. С этой целью выполняется эскиз с указанием габаритных и основных размеров котла (прототипа) и его элементов.

Описание конструкции котельного агрегата следует выполнять, используя данные рекомендованного прототипа и прилагаемого эскиза.

В описание должно быть включено:

Тепловая схема котельного агрегата должна отражать движение сред по газовому и водопаровому тракту с указанием вида термодинамических процессов в каждом газоходе.


    1. Краткая характеристика топлива. Определение энтальпий воздуха, продуктов сгорания и построение I-t диаграммы.

Вид и элементарный состав топлива дается в задании. В данном разделе следует представить характеристику топлива, его основные физико-технические свойства.

Топливо может быть задано в сухой, горючей или рабочей массе, а расчет ведется только на рабочую массу. Поэтому первоначально необходимо сухую или горючую массу пересчитать в рабочую. Сумма элементов на рабочую массу должна составлять 100 %. Формулы пересчета и определение количества воздуха, необходимого для горения и объемов продуктов сгорания подробно изложены в /1/. Там же приводится пример расчета газообразного топлива. Расчет твердого и жидкого топлива ведется по одинаковой методике. В таблице 3.1 представлен пример определения объемов воздуха и газов в случае сжигания каменного угля. Формулы для расчета объемов представлены в таблице 1.4.4. /1/. В таблице 3.1 приведены, так же, расчеты по определению объемных долей и парциальных давлений трехатомных газов. Для котлов с уравновешенной тягой давление в топке принимается равным 0,1 МПа абсолютных или 1,0 ата.

Пример 1.
Определение количества воздуха, продуктов сгорания и их парциальных давлений.

Для расчета задано топливо - каменный уголь Экибазстузского бассейна Куученского месторождения следующего состава:


Марка

Класс

Ср

Нр

Sрл

Np

Ор

Ар

Wр



СС

Р

42,5

2,6

0,7

0,7

5,6

40,9

7,0

1,3

Коэффициент избытка воздуха постоянный по всему газоходу.

Расчет выполняется в табличной форме (см. табл. 3.1)
Таблица 3.1



п/п

Наименование величины

Обоз

начение

Един.измер

Расчетная формула или источник

Расчет

Результат

1

Элементарный состав рабочей массы топлива

углерод

водород

сера

азот

кислород

зола

влага


Ср

Нр

Spл

Np

Ор

Ар

Wр


%

%

%

%

%

%

%


По заданию

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-





42,5

2,6

0,7

0,7

5,6

40,9

7,0

2

Коэффициент избытка воздуха







задан





1.3

3

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для горения.

Vo

нм3/кг

0,089(Ср + 0,375Sрл)+

0,267Hр-0,033Ор

0,089(42,5+0,3750,7)+0,2672,6-0,0335,6

4,315

4

Объем трехатомных газов



нм3/кг

1,86



0,80

5

Теоретическое количество влажного воздуха



нм3/кг

Vо + 0,016 Vо

4,315+0,0164,315

4,384

6

Теоретический объем азота



нм3/кг

0,79Vо+ 0,008Nр

0,794,315+

0,0080,7

3,41

7

Теоретический объем водяных паров



нм3/кг

0,112 Нр +0,0124Wр +0,016Vо

0,1122,6+0,0124

7,0+0,0164,315

0,447

8

Избыточный объем воздуха

Vизб

нм3/кг

(-1)Vо

(1,3-1) 4,315

1,295



9

Действительный объем водяных паров



нм3/кг



0,447+0,016(1,3-1) 4,315

0,468

10

Полный объем продуктов сгорания

Vг

нм3/кг



0,8+3,42+0,447+(1,3-1) 4,315

5,96

11

Объемная доля трехатомных газов








0,8/5,96

0,134

12

Объемная доля водяных паров








0,468/5,96

0,078

13

Суммарная объемная доля водяных паров и трехатомных газов

rn






0,134+0,078

0,212

14

Давление в топке

Рт


МПа


Принимается




0,1


15

Парциальное давление трехатомных газов




МПа




0,1340,1
0

0,0134


16

Парциальное давление водяных паров




МПа




0,0780,1
0,0781

0,0078
0,078

17

Суммарное парциальное давление

Рn


МПа




0,0134 +0,0078


0,0212



Определение энтальпий продуктов сгорания и построение I-t диаграммы ведется по методике, изложенной в /1/. Здесь энтальпия газов Iг при температуре t находится по формуле:



При составлении таблицы изменения энтальпии газов от температуры (табл. 1.4.6) /1/ средние изобарные объемные теплоемкости продуктов сгорания и влажного воздуха () при различных температурах выбирают из таблицы 1.4.5 /1/ или из других источников /2/, /3/ и др.

