Лабораторная - Тепловой расчет парогенератора
|
Министерство образования Российской Федерации
Белгородский государственный технологический университет
имени В.Г. Шухова
Кафедра энергетики теплотехнологии
Тепловой расчет парогенератора
Выполнил: студент гр. ЭТ-52
Осьмаков А.Ф.
Принял: Васильев Б.П.
Белгород 2008
Задание
Рассчитать котельный агрегат на следующих условиях:
1. Паропроизводительность Д, (т/ч) – 68
2. Рабочее давление пара Рраб
, (кгс/см2
) – 39
3. Температура перегретого пара tпп
, 0
С – 420
4. Температура питательной воды, 0
С – 145
5. Топливо – природный газ из газопровода Карабулак-Грозный
Низшая теплота сгорания Qн
с
(ккал/м3
) – 10950
Теоретическое количество воздуха Vв
0
(м3
/м3
) – 12,21
Объем трехатомных газов VRO
2
(м3
/м3
) - 1,41
Объем азота VN
2
(м3
/м3
) - 9,68
Объем водяных паров V0
H
2
O
(м3
/м3
) – 2,54
6. Присосы воздуха принимаем в соответствии с рекомендациями норм (табл. XVI)
в фестоне ∆αпр
ф
= 0
в паропергревателе ∆αпр
пп
= 0,03
в водяном экономайзере ∆αпр
вэ
= 0,05 (в каждой ступени)
в воздухоподогревателе ∆αпр
вп
= 0,05
7. Коэффициент избытка воздуха в топке αт
=1,1
8. Коэффициент избытка воздуха за котлом:
αух
= αт
+∆αпр
ф
+∆αпр
пп
+2∆αпр
вэ
+∆αпр
вп
=1,1+0+0,03+2∙0,05+0,05=1,28
Таблица №1
Наименование
величины
|
Vв
0
(м3
/м3
) – 12,21 V0
H2O
= V0
H2O
+0,0161∙(α-1)∙Vв
0
VRO2
(м3
/м3
) - 1,41 VГ
= VRO2
+VN2
+VH2O
+(α-1)∙Vв
0
VN2
(м3
/м3
) - 9,68
V0
H2O
(м3
/м3
) – 2,54
|
Топка, фестон |
Паропере-греватель |
Вод. эконом.
2 ступень
|
Вод. эконом.
1 ступень
|
Воздухо-подогре-ватель |
За котлом |
Коэф. избытка воздуха за
поверхностью
|
1,1 |
1,13 |
1,18 |
1,23 |
1,28 |
1,28 |
Коэф. избытка воздуха средний |
1,1 |
1,115 |
1,155 |
1,215 |
1,255 |
1,280 |
VH2O
|
2,560 |
2,563 |
2,570 |
2,582 |
2,590 |
2,595 |
VГ
|
14,871 |
15,057 |
15,553 |
16,297 |
16,794 |
17,104 |
r RO2
= VRO2
/VГ
|
0,095 |
0,094 |
0,091 |
0,087 |
0,084 |
0,082 |
rH2O
= VH2O
/VГ
|
0,172 |
0,17 |
0,165 |
0,158 |
0,154 |
0,152 |
rп
= VRO2
+VH2O
|
0,267 |
0,264 |
0,256 |
0,245 |
0,238 |
0,234 |
Таблица №2
Значение энтальпий в зависимости от температур
Iг
= Iг
0
+ Iв
0
∙(α-1)
t, о
С |
Iг
,
ккал/м3
|
Iв
0
,
ккал/м3
|
Iг
при α=1,1 |
Iг
при α=1,115 |
Iг
при α=1,155 |
Iг
при α=1,215 |
Iг
при α=1,255 |
Iг
при α=1,280 |
100 |
449 |
386 |
488 |
493 |
509 |
532 |
547 |
557 |
200 |
906 |
777 |
984 |
995 |
1026 |
1073 |
1104 |
1124 |
300 |
1375 |
1175 |
1493 |
1510 |
1557 |
1628 |
1675 |
1704 |
400 |
1857 |
1580 |
2015 |
2039 |
2102 |
2197 |
2260 |
2299 |
500 |
2352 |
1995 |
2552 |
2581 |
2661 |
2781 |
2861 |
2911 |
600 |
2856 |
2420 |
3098 |
3134 |
3231 |
3376 |
3473 |
3534 |
700 |
3375 |
2857 |
3661 |
3704 |
3818 |
3989 |
4104 |
4175 |
800 |
3910 |
3297 |
4240 |
4289 |
4421 |
4619 |
4751 |
4833 |
900 |
4456 |
3736 |
4830 |
4886 |
5035 |
5259 |
5409 |
5502 |
1000 |
5010 |
4188 |
5429 |
5492 |
5659 |
5910 |
6078 |
6183 |
