Тепловой расчет котла. Состав топлива и определение его теплоты сгорания. Выбор коэффициента избытка воздуха в камере сгорания присосов воздуха по газоходам

Тепловой расчет котла

2.1.  Состав топлива и определение его теплоты сгорания.

Топливо:  Природный газ.

Состав газа:

CH₄ – 94.58%;                          O₂ – 0.2% ;

C₂H₆ – 2.15%;                           CO₂ – 0.7%;

C₃H₈ – 0.7%;                             N₂ – 1.4%;

C₄H₁₀ – 0.27%;

Состав массы сухой газообразного топлива.

CH₄+C₂H₆+C₄H₁₀+C₅HH₁₂+N₂+CO₂+H₂S+CO+H₂+C₂H₄+C₃H₆+C₄H₈+C₆H₆=100%

94.58+2.15+0.7+0.27+0.7+1.4=100%

Низкая теплота сгорания сухого газообразного топлива (КДж/м³)

2.2.  Выбор коэффициента избытка воздуха в камере сгорания присосов воздуха по газоходам.

2.2.1.  Определение объёмов воздуха и продуктов сгорания 

при  

Теоретический объём воздуха,

 

 так как СО=0; Н₂=0; Н₂S=0, то

Теоретический объём азота,

Объём трёх атомных газов,

 

Теоретический объём водяных паров,

где d_r – 10  - влагосодержание газ. топлива

Теоретический объём продуктов сгорания

2.2.2.  Определение действительного объёма продуктов сгорания

при  ,

тогда 

Для камеры сгорания.

2.2.3.  Средние характеристики продуктов сгорания в элементах котла.

     , где  - присосы воздуха в газоходе элемента

_{ср кс}=1,15              

Средний объём водяных паров

Средний объём продуктов сгорания

Доля водяных паров

Доля трёхатомных газов

Суммарная доля водяных паров и трёхатомных газов.

 

2.3.  Определения энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

2.3.1.  Энтальпия теоретического объёма воздуха.

Для камеры сгорания

Для конвективного пучка

2.3.2.  Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания,

Для конвективного пучка

Для камеры сгорания

2.3.3.  Энтальпия действительных объёмов продуктов сгорания.

Для камеры сгорания

Для конвективного пучка

 По результатам расчёта строится  J – t диаграмма.

2.4.  Тепловой расчёт

Составление теплового баланса заключается в установлении равенства между поступившем в агрегат количества тепла  и суммой полезного используемого тела Q₁ и тепловых потерь Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q₆.

2.4.1.  Тепловой коэффициент полезного действия определяется методом обратного баланса.

 где - потеря тепла от химической неполноты сгорания, = 0,5%

g₄,g₆=0

g₂ – потеря тепла с уходящими газами

 где

J_ух – энтальпия уходящих газов, определяемых по J – t диаграмме при температуре уходящих газов t_ух.

 - энтальпия  теоретического объёма холодного воздуха, при t=30⁰C – (ct)_ХВ=39,8  .

g₅ – потеря тела от наружного охлаждения = 0,7%

t_ух=150⁰С;    J_ух=2800

2.4.2.  Расход топлива, подаваемого в камеру сгорания определяется по формуле.

В_Р=В=1,735 

2.4.3.  Коэффициент сохранения тепла .

2.5.  Поверочный расчёт теплообмена в камере сгорания.

2.5.1.  Определение площади поверхности камеры сгорания.

Определение площади боковых экранов

F₁=l₁* в, м² ,  где

l₁- высота бокового экрана;

в- ширина бокового экрана;

F₁=7.574*4.18=31.65 м²

F_б.э.=F₁*2=31.65*2=63.3 м²

Определение площади фронтовых экранов

F₂=l₂*a , где

L₂ – высота фронтового экрана;

а  - ширина фронтового экрана;

F₂=7.574*4.16=31.5 м²

Площадь двух фронтовых экранов

F_ф.э.=F₂*2=31.5*2=63 м²

Определение площади окна фестона

F_оф=а*в , м²

F_оф=4,16*4,18=17,38 м²

Определения площади воронки

F₃= м² ,где

h – высота угла воронки

 м²

Площадь двух воронок

F_в=1,404*2=2,808 м²

Площадь по длине воронок

     F₄=l₃*в=1,9*4,18=7,9 м²

Площадь двух длин воронок

F_в.д.=7,9*2=15,8 м²

Суммарная площадь камеры сгорания

м²

2.5.2.  Объём камеры сгорания

V_КС=F₂*в=31,5*4,18=131,67  м²

2.6.  Лучистая поверхность боковых экранов

              , м²

х- лучистый коэффициент поверхности КС, определяется в зависимости от  по графику.

S – шаг экранных труб;

d_н- наружный диаметр экранных труб.

  , тогда  х=0,99

 м²

2.6.1.  Лучистая поверхность боковых экранов

 м²

2.6.2.  Лучистая поверхность окна

 м²

2.6.3.  Лучистая поверхность воронки

 м²

 м²

3.7.4. Полная лучистая поверхность КС.

