Промышленность \ Промышленная теплоэнергетика и экология

Тепловой расчет котлоагрегата Vitomax 300. Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчёт потерь теплоты, КПД и расхода топлива

Страницы работы

20 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

4 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ КОТЛОАГРЕГАТА Vitomax 300

4.1. Общие положения

Тепловой расчёт водогрейного котла может быть конструктивным и поверочным.

В поверочном тепловом расчёте по принятой конструкции и геометрическим характеристикам поверхностей котлоагрегата (диаметрам, проходным сечениям и др.) для заданной нагрузки и используемого топлива определяются тепловые потери, коэффициент полезного действия, расход топлива и воздуха, скорость дымовых газов, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи. Неизвестными являются не только промежуточные температуры рабочей среды, дымовых газов, но и их конечные температуры. Для выполнения расчёта приходится предварительно задаваться этими температурами и уточнять их путём последовательных приближений как по отдельным поверхностям, так и по агрегату в целом.

Поверочный расчёт производят для оценки показателей экономичности и надёжности агрегата при работе на заданном топливе, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных материалов для проведения расчетов: аэродинамического, гидравлического и др.

Элементы котельного агрегата рассчитываются последовательно, начиная с топки, с последующим переходом к конвективным поверхностям нагрева.

Конструктивный расчет выполняется при разработке новых водогрейных котлов специализированными проектно-конструкторскими институтами или конструкторскими бюро котлостроительных заводов.

4.2. Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

4.2.1. Основные исходные данные

1. Номинальная теплопроизводительность: = 3Гкал/ч (3.5 МВт).

2. Параметры воды:

─ температура на входе: = 70 ^оС;

─ температура на выходе: = 115 ^оС.

3. Топливо ─ природный газ.

4. Расчётный состав топлива: CH₄ = 98.331 % ; C₂H₆= 0.58 % ;

C₃H₈ = 0.181 % ; C₄H₁₀ = 0.033 % ; C₅H₁₂ = 0.058 % ; N₂ = 0.79 % ; CO₂ = 0.027 %.

5. Низшая теплота сгорания: = 8000 ккал/м³(33.52МДж/м³).

4.2.2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

В тепловом расчете котла определяются теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания. Это производится в такой последовательности:

1. Определяем теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при сжигании природного газа, м³/м³

, (4.1)

где m ─ число атомов углерода;

n ─ число атомов водорода.

м³/м³.

2. Определяем теоретический объем азота в продуктах сгорания, м³/м³:

; (4.2)

м³/м³.

3. Определяем теоретический объем трехатомных газов, м³/м³:

; (4.3)

м³/м³.

4. Определяем теоретический объем водяных паров, м³/м³:

; (4.4)

где ─ влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1м³ сухого газа, г/м³; принимаем в соответствии с рекомендацией равным = 10 г/м³.

м³/м³.

5. Определяем теоретический объем продуктов сгорания, м³/м³:

м³/м³. (4.5)

6. Действительные объемы продуктов сгорания рассчитываются с учетом коэффициента избытка воздуха в топке и объемов присосов воздуха по газоходам котельного агрегата.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки котла принимаем для камерной топки при сжигании природного газа равным =1,05 величину присосов воздуха в газоходах котлоагрегата принимаем равными =0,05 для топки и =0,09 для конвективной части.

Результаты расчёта действительных объемов продуктов сгорания и их составов по газоходам сводим в табл.4.1.

Таблица 4.1.

Расчёт действительных объемов продуктов сгорания, объёмных долей трёхатомных газов и водяного пара по газоходам котельного агрегата

Величина	Обоз-наче-ние	Расчетная формула	Наименование элемента газового тракта
Величина	Обоз-наче-ние	Расчетная формула	Топка	Конвектив-ный пакет
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева			1,1	1,14
Средний коэффициент избытка воздуха			1,075	1,095
Действительный объем водяных паров, м³/м³			2,174	2,177
Действительный суммарный объём продуктов сгорания, м³/м³			13,606	13,8
Объёмная доля трёхатомных газов			0,074	0,073
Объёмная доля водяного пара			0,159	0,157
Объёмная доля трёх-атомных газов и водяного пара (суммар-ная)			0,233	0,229

4.2.3. Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении данного расчёта энтальпию воздуха и продуктов сгорания относим к 1м³ природного газа.

Расчёт энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева для всего возможного диапазона температур. Примерный диапазон температур для отдельных газоходов: топка 800-2000°C, конвективный пакет 50-800°C

Энтальпия теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур вычисляется по формуле, ккал/м³ (кДж/м³)

, (4.6)

где ─ энтальпия 1м³ воздуха, ккал/м³;

Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур определяется по формуле, ккал/м³(кДж/м³):

, (4.7)

где ─ энтальпии 1м³ трехатомных газов, теорети-ческого объема азота и водяных паров, ккал/м³; принимаются для каждой выбранной температуры по [6].

Энтальпия дымовых газов для всего выбранного диапазона температур определяется по формуле, ккал/м³ (кДж/м³):

. (4.8)

Результаты расчётов энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в табл. 3.2.

Таблица 4.2.

Теплосодержание воздуха и продуктов сгорания

Темпе-ратура, ˚С

Энтальпии, ккал/м³ (кДж/м³)

Топка

Конвективный пакет

ΔI

100

353,322 (1479,359)

303,038 (1268,820)

382,862 (1604,193)

─

200

714,578 (2991,938)

608,354 (2547,178)

773,856 (3242,456)

390,994 (1638,264)

300

1083,353 (4535,999)

920,506 (3854,159)

1173,029 (4914,993)

399,173 (1672,534)

400

1462,77 (6124,618)

1237,215 (5180,219)

1583,274 (6633,918)

422,011 (1768,22)

500

1853,071 (7758,808)

1563,038 (6544,440)

2005,285 (8402,142)

406,592 (1702,401)

600

2249,525 (9418,761)

1895,696 (7937,279)

2434,12 (10198,964)

428,835 (1796,81)

700

2658,651 (11131,772)

2237,468 (9368,279)

2876,51 (12052,577)

442,39 (1853,61)

800

3079,84 (12895,290)

2583,797 (10818,358)

3202,396 (13418,038)

─

3331,4 (13958,565)

454,89 (1905,98)

900

3509,448 (14694,059)

2927,848 (12258,90)

3648,276

(15286,278)

445,88 (1868,237)

1000

3946,212 (16522,790)

3281,013 (13737,601)

4101,764 (17186,392)

453,488 (1900,114)

1100

4386,26 (18365,271)

3645,57 (15264,002)

4544,706 (19042,32)

458,276 (1918,802)

1200

4827,774 (20213,890)

4011,27 (16795,187)

5017,651 (21023,957)

481,356 (2016,88)

1300

5280,387 (22108,983)

4372,405 (18307,260)

5499,007 (23024,342)

470,727 (1970,934)

1400

5743,222 (24046,871)

4746,076 (19871,820)

5980,526 (25040,462)

481,526

(2016,120)

1500

6201,443 (25965,442)

5119,747 (21436,381)

6457,43 (27037,259)

476,904 (1996,797)

1600

6668,405 (27920,612)

5493,418 (23000,941)

6943,076 (29070,659)

485,646 (2033,40)

1700

7137,108 (29883,071)

5864,81 (24555,959)

7430,349 (31110,871)

487,273 (2040,212)

1800

7609,436 (31860,709)

6238,481 (26120,520)

7921,36 (33166,734)

491,011 (2055,863)

1900

8089,219 (33869,560)

6621,266 (27723,241)

8420,282 (35255,721)

498,922 (2088,986)

2000

8565,078 (35861,982)

7004,051 (29325,962)

8915,281 (37328,282)

494,999 (2072,561)

4.3. Расчёт потерь теплоты, КПД и расхода топлива

При работе водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают . В данном случае [5].

Совершенство работы котлоагрегата ─ его тепловая эффективность ─ характеризуется коэффициентом полезного действия , %, который может быть определён после расчёта тепловых потерь: