Документ: Тепловой расчет теплового котла, страницы 1-5

Тепловой расчет теплового котла

Содержание

Введение

. Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха

. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

. Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания

. Тепловой баланс теплового котла

. Расчет теплообменов в топке

. Расчет теплообмена в газоходе парового котла

. Тепловой расчет экономайзера

. Определение невязки теплового баланса котла

. Результаты теплового расчёта

Литература

Введение

Паровым или водогрейным котлом называется устройство, в котором для получения пара или нагрева вода под давлением выше атмосферного используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива.

Поверочный расчет парового котла выполняется для оценки показателей экономичности, выбора вспомогательного оборудования, получения исходных данных для последующих расчетов: аэродинамических, гидравлических, прочностных.

При выполнении поверочного расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в определении температур газовой среды и тепловосприятий рабочего тела в поверхностях нагрева заданного котла.

Газо-мазутные вертикально-водотрубные паровые котлы типа ДЕ паропроизводительностью 10 т/ч предназначены для выработки насыщенного или слабонасыщенного пара давлением 1,4 МПа. Топочная камера котлов размещена сбоку от конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованных в верхнем и нижнем барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранов труб - 1790 мм, глубина топочной камеры изменяется в зависимости от номинальной паропроизводительности котла.

Основными составными частями этих котлов являются: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтальный, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру. Трубы перегородки и правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана приварены к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159х6мм. Трубы фронтального экрана котлов приварены к коллекторам диаметром 159х6мм. Шаг труб вдоль барабана 90 мм, поперечный - 110мм. Для поддержания необходимого уровня скоростей газов в конвективных пучках котлов установлены продольные ступенчатые перегородки.

Плотное экранирование боковых стен, потолка и пола топочной камеры позволяет на котлах применять легкую изоляцию в 2-3 слоя изоляционных плит толщиной 100мм. Обмуровка фронтальной и задней стен выполнена из шамотного кирпича толщиной 65мм. и изоляционных плит общей толщиной 100мм. Для уменьшения присосов в газовый тракт котла снаружи изоляцию покрывают металлической листовой обшивкой толщиной 2мм., приваренной к обвязочному каркасу. В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяют стандартные чугунные экономайзеры из труб ВТИ.

1. Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха

Температура уходящих газов оказывает решающее влияние на экономичность работы парового котла, так как потеря теплоты с уходящими газами является при нормальных условиях эксплуатации наибольшей даже в сравнении с суммой других потерь. Однако, глубокое охлаждение газов требует увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева и во многих случаях приводит к усилению низкотемпературной коррозии.

Температура уходящих газов за хвостовой поверхностью нагрева (экономайзером) выбирается в зависимости от вида сжигаемого топлива. Газ месторождения Комсомольское 2. =120^оС.

Для расчета действительных объемов продуктов горения по поверхности нагрева котельного агрегата выбирают коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха в отдельных газоходах . =1,1.

В топку и газоходы котла при наличии в них отверстий и неплотностей из атмосферы поступает воздух, который называют присосом . В газоплотных топках у котлов серии ДЕ .

Присосы воздуха в газоходах парового котла принимают ,.

Рис. 1. Распределение коэффициентов избытка воздуха по поверхностям нагрева котла

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Объемы продуктов сгорания и воздуха выражаются в м³ при нормальных условиях (0°С и 0,1 МПа) при сжигании 1 м³ газового топлива.

Состав органического топлива: CH₄=94,5%; C₂H₆=2,1%; C₃H₈=0,5%; C₄H₁₀=0,1%; C₅H₁₂=0,1%; CO₂=0,2%; N₂=1,6%; Q_р=33530 кДж/м³.

При сжигании природного газа расчет теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания производится на основании процентного состава компонентов, входящих в него:

теоретический объем воздуха:

теоретические объемы продуктов сгорания воздуха:

где - влагосодержание газообразного топлива при расчетной температуре 10°C

Действительные объемы продуктов сгорания при избытке воздуха в газоходах определяются по формуле:

Расчет объемов продуктов сгорания при α>1 сводят в таблицу.