 м²

3.7.5.  Степень экранирования

Зададимся температурой газов на выходе из камеры сгорания

3.7.6.  Эффективная толщина излучающего слоя в КС

 м

Определяем параметр М

При сжигании газа или мазута М=0,54-0,2 Х_КС

Величина х_КС представляет собой относительное местоположение максимума температуры, т.е. расстояние от середины воронки в отношении до осей горелок, общей высоте КС Н_КС

3.7.7.  Степень черноты факела

3.7.8.  Энерговыделение в камере сгорания   

При g_V , 407 значения m определяют линейной интерполяций

  , где

а_св, а_Г – степень черноты, какой бы обладал факел при заполнении всей камеры соответственно только светящимся пламенем или только несветящимся трёхатомными газами.

m- коэффициент усреднения, зависящий от g_V.

Коэффициент ослабления лучей для трёхатомных газов.

Коэффициент ослабления лучей

 , где

3.7.9.  Степень черноты камерных топок.

     - среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов.

=     , где -коэффициент загрязнения экранов.=0,65

=0,46

Энтальпия  определяется из J-t диаграммы.

При =1200⁰C

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания

3.8.  Расчётная температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания.

  , ⁰С

3.9.  Второе приближение.

Принимаем

Эффективная толщина излучающего слоя

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами.

Степень черноты топок

Расхождение между расчётной температурой составило 13⁰С

Принимаем

Тепло, переданное излучением от продуктов сгорания лучистой поверхности экранных труб

Удельная плотность лучистого потока

4. Тепловой расчёт конвективного пучка.

Уравнение теплового баланса

Уравнение теплоотдачи

4.1. Определение поверхности и площади нагрева

4.1.1. Определяем поверхность одного стояка пучка

F_СТ=3,14*0,028*8,96*6=4,73 м²

4.1.2. Полная поверхность труб пучка

F_Т.П.=4*64*3,14*0,028*8,96*6=1210 м²

4 – количество пучков

64 – количество стояков в КП.

4.1.3. Поверхность боковых стен

h – высота без учёта окна фестона;

а – ширина по фронту котла;

4.1.4. Поверхность стояков конвективной части

d_вн – внутренний диаметр стояка

 м²

4.1.5. Полня поверхность КП.

м²

4.1.6. Массовый расход котла.

4.2. Уравнение теплового баланса.

Температурный напор зависит от взаимного направления движения греющей и обогреваемой сред и изменения их температур в пределах поверхности нагрева.

4.2.1. Средняя температура конвективного пучка

 - коэффициент теплопроводности, коэффициент кинематической вязкости и число Прандтля определяем по средней температуре газов в конвективном пучке.

=8,333*10^-5        =113,2*10^-6      =0,609

4.2.3. Скорость газов в конвективном пучке

 

F_Г- живое сечение, необходимо для прохода газов

F_Г=4,18*4,16-64*0,028*4,16=9,93  м²

 

коэффициент тепловой эффективности

Коэффициент теплообмена между газами и стенкой труб

, где

- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагревследствии неравномерного омывания  газами. =0,95

4.2.4. Коэффициент теплообмена конвекцией

С_S – коэффициент, определяется в зависимости от относительного поперечного шага,  и значения:

S₁ – поперечный шаг пучка;

S₂  - продольный шаг пучка;

S₁=64.3мм;  S₂=62  мм ; 

С_z=1 – поправка на число рядов труб по ходу газов.

4.2.5. Коэффициент теплообмена излучением

а³=0,8 – степень черноты загрязнённых стенок лучевоспринимающих поверхностей.

а – степень черноты потока газов при средней температуре.

Т – температура продуктов сгорания, К

Т=t_cр+273=706+273=979 К

Т₃ – абсолютная температура загрязнённой наружной поверхности

а=1-e^-RPS   , где  RPS – суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

RPS=R_rr_п*PS

S – эффективная толщина излучающего слоя,  м

RPS =0.88*1*0.138=0.1214

a=1-e^-0.1214 =0.114

4.2.6. Коэффициент теплопередачи,  

 

4.3 Второе приближение

Принимаем температуру на выходе t_ух=160⁰С, тогда J_ух=300

Температурный напор

По средней температуре определяем

       

Скорость газов в конвективном пучке

Степень черноты потока газов

a=1-е^-RPS

R_r P_п=

RPS=0.879*0.138=0.1213

a=1-e^-0.1213=0.1142

5.  Тепло-гидравлический расчёт котла.

5.1. Определение температуры в правом боковом экране

Q_л.б.э=132,05*39,195=5175,7

5.2.  Определение температуры в правой части конвективного пучка

5.3.  Определение температуры во фронтовом экране

5.4.  Определение температуры в левой части конвективного пучка

5.5.  Определение температуры в левом боковом экране

6.  Расчёт на прочность элемента

где

коэффициент ослабления для всех обогреваемых труб, где нет отверстий,

Р- давление внутри элемента; Р=25*1,25=31,25 атм

d_в- внутренний диаметр в мм;

G- допустимое напряжение, G=11.5

C- запас конструктора 0,7 2  мм;

  мм.