Аэродинамический расчет котельной установки. Определение расхода тепловой энергии на отопление

Страницы работы

43 страницы (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Аэродинамический расчет

1. Расчет тяги при сжатии мазута

1.1. Топка

Растяжение hт=2 кг/м2. Принимается по [2]

1.2. Поворот из топки в конвективный газоход (180°)

Таблица 1

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

Секундный объем газов

Vc

м3

исходные данные

Живое сечение газохода

F

м2

конструктивное

0,785*12=0,785

Скорость газов

W

м/с

[2]

Коэффициент сопротивления поворота с учетом входа в трубу

з

-

[2]

0,5+1,4*3*1=4,7

Динамическое давление

hд

кг/м2

-

[2]

0,02

Сопротивление поворота

hпов

кг/м2

з*hд

-

4,7*0,02=0,094

1.3. Конвективная часть

1.3.1. «Гладкая труба»

Таблица 2

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

1

2

3

4

5

6

Секундный объем газов

Vc

м3

п. 1.2

-

Живое сечение трубы

F

м2

[2]

Продолжение таблицы 2

1

2

3

4

5

6

Скорость газов

W

м/с

п.1.2.

-

Динамическое давление

hд

кг/м2

-

[2]

1,36

Число Рейнольдса, при dэ = dвн = 0,053

t=455°С

Re

-

[2]

Коэффициент сопротивления

λ

-

[2]

Сопротивление трения

кг/м2

[2]

1.4. Выход из конвективной части

Таблица 3

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

Секундный объем

Vc

м3

п.1.2.

-

Живое сечение канала

F

м2

-

конструктивное

0,785*1,32-0,785*1,32=0,54

Скорость газов

W

м/с

п.1.2.

-

Динамическое давление

hд

кг/м2

[2]

Коэффициент сопротивления поворота с учетом входа в трубу

з

-

[2]

1,1+1,4*1*1=2,5

Сопротивление поворота

hпов

кг/м2

п.1.2

-

2,35*4,0=10,0


1.5. Сопротивление газов

Таблица 4

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

Секундный объем

Vc

м3

п.1.2.

-

Живое сечение газохода

F

м2

-

конструктивное

0,168

Скорость газов

W

м/с

п.1.2.

-

Эквивалентный диаметр

dэ

м

[2]

Число Рейнольдса, при

t=180°С

Re

-

[2]

Коэффициент трения

λ

-

-

[2]

0,02

Сопротивление трения при hд=4,1

кг/м2

п.1.3

-

1.6. Поворот из собирающего канала к газоходу (90°)

Таблица 5

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

Коэффициент сопротивления поворота с изменением сечения

зпов

-

-

0,5*1*1*1=0,5

Скорость газов

W

м/с

п.1.5.

-

Сопротивление поворота

hпов

кг/м2

з*hд

-

0,5*4,1=2,05


1.7.  Сопротивление собирающего короба

Таблица 6

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

Секундный объем

Vc

м3

п.1.5.

-

2,58

Живое сечение отвода

F

м2

-

конструктивное

0,288

Скорость газов

W

м/с

-

[2]

Динамическое давление

hд

кг/м2

-

[2]

1,35

Местное сопротивление

кг/м2

-

4,002*1,35=5,4027

Коэффициенты сопротивлений [2]

- поворот на 90° между газоходом и собирающим коробом:

- собирающий короб с двусторонним торцевым подводом:

                   [2]

 , где 1,1 – коэффициент, учитывающий сужение сечения в коробе

- поворот на 90° между коробом и прямым каналом

з=1,4

- полностью открытый шибер

з=0,1

Суммарный коэффициент сопротивлений:

1.8. Суммарное сопротивление газового тракта


I Расчет тепловых нагрузок

Исходные данные

Таблица 1

Параметр

Значение

Ед. изм.

Объемы отапливаемых зданий:

Детский сад

3500

м3

Школа

5000

м3

Административные здания

9800

м3

Данные жилого микрорайона

Население

3550

чел

Таблица 2

Дополнительные данные

Параметр

Значение

Ед. изм.

Место расположения котельной (г.п. Комарин)

Удельная общая площадь (жилой район)

26

м2/чел

Объем отапливаемых жилых помещений

280800

м3

При высоте помещений (наружный обмер)

3

м

Продолжительной отопительного периода

194

дня

Расчетная температура отопления

-24

°С

Количество учеников (школа)

600

чел

Численность служащих

42

чел

Количество детей (д/сад)

120

чел

Таблица 3

Средняя температура воздуха внутри помещений ([  ] ст.   )

Параметр

Значение

Ед. изм.