Кривая зависимости энтальпии газов Iг от температуры t строится на миллиметровке в масштабе, удобном для пользования, например, по ординате в 1 см - 1 МПа, по абсциссе 1 см - 100 0С. Зависимость должна представлять плавную кривую, проходящую через большинство точек.

Для рассматриваемого в примере 1 топлива определение энтальпий продуктов сгорания при различных температурах показано в таблице 3.2, а зависимость Iг от t представлена на рис. 3.1.
Таблица 3.2.

t, 0С

= 0,8 нм3/кг

= 3,41 нм3/кг



,

кДж/кг

Влажный воздух



,

кДж/кг

,

кДж/кг

,

кДж/м3град

, кДж/кгград

, кДж/м3град

, кДж/кгград

, кДж/м3град

, кДж/кгград

,

кДж/м3град

,

кДж/кг

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0

1,599

1,279

1,294

4,413

1,494

0,668

0

1,318

0

0,3

0

0

200

1,787

1,430

1,299

4,430

1,522

0,680

1308

1,331

1167

0,3

350

1658

400

1,929

1,543

1,316

4,488

1,566

0,700

2692

1,354

2374

0,3

712

3404

600

2,041

1,633

1,340

4,569

1,614

0,721

4154

1,362

3583

0,3

1075

5229

800

2,131

1,705

1,367

4,664

1,668

0,746

5690

1,411

4949

0,3

1485

7175

1000

2,203

1,784

1,391

4,743

1,722

0,770

7297

1,437

6300

0,3

1890

9187

1200

2,263

1,810

1,414

4,822

1,776

0,794

8911

1,461

7686

0,3

2306

11217

1400

2,313

1,850

1,434

4,890

1,828

0,817

10580

1,483

9102

0,3

2731

13311

1600

2,355

1,884

1,452

4,951

1,876

0,839

12278

1,501

10529

0,3

3159

15437

1800

2,391

1,913

1,468

5,006

1,921

0,859

14000

1,517

11971

0,3

3591

17591

2000

2,422

1,938

1,482

5,053

1,962

0,877

15736

1,532

13433

0,3

4030

19766

2200

2,448

1,958

1,495

5,098

2,000

0,894

17490

1,546

14911

0,3

4473

21963





Рисунок 3.1- Зависимость энтальпии газов от температуры

Рисунок 3.2 - I-t диаграмма с учетом присосов воздуха
I - район топки и камеры догорания, =1,30

II - первый газоход, =1,33

III - второй газоход, =1,38

IV - экономайзер, =1,45
Пример 2


Определение количества воздуха и продуктов сгорания, их парциальных давлений и построение I-t диаграммы с учетом наличия присоса воздуха в газоходах.

Для расчета взято топливо то же, что и в примере 1 для котла 6,5-13 с чугунным экономайзером. Коэффициент избытка воздуха за топкой равен 1,3. Величину присосов принимаем на основании данных таблицы 1.4.3/1/ а именно:
Таблица 3.3


Наименование газохода

Топка

Камера догорания

I газоход

II газоход

Экономайзер

Величина присоса 

-

0

0,05

0,05

0,1

Значение  за газоходом

1,30

1,30

1,35

1,40

1,50

Среднее значение г в газоходе

1,30

1,30

1,33

1,38

1,45


Теоретическое количество воздуха, объемы продуктов сгорания при = 1 и теоретическая энтальпия продуктов сгорания Ioг определяется так же, как и в предыдущем примере. Энтальпия избыточного воздуха (-1) Iовл и энтальпия газов Iг находятся в зависимости от коэффициента избытка воздуха в газоходе г в пределах температур, несколько превышающих реально возможные значения (см. таблицу 3.4). По данным таблицы строится зависимость Iг от t для различных , соответствующих значениям  в газоходах (См. рис. 3.2).

Таблица 3.4 - Энтальпия газов с учетом наличия присосов воздуха


t,оС





-1

(-1) Iовл, кДж/кг

I, кДж/кг

топка, камера догоран

1-й газоход

2-й газоход

экономайз.

топка, камера догоран

1-й газоход

2-й газоход

экономайз.

топка, камера догоран

1-й газоход

2-й газоход

экономайз.

