Тепловой расчет котельного агрегата кв-гм-3, 15-95. Элементы котлоагрегата. Расчет конструктивных характеристик

3.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

КВ-ГМ-3,15-95

3.1. Общие сведения

Тепловой расчет котельного агрегата бывает двух видов:

а) конструкторский, который заключается в том, что при проектировании нового котельного агрегата по заданным параметрам его работы (мощность, температуры питательной воды, подогрева воздуха и др.) определяют величины всех его поверхностей нагрева);

б) поверочный заключается в проверке соответствия величин всех поверхностей нагрева заданным параметрам работы при наличии готового котельного агрегата.

В данном проекте будет выполняться поверочный тепловой расчет котельного агрегата.

Элементы котлоагрегата рассчитывают последовательно, начиная с топки, с последующим переходом к конвективным поверхностям нагрева.

Предварительно выполняют ряд вспомогательных расчетов:

–  определяют конструктивные характеристики элементов котла;

–  определяют количество воздуха, необходимого для горения;

–  количество дымовых газов по газоходам котлоагрегата и их энтальпию;

–  составляют тепловой баланс котельного агрегата.

Тепловой расчет котельного агрегата выполняют по следующим разделам:

  3.2. Расчет конструктивных характеристик котельного агрегата

3.2.1. Конструктивные характеристики топочной камеры

Рис. 3.1. Схема топочной камеры.

Поверхность стен топочной камеры, м²:

- передней стены

F^Т_фр = c × a = 2,1 × 2,2 = 4,62 м²,                                                                      (3.1)                                                                

где  с – ширина топочной камеры, с = 2,1м;

а – высота топочной камеры, а = 2,2 м;

- задней стены

F^Т_з.ст = F^Т_фр = 4,62  м²;                                                                                    (3.2)                             

- боковой стены

F^Т_бок = 2 × (2,7 × 2,2) =  11,88 м²;                                                                    (3.3)

- потолка топочной камеры

F^Т_пот = 2,1 × 2,7 = 5,67 м²;                                                                                (3.4)

-  пода топки

F^Т_под = F^Т_пот =5,67 м²;                                                                                      (3.5)

Суммарная поверхность стен топочной камеры:

F^Т_ст = F^Т_фр +F^Т_з.ст +F^Т_бок +F^Т_под +F^Т_пот =4,62+4,62+11,88+5,67+5,67=32,46 м²                                                                                              (3.6)

Лучевоспринимающая поверхность стен топочной камеры:

H^Т_Л = ∑Fпл × x,                                                                                                (3.7)

где ∑Fпл - поверхность стен, за исключением не тепловоспринимающих                         участков, м²; 

Х – угловой коэффициент экрана, для потолка, пода и задней стенок топки х₁=1, для боковых и фронтальной стенок х₂=0,98 [1,номограмма 1,б.]

H^Т_фрл = [F^Т_фр – (0,69 × 1,6) ]  × х₁ × 2=4,62 –(0,69∙1,6)∙1∙2= 6,89 м²;                (3.8)     H^Т_з.стл = F^Т_з.ст × x₁ =4,62∙1= 4,62  м²;                                                                  (3.9)  H^Т_бокл = 2 × F^Т_бок × x₂  = 11,8 × 2  × 0,98 = 23,28  м²;                                          (3.10)      H^Т_потл = F_пот × x₁  =5,67∙1= 5,67 м²;                                                                   (3.11)

H^Т_подл = F_пот  × x₁  =5,67∙1= 5,67 м²  .                                                               (3.12)                                                                  Суммарная лучевоспринимающая поверхность стен топочной   камеры, м²:

SН^Т_Л= H^Т_фрл + H^Т_з.стл + H^Т_бокл + H^Т_потл + H^Т_подл = =6,89+4,62+23,38+5,67+5,67=46,23 м²                                                                                            (3.13)                                                                 

Коэффициент тепловой эффективности

yср = хср  ×  ζ=0,99 × 0,55 = 0,54 ,                                                                    (3.14) где ζ – коэффициент, учитывающий загрязнение лучевоспринимающих                          поверхностей; для мазута ζ = 0,55 [1];

хср = (х₁ + х₂)/2 = 1+0,98=0,99                                                            (3.15)

Объём топочной камеры м²:

V_Т = F^Т_фр × 2,7 =4,62∙2,7= 12,47 м³;                                                                 (3.16)

Эффективная толщина излучающего слоя :

                                                           (3.17)

3.2.2. Конструктивные характеристики конвективного газохода

Рис. 3.2. Схема конвективного газохода.

Поверхность нагрева наружных поверхностей конвективной шахты I, м²;

F^I_КШ = 2 × [(2600 - 260) × 2200 ] = 10,3 м²                                                        (3.18)                               Поверхность нагрева наружных поверхностей конвективной  шахты II, м²:

F^II_КШ =4 × (2,7 × 2,2) = 23,76 м²                                                                         (3.19)

Поверхность нагрева наружных поверхностей конвективного газохода III, м²:

F^III_З.С = 2,2 × 2,2 = 4,84 м²                                                                                 (3.20)

F^III_ПОТ = 0,8 × 2,2 = 1,76 м²                                                                               (3.21)

F^III_ПОТ = F^III_ПОД = 1,76 м²                                                                                                                                (3.22)

Диаметр конвективных труб  - d _тр = 0,028 м  .

Длина конвективных труб       -  l = 2,16 м.

Количество труб                      -  n = 432.

F^III_КТ. = p × d _тр × l × n = 3,14 × 0,028 × 2,16 × 432 = 82 м²                                   (3.23)

Суммарная поверхность нагрева конвективного газохода    III, м²:

F^III_К.Ш =    F^III_З.С + F^III_ПОТ  + F^III_ПОД +  F^III_КТ.  =

= 4,84 + 1,76 + 1,76 + 82 = 90,36  м²                                                              (3.24)

Общая суммарная поверхность конвективной части, м²:

Н_К.Ч =  F^I_КШ + F^II_КШ +  F^III_К.Ш = 10,3 + 23,76 + 90,36 = 124,42  м²                  (3.25)

Расположение гладкотрубных пучков – поперечное.

Относительные шаги :

S = (S’₁ + S’₂):2 = (55 + 75): 2 = 65 мм ;                                                          (3.26)

δ₁ = S₁  : d = 65 : 28 = 2,32 мм;                                                                         (3.27)

δ₂ = S₂  : d = 50 : 28 = 1,79 мм;                                                                        (3.28)                Эффективная толщина излучающего слоя, м:

  ( 3.29)

3.3. Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

Топливо : мазут М100 ГОСТ 10585-75

Расчетный состав топлива [1]:

W^P = 3%

A^P = 0,1%

                                     S^P = 1,4%

C^P = 83,8%

H^P = 11,2%

N^P + O^P = 0,5%

─────────

∑ = 100%

Низшая теплота сгорания мазута Q_н^р = 9490 ккал/кг. (40050 кДж/кг).

В тепловом расчете котла определяются теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания.

Теоретический объем воздуха, необъходимого для сгорания топлива при          α=1:

V⁰ =10.45 м³/кг            [ 1, таблица       ]

Теоретический объем трехатомных газов:

V_RO2 = 1,57 м³/кг          [ 1, таблица       ]

Теоретический объем водяных паров:

V_H2O⁰ = 1,45 м³/кг         [ 1, таблица       ]

Теоретический объем азота:

V_N2⁰ = 8,25 м³/кг           [ 1, таблица       ]

Теоретический объем продуктов сгорания:

V_Г⁰ = V_RO2 + V_N2⁰ + V_H2O⁰ =1,57+1,45+8,25=11,27 м³/кг                             (3.29) 

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

Коэффициент избытка воздуха на входе из топки принимаем для камерной топки α=1,1   [1].

Величина присоса воздуха в конвективном пучке котла составляет

Δα=0,05  [1].

Расчет действительных объемов продуктов сгорания сведен в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Действительные объемы продуктов сгорания по газоходам   котельного агрегата

Наименование  величины	Обозначение	Расчетная формула	Наименование элементов газового тракта
			топка	Конвек-тивный пучок
Коэффициент избытка воздуха за элементом тракта			1,1	1,15
Средний коэффициент избытка воздуха			1,1	1,125
Действительный объем водяных паров, м3/м3			1,467	1,471
Действительный объем продуктов сгорания,м3/м3	Vг		12,325	12,586
Объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания			0,127	0,123
Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания			0,119	0,117
Суммарная объемная доля			0,246	0,24

Далее рассчитывается энтальпия воздуха и продуктов сгорания. Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева для всего возможного диапазона температур.

Энтальпия теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур вычисляется по формуле, кДж/кг:

,                                                                                    (3.30) [1]     где    (ct)_в – энтальпия 1м³ воздуха, принимается по таблице