Котельные установки и парогенераторы. Курсовая работа
Министерство сельского хозяйства РФ
ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная
академия»
Кафедра «Автомобили, тракторы и сельскохозяйственные машины»
Курсовая работа
по дисциплине: «Котельные установки и парогенераторы»
Выполнил: студент 4 курса инженерного
направлению
и
факультета по
«Теплоэнергетика теплотехника»
Содержание
Введение…………………………………………...
……………………………3
1) Исходные данные…………………………………………………..
………..5
Определение состава топлива………………………………………………6
Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания……………..7
Определение присосов воздуха и коэффициента избытка воздуха по отдельным частям газохода……………………………………………………………7
Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания…………………….
……7
Расчёт энтальпий воздуха и продуктов
сгорания……………………...14
Расчётный тепловой баланс и расход топлива……………….
…………..29
4.1) Расчёт потерь теплоты……………………………………………..
……29
4.2) Расчёт КПД и расхода топлива…………………………………...
…….31
Расчёт топочной камеры………………………………………………….31
5.1) Определение геометрических характеристик топки……………..
……31
5.2) Расчёт однокамерной топки……………………………………….
…….36
Список используемой литературы…………………………………...
………43
Введение
Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.
В настоящее время введены в эксплуатацию значительные объекты общественных, жилых и промышленных зданий и сооружений, которые требуют больших затрат тепловой энергии. Эти объекты снабжаются тепловой энергией от крупных теплоэлектроцентралей, работающих на органическом топливе.
К числу крупных котельных агрегатов относятся установки с паропроизводительностью до 4000 т/ч, давлением пара до 25 МПа и температурой пара 570 0С.
Однако наряду с мощными современными котельными установками в стране имеется большое число котельных с агрегатами небольшой производительности для снабжения паром и горячей водой промышленных предприятий, предприятий сельского и коммунального хозяйства.
Пар в промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве применяют для технологических нужд, вентиляционных установок, в сушилках, для отопления производственных и жилых помещений, а также для нагрева воды, используемой в производстве и для бытовых нужд.
Для удовлетворения потребности в паровых котлах отечественная промышленность выпускает котлы, которые различают по давлению:
− низкого давления (0,9 и 1,4 МПа);
− среднего давления (2,4 и 3,9 МПа);
− высокого давления (9,8 и 13,8 МПа);
− закритического давления (25 МПа).
Котельный агрегат включает топочное устройство, трубную систему с барабанами, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, а также каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровку, газоходы и арматуру.
К вспомогательным механизмам и устройствам относят дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные, водоподогревательные и пылеприготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания (при сжигании твёрдого топлива), мазутное хозяйство (при сжигании жидкого топлива), газорегуляторную станцию (при сжигании газообразного топлива), контрольно – измерительные приборы и автоматы.
Т. о. паровой котёл представляет собой устройство с топкой, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для получения пара давлением выше атмосферного.
1 Исходные данные
1.Расчётная паропроизводительность котла: D = 264 кг/с=950,4 т/ч. 2.Основное топливо – Мазут высокосернистый.
3.Давление на выходе из котла первичного пара ρпп -2,55 МПа. 4.Температура питательной воды t пв -260℃.
.Температура первичного пара t пп-565 ℃.
.Давление в топке ρ ,Па-3000.
.Нагрузка в процентах от номинальной-80. 8.Тип котла ТГМП-326.
9.Продувку принять 3%.
2 Определение состава топлива
Таблица 1 – Основные расчётные параметры топлива
Топливо |
Элементарный состав, % |
Теплота сгорания на сухую массу, Qc , кДж/кг y | ||||
CP |
H p |
Sp o + p |
N p |
Op | ||
Мазут топочный |
||||||
Высокосернисты й |
83 |
10,4 |
2,8 |
0,7 |
38800 | |
2.9)
(1, табл.
3 Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания
3.1 Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным частям газохода
Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата.
Выбор способа сжигания топлива и конструкции (типа) топочного устройства производится в зависимости от паропроизводительности конструкции котельного агрегата, а также физико-химических свойств топлива.
Выбираем камерную (факельную) топку для сжигания газа и мазута (с двухступенчатым испарением) с облегчённой обмуровкой.
Газоходы котла производительностью D>50 т/ч |
Присос воздуха |
Верх топочной камеры, фестон |
0 |
Первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева |
0 |
Второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева |
0,05 |
Пароперегреватель |
0,03 |
Водяной экономайзер (для всех ступеней) |
0,02 |
Таблица 2 – Расчётные значения присосов воздуха в газоходы котельного агрегата при номинальной нагрузке
3.1)
(2, табл.
Расчетное значение коэффициента избытка воздуха на выходе из
топки для камерной (факельной) топки и мазута α = 1,1. (2, табл. 3.2)
3.2. Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания
Теоретический объём воздуха, необходимого для полного сгорания при сжигании 1 кг мазута высокосернистого
O +П
V 0=0 , 09⋅( СР+ 0 ,375 SP )+0 , 265 HP −0 .0333 OP
V 0=10 , 297 м3 /кг .
