Тепловой расчет котельного агрегата. Расчет конструктивных характеристик котельного агрегата КВ-Рм-2. Конвективные поверхности

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

3.1. Расчет конструктивных характеристик котельного агрегата КВ-Рм-2

При поверочном расчете, пользуясь чертежами котельного агрегата, составляют сводку конструктивных характеристик топки, конвективных поверхностей нагрева.

3.1.1. Расчет конструктивных характеристик

1. Поверхность стен топочной камеры:

- передней стены:                                                                                           

F^Т_фр = c × a = 1,185 × 2,12 = 2,512 м²,                                                      (3.1)                                    

где  с – ширина топочной камеры, с = 1,185 м;

а – высота топочной камеры, а = 2,12 м;

- задней стены:

F^Т_з.ст = 1,73 + а × с= 1,73 + 1,185 × 2,12 = 4,239  м²;                               (3.2)                                      

- боковой стены:

F^Т_бок = 2 × d × a = 2 × 2,571× 2,12 = 10,9 м²,                                               (3.3)                                      

где   d – длина топочной камеры, d = 2,571 м;

- пода топки:

F^Т_под = d × c – 0,85 = 2,571 × 1,185 -0,85 =2,466  м²;                                                                                                                  (3.4)

- потолка топочной камеры:

F^Т_пот = d × c + 1,21 = 2,571 × 1,185 + 1,21 = 4,255 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 = 2,512 + 4,239 + 10,9 +

+ 2,466 + 4,255 = 24,371м²                                                                     (3.6)                                                                                                                                                                     

2. Лучевоспринимающая поверхность стен топочной камеры:

- передней стены:

H^Л_фр = F^Т_фр × x = 2,512 × 1 = 2,512 м²,                                                     (3.7)

где  x – угловой коэффициент экрана, для передних экранов x=1 [5];

- задней стены:

H^Л_з.ст = F^Т_з.ст × x = 4,239 × 0,84 = 3,548  м²,                                             (3.8)

где  x – угловой коэффициент экрана, для задних экранов x=0,84 [5];

- боковой стены:

H^Л_бок = F^Т_бок × x  = 10,9 × 0,96 = 10,536  м²,                                            (3.9)

где  x – угловой коэффициент экрана, для задних экранов x=0,84 [5];

- пода топочной камеры:

H^Л_под =0;                          

- потолка топки:

H^Л_пот = F^Т_пот × x  = 4,255 × 1 = 4,255 м².                                                 (3.10)                   

Суммарная лучевоспринимающая поверхность стен топочной камеры:

SН^Л=H^Л_фр +H^Л_з.ст +H^Л_бок +H^Л_под +H^Л_пот =2,512+3,548+10,536+0+4,255=20,851м² 

 3. Объём топочной камеры:

V_Т = а × d ×c = 2,12 × 2,571 × 1,185 = 6,456 м³.                                      (3.11)

4. Эффективная толщина излучающего слоя:

                                                   (3.12)

где V_Т - объём топочной камеры, м³;

F^Т_ст - суммарная поверхность стен топочной камеры, м².

5. Коэффициент тепловой эффективности :

y_ср = х_ср × x,                                                                                     (3.13)       где x – коэффициент, учитывающий загрязнение лучевоспринимающих   поверхностей, для твердого топлива [6], x = 0.55;

                                                        (3.14)

3.1.2. Конвективные поверхности

Диаметр конвективных труб: d _тр = 60*3 мм*мм;        

Диаметр стояков:   d _ст = 83*3 мм*мм;

Диаметр коллекторов:   d _кл = 133*4,5 мм*мм;

1. Поверхность нагрева конвективных труб первого хода:

Н _к1.тр. = p × d _тр × l × n = 3,14 × 0,06 × 1,487 × 14 = 4,185 м²,                   (3.15)                                                         

где d _тр – диаметр конвективных труб, м;

l – длина трубы секции, l = 1.487  м;

n – количество труб, n = 14 шт;

2. Поверхность нагрева конвективных труб второго хода:

Н _к2.тр = p × d _тр × l × n = 3,14 × 0,06 × 1,487 × 106 = 31,797  м²,               (3.16)                                                                                                                                     

где  n – количество труб, n = 106 шт;

3. Поверхность нагрева конвективных труб третьего хода:

Н _к3.тр = p × d _тр × l × n = 3,14 × 0,06 × 1,487 × 106= 31,797 м²,                                                                                 

где  n – количество труб, n = 106 шт;

4. Поверхность нагрева конвективных труб четвертого хода:

Н _к4.тр = p × d _тр × l × n = 3,14 × 0,06 × 1,487 × 80 = 23,988 м²,                                                                                 

где  n – количество труб, n = 80 шт;

5. Поверхность нагрева перепускных труб:

