Курсовая работа: Расчет котельного агрегата

Экономичность работы парового котла. Расход топлива на котел

КПД и потери теплоты

КПД проектируемого котельного агрегата можно определить из обратного теплового баланса:

; [1, c.26-27]

Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котла и сжигаемого топлива. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от выбранной температуры газов, покидающих паровой котел, и избытка воздуха и определяется по формуле

;

где - энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³; определяется при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем.

Температура уходящих газов принимается из задания = 160?С. Тогда теплоемкость газов при этой температуре определим интерполяцией по таблице 2:

Для 100?С - , для 200?С -

Отсюда для 160?С -

;

- энтальпия холодного воздуха при расчетной температуре и =1.

- располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/кг.

- физическая теплота топлива.

Для мазута:

- температура должна быть в пределах 90..140?С. Принимаем условно .

-

- теплота пара форсуночного дутья.

Энтальпия пара выбирается исходя из параметров пара, используемого для распыливания:

- давление 0,3 - 0,6 МПа, принимаем 0,5 МПа;

- температура 280-350?С, принимаем 300?С.

Энтальпия пара с этими параметрами: 2929,1 . [2, c.209]

[1, c.27]

;

- отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому.

,

где - температура воздуха на входе в воздухоподогреватель.

Потери от недожога составляют для работающих на мазуте котлов 0,1-0,5 % [1, c.36]. Примем их = 0,2 %. Из них составляет 0,15 %, а - 0,05 %.

Таким образом %

Потери теплоты от наружного охлаждения котла через внешние стенки:

% [1, c.27]

Итого:

%

Определение расхода топлива

; [1, c.28-29]

= 58,3 кг/с - расчетная паропроизводительность котла - из задания.

Продувка из задания = 0,5% < 2% - можно не учитывать ввиду малозначительности.

- для давления перегретого пара 14 МПа и t = 570?С. [2, c.219]

- для давления питательной воды 16,1 МПа и t = 230?C. [2, c.208]

.

Тепловой расчет топочной камеры

Геометрические характеристики топочной камеры

Топочная камера - призматическая, с уравновешенной тягой, в сечении представляет прямоугольник с размерами в свету 95206656 мм. Стены топочной камеры экранированы трубами диаметром 60 мм с толщиной стенки 5 мм, расположенными с шагом 64 мм (сталь 20).

Геометрические характеристики топочной камеры определяем по рис. 1 и 2:

а = 9,52 м;b = 6,656 м;

м; м; м; м;

м; м;

d=60 мм; s=64 мм;

Объём топочной камеры:

Тепловое напряжение объёма топки:

Полученное напряжение меньше расчетного значения 290 . [2, c.201]

Необходимо провести поверочный расчет топочной камеры.

Тепловые характеристики топочной камеры

Выбираем температуру подогрева воздуха [1,c.15].

Энтальпия горячего воздуха, вносимого в топку (t = 250?С) по таблице 2:

Энтальпия холодного воздуха (t = 25?С): Рис. 3 Геометрические

параметры топки

Тепло, вносимое в топку с воздухом: [1, c.37]

Полезное тепловыделение в топочной камере:

Адиабатная температура горения T_a соответствует условию, когда всё полезное тепловыделение воспринимается продуктами сгорания. В данном расчёте топки котла температуру определяем, используя данные таблицы 3, по известному значению Q_т, принимая Q_т=H_г:

Отсюда .

Задаемся температурой газов на выходе из топки:. [1, c.39]

Энтальпия газов на выходе из топки: - из таблицы 3.

Удельное тепловосприятие топки:

, где коэффициент сохранения теплоты;

Расчет теплообмена в топке

Итогом расчета теплообмена в топочной камере должно стать действительное значение температуры газов на выходе из нее. Это значение должно отличаться от ранее принятого не более чем на 100?С.

Температура на выходе из топки:

[1, c.157]

где - абсолютная адиабатная температура горения, К;

-средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

-коэффициент излучения среды в топочной камере;

M - коэф-т учитывающий положение ядра факела по высоте топочной камеры;

- средняя теплоемкость газов.

,

где - энтальпия газов на выходе из топки,; определяется из таблицы 3.

При сжигании мазута , где - относительная высота положения максимума температур в топке. [1, c.40]

,

где м - высота размещения горелок [1, c.33].

м - расчетная высота заполняющего топку факела - определяется по рис.1.

[1, c.40]

;

- угловой коэффициент экрана.

Условный коэф-т загрязнения =0,55, так как топка имеет открытые гладкотрубные настенные экраны и мазутное топливо. [1, c.41]

Для топочных экранов , для плоскости отделяющий объем топки на входе в ширму х=1, =0,55, для мазута А=900^оС.

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов:

;

Определим площадь стен топочной камеры:

мІ

мІ

мІ

мІ

мІ

Определим коэф-т теплового излучения топочной камеры:

;

Коэф-т теплового излучения факела при сжигании жидкого топлива:

;

;

м - эффективная толщина излучающего слоя.

- коэф-т ослабления лучей топочной средой. [1, с.43]

p = 0,1 МПа - давление газов в топочной камере. [1, c.42]

Определим :

;

m = 0,55 [1, c.44]

Определим действительную температуру газов на выходе из топки:

Расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки, равной 1200^оС, не превышает 100 ^оС, поэтому расчёт считаем законченным. Далее расчет ведем по .

Степень экранирования топки:

Лучевоспринимающая поверхность стен топки:

мІ

Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топочных экранов:

.

Определение тепловосприятий ступеней пароперегревателя и температур пара после каждой ступени

Определим тепловосприятие пароперегревателя:

- для давления перегретого пара 14 МПа и t = 570?С. [2, c.219]

- для давления насыщенного пара в барабане 14,6 МПа и t = 340?С. [2, c.205]

= 60-80 . Примем = 60 . Разделим этот теплоперепад между пароохладителями следующим образом: = 40 -в первом пароохладителе,

= 20 - во втором.

Распределим полученное тепловосприятие по ступеням пароперегревателя:

- = 0,3= 284,8 - ширмовый п/п;

- =0,175=166,1- первая ступень конвективного п/п;

- = 0,525=498,3- вторая ступень конвективного п/п.

Определим потери давления в пароперегревателе:

МПа

Поделим эти потери между ступенями:

- 0,2 МПа - ширмовый п/п;

- 0,2 МПа - первая ступень конвективного п/п;

- 0,2 МПа - вторая ступень конвективного п/п.

= 1456,2 - при давлении впрыскиваемой воды

МПа и температуре .

Рассчитаем требуемый расход пара на впрыск. Для второго пароохладителя:

D = 58,3 кг/c, = 20 . Тепло, которое должно быть сообщено пару после впрыска:

кДж. Отсюда расход воды на впрыск кг/с.

Аналогично для первого пароохладителя:

D = 58,3 - 0,8 = 57,5 кг/c, = 40 ; кДж; кг/с.

Определим температуры и энтальпии пара по ходу пароперегревателя. Температуры определяем по давлениям и найденным удельным значениям энтальпии из таблиц водяного пара.

После 1-го пароохладителя:

- энтальпия пара кДж

- удельная энтальпия пара

После 2-го пароохладителя:

- энтальпия пара кДж

- удельная энтальпия пара

Таблица 4

Изменение параметров пара в пароперегревателе

Расчет пароперегревателя

Расчет ширмового пароперегревателя

Ширмы изготовлены из труб диаметром d=32 мм с толщиной стенки д=4 мм.

Поперечный шаг между ширмами s₁ выбирается таким, чтобы при всех возможных режимах работы котла не возникало полного перекрытия межширмового пространства шлаками, таким образом, s₁=610 мм, тогда продольный шаг труб в ширме s₂ = =d+(0,0030,004)=0,032+0,003= 0,035 м.

Количество ширм рассчитываем по формуле z₁=() - 1=() -1= 16. При этом расстояние от ширм до стен = (). Выбор числа труб n в ленте ширмы следует проверить из условия надежности охлаждения металла труб по допустимой массовой скорости пара [800-1600 кг/(м²•с)].

Массовая скорость пара в ширмах определяется по действительному расходу пара в ширмах:

,

где D_ш - расход пара в ширме;

- число ходов пара в ширмах (=1);

- внутренний диаметр труб ширм.

D_ш = D_пп - D_впр1 - D_впр2 =58,3 - 1,58 - 0,8 = 55,92 кг/с.

Здесь D_{впр1, 2} - расход пара на первый и второй впрыски.

Принимаем число труб n=8 и проверяем по массовой скорости.

кг/м²•с.

Полученная массовая скорость попадает в рекомендуемый диапазон, следовательно, выбор числа труб верен.

Глубина ширм с зависит от продольного шага s₂, числа труб в ленте n и числа ходов . Число ходов ленты ширмы зависит от теплообменной поверхности и необходимой по условиям охлаждения массовой скорости пара и обычно принимается четным, в данном случае - двум.

с = [ (n - 1)• s₂ + d ] •+1,5(- 1) = [ (8 - 1)•0,035 + 0,032 ] •2 + 1,5=2,05 м.

Угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм:

Расчетная поверхность нагрева ширмового пароперегревателя:

Здесь м - высота ширмы, - угловой коэффициент ширмы [1, c.112].

Площадь живого сечения для прохода газов:

.

Примем температуру разов на выходе из ширмы = 1050?С.

Скорость дымовых газов:

м/с.

Лучевоспринимающие поверхности входного и выходного сечений:

Проходное сечение для пара:

Тепловосприятие ширм, получаемое излучением из топки Q_л = Q_{л вх} - Q_{л вых.}

Теплота, получаемая излучением из топки ;

где - коэф-т, учитывающий теплообмен между топкой и ширмами [1,с.42]

- коэф-т распределения тепловой нагрузки по высоте топки; для топок с твердым шлакоудалением в верхней трети топки = 0,8.

= 148,3

- лучевоспринимающая поверхность ширм в топке.

мІ

кДж/кг

Теплота, получаемая из топки и ширм на поверхности за ширмами:

;

где - коэффициент излучения газовой среды;

- угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм = 0,1456;

- средняя температура газов в ширме, =1125+273=1398 К;

- поправочный коэффициент, для жидкого топлива =0,5 [1, c.55].

Эффективная толщина излучающего слоя:

Коэффициент ослабления лучей

Коэффициент излучения газовой среды

Для сажи:

m = 0,55 [1, c.44]

= 1684,6 -881,4 = 803,2 кДж/кг

Температура пара на входе в ширму ^оС, тогда средняя температура пара t_ср = ==360 ^оС. Среднее давление в ширме = 14,5 МПа. По таблицам определяем средний удельный объем пара 0,0134 м³/кг.

Скорость пара:

Выбираем противоточное движение теплоносителей.

Температурный напор:

.

Рис. 4 График изменения температур сред в ширмовом пароперегревателе

Коэффициент теплопередачи:

; [1, c.114]

Коэффициент загрязнения =0,0015 при сжигании мазута.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

;

Коэффициент использования =0,85.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности:

[1, c.122-123]

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде [1, c.132]:

Температура стенки труб:

[1,c.139]:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания для запыленного потока газов:

[1,c.141]

Тогда

кДж/кг

кДж/кг

Несходимость тепловосприятий:

< 2%

Расчет выполнен верно.

Расчет фестона

Фестон рассчитывается поверочным способом.

Изменение температуры в фестоне примем =10 ^оС, так как фестон однорядный. Таким образом, температура на выходе из фестона , по таблице находим энтальпию газов на выходе из фестона кДж/кг. Средняя температура в поверхности нагрева =(1050+1040)/2=1045 ^оС.

Балансовое тепловосприятие фестона:

кДж/кг

Фестон представляет собой один ряд труб наружным диаметром d=100 мм, с поперечным шагом s₁=600 мм.

Количество труб:

z₂=1 - для однорядного фестона.

Теплообменная поверхность:

м²

Лучевоспринимающая поверхность

м²

Площадь живого сечения для прохода газов

Скорость дымовых газов:

м/с

Тепловосприятие труб за счет излучения:

;

где - угловой коэффициент фестона, =0,34. [1, c.112]

кДж/кг

Полное тепловосприятие труб:

Q_т=Q_б+Q_л=245+300=545 кДж/м³

Тепловосприятие труб по уравнению теплопередачи:

;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности:

[1, c.124]

Температура стенки труб:

^оС

Эффективная толщина излучающего слоя: