Другие предметы \ Теплотехнические процессы и установки

Тепловой расчёт котельного агрегата. Общие положения. Сводка конструктивных характеристик котельного агрегата

Страницы работы

23 страницы (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

2. Тепловой расчёт котельного агрегата

2.1. Общие положения

Тепловой расчет котельного агрегата может иметь двоякое назначение:

а) 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) при наличии готового котельного агрегата проверяют соответствие всех величин поверхностей нагрева заданным параметрам его работы.

Первый вид расчета называется конструкторским, второй – поверочным. В дипломном проекте выполняется поверочный расчет.

Величины котельного агрегата рассчитывают последовательно, начиная с топки, с последующим переходом к конвективным поверхностям нагрева.

Предварительно выполняют ряд вспомогательных расчетов:

· составляют сводку конструктивных характеристик элементов котельного агрегата;

· определяют количество воздуха, необходимого для горения;

· количество дымовых газов по газоходам котельного агрегата и их энтальпию;

· составляют тепловой баланс котельного агрегата.

Тепловой расчет котельного агрегата выполняют по следующим разделам:

2.2. Сводка конструктивных характеристик

котельного агрегата

При поверочном расчете, пользуясь чертежами котельного агрегата, составляют сводку конструктивных характеристик топки, конвективных поверхностей нагрева. Для облегчения составления сводки конструктивных характеристик следует пользоваться эскизами элементов котельного агрегата.

Таблица 2.1.

Техническая характеристика котла КВ-1.0Г

№	Наименование параметра	Значение
1.	Номинальная теплопроизводительность, МВт (Гкал/ч), не менее	1,0 (0,86)
2.	Вид топлива и его низшая теплота сгорания, МДж/м³ (ккал/м³)	Природный газ ГОСТ 5542-87 36,6 (8620)
3.	Расход топлива, м³ /ч, не более	110
4.	Коэффициент полезного действия, %, не менее	92
5.	Рабочее давление воды на входе в котел, Мпа (кгс/см²), не более	0,6 (6)
6.	Температура воды на выходе из котла, °С	95
7.	Температура воды на входе в котел, °С, не менее	70
8.	Расход воды, м³ /ч, не менее	31
9.	Гидравлическое сопротивление, кПа, не более	80
10.	Аэродинамическое сопротивление, Па (кгс/м²), не более	200 (20)

Продолжение таблицы 2.1.

11.	Температура уходящих дымовых газов, °С, не менее	160
12.	Температура ограждающих поверхностей котла, °С, не более	45
13.	Ресурс котла до капитального ремонта, ч, не менее	18000
14.	Средний срок службы до списания, лет	10
15.	Габаритные размеры, мм, не более Длина Ширина Высота	2700 1730 2270
16.	Масса, кг, не более	2600

2.3. Расчёт конструктивных характеристик

2.3.1. Топочная камера

Рис. 2.1. Топочная камера.

Поверхность стен топочной камеры:

– передней стены

F^Т_фр= c×a , (2.1)

где с – ширина топочной камеры, с = 1.4 м;

а – высота топочной камеры, а = 1.58 м;

F^Т_фр= 1.4×1.58 = 2.21 м²;

– задней стены

F^Т_з.ст = F^Т_фр = 2.21 м²; (2.2)

– боковой стены

F^Т_бок = 2×d×a; (2.3)

где d – длина топочной камеры, d = 1.55 м;

F^Т_бок = 2×1.55×1.58 = 4.9 м²;

– пода топки

F^Т_под = d×c = 1.55×1.4 = 2.17 м². (2.4)

Суммарная поверхность стен топочной камеры:

F^Т_ст= F^Т_фр + F^Т_з.ст + F^Т_бок + F^Т_под + F^Т_пот, (2.5)

где F^Т_пот – поверхность потолка топочной камеры,

F^Т_пот = F^Т_под = 2.17 м². (2.6)

F^Т_ст= 2.21 + 2.21 + 4.9 + 2.17 + 2.17 = 13.66 м².

Лучевоспринимающая поверхность стен топочной камеры:

– передней стены

H^Л_фр = F^Т_фр – (a×b)×x, (2.7)

где b – ширина разделительного экрана топочной камеры;

x – угловой коэффициент, для газоплотных экранов x=1;

H^Л_фр = 2.21 – (1.58×0.5)×1 = 1.42 м²;

– задней стены

H^Л_з.ст = F^Т_з.ст = 2.21 м²; (2.8)

– боковой стены

H^Л_бок = F^Т_бок = 4.9 м²; (2.9)

– пода топочной камеры

H^Л_под = F^Т_под = 2.17 м²; (2.10)

– потолка топки

H^Л_пот = F^Т_пот = 2.17 м². (2.11)

Суммарная лучевоспринимающая поверхность стен топочной камеры:

SН^Л = H^Л_фр + H^Л_з.ст + H^Л_бок + H^Л_под + H^Л_пот (2.12)

SН^Л = 1.42 + 2.21 + 4.9 + 2.17 + 2.17 = 1287 м².

