Промышленность \ Промышленная теплоэнергетика и экология

Аэродинамический расчет котельной установки. Определение расхода тепловой энергии на отопление

Страницы работы

43 страницы (Word-файл)

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Аэродинамический расчет

1. Расчет тяги при сжатии мазута

1.1. Топка

Растяжение h_т=2 кг/м². Принимается по [2]

1.2. Поворот из топки в конвективный газоход (180°)

Таблица 1

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
Секундный объем газов	V_c	м³/с		исходные данные
Живое сечение газохода	F	м²		конструктивное	0,785*1²=0,785
Скорость газов	W	м/с		[2]
Коэффициент сопротивления поворота с учетом входа в трубу	з	-		[2]	0,5+1,431=4,7
Динамическое давление	h_д	кг/м²	-	[2]	0,02
Сопротивление поворота	h_пов	кг/м²	з*h_д	-	4,7*0,02=0,094

1.3. Конвективная часть

1.3.1. «Гладкая труба»

Таблица 2

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
1	2	3	4	5	6
Секундный объем газов	V_c	м³/с	п. 1.2	-
Живое сечение трубы	F	м²		[2]
Продолжение таблицы 2
1	2	3	4	5	6
Скорость газов	W	м/с	п.1.2.	-
Динамическое давление	h_д	кг/м²	-	[2]	1,36
Число Рейнольдса, при d_э = d_вн = 0,053 t=455°С	Re	-		[2]
Коэффициент сопротивления	λ	-		[2]
Сопротивление трения		кг/м²		[2]

1.4. Выход из конвективной части

Таблица 3

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
Секундный объем	V_c	м³/с	п.1.2.	-
Живое сечение канала	F	м²	-	конструктивное	0,7851,3²-0,7851,3²=0,54
Скорость газов	W	м/с	п.1.2.	-
Динамическое давление	h_д	кг/м²		[2]
Коэффициент сопротивления поворота с учетом входа в трубу	з	-		[2]	1,1+1,411=2,5
Сопротивление поворота	h_пов	кг/м²	п.1.2	-	2,35*4,0=10,0

1.5. Сопротивление газов

Таблица 4

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
Секундный объем	V_c	м³/с	п.1.2.	-
Живое сечение газохода	F	м²	-	конструктивное	0,168
Скорость газов	W	м/с	п.1.2.	-
Эквивалентный диаметр	d_э	м		[2]
Число Рейнольдса, при t=180°С	Re	-		[2]
Коэффициент трения	λ	-	-	[2]	0,02
Сопротивление трения при h_д=4,1		кг/м²	п.1.3	-

1.6. Поворот из собирающего канала к газоходу (90°)

Таблица 5

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
Коэффициент сопротивления поворота с изменением сечения	з_пов	-		-	0,511*1=0,5
Скорость газов	W	м/с	п.1.5.	-
Сопротивление поворота	h_пов	кг/м²	з*h_д	-	0,5*4,1=2,05

1.7. Сопротивление собирающего короба

Таблица 6

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
Секундный объем	V_c	м³/с	п.1.5.	-	2,58
Живое сечение отвода	F	м²	-	конструктивное	0,288
Скорость газов	W	м/с	-	[2]
Динамическое давление	h_д	кг/м²	-	[2]	1,35
Местное сопротивление		кг/м²		-	4,002*1,35=5,4027

Коэффициенты сопротивлений [2]

- поворот на 90° между газоходом и собирающим коробом:

- собирающий короб с двусторонним торцевым подводом:

[2]

, где 1,1 – коэффициент, учитывающий сужение сечения в коробе

- поворот на 90° между коробом и прямым каналом

з=1,4

- полностью открытый шибер

з=0,1

Суммарный коэффициент сопротивлений:

1.8. Суммарное сопротивление газового тракта

I Расчет тепловых нагрузок

Исходные данные

Таблица 1

Параметр	Значение	Ед. изм.
Объемы отапливаемых зданий:
Детский сад	3500	м³
Школа	5000	м³
Административные здания	9800	м³
Данные жилого микрорайона
Население	3550	чел

Таблица 2

Дополнительные данные

Параметр	Значение	Ед. изм.
Место расположения котельной (г.п. Комарин)
Удельная общая площадь (жилой район)	26	м²/чел
Объем отапливаемых жилых помещений	280800	м³
При высоте помещений (наружный обмер)	3	м
Продолжительной отопительного периода	194	дня
Расчетная температура отопления	-24	°С
Количество учеников (школа)	600	чел
Численность служащих	42	чел
Количество детей (д/сад)	120	чел

Таблица 3

Средняя температура воздуха внутри помещений ([ ] ст. )

Параметр	Значение	Ед. изм.
Административные здания	18	°С
Жилой массив	18	°С
Школа	18	°С
Детский сад	20	°С

Таблица 4

Средние температуры для расчета ([ ] ст. 30)

Параметр	Значение	Ед. изм.
Нагрузок ГВС	-10	°С
Нагрузок отопления
I квартал	-4,9	°С
II квартал	6,6	°С
III квартал	16,3	°С
IV квартал	1,0	°С
годовая (ОП)	-1,6	°С

Таблица 5

Отопительные характеристики зданий ([ ] ст. )

Параметр	Значение	Ед. изм.
Административные здания	0,5	Вт/(м³°С)
Жилой массив	0,5	Вт/(м³°С)
Школа	0,5	Вт/(м³°С)
Детский сад	0,55	Вт/(м³°С)

Таблиц 6

Норма расхода горячей воды на одного человека ([ ] ст. )

Параметр	Значение	Ед. изм.
Административные здания	7	кг/день
Жилой массив	120	кг/день
Школа	8	кг/день
Детский сад	10	кг/день

Таблица 7

Продолжительность включения ГВС

Параметр	Значение	Ед. изм.
Административные здания	350	дней
Жилой массив	350	дней
Школа	350	дней
Детский сад	350	дней

Теплоемкость воды ср=4,19 кДж/(кг °С)

Таблица 8

Продолжительность работы системы отопления ([ ] ст. )

Параметр	Значение	Ед. изм.
Продолжительность работы системы отопления
I квартал	84	дней
II квартал	31	дней
III квартал	0	дней
IV квартал	79	дней
отопительный период	194	дней

РАСЧЕТ

Определение расхода тепловой энергии на отопление

1. Максимальная расчетная нагрузка на отопление

, Вт (1.1)

где q_от – отопительная характеристика здания, Вт/м³ч

V_зд – объем здания, м³

t_в – температура воздуха внутри здания, °С

t_от – температура наружного воздуха , °С

Вт

Административные здания	215,8	кВт
Жилой массив	5833,4	кВт
Школа	125,0	кВт
Детский сад	88,7	кВт

Суммарная нагрузка 6,3МВт

2. Тепловые нагрузки на отопление по квартально

(1.2)

где - квартальная тепловая нагрузка отопления, кВт

- максимальная нагрузка системы отопления, кВт

t_м – средняя за квартал температура наружного воздуха, °С

t_в – температура воздуха внутри здания, °С

t_от – температура наружного воздуха, °С

кВт

Здания	Нагрузка системы отопления, кВт
Здания	I	II	III	IV	ОП
Административные здания	117,66	58,57	0	87,35	10,71
Жилой массив	3180,37	1528,24	0	2360,97	2722
Школа	68,15	33,93	0	50,59	58,33
Детский сад	50,2	13,4	0	38,3	4,35

3. Определение расходов тепла на горячее водоснабжение за сутки

, кДж (1.3)

где Н_р – норма расхода горячей воды на человека, кг/сутки

n – количество постоянно находящихся людей в здании,

с_р – теплоемкость воды, кДж/(кг°С) t_г – температура горячей воды, °С

- средняя температура холодной воды за летний и зимний периоды, °С

°С (1.4)

где - температура холодной воды летом – 15°С

- температура холодной воды зимой - 5°С

ГДж/сут

Административные здания	0,15	ГДж
Жилой массив	212,19	ГДж
Школа	2,41	ГДж
Детский сад	0,15	ГДж

Суммарный расход на ГВС – 215,35 ГДж/сут

Часовой максимальный расход на ГВС – 2,54 Гкал/час

Часовой средний расход на ГВС – 1,06 Гкал/час

4. Годовой расход тепла на ГВС

, Гкал/год (1.5)

где - средняя часовая нагрузка на ГВС, Гкал/год

- продолжительность зимнего периода – 194 сут.

- продолжительность летнего периода – 156 сут.

Гкал/год

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1 Тепловая мощность, МВт, не менее 3,0

Гкалл/ч, не менее 2,58

1.2 Температура воды, °С на выходе 115

на входе 70

1.3 Расчетное давление воды (избыточное), МПа, не более 0,6

1.4 Вид топлива мазут, газ

1.5 Коэффициент избытка воздуха 1,2 – для мазута

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И СОСТАВ ТОПЛИВА

2.1. Характеристики мазута

2.1.1 Элементарный состав мазута приведены в Табл. 2-1

Наименование	Формула	Содержание, %
Углерод	С^р	83
Кислород	О^р	0,7
Азот	N^р	0,7
Сера	S^р	2,8
Водород	H^р	10,4
Влажность на рабочую массу	W^р	3

2.1.2 Теплота сгорания топлива (низшая)

[табл. (1)]

2.2 Характеристики газового топлива

2.2.1 Элементарный состав газового топлива приведены в Табл. 2-2

3. ОБЪЕМЫ И ЭНТАЛЬПИИ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ МАЗУТА

3.1 Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания при полном сжигании 1кг жидкого топлива с коэффициентом избытка воздуха α=1 определяются по следующим формулам:

- теоретическое количество сухого воздуха, необходимо для полного сгорания топлива с коэффициентом избытка воздуха α=1:

, м³/кг (3.1)

м³/кг

- теоретический объем азота

, м³/кг (3.2)

м³/кг

- объем трехатомных газов

, м³/кг (3.3)

м³/кг

- теоретический объем водяных паров

, м³/кг (3.4)

м³/кг

3.2 При избытке воздуха α>1 расчет ведется по следующим формулам:

- объем водяных паров

, м³/кг (3.5)

м³/кг

- объем дымовых газов

, м³/кг (3.6)

м³/кг

3.3 Объемные доли трехатомных газов, равные парциальным давлениям газов при общем давлении 1 кгс/см²,:

(3.7)

(3.8)

3.4 Определение энтальпий

3.4.1 Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха α=1 и температуре газов , ºС

, ккал/кг (3.9)

3.4.2 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при нормальных условиях:

, ккал/кг (3.10)

ккал/кг

3.4.3 Энтальпия дымовых газов на 1кг топлива:

, ккал/кг (3.11)

ккал/кг

3.4.4 Энтальпия 1м³ влажного воздуха , азота и водяных паров определяются по таблице XIII [1].

3.4.5 Результаты счета по формулам 3.1-3.8 приведены в Табл. 3.1.

Таблица 3.1

Определяемая величина	Размерность	Формула	Значение
	м³/кг	(3.1)	10,205
	м³/кг	(3.2)	8,067
	м³/кг	(3.3)	1,568
	м³/кг	(3.4)	1,356
	м³/кг	(3.5)	1,389
	м³/кг	(3.6)	13,065
	-	(3.7)	0,120
	-	(3.8)	0,106
r_n	-	+	0,226

3.4.6 По результатам счета по формулам 3.9-3.11 составлена Табл. 3.2. (I- таблица)

Таблица 3.2

, ºС	, ккал/кг	, ккал/кг	I, ккал/кг
0	0	0	0
100	363	322	427
200	733	649	863
300	1114	982	1311
400	1507	1320	1771
500	1910	1667	2244
600	2320	2023	2725
700	2742	2388	3220
800	3176	2755	3727
900	3620	3123	4245
1000	4070	3500	4770
1100	4521	3888	5299
1200	4975	4276	5830
1300	5440	4664	6373
1400	5915	5062	6927
1500	6384	5460	7476
1600	6861	5858	8033
1700	7341	6256	8592
1800	7823	6653	9153
1900	8312	7062	9725
2000	8798	7470	10292

5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

5.1 Уравнение теплового баланса применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1кг жидкого топлива при 0ºС и 760 мм.рт.с.:

, ккал/кг где - поступившее в котел количество тепла (располагаемое тепло)

- полезно использованное тепло

- потеря тепла с уходящими газами

- потеря тепла от химической неполноты сгорания

- потеря тепла от наружного охлаждения

5.2 Располагаемое тепло котла, использующего топливо с подогревом, без предварительного подогрева воздуха, определяется по формуле:

(5.1)

ккал/кг

ккал/(кг ºС) - теплоемкость мазута

t=110ºС – температура топлива

=53 ккал/кг

5.3 Расчет теплового баланса представлен в Табл. 5.1.

Таблица 5.1

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
1	2	3	4	5	6
Располагаемое тепло		ккал/кг		(5.1)	9543
Температура уходящих газов	_ух	ºС	Принята предварительно	-	218
Энтальпия уходящих газов	I_ух	ккал/кг	По I- таблице	Табл.3.2	916
Температура холодного воздуха	t_х.в.	ºС	Принята условно	п.5.03[1]	30
Энтальпия холодного воздуха		ккал/кг	По I- таблице	Табл. 3.2.	96
Продолжение таблицы 5.1
1	2	3	4	5	6
Потери тепла от химического недожога	q₃	%		табл. XX [1]
Потери тепла от механического недожога	q₄	%		табл. XX прим.5 [1]
Потери тепла с уходящими газами	q₂	%		п.5-07 [1]
Потери тепла с окружающую среду	q₅	%	По результатам замеров для котлов данного типа		1
Сумма тепловых потерь		%	q₂+ q₃+ q₄ + q₅	п.5-13 [1]	7,85
КПД котла	η	%	100-	п.5-13 [1]	100-7,86=92,14
Температура воды на входе в котел	t_в.вх.	ºС	Согласно исходным данным	п.1.2	70
Температура воды на выходе из котла	t_в.вых.	ºС	Согласно исходным данным	п.1.2.	115
Энтальпия воды при входе в котла	i_в.вх	ккал/кг		табл. XXIV [1]	70,1
Энтальпия воды на выходе из котла	i_в.вых	ккал/кг		табл. XXIV [1]	115,3
Тепло, полезно используемое в котле	Q_k	Гкал/ч	Согласно исходным данным	п.1.1	2,58
Расходы воды	G	кг/ч
Полный расход топлива	B	кг/ч		п.5-15 [1]
Расчетный расход топлива	B_p	кг/ч		п.5-16 [1]
Коэффициент сохранения тепла	φ	-		п.5-10 [1]

6. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ КОТЛА НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

6.1 Геометрические характеристики топки приведены в Табл. 6.1.

Таблица 6.1

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
Внутренний диаметр топки	d_m	м			1,0
Толщина стенки топки	δ	м			0,01
Наружный диаметр топки	D_m	м			1,02
Длина топки	L_m	м			3,845
Коэффициент теплопроводности метала жаровой трубы	λ_m	ккал мчºС			39
Объем топочного пространства	V_m	м³			3,02
Площадь поверхности, ограничивающей объем	F_ст	м²			19,41
Площадь лучевоспринимающей поверхности	H	м²			19,01
Эффективная толщина излучающего слоя в топке	s	м		п.6-05 [1]

6.2. Степень черноты топочной камеры

6.2.1 Степень черноты факела а_ф для топки в целом рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки.

6.2.2 Расчет эффективной степени черноты факела (топочной среды) и топочной камеры представлены в Табл. 6.2.

Таблица 6.2

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Ссылка	Значение
1	2	3	4	5	6
Степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящимся плавлением	а_св	-		п.6-07 [1]	0,288
Температура газов на выходе из топки		К ºС	Принимается предварительно и уточняется в процессе расчета		1323 1050
Продолжение таблицы 6.2
1	2	3	4	5	6
Коэффициент усреднения	m	-	Зависит от теплового напряжения топочного объема	п.6-07 [1]	0,66
Соотношение содержаний углерода и водорода в рабочей массе топлива		-		п.6-07 [1]
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами	k_c			п.6-07 [1]
Давление в топке	p		Равно атмосферному давлению		1
Суммарное парциальное давление газов	p_n		pr_n	п.6-07 [1]	0,226
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами	k_г			п.6-07 [1]
Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени	k		k_гr_n+ k_c	п.6-07 [1]	1,311*0,228+0,31=0,606
Степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки только несветящимся трехатомными газами	a_г	-		п.6-07 [1]	0,153
Степень черноты факела	а_ф	-	ma_c_в + (1-m)а_г	п.6-07 [1]	0,660,268+(1-0,66)0,153=0,242
Угловой коэффициент	х	-	Для гладкой поверхности (экрана)	п.6-04 [1]	1
Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения	ζ	-	Для мазута	п.6-2 (стр. 29) [1]	0,55
Коэффициент тепловой эффективности поверхности топки, контактирующей с водой	ψ	-	х ζ	п.6-20 [1]	1*0,55=0,55
Продолжение таблицы 6.2
1	2	3	4	5	6
Средний коэффициент тепловой эффективности	ψ_ср	-		п.6-20 [1]
Степень черноты топочной камеры	а_т	-		п.6-19 [1]

6.3 Расчет теплообмена

6.3.1 Расчет основывается на приложении теории подобия к топочным процессам.

Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки с критерием Больцмана Во, степенью черноты топки а_т и параметром М, зависящим от относительного местоположения максимума температуры пламени.

Исходной для расчета теплообмена является формула, действительная для значений ≤0,9 (п.6-12 [1]):

(6.1)

Здесь - абсолютная температура газов на выходе из топки, К; - температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, К, определяемая по полезному тепловыделению в топке Q_т.(см. формула 6.3).