Административные здания

18

°С

Жилой массив

18

°С

Школа

18

°С

Детский сад

20

°С

Таблица 4

Средние температуры для расчета ([  ] ст. 30)

Параметр

Значение

Ед. изм.

Нагрузок ГВС

-10

°С

Нагрузок отопления

I квартал

-4,9

°С

II квартал

6,6

°С

III квартал

16,3

°С

IV квартал

1,0

°С

годовая (ОП)

-1,6

°С

Таблица 5

Отопительные характеристики зданий ([  ] ст.  )

Параметр

Значение

Ед. изм.

Административные здания

0,5

Вт/(м3 °С)

Жилой массив

0,5

Вт/(м3 °С)

Школа

0,5

Вт/(м3 °С)

Детский сад

0,55

Вт/(м3 °С)

Таблиц 6

Норма расхода горячей воды на одного человека  ([  ] ст.  )

Параметр

Значение

Ед. изм.

Административные здания

7

кг/день

Жилой массив

120

кг/день

Школа

8

кг/день

Детский сад

10

кг/день

Таблица 7

Продолжительность включения ГВС

Параметр

Значение

Ед. изм.

Административные здания

350

дней

Жилой массив

350

дней

Школа

350

дней

Детский сад

350

дней

Теплоемкость воды ср=4,19 кДж/(кг °С)

Таблица 8

Продолжительность работы системы отопления ([  ] ст.  )

Параметр

Значение

Ед. изм.

Продолжительность работы системы отопления

I квартал

84

дней

II квартал

31

дней

III квартал

0

дней

IV квартал

79

дней

отопительный период

194

дней


РАСЧЕТ

Определение расхода тепловой энергии на отопление

1. Максимальная расчетная нагрузка на отопление

, Вт                          (1.1)

где  qот – отопительная характеристика здания, Вт/м3ч

Vзд – объем здания,                                         м3

tв – температура воздуха внутри здания,      °С

tот – температура наружного воздуха ,         °С

Вт

Административные здания

215,8

кВт

Жилой массив

5833,4

кВт

Школа

125,0

кВт

Детский сад

88,7

кВт

Суммарная нагрузка 6,3МВт

2. Тепловые нагрузки на отопление по квартально

                                       (1.2)

где     - квартальная тепловая нагрузка отопления,                    кВт

 - максимальная нагрузка системы отопления,                 кВт

tм – средняя за квартал температура наружного воздуха,          °С

tв – температура воздуха внутри здания,                               °С

tот – температура наружного воздуха,                                   °С

кВт

Здания

Нагрузка системы отопления, кВт

I

II

III

IV

ОП

Административные здания

117,66

58,57

0

87,35

10,71

Жилой массив

3180,37

1528,24

0

2360,97

2722

Школа

68,15

33,93

0

50,59

58,33

Детский сад

50,2

13,4

0

38,3

4,35

3. Определение расходов тепла на горячее водоснабжение за сутки

, кДж                        (1.3)

где     Нр – норма расхода горячей воды на человека, кг/сутки

n – количество постоянно находящихся людей в здании,         

ср – теплоемкость воды,                                       кДж/(кг°С)                      tг – температура горячей воды,                            °С

- средняя температура холодной воды за летний и зимний периоды,                                                            °С

°С                    (1.4)

где      - температура холодной воды летом – 15°С

 - температура холодной воды зимой - 5°С

 ГДж/сут

Административные здания

0,15

ГДж

Жилой массив

212,19

ГДж

Школа

2,41

ГДж

Детский сад

0,15

ГДж

Суммарный расход на ГВС – 215,35 ГДж/сут

Часовой максимальный расход на ГВС – 2,54 Гкал/час

Часовой средний расход на ГВС – 1,06 Гкал/час

4. Годовой расход тепла на ГВС

, Гкал/год  (1.5)

где     - средняя часовая нагрузка на ГВС,               Гкал/год

 - продолжительность зимнего периода – 194 сут. 

 - продолжительность летнего периода – 156 сут. 