(1, табл. 2.9)
Теоретический объём азота в продуктах сгорания при сжигании мазута высокосернистого
V
N
0 =0 , 79⋅V
2
0 + 0 , 008⋅N
2.9)
V
N
0 =8 , 14 м3
2
¿ кг .
(1, табл.
Объём трёхатомных газов при сжигании мазута высокосернистого
2
V RO =1 , 866⋅(С+ 0 ,375⋅S )/100
2
3
V RO =1 ,55 м
¿ кг .
(1, табл. 2.9)
При расчёте учитывается, что диоксид углерода и сернистый газ принято объединять и называть «сухие трёхатомные газы», обозначая через RO2, т.е.
RO2 = CO2 +SO2.
Теоретический объём водяных паров при сжигании мазута
высокосернистого
0 =( 0 ,111⋅Н +0 , 0161 V 0 )+0 , 0161⋅V 0
H
O
V
2
H 0
V 0 =1 , 49 м3 ¿ кг
2
(1, табл. 2.9)
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева
αср=
α +α,
,
2
где α коэффициент избытка воздуха перед газоходом; α’ коэффициент избытка воздуха после газохода.
Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к α соответствующих присосов воздуха
i
αi=α +∑ Δαi ,
1
где i – поверхность нагрева после топки по ходу продуктов сгорания; α – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.
Коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем
αпп=1,1+0 , 03=1 , 13 .
Коэффициент избытка воздуха за первым котельным пучком конвективной поверхности нагрева
α1кп=1 ,13+0=1 , 13.
Коэффициент избытка воздуха за вторым котельным пучком конвективной поверхности нагрева
α2кп=1 ,13+0 , 05=1 , 18.
Коэффициент избытка воздуха за водяным экономайзером
αэ=1 , 18+0 , 02=1,2 .
Избыточное количество воздуха для газохода
Среднее избыточное количество воздуха для газохода
αср=1 , 105
изб
Vв =V 0⋅(α
ср−1)
изб
V 0 =10 , 297⋅(1 ,105−1)=1 , 081 м3 / кг .
Верх топочной камеры, фестон
α =1,1
изб
V 0 =10 , 297⋅(1,1−1)=1 ,029 м3 /кг.
Пароперегреватель
α =1 ,13
изб
V 0 =10 , 297⋅(1 ,13−1)=1 , 34 м3 /кг.
конвективный пучок
α =1 ,13
изб
V 0 =10 , 297⋅(1 ,13−1)=1 , 34 м3 /кг.
конвективный пучок
α =1 ,18
изб
V 0 =10 , 297⋅(1 ,18−1)=1 , 85 м3/кг .
Водяной экономайзер
α =1,2
изб
V 0 =10 , 297⋅(1,2−1)=2 ,06 м3 / кг .
Действительный объём водяных паров
Средний действительный объём водяных паров
αср=1 , 105
H O H O
ср
V =V 0 +0 , 0161⋅( α
−1)⋅V 0
2 2
H 0
V =1 , 49+ 0 ,0161⋅(1 , 105−1)⋅10 , 297=1 ,5074 м3
2
¿ кг .
Верх топочной камеры, фестон
α =1,1
H 0
V =1 , 49+ 0 ,0161⋅(1,1−1)⋅10 ,297=1 , 5066 м3
2
Пароперегреватель
α =1 ,13
¿ кг .
H 0
V =1 , 49+ 0 ,0161⋅(1 , 13−1)⋅10 , 297=1 ,5115 м3
2
конвективный пучок
α =1 ,13
H 0
V =1 , 49+ 0 ,0161⋅(1 , 13−1)⋅10 , 297=1 ,5115 м3
2
конвективный пучок
α =1 ,18
2
3
V H 0=1 , 49+ 0 ,0161⋅(1 , 18−1)⋅10 , 297=1 ,5198 м
Водяной экономайзер
α =1,2
¿ кг .
¿ кг .
¿ кг.
H 0
V =1 , 49+ 0 ,0161⋅(1,2−1)⋅10 ,297=1 , 523 м3
2
¿ кг .
Действительный суммарный объём продуктов сгорания
Средний действительный суммарный объём продуктов сгорания
αср=1 , 105
г RO N
V =V +V 0
2
+(αср −1)⋅V
2
H O ср
0 + V 0 +0 , 0161⋅( α −1)⋅V 0
2
3
V г=1 ,55+ 8 ,14 +(1 ,105−1)⋅10 , 297+1 , 49+0 , 0161⋅(1 ,105−1)⋅10 , 297=12 , 279 м /к
Верх топочной камеры, фестон
α =1,1
3
V г=1 ,55+ 8 ,14 +(1,1−1)⋅10 , 297+1 , 49+ 0 ,0161⋅(1,1−1)⋅10 ,297=12 , 226 м
Пароперегреватель
/кг .
α =1 ,13
3
V г=1 ,55+ 8 ,14 +(1 ,13−1)⋅10 , 297+1 , 49+0 , 0161⋅(1 ,13−1)⋅10 , 297=12 , 540 м
конвективный пучок
α =1 ,13
/ кг .