Таблица 1: Объемы продуктов сгорания

Величина и расчетная формула	Поверхность нагрева
	топочная камера	газоход	экономайзер
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева 1,051,151,25
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева 1,051,11,2
Действительный объем водяных паров 2,162,172,18
Полный объем газов 11,1811,6712,64
Объемная доля трехатомных газов 0,0900,0870,080
Объемная доля водяных паров 0,1930,1860,172
Объемная доля трехатомных газов и водяных паров 0,2830,2730,252

3. Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Для всех видов топлива энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, в кДж/м³, при расчетной температуре ^oС, определяют по формулам:

;

.

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха α>1

В приведенных формулах:

теплоемкость соответственно воздуха, трехатомных газов, азота и водяных паров, [5, таблица П1], - коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева,.

Поскольку на данном этапе расчета температура газов за той или иной поверхностью нагрева еще неизвестна, расчет энтальпий газов делается на весь возможный за данной поверхностью диапазон температур.

Результаты расчета энтальпий газов при действительных избытках воздуха сведем в таблицу.

Таблица 2: Энтальпии продуктов сгорания

Поверхность нагрева

Температура за поверхностью , ^oC

,96

12247,092912

122538091

15815

Газоход 1100

297615282,70

,263057

3482

Экономайзер 300

,43

,111148

1848

По результатам расчета строится диаграмма.

4. Тепловой баланс парового котла

Распределение теплоты, вносимой в котел при сжигании топлива, на полезно использованную теплоту и тепловые потери носит название теплового баланса. Тепловой баланс составляется на 1 м³ газообразного топлива. Уравнение теплового баланса имеет вид:

где - располагаемая теплота топлива;

Q₁- полезно используемая теплота для производства водяного пара;

Q₂- потери теплоты с уходящими газами;

Q₃- потери теплоты от химической неполноты сгорания;

Q₄- потери теплоты от механической неполноты сгорания;

Q₅- потери теплоты в окружающую среду;

Q₆-потери с физической теплотой шлаков;

Если отнести все слагаемые теплового баланса к располагаемой теплоте и выразить их в процентах, то уравнение теплового баланса примет вид:

В связи с тем, что в котле сжигается газ, то q₄ и q₅ отсутствуют.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата (брутто) определяется из данного уравнения:

Располагаемая теплота газообразного топлива определяется по уравнению:

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:

где J_ух - энтальпия уходящих газов при ,

определяется по диаграмме;

- коэффициент избытка воздуха за экономайзером, =1,25;

- энтальпия воздуха при температуре в котельной t_хв=30°C, определяется по формуле:

.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания зависит от рода топлива и типа топочного устройства. При сжигании природного газа .

Потеря теплоты от наружного охлаждения для стационарных паровых котлов принимается =1,7% [5, рис.2]при производительности котла D=10.

Распределение по отдельным элементам котельного агрегата, производится пропорционально количеству теплоты, отдаваемому продуктами сгорания в соответствующем элементе и учитывается введением коэффициента сохранения теплоты :

Полное количество полезно используемой теплоты Q₁ для производства водяного пара определяется по формуле :

где D - паропроизводительность агрегата, D=10000 кг/ч ;

i", i', i_п.в - энтальпия, соответственно сухого насыщенного пара, котловой и питательной воды, при P=0,7МПа,

где с_в - теплоёмкость питательной воды, принимают равной 4,19 кДж/кг;

t_п.в - температура питательной воды, принимают равной 104 ^оС.

П - процент непрерывной продувки, принимается равным 3%.