 Гкал/год


1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1 Тепловая мощность, МВт, не менее                                           3,0

Гкалл/ч, не менее                                     2,58

1.2 Температура воды, °С                                                                  на выходе                                                 115

на входе                                                    70

1.3 Расчетное давление воды (избыточное), МПа, не более           0,6

1.4 Вид топлива                                                                                  мазут, газ

1.5 Коэффициент избытка воздуха                                         1,2 – для мазута


2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И СОСТАВ ТОПЛИВА

2.1. Характеристики мазута

2.1.1 Элементарный состав мазута  приведены в Табл. 2-1

Наименование

Формула

Содержание, %

Углерод

Ср

83

Кислород

Ор

0,7

Азот

Nр

0,7

Сера

Sр

2,8

Водород

Hр

10,4

Влажность на рабочую массу

Wр

3

2.1.2 Теплота сгорания топлива (низшая)          

 [табл. (1)]

2.2 Характеристики газового топлива

2.2.1 Элементарный состав газового топлива приведены в Табл. 2-2


3. ОБЪЕМЫ И ЭНТАЛЬПИИ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ МАЗУТА

3.1 Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания  при полном сжигании 1кг жидкого топлива с коэффициентом избытка воздуха α=1 определяются по следующим формулам:

- теоретическое количество сухого воздуха, необходимо для полного сгорания топлива с коэффициентом избытка воздуха α=1:

, м3/кг           (3.1)

 м3/кг

- теоретический объем азота

, м3/кг                                                      (3.2)

 м3/кг

- объем трехатомных газов

, м3/кг                                                  (3.3)

 м3/кг        

- теоретический объем водяных паров

, м3/кг                                          (3.4)

 м3/кг  

3.2 При избытке воздуха α>1 расчет ведется по следующим формулам:

- объем водяных паров

, м3/кг                                                (3.5)

 м3/кг

- объем дымовых газов

, м3/кг                                          (3.6)

 м3/кг

3.3 Объемные доли трехатомных газов, равные парциальным давлениям газов при общем давлении 1 кгс/см2,:

                                                                                 (3.7)

                                                                        (3.8)

3.4 Определение энтальпий

3.4.1 Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха α=1 и температуре газов , ºС

, ккал/кг           (3.9)

3.4.2 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при нормальных условиях:

, ккал/кг                                                                 (3.10)

 ккал/кг 

3.4.3 Энтальпия дымовых газов на 1кг топлива:

, ккал/кг                                                            (3.11)

 ккал/кг       

3.4.4 Энтальпия 1м3 влажного воздуха , азота  и водяных паров  определяются по таблице XIII [1].

3.4.5 Результаты счета по формулам 3.1-3.8 приведены в Табл. 3.1.

          Таблица 3.1

Определяемая величина

Размерность

Формула

Значение

м3/кг

(3.1)

10,205

м3/кг

(3.2)

8,067

м3/кг

(3.3)

1,568

м3/кг

(3.4)

1,356

м3/кг

(3.5)

1,389

м3/кг

(3.6)

13,065

-

(3.7)

0,120

-

(3.8)

0,106

rn

-

+

0,226

3.4.6 По результатам счета по формулам 3.9-3.11 составлена Табл. 3.2. (I- таблица)

Таблица 3.2

, ºС

, ккал/кг

, ккал/кг

I, ккал/кг

0

0

0

0

100

363

322

427

200

733

649

863

300

1114

982

1311

400

1507

1320

1771

500

1910

1667

2244

600

2320

2023

2725

700

2742

2388

3220

800

3176

2755

3727

900

3620

3123

4245

1000

4070

3500

4770

1100

4521

3888

5299

1200

4975

4276

5830

1300

5440

4664

6373

1400

5915

5062

6927

1500

6384

5460

7476

1600

6861

5858

8033

1700

7341

6256

8592

1800

7823

6653

9153

1900

8312

7062

9725

2000

8798

7470

10292


5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

5.1 Уравнение теплового баланса применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1кг жидкого топлива при 0ºС и 760 мм.рт.с.:

, ккал/кг где     - поступившее в котел количество тепла (располагаемое тепло)

- полезно использованное тепло

 - потеря тепла с уходящими газами

- потеря тепла от химической неполноты сгорания

- потеря тепла от наружного охлаждения

5.2 Располагаемое тепло  котла, использующего топливо с подогревом, без предварительного подогрева воздуха, определяется по формуле:

                                                           (5.1)

 ккал/кг

 ккал/(кг ºС) - теплоемкость мазута

t=110ºС – температура топлива

=53 ккал/кг

5.3 Расчет теплового баланса представлен в Табл. 5.1.

Таблица 5.1

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

1

2

3

4

5

6

Располагаемое тепло

ккал/кг

(5.1)

9543

Температура уходящих газов

ух

ºС

Принята предварительно

-

218

Энтальпия уходящих газов

Iух

ккал/кг

По I- таблице

Табл.3.2

916

Температура холодного воздуха

tх.в.

ºС

Принята условно

п.5.03[1]

30

Энтальпия холодного воздуха

ккал/кг

По I- таблице

Табл. 3.2.