Н _п.тр = p × d _тр × l × n = 3,14 × 0,06 × 0,3 × 4 = 0,156  м²,                                                                                 

где  l – длина трубы секции, l = 0,3  м;

n – количество труб, n = 4 шт;

6. Поверхность нагрева коллекторов:

Н _кл = p × d _тр × l × n = 3,14 × 0,133 × 0,1 = 0,01  м²,                                                                                 

где  l – длина коллекторов, l = 0,1  м;

d _кл – диаметр коллекторов, d _кл = 133 м;

7. Суммарная конвективная поверхность нагрева:

Н _кн= Н _к1.тр+ Н _к2.тр+ Н _к3.тр+ Н _к4.тр+ Н _п.тр+ Н _кл=4,185+31,797+31,797+       (3.17)

+23,988+0,156+0,01 = 91,933 м².

8. Сечение для прохода газов конвективной части:

f _к.ч.1 = 0,3925 м²,

f _к.ч.2 = 0,3651 м²,

f _к.ч.3 = 0,3651 м²,

f _к.ч.4 = 0,2738 м².

9. Эффективная толщина излучающего слоя:

           (3.18) где d_н – диаметр конвективных труб, м;

s₁ – поперечный шаг труб, s₁=0,18 м;

s₂ – продольный шаг труб, s₂=0,04 м.

3.2. Тепловой расчет котла КВ-Рм-2

3.2.1. Основные исходные данные

Номинальная теплопроизводительность Q= 1,72 Гкал/час = 2МВт.

Параметры воды:

- температура воды на входе в котёл: t_вх = 70 °С;

- температура воды на выходе из котла: t_вых = 95 °С.

В качестве основного вида топлива приняты древесные отходы.

Состав топлива в процентах по массе приводим в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Расчетный состав топлива

Высшая теплота сгорания топлива Q_в^р = 4463,3 ккал/кг=18701,23кДж/кг.

Теплоемкость сухой массы топлива =0,327ккал/(кг×⁰С)=1,37кДж/кг×⁰С)

Теплоемкость рабочей массы топлива =0,596ккал/(кг×⁰С)=2,49 кДж/кг×⁰С)

Температура топлива t_тл = 10 ⁰С [7]

3.2.2. Средние характеристики продуктов сгорания

При тепловом расчете водогрейного котла определяем теоретическое  количество, необходимое для горения и теоретический состав дымовых газов.

Tеоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива:

V_в⁰=0,0889∙С_Р+0,265∙Н_Р–0,0333∙О_Р = 0,0889∙ 30,3 + 0,265 ∙3,6 –

- 0,0333 ∙25,1=2,812  м³/кг.                                                                    (3.19)

Tеоретический объём азота в дымовых газах:

V_N2⁰=0,79 ∙ V_в⁰ + 0,8 ∙ = 0,79 ∙2,812 + 0,8 ∙=2,225 м³/кг.        (3.20)

Теоретический объём трехатомных газов:

V_CO2=1,866∙= 1,866 ∙=0,565 м³/кг .                                         (3.21)

Теоретический объём водяных паров в дымовых газах:

V_H2O = 0,111∙H_P +0,0124 ∙ W_P +0,0161∙V_в⁰ = 0,111∙ 3,6 + 0,0124 ∙ 40 +

+ 0,0161∙ 2,812 = 0,941 м³/кг .                                                     (3.22)

Полный объём теоретического количества дымовых газов:

V_г = V_CO2+ V_N2⁰ + V_H2O + (α-1)∙ V_в⁰ = 0,565 + 2,225 + 0,941 +

+(1,35-1)∙2,812=3,731 м³/кг.                                                         (3.23)

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

Коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки котла принимаем для слоевой топки при сжигании дров равным  [6], величину присосов воздуха в газоходах котлоагрегата принимаем в соответствии рекомендациями [6] при номинальной нагрузке:

-  конвективный пучок котла

Действительный суммарный объем продуктов сгорания природного газа определяем (при среднем коэффициенте избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева) по формуле, м³/м³:

.              (3.24)

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания и их составов по газоходам сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Расчет действительных объемов продуктов сгорания

Продолжение таблицы 3.2

3.2.3. Теплосодержание продуктов сгорания

Рассчитываем энтальпию воздуха и продуктов сгорания. Расчет энтальпий продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева для всего возможного диапазона температур согласно рекомендации [6].

Для расчета энтальпий воздуха и продуктов сгорания приведем значения энтальпий компонентов дымовых газов для всего выбранного диапазона температур и сведем их в таблицу 3.3.

                                                                                              Таблица 3.3

Энтальпия компонентов дымовых газов и воздуха.

Продолжение таблицы 3.3

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

,                                               (3.25)

где    (ct)_в – энтальпия 1м³ воздуха, принимаем по таблице