-

-

-

(I)

(II)

(III)

(IV)

(I)

(II)

(III)

(IV)

(I)

(II)

(III)

(IV)

0

0

0






















0










0

200

1308

1167







0,38

0,45







443

525







1751

1833

400

2692

2374




0,33

0,38

0,45




783

902

1068




3475

3594

3760

600

4154

3583

0,3

0,33

0,38

0,45

1075

1182

1362

1612

5229

5336

5516

5766

800

5690

4949

0,3

0,33

0,38




1485

1633

1881




7175

7323

7571




1000

7297

6300

0,3

0,33







1890

2079







9187

9376







1200

8911

7686

0,3










2306










11217










1400

10580

9102

0,3










2731










13311










1600

12278

10529

0,3










3159










15457










1800

14000

11971

0,3










3591










17591










2000

15736

13433

0,3










4030










19766










2200

17490

14911

0,3










4473










21963













    1. Предварительный тепловой баланс котла

Тепловой баланс котельного агрегата представляет равенство между поступившим в агрегат количеством тепла и сумой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q2, Q3, Q4, Q5 и Q6.

Тепловой баланс составляется на 1 кг твердых и жидких или 1 м3 газообразных топлив.

Общее уравнение теплового баланса

(4.1)

Здесь: - располагаемое тепло топлива, кДж/(к/Дж/м3)

Q 1- полезно использованное тепло топлива, кДж/кг (кДж/м3)

Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 - тепловые потери котлом, кДж/кг (кДж/м3)
1.4.1. Располагаемое тепло топлива.

Располагаемое тепло топлива представляет все тепло, поступившее в топку, за вычетом тепла, поступившего с холодным воздухом, т.е.

(4.2)

(4.3)

Здесь - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг (кДж/м3).

Qвнеш. тепло внесенное в топку с воздухом, подогретым вне котельного агрегата (например подогретым за счет отбора пара из турбины, в электрическом подогревателе и др.) определяется по формуле:

(4.4)

где - коэффициент избытка воздуха (берется из задания).

Vо - теоретический объем воздуха, м3/кг (м33) выбирается из расчета топлива (См. таблицу 3.1).

- средние удельные изобарные объемные теплоемкости влажного воздуха, определяемые при температуре горячего tгв и холодного tхв воздуха, см. таблицу 1.4.5 /1/ или /3/ Прил. 2.

Теплота, вносимая в топку с воздуха, подогретая в газовом подогревателе, в состав Qрр не входит.

Физическая теплота топлива представляет теплоту, которая вносится в топку непосредственно с топливом, т.е.

(4.5)

здесь: - теплоемкость топлива, кДж/кг. град.(кДж/м3. град.)

tmл - температура топлива при входе в топку.

При сжигании твердого топлива теплоемкость его рабочей массы найдется по формуле:

кДж/кг, (кДж/м3) (4.6)

где - теплоемкость сухой массы топлива, которую можно определить по таблице. 4.1.
Таблица 4.1 - Теплоемкость сухой массы твердого топлива, кДж/кгград



Топливо

Температура, оС

0

100

200

300

400

Антрацит и тощий уголь

0,921

0,962

1,046

0,13

1,213

Каменный уголь

0,922

1,088

1,255

1,423

-

Бурый уголь

1,088

1,255

1,465

-

-

Сланцы

1,046

1,13

1,297

-

-

Фрезерный торф

1,297

1,51

1,799

-

-


Теплоемкость мазута определяется по формуле:
сmл= 1,74 + 0,0025 tmл, кДж/м3 град. (4.7)
Если температура подогрева мазута не задана, то ее можно выбрать по рис. 4.1 в зависимости от вязкости, которая требуется для хорошего распыливания.

Рисунок 4.1 - Зависимость вязкости мазута от температуры
1. оУВ - вязкость в градусах условной вязкости; 2.  - кинематическая вязкость; 3. М - мазут; 4. Ф - флотский мазут; 5. МП - мазут для мартеновских печей; 6. НС - нефть стабилизированная; 7. О - вязкость марок мазута по ГОСТ 10585-63.

Теплоемкость газообразного топлива, отнесенная к 1 м3 сухого газа, определяется по формуле

, кДж/м3. град. (4.8)

где: Н2, СО, СО2, СН4… - объемное содержание соответствующих компонентов в газообразном топливе, %; - теплоемкости газов, входящих в состав газообразного топлива, определяемые по таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Теплоемкости горючих газов

Температура, оС

Теплоемкость, кДж/м3 град.