96

Продолжение таблицы 5.1

1

2

3

4

5

6

Потери тепла от химического недожога

q3

%

табл. XX [1]

Потери тепла от механического недожога

q4

%

табл. XX прим.5 [1]

Потери тепла с уходящими газами

q2

%

п.5-07 [1]

Потери тепла с окружающую среду

q5

%

По результатам замеров для котлов данного типа

1

Сумма тепловых потерь

%

q2+ q3+ q4 + q5

п.5-13 [1]

7,85

КПД котла

η

%

100-

п.5-13 [1]

100-7,86=92,14

Температура воды на входе в котел

tв.вх.

ºС

Согласно исходным данным

п.1.2

70

Температура воды на выходе из котла

tв.вых.

ºС

Согласно исходным данным

п.1.2.

115

Энтальпия воды при входе в котла

iв.вх

ккал/кг

табл. XXIV [1]

70,1

Энтальпия воды на выходе из котла

iв.вых

ккал/кг

табл. XXIV [1]

115,3

Тепло, полезно используемое в котле

Qk

Гкал/ч

Согласно исходным данным

п.1.1

2,58

Расходы воды

G

кг/ч

Полный расход топлива

B

кг/ч

п.5-15 [1]

Расчетный расход топлива

Bp

кг/ч

п.5-16 [1]

Коэффициент сохранения тепла

φ

-

п.5-10 [1]


6. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ КОТЛА НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

6.1 Геометрические характеристики топки приведены в Табл. 6.1.

Таблица 6.1

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

Внутренний диаметр топки

dm

м

1,0

Толщина стенки топки

δ

м

0,01

Наружный диаметр топки

Dm

м

1,02

Длина топки

Lm

м

3,845

Коэффициент теплопроводности метала жаровой трубы

λm

ккал

м*ч*ºС

39

Объем топочного пространства

Vm

м3

3,02

Площадь поверхности, ограничивающей объем

Fст

м2

19,41

Площадь лучевоспринимающей поверхности

H

м2

19,01

Эффективная толщина излучающего слоя в топке

s

м

п.6-05 [1]

6.2. Степень черноты топочной камеры

6.2.1 Степень черноты факела аф для топки в целом рассчитывается по температуре  и составу газов на выходе из топки.

6.2.2 Расчет эффективной степени черноты факела (топочной среды) и топочной камеры представлены в Табл. 6.2.

Таблица 6.2

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Ссылка

Значение

1

2

3

4

5

6

Степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящимся плавлением

асв

-

п.6-07 [1]

0,288

Температура газов на выходе из топки

К

ºС

Принимается предварительно и уточняется в процессе расчета

1323

1050

Продолжение таблицы 6.2

1

2

3

4

5

6

Коэффициент усреднения

m

-

Зависит от теплового напряжения топочного объема

п.6-07 [1]

0,66

Соотношение содержаний углерода и водорода в рабочей массе топлива

-

п.6-07 [1]

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

kc

п.6-07 [1]

Давление в топке

p

Равно атмосферному давлению

1

Суммарное парциальное давление газов

pn

prn

п.6-07 [1]

0,226

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

kг

п.6-07 [1]

Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени

k

kгrn+ kc

п.6-07 [1]

1,311*0,228+0,31=0,606

Степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки только несветящимся трехатомными газами

aг

-

п.6-07 [1]

0,153

Степень черноты факела

аф

-

macв + (1-m)аг

п.6-07 [1]

0,66*0,268+(1-0,66)*0,153=0,242

Угловой коэффициент

х

-

Для гладкой поверхности (экрана)

п.6-04 [1]

1

Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения

ζ

-

Для мазута

п.6-2

(стр. 29)

[1]

0,55

Коэффициент тепловой эффективности поверхности топки, контактирующей с водой

ψ

-

х ζ

п.6-20 [1]

1*0,55=0,55

Продолжение таблицы 6.2

1

2

3

4

5

6

Средний коэффициент тепловой эффективности

ψср

-

п.6-20 [1]

Степень черноты топочной камеры

ат

-

п.6-19 [1]

6.3 Расчет теплообмена

6.3.1 Расчет основывается на приложении теории подобия к топочным процессам.

Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе  из топки  с критерием Больцмана Во, степенью черноты топки ат и параметром М, зависящим от относительного местоположения максимума температуры пламени.

Исходной для расчета теплообмена является формула, действительная для значений ≤0,9 (п.6-12 [1]):

                                       (6.1)

Здесь  - абсолютная температура газов на выходе из топки, К; - температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, К, определяемая по полезному тепловыделению в топке Qт.(см. формула 6.3).

Относительное положение максимума температуры пламени по длине топки

Похожие материалы

Информация о работе