г
V =1 ,55+ 8 ,14 +(1 ,13−1)⋅10 , 297+1 , 49+0 , 0161⋅(1 ,13−1)⋅10 , 297=12 , 540 м3
конвективный пучок
α =1 ,18
3
V г=1 ,55+ 8 ,14 +(1 ,18−1)⋅10 , 297+1 , 49+0 , 0161⋅(1 ,18−1)⋅10 , 297=13 , 063 м
Водяной экономайзер
α =1,2
/ кг .
/ кг.
г
V =1 ,55+ 8 ,14 +(1,2−1)⋅10 , 297+1 , 49+ 0 ,0161⋅(1,2−1)⋅10 ,297=13 , 272 м3
Объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров и суммарная объёмная доля трёхатомных газов
Средние объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров и средняя суммарная объёмная доля трёхатомных газов
2
VRO
/ кг .
2
V
r RO =
г
RO =
r = 1 ,55 0 , 126 .
2 12 , 279
2
r H O =
2
V H O
V г
H 0 =
r = 1 , 49 0 ,121 .
2 12 , 279
2
rп=r RO
2
+r H O
rп=0 , 126+0 , 121=0 , 247 .
Верх топочной камеры, фестон
1 ,55
2
r RO =12 , 226 =0 ,127 .
H 0 =
r = 1 , 49 0 , 122.
2 12 , 226
rп=0 , 127+0 , 122=0 , 249 .
Пароперегреватель
RO =
r = 1 , 55 0 , 124 .
2 12 , 540
H 0 =
r = 1 , 49 0 ,119.
2 12 , 540
rп=0 , 124+ 0 ,119=0 , 243 .
конвективный пучок
RO =
r = 1 , 55 0 , 124 .
2 12 , 540
H 0 4
r = 1 ,55 9=0 , 119.
2 12 , 540
rп=0 , 124+ 0 ,119=0 , 243 .
конвективный пучок
RO 5
r = 1 ,55 =0 ,119.
2 13 , 063
H 0 =
r = 1 , 49 0 , 114.
2 13 , 063
rп=0 , 119+ 0 ,114=0 ,233 .
Водяной экономайзер
RO =
r = 1 ,55 0 ,117.
2 13 , 272
1 , 49
2
r H 0=13 , 272 =0 ,112.
rп=0 , 117+ 0 ,112=0 , 229 .
Результаты расчёта
Таблица 3 – Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных газов
Величина |
Средни й коэф-т избытка воздуха в газоход е пов-ти нагрева |
Газоход | ||||
Верх топочно й камеры, фестон |
ПП (паропер егревате ль) |
1 конвект ивный пучок |
2 конвек тивны й пучок |
Водяной экономайзе р | ||
Коэф-т избытка воздуха после поверхности нагрева |
1,105 |
1,1 |
1,13 |
1,13 |
1,18 |
1,2 |
Избыточно количество воздуха, м3/ кг |
1,081 |
1,029 |
1,34 |
1,34 |
1,845 |
2,06 |
Объём водяных паров, м3/ м3 |
1,5074 |
1,5066 |
1,511 5 |
1,5115 |
1,5198 |
1,523 |
Полный объём продуктов сгорания, м3/ м3 |
12,279 |
12,226 |
12,54 0 |
12,540 |
13,063 |
13,272 |
Объёмная доля трёхатомных газов |
0,126 |
0,127 |
0,124 |
0,124 |
0,119 |
0,117 |
Объёмная доля водяных паров |
0,121 |
0,122 |
0,119 |
0,119 |
0,114 |
0,112 |
Суммарная объёмная доля |
0,247 |
0,249 |
0,243 |
0,243 |
0,233 |
0,229 |
Теоретическ ие объёмы,
0 N
V =10 , 297 ; V 0
RO H O
=8 , 14 ; V =1, 55 ; V 0 =1 , 49
м3/кг
2 2 2
Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Расчёт энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. В дальнейших расчётах при пользовании значениями энтальпии допускается линейная интерполяция в интервале температур 100 К.
Энтальпия теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур для мазута высокосернистого
в
I 0=V
в
0⋅( c⋅ϑ ) ,
где (с⋅ϑ )в энтальпия 1 м3 воздуха, кДж/м3;
V0 – теоретический объём воздуха, необходимого для горения, м3/кг. Верх топочной камеры, фестон
3.4)
в
ϑ =20000 С , ( c⋅ϑ )
0
=3074 кДж / м3 (2, табл.
3
I в=10 , 297⋅3074=31652 , 98 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =19000 С , ( c⋅ϑ )
0
=2906 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅2906=29923 , 1 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =18000 С , ( c⋅ϑ )
0
=2738 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅2738=28193 , 2 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =17000 С , ( c⋅ϑ )
0
=2574 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅2574=26504 ,5 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =16000 С , (c⋅ϑ )
0
=2411 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅2411=24826 , 1 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =15000 С , ( c⋅ϑ )
0
=2247 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅2247=23137 , 4 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =14000 С , ( c⋅ϑ )
0
=2083 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅2083=21448 , 6 кДж / м .
3.4)
ϑ =13000 С , ( c⋅ϑ )
0
в
=1919 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1919=19759 , кДж / м .
3.4)
в
ϑ =12000 С , ( c⋅ϑ )
0
=1760 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1760=18122 ,7 кДж / м .