СО

Н2

СН4

Н2S

C2HC

C3H8

C4H10

C5H12

0

1,297

1,276

1,548

1,506

2,210

3,047

4,127

5,12

100

1,301

1,289

1,640

1,532

2,494

3,507

4,705

5,83

200

1,306

1,297

1,758

1,561

2,775

3,946

5,253

6,41

300

1,314

1,297

1,883

1,595

3,043

4,370

5,772

7,13

400

1,326

1,297

2,017

1,632

3,306

4,759

6,266

7,73

500

1,343

1,306

2,139

1,670

3,553

5,094

6,689

8,25


Входящая в формулу 4.2 величина Qф (теплота, вносимая в топку при распыливании жидкого топлива в паровых и паро-механических форсунках) определяется по формуле:
Qф = Gф (iф - 2510) кДж/кг. (4.9).

где: Iф - энтальпия распыливающего пара, которую принимают равной энтальпии влажного пара, выдаваемого котлом.
iф= iх, кДж/кг.

2510 - энтальпия сухого пара при парциальном давлении его в продуктах сгорания при давлении 0,1 мПа, кДж/кг.

Gф - расход пара идущего на распыливание топлива, кг/кг.

Расход пара, идущего на распыливание топлива в паровых форсунках, составляет примерно 0.3 кг/кг.

В паро-механических форсунках, работающих на номинальной нагрузке пар на распыливание топлива не подается, т.е. Gф =0. На долевых нагрузках расход пара составляет 0,01  0,07 кг/кг.
1.4.2 Тепловые потери в котле

Наибольшая потеря теплоты в котле - потеря с уходящими газами Q2, кДж/кг (кДж/м3), или в процентах от - q2, % , определяемая по формулам:

(4.10)

(4.11)

где: энтальпия уходящих газов Iух определяется по I-t диаграмме (Рис. 1.4.1) или по таблице 1.4.6 /1/ в зависимости от температуры уходящих газов.

Iхв - энтальпия холодного воздуха, равная ; температура tхв - температура котельного отделения, принимаемая равной 25-30 оС.

q4, q6- потери теплоты, соответственно, от механической неполноты сгорания, и потеря теплоты со шлаком, % (см. далее).

Как видно из формул (4.10) и (4.11) потеря теплоты q2 зависит, в основном, от энтальпии уходящих газов, которые, в свою очередь, определяются произведением теплоемкости на объем газов, покидающих котельный агрегат, и на их температуру. Температура уходящих газов tух влияет на потерю Q2 и как следствие на КПД котла. Так, по данным /4/ снижение температуры уходящих газов на 12-16оС КПД котла повышается примерно на 1 %. Однако глубокое охлаждение газов приводит к усилению низкотемпературной коррозии.

На величину объема уходящих газов оказывает большее влияние коэффициент избытка воздуха, . Если котел не газоплотный то при движении по газоходу будут иметь место присосы, увеличивающие , которые следует учитывать при расчете котла. Ориентировочные значения присосов воздуха в газоходах некоторых типов котлов даны в таблице 1.4.3 /1/.

Для котлов современных котельных потеря q2 составляет 4 - 10 %.
Потеря теплоты от химического недожога q3 характеризуется тем, что часть топлива сгорает не полностью и в состав дымовых газов входят такие составляющие как окись углерода СО, водород Н2, углеводороды СН4 и др., которые при полном окислении могли бы выделить некоторое количество теплоты. При тепловых расчетах величину потери q3 выбирают в зависимости от сорта топлива, и способа сжигания. При сжигании жидкого и газообразного топлива нормальным считается горение, если потеря q3 не превышает 0,5 %. Потеря q3 при сжигании каменного угля в слое и в камерных топках составляет 1,5-0,5 %.
Потеря теплоты от механического недожога q4 представляет теплоту той части топлива, которое не участвовало в процессе горения вследствие удаления из топки вместе со шлаком , провала через колосниковую решетку и выноса из топки с воздухом т.е.

(4.12)

При сжигании в топке газа или мазута величина потери q4 мала и при расчетах не учитывается. При сжигании же твердого топлива q4 может составлять значительную величину. В таблице 4.4 представлены ориентировочные значения величины потери теплоты от механической неполноты сгорания твердого топлива.

Потеря теплоты со шлаком q6 характеризует тепло, удаляемое из топки со шлаком, имеющим высокую температуру. Эта потеря учитывается только для твердых топлив с жидким шлакоудалением и при слоевом сжигании. Ввиду малой величины потерю q6 определяют только при специальных расчетах; в других случаях она входит в состав .

Таблица 4.4 - Примерные значения величины потери теплоты от механической неполноты сгорания при сжигании каменного угля


Вид топочного устройства







q4, %

Топки с механическим забрасывателем и неподвижной решеткой.
Топки с пневматическими забрасывателями и цепной решеткой прямого хода.
Топки с механическими забрасывателями и цепной решеткой обратного хода.
Камерная топка с твердым удалением шлака.
Камерные топки с жидким удалением шлака.