1100 |
5567 |
4652 |
6032 |
6102 |
6288 |
6567 |
6753 |
6870 |
1200 |
6127 |
5116 |
6639 |
6715 |
6920 |
7227 |
7432 |
7559 |
1300 |
6702 |
5580 |
7260 |
7344 |
7567 |
7902 |
8125 |
8264 |
1400 |
7288 |
6056 |
7894 |
7984 |
8227 |
8590 |
8832 |
8984 |
1500 |
7869 |
6532 |
8522 |
8620 |
8881 |
9273 |
9535 |
9698 |
1600 |
8461 |
7008 |
9162 |
9267 |
9547 |
9968 |
10248 |
10423 |
1700 |
9056 |
7484 |
9804 |
9917 |
10216 |
10665 |
10964 |
11152 |
1800 |
9653 |
7961 |
10449 |
10569 |
10887 |
11365 |
11683 |
11882 |
1900 |
10261 |
8449 |
11106 |
11233 |
11571 |
12078 |
12415 |
12627 |
2000 |
10865 |
8937 |
11759 |
11893 |
12250 |
12786 |
13144 |
13367 |
2100 |
11467 |
9426 |
12410 |
12551 |
12928 |
13494 |
13871 |
14106 |
2200 |
12090 |
9914 |
13081 |
13230 |
13627 |
14222 |
14618 |
14866 |
2300 |
12703 |
10413 |
13744 |
13900 |
14317 |
14942 |
15358 |
15619 |
2400 |
13318 |
10906 |
14409 |
14572 |
15008 |
15663 |
16099 |
16372 |
2500 |
13935 |
11401 |
15075 |
15246 |
15702 |
16386 |
16842 |
17127 |
№ |
Наименование |
Обозначе-ние |
Раз-
мер
ность
|
Формула |
Расчет |
Тепловой баланс котельного агрегата |
1. |
Низшая теплота сгорания топлива |
Qн
с
|
|
задана |
10950 |
2. |
Температура холодного воздуха |
tхв
|
|
п. 5.03 норм |
30 |
3. |
Теплосодержание холодного воздуха |
Iхв
|
|
по
диаграмме |
115,8 |
4. |
Располагаемое тепло топлива |
Qр
р
|
|
Qн
с
+Qввш
+Qтл
|
10950+0+0=10950 |
5. |
Температура уходящих газов |
νух
|
|
принимаем |
130 |
6. |
Теплосодержание уходящих газов |
Iух
|
|
по
диаграмме |
727,1 |
7. |
Потери от механ-го недожога |
q4
|
% |
табл. 20 |
0 |
8. |
Потери от хим-го недожога |
q3
|
% |
табл. 20 |
0,5 |
9. |
Потеря тепла с уходящими газами |
q2
|
% |
|
|
10. |
Потери тепла в окружающую среду |
q5
|
% |
п. 5-10 рис. 5.1 норм |
0,72 |
11. |
Сумма тепловых потерь |
Σq |
% |
q2
+ q3
+ q4
+ q5
|
5,29+0,5+0+0,72=6,51 |
12. |
КПД котельного агрегата |
ηка
|
% |
100- Σq |
100-7,54=93,49 |
13. |
Коэф. сохранения тепла |
φ |
- |
1-(q5
/(ηка
+q5
)) |
1-(0,72/(93,49+ 0,72))=0,992 |
14. |
Давление перегретого пара |
P |
кгс/см2
|
задана |
39 |
15. |
Температура перегретого пара |
tпп
|
|
задана |
420 |
16. |
Теплосодержание перегретого пара |
iпп
|
|
табл. 25 воды и водяного пара |
779,6 |
17. |
Температура питательной воды |
tпв
|
|
задана |
145 |
18. |
Давление питательной воды |
Pпв
|
кгс/см2
|
принимаем |
46 |
19. |
Теплосодержание питательной воды |
iпв
|
|
табл. 24 норм |
146,6 |
20. |
Тепло затрачиваемое на получение пара |
Qпп
|
ккал/ч |
D∙(iпп
- iпв
) |
68000·(779,6-146,6)=43044000 |
21. |
Тепло затрачиваемое на нагрев продувочной воды |
Qпр
|
ккал/ч |
0,01∙qпр
∙D∙(iпп
- iпв
) |
0,01∙5∙68000∙(779,6-
-146,6)=2152200
|
22. |
Сумм. количество полезно использ. тепла |
Qка
|
ккал/ч |
Qпп
+Qпр
|
43044000+2152200=45196200 |
23. |
Полный расход топлива |
Вк
|
м3
/ч |
Qка
∙100/ Qр
р
∙ ηка
|
45196200 ∙100/10950∙ 9,49=4415 |
24. |
Расчетный расход топлива |
Вр
|
м3
/ч |
Вк
∙(100-q4
)/100 |
4415∙(100-0)/100=4415 |
Расчет теплообмена в топке |
1. |
Объем топочной камеры |
Vт
|
м3
|
по конструктив. характеристикам |
130 |
2. |
Полная лучевоспринимающая поверхность |
Нл
|
м2
|
по конструктив. характеристикам |
110 |
3. |
Полная поверхность топки |
Fст
|
м2
|
по конструктив. характеристикам |
120 |
4. |
Степень экранирования |
х |
- |
рекоменд. норм |
0,993 |
5. |
Эффективная толщина излучающего слоя |
S |
м |
3,6 Vт
/ Fст
|
3,6∙130/120=3,9 |
6. |
Температура горячего воздуха |
tгв
|
о
С |
рекоменд. норм |
255 |
7. |
Теплосодержание горячего воздуха |
Iгв
|
|
по табл. №2 по i-ν |
995,9 |
8. |
Тепло, вносимое воздухом в топку |
Qв
|
|
(αт
-∆αпл
-∆αт
)Iгв
+
+(∆αпл
+∆αт
) Iхв
|
(1,1-0-0,05)∙995,9+
+(0+0,05)∙115,8=1051,5
|
9. |
Тепло, выделяемое в топке на 1 м3
|
Qт
|
|
|
|
10. |
Теоретическая температура горения |
|
о
С |
по табл. №2 по i-ν |
2029 |
11. |
Температура газов на выходе из топки |
|
о
С |
принята |
1077 |
12. |
Теплосодержание газов на выходе из топки |
|
|
по табл. №2 по i-ν |
5893 |
13. |
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания |
VCp
|
ккал/м3
∙о
С |
|
|
14. |
Коэфф. ослабления лучей 3-хатомными газами |
Кг
|
|
ном. III норм |
0,51 |
15. |
Коэф. ослабления сажистыми частицами |
Кс
|
|
формула 6-10 норм |
0,13 |
16. |
Степень черноты светящегося пламени |
асв
|
- |
|
|
17. |
Степень черноты несветящихся трехатомных газов |
ансв
|
- |
|
|
18. |
Коэфф. усреднения |
m |
- |
п. 6-14 норм |
0,1 |
19. |
Эффективность черноты факела |
аф
|
- |
m∙ансв
+(1- m)∙асв
|
0,1∙0,41+(1- 0,1)∙0,65=0,623 |
20. |
Средний коэфф. тепл. эффективности |
ψср
|
- |
п. 6-20 норм |
0,5 |
21. |
Степень черноты топочной камеры |
аф
|
-
|
|
|
22. |
Высота топки |
Нт
|
м |
по конструктив. характеристикам |
8 |
23. |
Высота расположения оси горелок |
hт
|
м |
п. 6-14 норм |
1,1 |
24. |
Величина отношения |
Х |
- |
hт
/Нт
|
1,1/8=0,138 |
25. |
Параметр |
м |
- |
0,54-0,2∙Х |
0,54-0,2∙0,138 =0,513 |
26. |
Температура газов на выходе из топки |
|
о
С |
|
Пересчета не требуется, так как расчетная температура отличается от ранее принятой менее чем на 100 о
С. Далее расчет производим по температуре 1172 о
С |
27. |
Теплосодержание газов на выходе из топки |
|
|
по табл. №2 по i-ν |
6469 |
28. |
Количество тепла воспринимаемое в топке |
Q1
|
|
|
|
29. |
Теплонапряжение топочного объема |
qv
|
ккал/м3
∙ч |
Bp
∙ Qн
с
/ Vт
|
4415∙ 10950/ 130=371879 |
Расчет фестона |
1. |
Полная поверхность нагрева |
Нф
|
м2
|
по конструктив. характеристикам |
20,4 |
2. |
Диаметр труб |
d |
мм |
принимаем |
57х5 |
3. |
Относительный поперечный шаг |
δ1
|
- |
S1
/d |
225/57=3,95 |
4. |
Относительный продольный шаг |
δ2
|
- |
S2
/d |
150/57=2,63 |
5. |
Число рядов труб по ходу газов |
Z |
шт. |
принимаем |
3 |
6. |
Живое сечение для прохода газов |