Расход топлива, подаваемого в топку, определяется по формуле:

Расчётный расход топлива определяется с учётом потери теплоты от механической неполноты сгорания. В связи с тем, что сжигается газ, то

5. Расчет теплообмена в топке

Топка парового котла служит для сжигания топлива и получения продуктов сгорания с высокой температурой. Перенос теплоты в топке от факела горящего топлива и высокотемпературных продуктов сгорания к экранным поверхностям нагрева осуществляется, в основном, излучением. Поэтому, расчет теплообмена в топке проводится с условием преобладающего влияния радиационной составляющей.

Целью расчета является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки , удельной нагрузки на единицу объема топки .

Таблица 3(а). Конструктивные характеристики топки

Наименование величины	Обозначение	Размеры	ДЕ 4	ДЕ 6,5	ДЕ 10	ДЕ 16	ДЕ 25
Лучевосприн. поверхность нагрева	М²21,8127,9338,9648,1360,46
Полная поверхность стен топки	М²23,8029,9741,4751,8464,22	М³8,0111,2017,1722,629,0
Диаметр труб	d	мм	51	51	51	51	51
Шаг труб	S	мм	55	55	55	55	55

Таблица 3: Расчет теплообмена в топке

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула и обоснование	Расчет
Коэффициент избытка воздуха в топке	-[5, табл.2]
Теплота, вносимая дутьевым воздухом	Q_в
Полезное тепловыделение в потоке	Q_т
Энтальпия
Теоретическая температура горения	^оС диаграмма=1840
Лучевоспринимающая поверхность	F_л	м²	Табл. 3(а)	F_л=38,96
Полная поверхность стен топки	Fст	м²	Табл. 3(а)	Fст=41,47
Объем топки	Vт	м³	Табл. 3(а)	Vт=17,17
Степень экранирования топки	-
Эффективная толщина излучающего слоя	S	м
Температура на выходе из топки	^оСпредварительно принимается=1100

Суммарная поглощательная способность 3-х атомных газов

,

где P=0,1МПа
Коэффициент ослабления лучей 3-х атомных газов
Сила поглощения потока
Коэффициент теплового излучения несветящихся газов

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

Коэффициент теплового излучения светящейся частью факела -

Коэффициент усреднения

-m=0,1

Коэффициент теплового излучения факела при сжигании газа

-

Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности

-

Относительный шаг труб настенного экрана

-Табл. 3(а)

Угловой коэффициент экрана

x

-

Коэффициент тепловой эффективности экранов

-

Тепловыделение в топке на 1 м. ограждающей поверхности

Параметр

М

-

где

Температура газов на выходе из топки

Энтальпия газов на выходе из топки

диаграмма=18800

Коэффициент теплоты, воспринятое в топке

φ

Количество теплоты, воспринятое в топке

Среднее тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева

Теплонапряжение топочного объема

6. Расчет теплообмена в газоходе парового котла

сгорание котел теплообмен топка

Целью расчета является определение температуры продуктов сгорания на выходе из газохода и количества теплоты, воспринятое поверхностью нагрева газохода.

Таблица 4: Конструктивные характеристики газохода

Наименование величины	Обозначение	Размерность	ДЕ 4	ДЕ 6,5	ДЕ 10	ДЕ 16	ДЕ - 25
							I_г	II_г
Расположение труб			коридорное				Шахм.	Коридор.
Поверхность нагрева	Н	м ²	48,51	68,04	117,69	156,0	16,36	196,0
Диаметр труб	d	мм	51	51	51	51	51	51
Расчетные шаги труб:	S₁	мм	110	110	110	110	220	110
продольный	S₂	мм	100	100	100	100	95	95
Число труб, пересекаемых потоком газов	Z₁	-	7	7	8	8	5	8

Число рядов труб по ходу газов Z₂- 19 27 40 >10


Живое сечение для прохода газов	F_г	м ²	0,338	0,348	0,41	0,713	1,245	0,851
Эффективная толщина излучающего слоя	S	м

Материал: Тепловой расчет теплового котла

Тепловой расчет теплового котла

Смотрите также: