Материал: Котельные установки

= 2,2

		топка	1 кп	2 кп	В.эк
Коэффициент избытка воздуха за газоходом α//г	−	1,2	1,25	1,35	1,45

Величина присосов

−0,10,050,10,1

Ср. коэффициентизбытка воздуха в газоходах

−1,151,221,31,4

Действительный объём вод паров

м3/м32,172,182,192,2

Суммарный объём продуктов сгорания

м3/м312,1312,813,5714,54

Парциальное давление трёхатомных газов

−0,08310,07990,07530,0703

Парциальное давление вод паров

−0,17880,17030,16130,1513

Общая объёмная доля вод. Паров и трехатом. Газов

−0,250,240,230,22

Парциальные давления численно равны объёмным долям

  

Общая объёмная доля трёхатомных газов и водяных паров

 

5. Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия сгорания определяется на 1 м³ сухого газообразного топлива по формуле:

Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур (100−2200^оС)

 (кДж/м³)

Энтальпия теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур (100−2200^оС)

 (кДж/м³)

 

Топка:

1 Конвективная поверхность:

Конвективная поверхность:

=9416,8+0,3*8003,8=11817,9

Водяной экономайзер:

Результаты расчёта энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводят в таблицу 2.

Таблица 2 Энтальпия продуктов сгорания

оС	(кДж/м3) (кДж/м3)
			топка	1 кп	2 кп	вэ
100	1476,1	1279,4				1987,8
200	2990,8	2568,5				4018,2
300	4534,7	3886,4			5700,6	6089,2
400	6123,1	5223,6			7690,1
500	7757	6599,3			9736,7
600	9416,8	8003,8		11177,6	11817,9
700	11097	9446,8		13175,2
800	12893,1	10909		15293,08
900	14691,6	12361,7	16546,7	18416,4
1000	16520,2	13852,8	18598,1
1100	18362,4	15392	20671,2
1200	20210,8	16931,2	22750,4
1300	22105,6	18460,7	24874,7
1400	24043,2	20038,4	27048,3
1500	25961,4	21616,1	29203,8
1600	27916,2	23193,8	31395,2
1700	29878,4	24761,8	33592,6
1800	31855,5	26339,5	35806,4
1900	33863,9	27955,7	38056,3
2000	35855,9	29571,8	40291,6
2100	37879,1	3118	42557,3
2200	39908,7	32804,2	44829,3

6. Тепловой баланс парового котла

Тепловой баланс парового котла составляется на 1 м³ газообразного топлива для установившегося режима работы агрегата.

; ;

Где энтальпия уходящих газов− опр. По диаграмме.

опр. По таб. 9.28 и 9.29 л. 2 или стр. 53 л. 1

 определяется по таб. 4.1−4.4 л. 1

определяется по таб. 4.5−4.6 л. 1

Суммарная потеря тепла в парогенераторе

;

Коэффициент полезного действия  брутто:

 (кВт)

 (кВт)

 (м³/кг)  (м³/кг)

Расчётный расход топлива:

;  коэффициент сохранения теплоты

7. Расчёт теплообмена в топке

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчёт топочных устройств. Конструктивный расчёт производится только при разработке новых агрегатов конструкторскими бюро или при реконструкции топочных камер существующих котлоагрегатов.

Задачей поверочного расчёта топки является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки. При поверочном расчёте основные размеры определяются по чертежу, а затем по ним вычисляются:

объём топочной камеры

площадь поверхности стен

площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева

В курсовом проекте определяется по чертежу и , а  и  определяется по таблицам 8.13− 8.25 Л3. Для определения геометрических характеристик топки составляется её эскиз.

1. Степень экранирования топки

 

. Температура на выходе из топки (табл. 7.62 Л3 или стр. 60 Л1)

 кДж/м³

. Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки определяется по  диаграмме

 кДж/м³

. Полезное тепловыделение в топке

 (кДж/м³)

 (кДж/м³)

 

5. Определяется теоретическая температура горения , ^оС; по значению , равному энтальпии продуктов сгорания− по  диаграмме.

 1800

6. Определяется эффективная толщина излучающего слоя

 (м)  (м)

7. Определяется коэффициент ослабления лучей по номограмме рис. 5.4 Л1.

 =4,4*0,25+2,85=3,95

 

r_n - суммарная объёмная доля трёхатомных газов (из таблицы 1 расчёта)

 

 

 коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела, принимается по таблице 5.2.

Доля топочного объёма, заполненная светящейся частью факела

Вид сжигаемого топлива и удельная нагрузка топочного объёма	Коэффициент m
Газ при сжигании светящимся факелом сqv≤400 кВт/м3	0,1
То же при qv≥1000 кВт/м3	0,6
Мазут при qv≤400 кВт/м3	0,55
То же при qv≥1000 кВт/м3	1,0

. Степень черноты топки

 

 коэффициент загрязнения, определяется по таблице 5.1. Л1.

. Определяется параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки (x_m)

 

м

м

11. Определяется средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 м³ сжигаемого газообразного топлива при нормальных условиях

 кДж/м³×град

12. Определяется действительная температура на выходе из топки (^оС) по номограмме рис. 5.7 Л1. или по формуле:

 

 ^оС

. Тепло переданное в топке излучением

 кДж/сек

8. Расчёт 1-го конвективного пучка котла

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару. Котельный пучок производственно−отопительных котлов является основной парообразующей поверхностью нагрева. На основе опыта эксплуатации котлов выработана относительно рациональная схема компоновки котельных пучков. Диаметр и шаги труб менять значительно по сравнению с существующими конструкциями при проектировании не следует, т.к. они определялись тоже опытом эксплуатации. Поверхность нагрева существенно менять также нельзя, т.к. она является основной парообразующей поверхностью котла. Поэтому тепловой расчёт котельного пучка приходится производить чаще всего поверочный, пользуясь соответствующими чертежами. При расчёте конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.

Количество теплоты (Q_б), отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или паром. Для расчёта задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем ений.

Расчёт конвективных поверхностей производится в такой последовательности:

конвективная поверхность

Температура газов перед пучком определяется из предыдущей поверхности нагрева:

^оС

2. Энтальпия газов перед пучком:

 кДж/м³

3. По чертежу или по таблицам характеристик котлоагрегатов (таб. 8.13÷8.25 Л3) определяются конструктивные характеристики газохода:

S₁ - поперечный шаг труб - 100 мм=0,1 м

S₂ - поперечный шаг труб - 110 мм=0,11 м

D_H-наружный диаметр труб - 0,51 м

.   

5. F₂=1,28

6. Температура дымовых газов за котельным пучком:

^оС

. Энтальпия газов за котельным пучком:

 кДж/м³

. Тепло отданное газами в пучке

 кДж/м³

.  кВт

10. Средняя температура газов

 ^оС

11. Температура кипения в барабане

 ^оС

12. ^оС

. Меньшая разность температур

 ^оС

14. Средний температурный напор

 ^оС

15. По таблице 1 определяем:

 м³/м^3; ;

. Секундный расход газов

 м³/с

17. Средняя скорость газов

 м/сек

18. Коэффициент теплопередачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностинагрева (рис. 6.1. Л1.)

  

 Вт/м²×К

19. Температура наружных загрязнений труб

 ^оС;

.

21. Суммарная поглощательная способность газа

 

22. Коэффициент теплопередачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева:

 Вт/м²

а - степень черноты рис. 5.6 Л1.

с_г - коэффициент рис. 6.4 Л1.

23. Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева

 Вт/м²×К

24. Вычисляется коэффициент теплопередачи

 Вт/м²×К;

25. Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м³ топлива

  

26. Энтальпия газов за пучком

 кДж/м³

27. Температура газов за пучком

^оС

9. Расчёт 2-го конвективного пучка

1.

2.

6.

.

8.  кДж/м³

.  кВт

.  ^оС

11.

12. ^оС

.  ^оС

14. ^оС

.  м³/м^3; ;

. Секундный расход газов

 м³/с

17. Средняя скорость газов

 м/сек

18. Коэффициент теплопередачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностинагрева (рис. 6.1. Л1.)

  

 Вт/м²×К

19. Температура наружных загрязнений труб

 ^оС;

.

. Суммарная поглощательная способность газа

22. Коэффициент теплопередачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева:

 Вт/м²

а - степень черноты рис. 5.6 Л1.

с_г - коэффициент рис. 6.4 Л1.

Для определения степени черноты находится оптическая толщина

 

Где Кг − коэффициент ослаблений лучей трёхатомными газами рис. 5.4 Л.1

Кзл − коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, при работе на газу равно 0

23. Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева

 Вт/м²×К

24. Вычисляется коэффициент теплопередачи

 Вт/м²×К;  

25. Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м³ топлива

  

26. Энтальпия газов за пучком

 кДж/м³

27. Температура газов за пучком

^оС

10. Водяной экономайзер

В паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении - стальные. В котельных агрегатах горизонтальной ориентации с Д≤25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только 5 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая компоновка водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Расчёт водяного экономайзера промышленно-отопительного котла почти всегда выполняется конструктивным. Цель конструктивного расчёта - определение поверхности нагрева водяного экономайзера по известным значениям температуры дымовых газов перед экономайзером, которая берётся из расчёта последней поверхности нагрева котла.

Порядок конструктивного расчёта.

Температура газов перед экономайзером

^оС

Энтальпия газов перед экономайзером

 кДж/м³

Температура газов за экономайзером: ^оС

Энтальпия газов за экономайзером

 кДж/м³

5. Температура питательной воды

^оС

. Энтальпия питательной воды

 кДж/кг

7. Количество тепла, переданного газами на 1 кг топлива

кДж/м³

8.  кДж/сек

9. Энтальпия воды за экономайзером

 кДж/кг

10. Температура воды за экономайзером

^оС

. Выбирается экономайзер - чугунный ребристый ВТИ.

. Большая разность температур

 ^оС

13. Меньшая разность температур

 ^оС

. Средний температурный напор:

 ^оС

. Средняя температура газов:

 ^оС

. Выбрать конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного и стального экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчётом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной производительности котла. Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть 3÷10. Стальные экономайзеры выполняются в виде змеевиков из труб с наружным диаметром 28÷38 мм (толщина стенки до 4 мм). Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров приведены в таблице.

Характеристика одной трубы	Экономайзер ВТИ				Экономайзер ЦККБ
Длина, l, мм	1500	2000	2500	3000	1990
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, h, м.кв	2,18	2,95	3,72	4,49	5,50
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, f, м2	0,088	0,120	0,152	0,184	0,21

. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания

 м²

18. Секундный расход газов:

 м³/сек

19. Средняя скорость газов:

 м/сек

Коэффициент теплопередачи определяется с помощью номограммы (рис. 6.9 Л1.)

 Вт/м²×К

21. Поверхность нагрева водяного экономайзера:

 м²

11. Невязка

. Аэродинамический расчёт

Исходные данные для расчёта приняты из теплового расчёта котельного расчёта. В соответствии с указаниями нормативного метода аэродинамического расчёта котельных установок, сопротивления трения для прямых участков воздуховодов при скорости движения дымовых газов менее 12 м/сек не учитывались.

Выбор дымососа и вентилятора.

Производительностью дымососа (вентилятора) называют объём перемещаемых машиной продуктов сгорания (воздуха) в единицу времени. Необходимая расчётная производительность дымососа (вентилятора) определяется с учётом условий всасывания, т.е. избыточного давления или разряжения и температуры перед машиной, и представляет собой действительные объёмы продуктов сгорания или воздуха. Которые должен перемещать дымосос (вентилятор).

Расчётная производительность дымососа.

 (м³/ч)

 

 (м³/ч)

Расчётное полное давление создаваемое дымососом

 мм. рт. ст.

 (Па)

 Па

Приводим полное давление к условиям данным в каталоге, по формуле:

 (мм. вод. ст.)

Дымосос - ДН-8 n=740 об\мин

 кВт

кВт

Расчётная производительность вентилятора:

 м³/с

 мм. рт. ст.

 (Па)

 Па

 Па

мм. вод. с

 (м³/ч)

 (м³/ч)

Вентилятор - ВДН-8 n=980 об\мин

 кВт

Литература

1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование, Л., Энергоатомиздат,

. Либерман Н.Б., Нянковская М.Т. Справочник по проектированию котельных установок централизованного теплоснабжения, М., Энергия, 1979.

. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности.

. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. Ленинград, Энергоатомиздат, 1985.

. Аэродинамический расчёт котельных установок. Нормативный метод, Л., Энергия, 1977.

. Тепловой расчёт котельных агрегатов. Нормативный метод. М., Энергия, 1973.

. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., МодельЗ.Г. Компоновка и тепловой расчёт парогенератора. М., Энергия, 1975.

. Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. Москва, Стройиздат, 1975.

. Брюханов О.Н. Газифицированные котельные агрегаты. Москва, ИНФРА-М, 2007.

. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация. Москва, Издательский центр «Академия», 2005.

. ПБИ 10-370-00 Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Москва, Госгортехнадзор России, 2000.

. ПБ 12-368-00. Правила безопасности в газовом хозяйстве. Москва, Госгортехнадзор России, 2000.

. СНиП 11-35-76. «Котельные установки» Москва, ФГУП ЦПП, 2005.

. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я. Производственные и отопительные котельные. М., Энергия, 1974.

. Павлов И.И. Фёдоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети, Москва, Стройиздат, 1986.