FГ
|
м2
|
см. п. 16 |
7,95 |
7. |
Эффективная толщина излучающего слоя |
S |
м |
|
|
8. |
Температура газов перед фестоном |
|
о
С |
из расчета топки |
1172 |
9. |
Теплосодержание газов перед фестоном |
I ’
|
ккал/м3
|
из расчета топки |
6469 |
10. |
Температура газов за фестоном |
|
о
С |
принимаем разницу (50-80 о
С) |
1100 |
11. |
Теплосодержание газов за фестоном |
I ’’
|
ккал/м3
|
по табл. №2 по i-ν |
6032 |
12. |
Тепловосприятие по балансу |
Qб
|
ккал/м3
|
φ(I ’
- I ’’
) |
0,992(6469- 6032)=433,5 |
13. |
Средняя температура газов |
|
о
С |
|
|
14. |
Температура кипения воды |
tкип
|
о
С |
табл. воды и водяного пара |
250 |
15. |
Средний температурный напор |
∆t |
о
С |
|
1136-250=886 |
16. |
Средняя скорость газов |
|
|
|
|
17. |
Коэфф. теплоотдачи конвекцией |
αк
|
ккал/м2
∙ч∙гр |
αн
∙Сt
∙Cs
∙Cφ
ном. XIII норм
|
68∙1,05∙1,05∙1=74,97 |
18. |
Суммарная поглоща- тельная способность трехатомных газов |
Рп
∙S |
атм∙м |
р∙Vп
∙S |
1∙0,267∙0,63=0,168 |
19. |
Коэфф. ослабления лучей трехатомными газами |
Кг
|
1/атм∙м |
ном. III |
1,4 |
20. |
Суммарная опти- ческая толщина слоя |
kps |
- |
Кг
∙р∙Vп
∙S |
1,4∙1∙0,267∙1∙0,63=0,235 |
21. |
Степень черноты продуктов сгорания |
а |
- |
ном. II |
0,21 |
22. |
Температура загрязнен-ной поверхности трубы |
t3
|
о
С |
tкип
+∆t |
250+50=300 |
23. |
Коэфф. теплоотдачи излучением |
αл
|
ккал/м2
∙ч∙гр |
αн
∙а∙Cг
ном. XIX норм
|
200∙0,21∙0,98=41,16 |
24. |
Коэфф. теплоотдачи по газовой стороне |
α1
|
ккал/м2
∙ч∙гр |
ξ(αк
+αл
) |
1,0∙(74,97+41,16)=116,13 |
25. |
Коэфф. теплопередачи |
К |
ккал/м3
∙ч∙гр |
ψ∙α1
п. 7.54 |
0,85∙116,13=98,71 |
26. |
Тепловосприятие по уравнению теплообмена |
Qт
|
ккал/м3
|
|
|
27. |
Отношение тепловосприятий |
∆Q |
% |
|
|
Расчет теплообмена пароперегревателя |
1. |
Диаметр труб |
|
|
по конструктивным характеристикам |
|
2. |
Расположение труб |
- |
- |
рекомендации норм [3] |
Коридорное |
3. |
Относительный поперечный шаг |
|
- |
, рекомендации норм [3] |
|
4. |
Относительный продольный шаг |
|
- |
, рекомендации норм [3] |
|
5. |
Число рядов труб |
|
|
по конструктивным характеристикам |
|
6. |
Живое сечение для прохода газов |
|
|
по конструктивным характеристикам |
7,2 |
7. |
Живое сечение для прохода
пара
|
|
|
по конструктивным характеристикам |
0,048 |
8. |
Поверхность нагрева пароперегревателя |
|
|
по конструктивным характеристикам |
282,1 |
9. |
Эффективная толщина излучающего слоя
|
|
|
|
|
10. |
Температура газов на входе |
|
|
из расчета фестона |
1100 |
11. |
Теплосодержание газов на входе |
|
|
по
диаграмме |
6032 |
12. |
Температура пара на выходе |
|
|
задана |
420 |
13. |
Теплосодержание пара на выходе |
|
|
табл. воды и пара
|
779,6 |
14. |
Температура пара на входе |
|
|
|
255 |
15. |
Теплосодержание пара на входе |
|
|
табл. воды и пара |
675,2 |
16. |
Тепловосприятие пароперегревателя |
|
|
|
|
17. |
Теплосодержание газов на выходе
|
|
|
|
|
18. |
Температура газов на выходе |
|
|
по
диаграмме |
821 |
19. |
Средняя температура газов |
|
|
|
|
20. |
Средняя скорость газов |
|
|
|
|
21. |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией |
|
|
, ном. 12 [3] |
|
22. |
Средняя температура пара |
|
|
|
|
23. |
Удельный объем пара |
|
|
табл. воды и пара |
0,068 |
24. |
Средняя скорость пара |
|
|
|
|
25. |
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару |
|
|
, ном. 15 [3] |
|
26. |
Суммарное парциальное давление трехатомных газов |
|
ата |
|
|
27. |
Поглощательная способность трехатомных газов |
|
|
|
|
28. |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами |
|
|
ном. 3 [3] |
2,3 |
29. |
Оптическая толщина газового потока |
|
- |
|
|
30. |
Степень черноты дымовых газов |
а |
- |
ном. 2 [3] |
0,16 |
31. |
Температура загрязненной стенки |
|
|
принята |
500 |
32. |
Коэффициент теплоотдачи межтрубного излучения |
|
|
ном. 19 [3] |
|
33. |
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке |
|
|
|
1∙(77+26,66)=103,66 |
34. |
Коэффициент тепловой эффективности |
|
- |
табл. 7-3 [3] |
0,6 |
35. |
Коэффициент теплопередачи |
|
|
|
|
36. |
Средние разности температур |
|
|
|
1100-255=845
821-420=401
|
37. |
Средний температурный напор |
|
|
|
|
38. |
Тепловосприятие по уравнению теплообмена |
|
|
|
|
39. |
Отношение тепловосприятий |
|
% |
|
|
Расчет водяного экономайзера (2-я ступень по ходу воды) |
1. |
Диаметр труб
|
|
|
по конструктивным
характеристикам
|
|
2. |
Расположение труб |
- |
- |
рекомендации норм
|
шахматное |
3. |
Относительный поперечный шаг |
|
- |
, рекомендации норм [3] |
|
4.
|
Относительный продольный шаг |
|
- |
, рекомендации норм [3]
|
|
5.
|
Число рядов труб по ходу газов |
|
|
по конструктивным характеристикам
|
>10 |
6.
|
Живое сечение для прохода газов |
|
|
по конструктивным характеристикам
|
4,75 |
7.
|
Живое сечение для прохода
воды
|
|
|
по конструктивным характеристикам
|
0,025 |
8.
|
Поверхность нагрева |
|
|
по конструктивным характеристикам |
115 |
9.
|
Эффективная толщина излучающего слоя
|
|
|
|
|
10. |
Температура газов на входе |
|
|
из расчета ПП. |
821 |
11. |
Теплосодержание газов на входе |
|
|
из расчета ПП. |
4414 |
12. |
Температура газов на выходе |
|
|
принимаем |
500 |
13.
|
Теплосодержание газов на выходе |
|
|
по
диаграмме |
2661 |
14. |
Тепловосприятие ступени по балансу |
|
|
|
|
15.
|
Температура воды на входе |
|
|
из расчета первой ступени ВЭ по ходу воды |
207 |
16. |
Теплосодержание воды на входе |
|
|
табл. воды и пара |
211 |
17. |
Теплосодержание воды на выходе |
|
|
|
|
18.
|
Условная температура воды на выходе |
|
|
|
|
19.
|
Процент кипения воды в экономайзере |
|
% |
|
|
20.
|
Средняя температура газов |
|
|
|
|
21.
|
Средняя температура воды |
|
|
|
|
22.
|
Средние разности температур |
|
|
|
|
23.
|
Средний температурный напор |
|
|
| |
|