Коэффициент тепловой эффективности газа:

j_ср = х×x, (2.13)

где x – коэффициент, учитывающий загрязнение, согласно табл. 6.2[1], x = 0.65.

j_ср = 1×0.65 = 0.65.

Объём топочной камеры:

V_Т = F_бок×c = 4.9×0.5×1.4 = 3.43 м³. (2.14)

Эффективная толщина излучающего слоя:

S = 3.6× = 3.6×3.43/13.66=0.904 м. (2.15)

2.3.2. Конвективный газоход

Рис. 2.2. Конвективный газоход.

Поверхность нагрева стояков:

Н_ст = p××l×n, (2.16)

где d_н – наружный диаметр трубы стояка, d_н= 0.089 м;

l – длина стояка, l = 1.49 м;

n – количество стояков, n = 2 шт.

Н_ст = 3.14×0.089×0.5×1.49×2=0.416 м².

Поверхность нагрева наружного экрана:

Н^Н_экр = Z×p××l×n,

где d_н – диаметр трубы, d_н= 0.06 м;

l – длина трубы, l = 2.14 м;

n – количество труб в экране, n = 17 шт;

Z – количество экранов, Z = 2 шт.

Н^Н_экр = 2×3.14×0.06×0.5×2.14×17 = 6.84 м²;

Поверхность нагрева разделительного экрана:

Н_р.экр = Z×p××l×n, (2.17)

где d_н – диаметр трубы, d_н= 0.06 м;

l – длина трубы, l = 1.41 м;

n – количество труб в экране, n = 16 шт;

Z – количество экранов, Z = 2 шт.

Н_р.экр = 2×3.14×0.06×0.5×1.41×16 = 4.25 м².

Поверхность нагрева змеевиков:

- поверхность нагрева одного змеевика:

H¢_зм = p×d_н×l, (2.18)

где d_н – наружный диаметр трубы змеевика, d_н= 0.028 м;

l – средняя длина одного змеевика, l=3.15 м;

H¢_зм = 3.14×0.028×3.15 = 0.277 м²;

- количество змеевиков в одной секции:

n_з = H_р.экр / H_зм = 4.25/0.277 = 15.35. (2.19)

Принимаем количество змеевиков в одной секции n₃ = 16 шт.

H_зм = n_c×n_з×H¢_зм (2.20)

где n_с – количество секций, n_с= 2 шт.

H_зм = 2×16×0.277 = 8.86 м²;

Суммарная конвективная поверхность нагрева:

Н_к.н. = Н_ст + Н^Н_экр + Н_р.экр + H_зм (2.21)

Н_к.н. = 0.416+6.84+4.25+8.86 = 20.4 м².

Расположение змеевиков в газоходе – шахматное.

Относительные шаги:

§ поперечный:

s₁ = S₁/d_н , (2.22)

где S₁ – поперечный шаг, S₁ = 0.0375м,

s₁ = 0.0375/0.028 = 1.34;

§ продольный:

s₂ = S₂/d_н , (2.23)

где S₂ – продольный шаг, S₂= 0.04 м,

s₂ = 0.04/0.028 = 1.43.

Эффективная толщина излучающего слоя:

S = 0.9×d_н× (2.24)

S = 0.9×0.028× = 0.0362 м.

2.4. Определение количества воздуха, необходимого

для горения, состава и количества

дымовых газов и их энтальпии

2.4.1. Основные исходные данные

Номинальная теплопроизводительность Q = 1 МВт = 0,86 Гкал/ч.

Параметры воды:

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

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

Подвод воды к трубам потолочного экрана, выход из экранов топки.

Топливо – природный газ: смесь из Западной Сибири.

Расчётный состав:

CН₄ = 93.8 %;

С₂Н₆ = 2.0 %;

С₃Н₈ = 0.8 %;

С₄Н₁₀ = 0.3 %;

С₅Н₁₂ = 0.1 %;

N₂ = 2.6 %;

СО₂ = 0.4 %;

Q^с_н = 8620 ккал/м³.

2.4.2. Средние характеристикипродуктов сгорания

Таблица 2.2.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения и теоретический состав дымовых газов.