2-3


1,5-2,5

2,5-4,5

-


-


-


-

-

-


-


3,5-5


3,5-4,5

3-4,5

-


-


5,5-8


5-7

5,5-9

1-3


0,5-1,5


Потеря тепла от наружного охлаждения Q5 зависит от суммарной наружной поверхности обмуровки и металлических частей котлоагрегата, температур наружного слоя изоляции, а так же от нагрузки. При составлении предварительного теплового баланса потерю тепла q5 можно выбрать по кривой (рис. 4.2) в зависимости от производительности котла.

D, т/ч

Рисунок 4.2 - Потеря теплоты от наружного охлаждения

  1. собственно котел

  2. то же с хвостовыми поверхностями

  3. D -номинальная производительность котлоагрегата, т/ч


1.4.3. Составление предварительного теплового баланса

Основной задачей поверочного теплового расчета является определение коэффициента полезного действия рассчитываемого котла. С этой целью предварительно задаются значением КПД (’) и для этого значения находят расход топлива, на который ведется весь дальнейший расчет. По окончании расчета всех теплообменных элементов определяют полученное значение КПД () и сравнивают его с принятым ранее. Расхождение не должно составлять величину, более 0,5 %. При большем расхождении изменяют принятое значение КПД в сторону уменьшения разницы и корректируют расчет, пока не будет получен нужный результат. (Метод последовательного приближения).

Задавшись значением КПД следует принять величины потерь. Причем потери q3, q4, q5 и при необходимости q6 принимаются на основании данных раздела 1.4.2, а q2 находится по формуле:

q2=100-- q3- q4- q5- q6 (4.13)

Зная потерю q2 можно определить энтальпию и температуру уходящих газов

(4.14)

здесь: - располагаемое тепло топлива. (4.2, 4.3)

Qхв - тепло вносимое в топку с холодным воздухом, определяемое по формуле:

(4.15)

Температуру уходящих газов (tух) находят по диаграмме I-t (Рис. 3.1 или рис. 3.2) или по таблицам 3.2 или 3.4, после чего ее сравнивают с tух прототипа и проверяют на отсутствие точки росы.

Расчетный расход топлива определяется по формуле:

(4.16)

В этой формуле:

D’ne и D’н - количество вырабатываемого котлоагрегатом перегретого и насыщенного (влажного) пара, кг/c (берется из задания);

ine и iх - энтальпии, соответственно, перегретого и влажного пара, кДж/кг.

inв - энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Энтальпия перегретого пара определяется по таблицам водяного пара в зависимости от давления и температуры.

Для определения энтальпии влажного пара iх необходимо задаться величиной влажности пара, которая зависит от конструкции котла и вида паросепарационных устройств и для большинства котлов малой и средней мощности величина влажности пара 51,0 %. Энтальпия влажного пара найдется:

iх= i- (1-х)r (4.17)

где: i - энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг.

х - степень сухости пара.

r - скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
Пример 3
Составление предварительного теплового баланса.

Для расчета взят котел ДКВр - 6,5 - 13

Котел имеет следующие характеристики: паропроизводительность 6,5 т/ч (1,81 кг/с), котел вырабатывает насыщенный пар с рабочим давлением 13 кг/см2 изб. (1,4 МПа абсолютных), влажность пара -0,01, температура питательной воды до экономайзера 100 оС, за экономайзером 170 оС, температура холодного воздуха 25 оС, температура воздуха, поступающего в топку (внешний подогрев) 110 оС. Вид, состав топлива и коэффициент избытка воздуха взят из примера 1. Способ сжигания топлива механический. Установлено топочное устройство ПМЗ - ЛЦР.

Ниже ведется расчет по предварительному балансу. (Табл. 4.5). На полученный в таблице 4.5 расход топлива Вр проводится расчет теплообмена всех последующих поверхностей нагрева.

Таблица 4.5 - Предварительный тепловой баланс




п/п

Наименование

Обоз

начение

Ед.

измер.

Расчетная формула или способ определения

Численные значения

Результат

1

Низшая теплота сгорания




МДЖ/кг
кДж/кг

Определяется по формуле Менделеева (I) (1.2.5)



0,339  42,5+1,03 2,6-0,109(5,6-0,7)-0,025 7,0


16,376


16376

2

Коэффициент полезного действия котла

*

%

Принимается ориентировочно по прототипу см. 1.4.2.




82

3

Потери тепла

- от химической неполноты сгорания

-от механического недожега

-в окружающую среду
- с очаговыми остатками
- с уходящими газами


q3
q4
q5
q6
q2


%
%
%
%
%

по прототипу см. 1.4.2

принимается
принимается
принимается
принимается
100-( + q3 + q4+ q5)

100-(82+1+6+2)


1
6
2
0,5
9

4

Коэффициент избытка воздуха






По заданию




1,3

5

Температура воздуха:

-холодного

-подогретого, поступающего в топку


tхв

tгв


оС

оС

По заданию





25

110

6

Средние изобарные объемные теплоемкости влажного воздуха

-холодного

-подогретого


схв

сгв


кДж/кг град



(1), табл. 1.4.5 или (2), приложение, по температурам

tхв и tгв





1,319

1,325

7

Количество тепла, вносимое в топку с холодным воздухом

подогретым воздухом



Iхв

Iгв



кДж/кг

кДж/кг



1,016Vo    схв  tхв

1,016Vo    сгв  tгв



1,016 4,315 1,3 1,319 25

1,016 4,315 1,3 1,325 110



188

831

8

Количество тепла, переданное в воздухоподогревателе (внешний подогрев)



Qвн



кДж/кг



Iгв - Iхв



831-188



643

9

Температура топлива поступающего в топку


tmл


оС


принимается





30

10

Теплоемкость сухой массы топлива

ссmл

кДж/кг град

Табл. 4.1





0,9718

11

Теплоемкость рабочей массы топлива

срmл

кДж/кг град






1,197

12

Теплота, вносимая в топку с топливом

imл

кДж/кг

срm tm

1.19730

36

13

Теплота, вносимая в топку при паровом распыливании жидкого топлива

Qф

кДж/кг

См. формулу 4.9

Принимается

0

14

Располагаемая теплота топлива



кДж/кг



См. формулу 4.2

16376+ 643 +36

17055

15

Энтальпия уходящих газов

Iух

кДж/кг





1830

16

Температура уходящих газов

tух

oC

Рис. 3.1, табл. 3.2




220

17

Количество пара, вырабатываемого котлом:
















18

перегретого

Dпе

кг/с

по заданию




0

19

влажного



кг/с

по заданию




1,81

20

Степень сухости пара

х

кДж/кг

принимается (См. 1.4.3)




0.95

21

Энтальпия сухого насыщенного пара

i

кДж/кг

Из таблицы водяного пара или по S-i диаграмме

Для давления 1,4 Мпа

2791

22

Скрытая теплота парообразования

r

кДж/кг

Из таблицы водяного пара

Для давления 1,4 Мпа

1965

23

Энтальпия влажного пара

iх

кДж/кг

i -(1-х) r

2791-(1-0.98) 1965

2693

24

Температура питательной воды

tпв

С

по заданию




100

25

Энтальпия питательной воды

iпв



по таблицам воды и водяного пара




419

26

Секундный расход топлива

Вр

кг/с





0,294


    1. Расчет теплообмена в топочной камере.


1.5.1 Определение конструктивных размеров топки.

Целью поверочного расчета топочной камеры является определение количества теплоты, переданное газами лучевоспринимающим поверхностям нагрева Qл. Эта теплота может быть найдена только при известных геометрических размерах топки: величине лучевоспринимающей поверхности, Нл, полной поверхности стен, ограничивающих топочный объем, Fст, величине объема топочной камеры, Vт.

Для определения конструктивных размеров топочной камеры составляется ее эскиз с размерами равными или близкими к размерам прототипа.

Лучевоспринимающая поверхность топки представляет сумму лучевоспринимающих поверхностей экранов, т.е.

, м2 (5.1)

где - лучевоспринимающая поверхность i-го экрана, м2.

Лучевоспринимающая поверхность экрана равна площади экрана Fэ, умноженной на его угловой коэффициент, х. Так, для экрана с шириной в (по осям крайних труб) и освещенной длиной l лучевоспринимающая поверхность будет равна:

2 (5.2)

Рис. 5.1

Угловые коэффициенты экранов.
1. е1.4d;

=е 2. е=0,8 d;

3. е=0,5d;

4. е=0;

5. без учета обмуровки.

Угловой коэффициент определяется по номограмме рис. 5.1. в зависимости от отношения шага к диаметру и расстояния от центра трубы до стенки (е). Как видно из рисунка для плотного экрана коэффициент х=1. Для поверхности нагрева, представляющей плоскость коэффициент х так же равен единице. Коэффициент х принимается равным единице и для первого ряда фестона или первого ряда конвективного парообразующего пучка. Если в топочном пространстве находятся двухсветные экраны или ширмовые поверхности, то их лучевоспринимающая поверхность складывается с общей лучевоспринимающей поверхностью топки. Величина лучевоспринимающей поверхности ширм или двуcветных экранов, , подсчитывается по формуле:

(5.3)

где: в и l - расстояние между центрами крайних труб и величина освещенной длины труб, м;

х - угловой коэффициент ширмы или двухcветного экрана.

Величина Fст - это полная поверхность стен, ограничивающих топочный объем. Она подсчитывается сложением площади всех стен ограничивающих объем топки. В полуоткрытых топках площадь окна между камерой сгорания и камерой охлаждения включается в поверхность стен Fст. В поверхность стен Fст включается также площадь поперечного сечения фестона. Поверхность двухсветных экранов и ширм определяется как удвоенное произведения расстояния между образующими крайних труб этих экранов на освещенную длину труб.

Важной геометрической характеристикой топки является величина топочного объема Vт. Границами объема служат осевые плоскостей экранных труб или обращенные в топку поверхности защитного огнеупорного слоя; в местах, не защищенных экранами - стены топочной камеры. В выходном сечении топки объем ограничивается поверхностью, проходящей через оси первого ряда фестона или котельного пучка. Границей объема нижней части топки служит под топки. При наличии холодной воронки за границу объема условно принимается горизонтальная плоскость, проходящая через половину воронки.

В слоевых топках объем ограничивается снизу плоскостью колосниковой решетки. Для топок с цепными механическими решетками из объема топки следует вычесть объем слоя топлива, (средняя толщина слоя топлива составляет для каменных углей 150-200 мм).

Для схем топок более сложной конфигурации можно определить геометрические характеристики по /2/.




1. Фронтовая стена топки

2. Задняя стенка камеры догорания

3, 4 Экраны боковых стенок топки

5. Колосниковая решетка

6. Нёбо огневой камеры

7. Кирпичная перегородка

8. Шамотная перегородка.

Рис. 5.2

Ниже приведен пример определения геометрических размеров топки котла ДКВр, эскиз которого представлен на рисунке 5.2. Топка указанного котла состоит из двух частей: камеры горения и камеры догорания, разделенных кирпичной перегородкой. Для упрощения расчета будем считать, что эти две камеры в сумме представляют единое топочное пространство. Поверхность кирпичной перегородки, равная двойной ее площади, будет входить в состав стен, ограничивающих топочный объем, Fст.

Активный объем топочной камеры ограничен фронтальной стенкой (1), задней стенкой (2), двумя боковыми стенками(3 и 4), плоскостью колосниковой решетки (5) и потолком топки(6), Объем кирпичной перегородки при этом вычитается из общего объема топки. Боковые стенки экранированы трубами диаметром d1 и шагом S1. Экран задней стенки камеры догорания выполнен из трубок диаметром d2 и шагом S2. Длина трубок заднего экрана (lзэ) принимается равной полусумме длин большей и меньшей трубы.

Лучевоспринимающая поверхность экранов будет равна:

левого бокового экрана ,

правого бокового экрана

заднего экрана

где: Lкг - длина камеры горения, м;

Lкд - длина камеры догорания, м;

Lт - длина топки, м;

lбэ - длина трубок бокового экрана, м;

Взэ - ширина заднего экрана, м;

- средняя длина трубок заднего экрана,

хдэ- угловой коэффициент бокового экрана;

хзэ- угловой коэффициент заднего экрана.

Лучевоспринимающая поверхность топки найдется как сумма лучевоспринимающих поверхностей экранов, т.е.

(5.4)

Полная поверхность стен топки (Fст) вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Поверхности сложной конфигурации можно привести к равновеликой простой геометрической фигуре.

Для нашего примера площади поверхностей стен топки определяется следующим образом:

фронт котла FфртНт, м2;

задняя стенка топки FзстНт, м2;

левая боковая стенка топки Fлст=(Lкг+Lкд)lбэ, м2;

под топки Fп=LтВт, м2;

потолок топки Fпот=LтВт, м2;

кирпичная перегородка Fкп=2ВкпНт, м2F/

Полная поверхность стен, ограничивающих топочный объем

Fст=Fфр+Fзс+Fлст+Fпст+Fп+Fпот+Fкп, м2 (5.5)

Величину топочного объема можно определить как произведение площади фронтовой стенки на длину топки за вычетом объема кирпичной перегородки:

Vm=FфрLт - BкпLкпHт, м3 (5.6)
1.5.2. Определение температуры газов за топкой.

Расчет теплообмена в топке выполняется с целью определения температуры газов за топкой tзm и количества тепла, переданное лучевоспринимающим поверхностям в топке.

Согласно Уточненному нормативному методу температура за топкой определяется по формуле:

(5.7)

Рассмотрим величины, входящие в формулу (5.7)
1.5.2.1. Теоретическая (адиабатная) температура.

Теоретическая или адиабатная температура (Та, tа или То, tо) – это условная температура, которая имела бы место в адиабатной (без охлаждения) топке (Q=0) при реальном горении (q3, q4, q6>0, 1). Адиабатной температуре соответствует адиабатная энтальпия Iа или полезное тепловыделение в топке Qт. в расчете на 1 кг или 1 м3 топлива. Эти величины равны между собой и вычисляются по одним и тем же формулам. Полезное тепловыделение в топке определяется как:

(5.8)

где: q3, q4, и q6 определяются по 1.4.2

располагаемая теплота Qрр – по 1.4.1

Qвн.в – теплота воздуха полученная от внешнего источника (см. формулу 4.4)

Qв –тепло, вносимое в топку с поступающим холодным и горячим воздухом. [В случае, если в топку подается только холодный воздух, Qв=Iхв. Если подается воздух подогретый в газовом или во внешнем воздухоподогревателе, то Qв= Iгв, кДж/м3)] (5.9)

Теоретическая температура найдется в зависимости от Qт по диаграмме I-t или таблице зависимости энтальпии газов от температуры (таблица 3.2 или 3.4).
1.5.2.2. Коэффициент излучения абсолютно черного тела, со равен

со=5,67 10-8 Вт/м2К4 или со=5,67Ч10-11 кВт/м2ЧК4 (5.10)
1.5.2.3. Степень черноты топки (ат)

Степень черноты топки зависит, в основном, от степени черноты факела (аф) и определяется по формулам:

для слоевых топок:

(5.11)

для камерных топок:

; (5.12)

где: - отношение площади зеркала горения (площади колосниковой решетки) к полной поверхности стен топочной камеры.

Коэффициент тепловой эффективности Yэф равен произведению коэффициента загрязнения  на степень экранирования топки, (см. 1.5.2.6). Значения коэффициента загрязнения представлены в таблице 5.1.
Таблица 5.1

Тип экрана

Род топлива

Коэффициент загрязнения

Открытые гладкотрубные настенные экраны

Ошипованные экраны, покрытые огнеупорной массой

Экраны закрытые шамотным кирпичом

Газообразное топливо

Мазут

АШ, ПА, каменные и бурые угли камерное сжигание.

Все топлива при слоевом сжигании

Все топлива


Все топлива

0,65

0,55

0,45


0,60

0,20


0,10


1.5.2.4. Эффективная степень черноты факела (топочной среды) аф.

Топочная среда или факел представляет смесь продуктов сгорания топлива и твердых частиц - сажи, кокса и золы, нагретую до высокой температуры и излучающую энергию на стенки топки. Излучающая способность этих веществ различна. Интенсивность излучения у твердых тел значительно больше, чем у газов; одноатомные и двухатомные газы практически не излучают, а излучают только трехатомные газы RO2, Н2О.

При сжигании газообразного и жидкого топлива эффективная степень черноты факела определится по формуле:

аф=mЧасв+(1- m) аг (5.13)

где асв и аг - степени черноты светящейся и газовой части факела. Это степени черноты, которыми обладал бы факел при заполнении всей топки только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами.

Коэффициент m показывает долю объема топки заполненную светящейся частью факела. Коэффициент m зависит от теплового напряжения топочного объема

При qv к-т m=0,55- для мазутного пламени

При qv m=1,0 - для мазутного пламени

При qv m=0,1 - для пламени газообразного топлива

При qv m=0,6 - для пламени газообразного топлива

При qv коэффициент m определяется линейной интерполяцией.

В формуле (5.13) асв и аг вычисляются по формулам:

(5.14)

(5.15)
здесь: е - основание натуральных логарифмов;

р - абсолютное давление в топке, ата;

S - эффективная толщина излучающего слоя, м;

кг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(атаЧм);

кс - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/(атаЧм);

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле:

(5.16)

где: Vт и Fст - соответственно объем топки и площадь стен, ограничивающих топочный объем.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяется по формуле

(5.17)

В этой формуле и rn - объемные доли продуктов сгорания, определяемые по табл.3.1.

рn - суммарное парциальное давление RO2 и H2O, выбирается по табл.3.1 в МПа.

tзm - температура газов на выходе из топки, °С.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

(5.18)

где: a - коэффициент избытка воздуха за топкой;

- отношение содержаний углерода и водорода в рабочей массе топлива.
  1   2   3   4


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