3.4)
ϑ =11000 С , ( c⋅ϑ )
0
в
= 1600 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1600=16475 , 2 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =10000 С , ( c⋅ϑ )
0
=1440 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1440=14827 , 7 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =9000 С ,( c⋅ϑ )
0
=1285 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1285=13231 ,1 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =8000 С ,(c⋅ϑ )
=1134 кДж / м3
(2, табл.
в
I 0=10 , 297⋅1134=11676 , 8 кДж / м3 .
Пароперегреватель
3.4)
в
ϑ =10000 С , ( c⋅ϑ )
0
=1440 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1440=14827 , 7 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =9000 С ,( c⋅ϑ )
0
=1285 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1285=13231 ,6 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =8000 С ,(c⋅ϑ )
0
=1134 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅1134=11676 , 8 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =7000 С , (c⋅ϑ )
0
=982 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅982=10111 ,6 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =6000 С ,(c⋅ϑ )
0
=832 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅832=8567 , 1 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =5000 С , (c⋅ϑ )
0
=686 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅686=7063 , 1 кДж / м .
Т.к. у 1 конвективного пучка значения одинаковые с пароперегревателем, то, соответственно, и энтальпия будет одинаковой.
2 конвективный пучок
3.4)
в
ϑ =7000 С , (c⋅ϑ )
0
=982 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅982=10111 ,6 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =6000 С ,(c⋅ϑ )
0
=832 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 2397⋅832=8567 , 1 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =5000 С , (c⋅ϑ )
0
=686 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅686=7063 , 7 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =4000 С , (c⋅ϑ )
0
=543 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅543=5591 ,3 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =3000 С , (c⋅ϑ )
0
=404 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅404=4159 , 99 кДж / м .
3.4)
ϑ =2000 С , (c⋅ϑ )
0
в
=267 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅267=2749 , 3 кДж / м .
Водяной экономайзер
3.4)
в
ϑ =4000 С , (c⋅ϑ )
0
=543 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅543=5591 ,3 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =3000 С , (c⋅ϑ )
0
=404 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅404=4159 , 99 кДж / м .
3.4)
ϑ =2000 С , (c⋅ϑ )
0
в
=267 кДж / м3
3
(2, табл.
I в=10 , 297⋅267=2749 , 3 кДж / м .
3.4)
в
ϑ =1000 С , (c⋅ϑ )
=133 кДж / м3
(2, табл.
в
I 0=10 , 297⋅133=1369 , 5 кДж / м3 .
Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур
г RO RO
I 0=V ⋅( c⋅ϑ )
2 2
N
+V 0
¿ ( c⋅ϑ )N
2
H
+V 0
2 2
2
O ¿ (c⋅ϑ )H O ,
где (c⋅ϑ ) RO2 , (c⋅ϑ )N2 , (c⋅ϑ )H2 O энтальпии 1 м3 трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/м3;
H2O
VRO2, V0N2, V0
– объёмы трёхатомных газов, теоретический объём
азота и водяного пара, м3/м3. Верх топочной камеры, фестон
ϑ =20000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=4859 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=2973 кДж / м3 ,
(c⋅ϑ )H
табл. 3.4)
O
=3939 кДж / м3
2
(2,
г
I 0=1 , 55⋅4859+ 8 , 14⋅2973+1 , 49⋅3939=37600 , 78 кДж / м3 ,
ϑ =19000 С , ( c⋅ϑ )
RO2
N
= 4586 кДж / м3 , ( c⋅ϑ )
2
=2814 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=3700 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅4586+8 , 14⋅2814 +1 , 49⋅3700=35527 ,26 кДж / м .
ϑ =18000 С , ( c⋅ϑ )
RO2
N
= 4317 кДж / м3 , ( c⋅ϑ )
2
=2650 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=3469 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅4317+8 , 14⋅2650+ 1, 49⋅3469=33431 , 16 кДж / м .
ϑ =17000 С , ( c⋅ϑ )
RO2
N
=4049 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=2490 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=3238 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅4049+ 8 , 14⋅2490+1 , 49⋅3238=31369 , 17 кДж / м .
ϑ =15000 С , ( c⋅ϑ )
RO2
N
=3515 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=2171 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=2789 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅3515+8 , 14⋅2171+1 , 49⋅2789=27275, 8 кДж / м .
ϑ =14000 С , ( c⋅ϑ )
RO2
N
=3251 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=2016 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
3
O
=2566 кДж / м
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅3251+8 , 14⋅2016+1 , 49⋅2566=25272 ,63 кДж / м .
ϑ =13000 С , ( c⋅ϑ )
RO2
N
=2986 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=1856 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
O
=2352 кДж / м3
2
(2, табл.
0 3
I г=1 , 55⋅2986+ 8 ,14⋅1856+1 , 49⋅2352=23240 , 62кДж / м .
ϑ =12000 С , ( c⋅ϑ )
RO2
N
=2726 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=1701 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=2138 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅2726+ 8 ,14⋅1701+1 , 49⋅2138=21257 , 06 кДж / м .
ϑ =11000 С , (c⋅ϑ )
RO
N
=2465 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2 2
=1550 кДж / м3 ,
3.4)
( c⋅ϑ )H
0
O
=1932 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅2465+8 ,14⋅1550+1 , 49⋅1932=19316 , 43 кДж / м .