№ п/п	Наименование Величины	Обозначение	Еди-ница измерения	Расчётная формула	Расчёт или источник определения	Результат
1.	Теоретическое количество воздуха, необхо-димое для горения	V⁰_в	м³/м³	0.0476×[0.5×CO+ +0.5×H₂+1.5×H₂S+ +S(m+n/4)´ ´C_mH_n-O₂]^p	Табл. XII [1]	9.88
2.	Теоретический объём азота в дымовых газах	V⁰_N2	м³/м³	0.79×V⁰_в+ N^p/100	Табл. XII [1]	7.6
3.	Объём сухих трёхатомных газов	V⁰_RO2	м³/м³	1.866×(C^p+0.375´ ´S^p)× ×0.01	Табл. XII [1]	1.02
4.	Теоретический объём водяных паров в дымовых газах	V⁰_H2O	м³/м³	0.111×H^P+ +0.0124×W^P+ +0.016× V⁰_в	Табл. XII [1]	2.14
5.	Полный объём теоретического количества дымовых газов	V⁰_Г	м³/м³	V⁰_N2+ V⁰_RO2+ + V⁰_H2O	7.6+ +1.02+ +2.14	10.76

Таблица 2.3.

Состав продуктов сгорания и объёмная доля углекислоты и водяных паров котлоагрегата

Обозначение величины	V⁰ = 9.88 м³/м³; V⁰_RO2=1.02 м³/м³; V⁰_H2O = 2.14 м³/м³; V⁰_N2= 7.6 м³/м³; V⁰_Г = 10.76 м³/м³
Обозначение величины	Топка	Конвективная Часть
Коэффициент избытка Воздуха, a	1.03	1.08
Средний коэффициент избытка воздуха, a_ср	1.03	1.055
Объём водяных паров в дымовых газах V_H2O = V⁰_H2O+0.0161´ ´(a_ср-1) × V⁰, м³/м³	2.145	2.148
Объёмная доля сухих трёхатомных газов в продуктах сгорания r_RO2 = V⁰_RO2/ V⁰_Г	0.087	0.08
Объёмная доля водяных паров в продуктах сгорания r_H2O = V⁰_H2O / V⁰_Г	0.1993	0.1996
Общая объёмная доля трёхатомных газов в продуктах сгорания r_п= r_RO2+ r_H2O	0.286	0.208

2.5. Составление теплового баланса

Составление теплового баланса котельного агрегата служит для определения часового расхода топлива на котельный агрегат.

В настоящем разделе, пользуясь формулами табл. 2.4., а также данными таблицы 2.3.;

а) определяют тепловые потери котельного агрегата q₁, q₂, q₃, q₄, q₅ и q_шл;

б) составляют тепловой баланс и определяют КПД котлоагрегата;

в) подсчитывают действительный часовой расход топлива;

кроме того в данном разделе определяют две вспомогательные величины:

г) расчетный расход топлива (действительно сгоревшее топливо);

д) коэффициент сохранения тепла.

Таблица 2.4.

Тепловой баланс котлоагрегата и расход топлива

Наименование величины	Формула	Расчёт
1	2	3
Теплопроизводительность котельной, Q, Гкал/кг	Задано	1
Располагаемое тепло, Q^р_р, ккал/кг	п. 5-02, [1] Q^р_р = Q^с_н	8620
Температура уходящих газов, J_ух, °С	Принимаем	165
Энтальпия уходящих газов, I_хв, ккал/кг	Табл. I-J	627

Продолжение таблицы 2.4.

1	2	3
Энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха, I⁰_хв, ккал/кг	табл. -J	91
Потеря тепла от химического недожога, q₃, %	Табл. XX, [1]	0.5
Потеря тепла в окружающую среду, q₅, %	п.5-10, [1]	2.6
Потеря тепла с уходящими газами, q₂, %
Сумма потерь, åq, %	q₂+ q₃+q₄+q₅	6.13+0.5+0+ +2.6 = 9.23
Коэффициент полезного действия котлоагрегата, h_к.а., %	100 - åq	100 – 9.23 = = 90.77
Коэффициент сохранения тепла, j	1-q₅/(h_к.а.+ q₅)	1-2.6/(90.77+ +2.6) = 0.972
Полный расход топлива, В, м³/ч	(Q_к.а.×100)/(Q^р_р×h_к.а.)	(1×10⁶×100)/ /(8620×90.77)= = 128
Расчётный расход топлива, В_Р, м³/ч	В×(100-q₄)/100	128×(100- -0)/100=128
Расход воды через котёл КВ – 1.0 Г, Д, т/ч		= 40
Температура холодного воздуха поступающего в котёл