ϑ =9000 С , (c⋅ϑ )
RO
N
=1957 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2 2
=1247 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=1529 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1957+ 8 ,14⋅1247+1 , 49⋅1529=15462 ,14 кДж / м .
ϑ =8000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=1709 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=1096 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=1340 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1709+8 , 14⋅1096+1 , 49⋅1340=13566 , 99 кДж / м .
Т.к. у 1 конвективного пучка значения одинаковые с пароперегревателем, то, соответственно, и энтальпия будет одинаковой.
Пароперегреватель
RO
ϑ =10000 С , ( c⋅ϑ )
2
N
=2209 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=1398 кДж / м3 ,
3.4)
( c⋅ϑ )H
0
O
=1730 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅2209+8 , 14⋅1398+1 , 49⋅1730=17381, 37 кДж / м .
ϑ =9000 С , (c⋅ϑ )
RO
N
=1957 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2 2
=1247 кДж / м3 ,
3.4)
( c⋅ϑ )H
0
O
=1529 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1957+ 8 ,14⋅1247+1 , 49⋅1529=15462 ,14 кДж / м .
ϑ =8000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=1709 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=1096 кДж / м3 ,
3.4)
( c⋅ϑ )H
0
O
=1340 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1709+8 , 14⋅1096+1 , 49⋅1340=13566 , 99 кДж / м .
ϑ =7000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=1466 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=949 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
3
O
=1151 кДж / м
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1466+ 8 ,14⋅949+1 , 49⋅1151=11712 , 15 кДж / м .
ϑ =6000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=1226 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=806 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
3
O
=970 кДж / м
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1226+ 8 ,14⋅806+1 , 49⋅970=9906 , 44 кДж / м .
ϑ =5000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=999 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=666 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
3
O
=797 кДж / м
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅999+ 8 ,14⋅666+1 , 49⋅797=8157 ,22 кДж / м .
2 конвективный пучок
ϑ =7000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=1466 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=949 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
3
O
=1151 кДж / м
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1466+ 8 ,14⋅949+1 , 49⋅1151=11712 , 15 , 25 кДж / м .
ϑ =6000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=1226 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=806 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
3
O
=970 кДж / м
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅1226+ 8 ,14⋅806+1 , 49⋅970=9906 , 41 кДж / м .
ϑ =5000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=999 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=666 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
3
O
=797 кДж / м
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅999+ 8 ,14⋅666+1 , 49⋅797=8157 ,22 кДж / м .
ϑ =4000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=774 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=528 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=628 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅774+ 8 ,14⋅528+1 , 49⋅628=6433 , 34 кДж / м .
ϑ =3000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=561 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=393 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=464 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅561+8 , 14⋅393+1 , 49⋅464=4759 , 93 кДж / м .
ϑ =2000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=359 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=261 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
H 2 O
=305 кДж / м
3.4)
г
I 0=1 , 55⋅359+8 , 14⋅261+1 , 49⋅305=3153 , 44 кДж / м3 .
(2, табл.
Водяной экономайзер
ϑ =4000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=774 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=528 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=628 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅774+ 8 ,14⋅528+1 , 49⋅628=6433 , 34 кДж / м .
ϑ =3000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=561 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=393 кДж / м3 ,
3.4)
(c⋅ϑ )H
0
O
=464 кДж / м3
2
(2, табл.
3
I г=1 , 55⋅561+8 , 14⋅393+1 , 49⋅464=4759 , 93 кДж / м .
ϑ =2000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=359 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=261 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
H 2 O
=305 кДж / м
3.4)
г
I 0=1 , 55⋅359+8 , 14⋅261+1 , 49⋅305=3135 , 44 кДж / м3 .
(2, табл.
ϑ =1000 С , (c⋅ϑ )
RO2
N
=170 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
2
=130 кДж / м3 , (c⋅ϑ )
H 2 O
=151 кДж / м3
3.4)
г
I 0=1 , 55⋅170+8 , 14⋅130+1 , 49⋅151=1546 ,69 кДж / м3 .
(2, табл.
Энтальпия избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур
в = α
−1)⋅I 0 .
Iизб
( ср в
Верх топочной камеры, фестон
ϑ =20000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅31652 , 98=3323 ,56 кДж / м3 .
ϑ =19000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅29923, 1=3141 , 9 кДж / м3 .
ϑ =18000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅28193, 2=2960 ,29 кДж / м3 .
ϑ =17000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅26504 ,5=2782 , 97 кДж / м3 .
ϑ =16000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅24826 ,1=2606 ,74 кДж / м3 .
ϑ =15000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅23137 , 4=2435 ,73 кДж / м3 .
ϑ =14000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅21448 ,6=2252 ,103 кДж / м3 .
ϑ =13000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅19759=2074 , 69 кДж / м3 .
ϑ =12000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅18122 , 7=1902 , 88 кДж / м3 .
ϑ =11000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅16475 , 2=1729 , 89 кДж / м3 .
ϑ =10000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅14827 ,7=1556 , 91 кДж / м3 .
ϑ =9000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅13231 , 1=1389 , 26 кДж / м3 .
ϑ =8000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅11676 , 8=1226 , 064 кДж / м3 .
Пароперегреватель
ϑ =10000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅14827 ,7=1556 , 91 кДж / м3 .
ϑ =9000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅13231 , 1=1389 , 26 кДж / м3 .
ϑ =8000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅11676 , 8=1226 , 064 кДж / м3 .
ϑ =7000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅10111 , 6=1061 , 72 кДж / м3 .
ϑ =6000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅8567 ,1=899 ,54 кДж / м3 .
ϑ =5000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅7063 , 1=741 , 6 кДж / м3 .
Т.к. у 1 конвективного пучка значения одинаковые с пароперегревателем, то, соответственно, и энтальпия будет одинаковой.
2 конвективный пучок
ϑ =7000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅10111 , 6=1061 , 72 кДж / м3 .
ϑ =6000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅8567 ,1=899 ,54 кДж / м3 .
ϑ =5000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅7063 , 1=741 , 6 кДж / м3 .
ϑ =4000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅5591 , 3=587 ,1 кДж / м3 .
ϑ =3000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅4159 , 99=436 , 8 кДж / м3 .
ϑ =2000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅2749, 3=288 ,64 кДж / м3 .
Водяной экономайзер
ϑ =4000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅5591 , 3=587 ,1 кДж / м3 .
ϑ =3000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅4159 , 99=436 , 8 кДж / м3 .
ϑ =2000 С
Iизб
в =(1 , 105−1)⋅2749, 3=288 ,64 кДж / м3 .
ϑ =1000 С
изб
I в =(1 , 105−1)⋅1369 , 5=143 ,79 кДж / м3 .
Энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка
воздуха α 1
0 в
I =Iг + Iизб .
Верх топочной камеры, фестон
ϑ =20000 С
I =37600 ,78+ 3323 ,56=40924 ,34 кДж / м3 . ϑ =19000 С I =35527+3141 , 9=38668 , 9 кДж/ м3 .
ϑ =18000 С I=33431 ,16+2960, 29=36391, 45 кДж/ м3 . ϑ =17000 С I=31369 ,17+2782, 97=34152 ,14 кДж/ м3 . ϑ =16000 С I =29319+2606 , 74=31925 ,74 кДж/ м3 . ϑ =15000 С I =27275 , 8+2435 ,73=29710 , 73 кДж/ м3 . ϑ =14000 С I =25272+2252 ,103=27524 , 103 кДж/ м3 . ϑ =13000 С
I =23240 , 62+ 2074 , 69=25314 ,69 кДж /м3 . ϑ =12000 С I =21257 , 06+1902 , 88=23159 , 94 кДж / м3 . ϑ =11000 С
I=19316 , 43+1729 , 89=21046 ,32 кДж/ м3 . ϑ =10000 С
I=17381 ,37+1556 ,91=18938 ,28 кДж/ м3 . ϑ =9000 С I=15462 ,14+1389 ,26=16851 ,14 кДж/ м3 . ϑ =8000 С
I =13566 , 99+1226 , 064=14793 ,054 кДж/ м3 .
Пароперегреватель
ϑ =10000 С
I=17381 ,37+1556 ,91=18938 ,28 кДж/ м3 . ϑ =9000 С I=15462 ,141+1389 , 26=16851 , 14 кДж/ м3 .
ϑ =8000 С I =13566 , 99+1226 , 064=14793 ,054 кДж/ м3 . ϑ =7000 С I=11712, 15+1061, 72=12773 , 72 кДж/ м3 . ϑ =6000 С I =9906 , 44 +899 , 54=10805 , 98 кДж / м3 .
ϑ =5000 С I=8157 , 22+741, 6=8898 , 82 кДж/ м3 .
Т.к. у 1 конвективного пучка значения одинаковые с пароперегревателем, то, соответственно, и энтальпия будет одинаковой.
2 конвективный пучок
ϑ =7000 С I=11712+1061 ,72=12773 ,72 кДж/ м3 .
ϑ =6000 С I =9906 , 44 +899 , 54=10805 , 98 кДж / м3 . ϑ =5000 С I =8157 , 22+741, 6=8898 , 82 кДж/ м3 . ϑ =4000 С
I=6433 , 34+587 , 1=7020 , 44 кДж/ м3 . ϑ =3000 С I =4759 , 93+436 , 8=5196 , 73 кДж/ м3 . ϑ =2000 С
I=3135 , 44+288 , 64=3424 ,08 кДж / м3 .
Водяной экономайзер
ϑ =4000 С I=6433 , 34+587 , 1=7020 , 44 кДж/ м3 .
ϑ =3000 С I =4759 , 93+436 , 8=5196 , 73 кДж/ м3 . ϑ =2000 С I =3135 , 44+288 , 6=3424 , 08 кДж/ м3 . ϑ =1000 С I=1546 , 69+143 ,79=1690 , 48 кДж/ м3 .
Результаты расчёта
Таблица 4 – Энтальпия продуктов сгорания I = f(υ)
Поверхность нагрева |
Температур а после |
I0в, кДж/ |
I0 , кДж/ г |
Iв , изб |
I, кДж/м3 |
поверхност и нагрева, 0С |
м3 |
м3 |
кДж/м3 |
||
Верх топочной камеры, фестон, α =1,1 |
2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 |
31652,9 8 29923,1 28193,2 26504,5 24826,1 23137,1 21448,6 19759 18122,7 16475,2 14827,7 13231,1 11676,8 |
37600,7 8 35527,2 6 33431,1 6 31369,1 7 29319,7 3 27275,8 25272,6 3 23240,6 2 21257,0 6 19316,4 3 17381,3 7 15462,1 4 13566,9 9 |
3323,6 3141,9 2960,29 2782,97 2606,74 2435,73 2252,10 3 2074,69 1902,88 1729,89 1556,91 1389,26 1226,06 4 |
40924,34 38668,9 36391,45 34152,14 31925,74 29710,73 27524,10 3 25314,69 23159,94 21046,32 18938,28 16851,14 14793,05 4 |
Пароперегреватель |
1000 |
14827,7 |
17381,3 |
1556,91 |
18938,28 |
, |
900 |
13231,1 |
7 |
1389,26 |
16851,14 |
αпп =1,13 |
800 700 |
11676,8 10111,6 |
15462,1 4 13566,9 |
1226,06 4 |
14793,05 4 |
600 500 |
8567,1 7063,1 |
9 |
1061,72 899,54 741,6 |
12773,72 10805,98 8898,82 | |
11712,1 5 9906,44 | |||||
8157,22 | |||||
1 конвективный пучок, αпп =1,13 |
1000 900 |
14827,7 13213,1 |
17381,3 |
1556,91 1389,26 |
18938,28 16851,14 |
7 15462,1 4 | |||||
800 700 600 500 |
11676,8 10111,6 8567,1 7063,1 |
13566,9 9 11712,1 5 9906,44 |
1226,06 4 1061,72 899,54 741,6 |
14793,05 4 11712,15 10805,98 8898,82 | |
8157,22 | |||||
2 конвективный пучок, |
700 |
10111,6 |
11712,1 5 |
1061,72 |
12773,72 |
600 500 |
8367,1 7063,1 |
9906,44 8157,22 |
899,54 741,6 |
10805,98 8898,82 | |
αк =1,18 |
400 |
5591,3 |
6433,34 |
587,1 |
7020,44 |
300 |
4159,99 |
4759,93 |
436,8 |
5196,73 | |
200 |
2749,3 |
3135,44 |
288,64 |
3424,08 | |
Водяной экономайзер, |
400 |
5591,3 |
6433,34 |
587,1 |
7020,44 |
300 |
4159,99 |
4759,93 |
436,8 |
5196,73 | |
αэ =1,2 |
200 |
2749,3 |
3135,44 |
288,64 |
3424,08 |
100 |
1369,5 |
1546,69 |
143,79 |
1690,48 |
Расчётный тепловой баланс и расход топлива
Расчёт потерь теплоты
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара.
Тепловой баланс котла для 1м3 природного газа при нормальных условиях
р c
Qр=Qн=Q1+Q2 +Q3+Q4+Q5 +Q6 ,
р
где Qр
располагаемая теплота, кДж/м3;
Q1 – полезная теплота, содержащаяся в паре, кДж/м3; Q2 – потери теплоты с уходящими газами, кДж/м3;
Q3 – потери теплоты химической неполноты сгорания, кДж/м3; Q4 – потери теплоты механической неполноты сгорания, кДж/м3; Q5 – потери теплоты от наружного охлаждения, кДж/м3;
Q6 – потери теплоты от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке и от охлаждения панелей и балок, не включенных в циркуляционный контур котла, кДж/м3;
Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах от располагаемой теплоты
Q
i р
q = Qi .
р
Располагаемая теплота для природного газа
р с
Qр=Qн+ Qв . вн ,
с
где Qн
− низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м3;
Qв . вн − теплота, внесённая в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром или другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, кДж/м3.
3
Qв . вн=0 кДж / м
Т. к. предварительный подогрев воздуха в калорифере отсутствует.
р с 3 3
Qр=Qн=39 , 78⋅10
кДж / м .
Потеря теплоты с уходящими газами
q2=
,
ух хв 4 )
(I −α ⋅I 0 )⋅(100−q
Q
р
н
где I – энтальпия уходящих газов, при соответствующих значениях αух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/м3;
I0
хв – энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяется при температуре tв = 30 0С, кДж/м3;
αух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берётся в сечении газохода после последней поверхности нагрева;
q4 – потеря теплоты от механической неполноты горения (для природного газа q4 = 0), %
Энтальпия теоретического объёма холодного воздуха при температуре
30 0С
хв
I 0 =39 , 8⋅V 0
хв
I 0 =39 , 8⋅10 , 297=409 , 82 кДж / м3 ;
0
α ух=αвп =1,2; ϑ=200
н
С; Qр=39 ,78 МДж / м3
q2=
( 3424 , 08 −1,2⋅409 , 82 )⋅( 100− 0 )
39 , 78⋅103
=7 , 37 %.
Потеря теплоты от химической и механической неполноты
горения
q3=0,5 %; q4=0 %.
Потеря теплоты от наружного охлаждения для парового
котла
q5=q5 ном⋅
где q5 ном
Dном , D
- потери теплоты от наружного охлаждения при
номинальной нагрузке парового котла;
Dном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч; D – расчётная нагрузка парового котла, т/ч.
q5 ном =0,5 %; (2, табл.
4.5)
D=950 , 4 т/ч
5 ⋅
q =0,5 491 , 5
950 , 4
=0 ,256 % .
Потери в виде физической теплоты шлаков и потеря от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный
контур котла
q6=0 %.
Потеря в виде физической теплоты шлаков не наблюдается при сжигании мазута. Поэтому эта потеря отсутствует.
Расчёт КПД и расхода топлива
Коэффициентом полезного действия парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара.
4.2.1. Полезная мощность парового котла
Qпк=D⋅(iпп−iпв ),
где iпп, iпв – энтальпии перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, кДж/м3.
Энтальпия перегретого пара при tпп = 565 0С и давлении рпп = 2,55 МПа
iпп=966 , 9 кДж/ кг. (4, табл.
2)
Энтальпия питательной воды на входе в индивидуальный водяной
экономайзер при tпв = 260 0С и давлении рпв
Давление питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер
рпв =(1,2÷1,3)⋅рпп
рпв =1,2⋅0 , 55=3 , 06 МПа .
iпв=190 , 3 кДж/кг . (4, табл.
2)
Qпк=950 , 4⋅( 966 , 9−190 , 3)=738 , 1 кВт.
4.2.2 КПД брутто из уравнения обратного теплового баланса
ηбр=100−( q2+ q3+ q4+ q5+ q6 )
ηбр=100−(7 , 37+0,5+ 0+0 , 256+0)=91 , 874 %.
Расход топлива, подаваемого в топку парового котла, из уравнения прямого теплового баланса
Qпк
р
бр
Впк= Q р⋅η
⋅100
Впк=
3
738 , 1
⋅100=2 , 12 м
39 , 78⋅103⋅91 , 874
/ c=7632 м3
/ ч.
Расчётный расход топлива для природного газа
Вр=Впк
Вр=2 ,12 м
3/с .
Коэффициент сохранения теплоты
ϕ=1− η
q5
бр+ q5
ϕ=1−
0 , 256
91 , 874+0 , 256 =0 , 997 .
Расчёт топочной камеры
Определение геометрических характеристик топки
Для поверочного теплового расчёта необходимы следующие данные:
объём топочной камеры;
площадь поверхности стен топочной камеры;
наружный диаметр и толщина стенки экранных труб;
относительный шаг экранных труб;
наружный диаметр и толщина стенки труб пароперегревателя;
число параллельно включенных труб;
поверхность нагрева пароперегревателя;
продольный и поперечный шаг;
живое сечение для прохода продуктов сгорания;
площадь поверхности нагрева конвективного газохода;
наружный диаметр и толщина стенки труб конвективных пучков;
расположение труб (коридорное или шахматное);
продольный и поперечный шаг труб;
число труб в ряду;
число рядов труб по ходу продуктов сгорания;
площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания конвективных пучков.
Указанные конструктивные характеристики определяют из чертежа рассчитываемого котла.
Таблица 5 – Конструктивные характеристики котлоагрегата
Величина
Ед.
изм
.
Типоразмер котла
ТГМЕ – 326
Объём топки
м3
95
Поверхность стен топочной камеры
м2
84,77
Радиационная площадь поверхности нагрева пароперегревателя
м2
47,9
Площадь поверхности нагрева конвективных пучков
м2
229,1
Общая площадь поверхности нагрева котла
м2
277
Площадь поверхности зеркала горения
м2
8,7
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания
м2
1,28
Длина цилиндрической части верхнего барабана
мм
6325
Длина цилиндрической части нижнего барабана
мм
3000
Диаметр и толщина стенки экранных и кипятильных труб
мм
51×2,5
Диаметр и толщина стенки передних отпускных труб
мм
159×4,5
Диаметр и толщина стенки труб пароперегревателя
мм
32×3
Шаг труб переднего и заднего экранов
мм
130
Шаг труб боковых экранов
мм
80
Шаг труб заднего экрана в фестоне
мм
110
Шаг кипятильных труб по длине котла
мм
100
Шаг кипятильных труб по ширине котла (поперечный)
мм
110
Шаг труб пароперегревателя по длине котла
мм
75
Шаг труб пароперегревателя по ширине котла
мм
68,5
Расположение труб конвективных пучков
–
Коридорное
Количество труб боковых экранов
шт.
29×2=58
Количество труб фронтового экрана
шт.
20
Количество труб заднего экрана
шт.
20
Количество кипятильных труб по оси барабана
шт.
27+1
Количество кипятильных труб по ширине барабана (поперечных)
шт.
22
Число рядов кипятильных труб по ходу продуктов сгорания в одном газоходе
шт.
22
Общее количество кипятильных труб
шт.
594
Длина котла в облегчённой обмуровке
мм
6860
Ширина котла в облегчённой обмуровке
мм
3830
Высота котла от пола до оси верхнего барабана
мм
5715
Высота котла от пола до патрубков на верхнем барабане
мм
6315
8.17)
Расчёт однокамерной топки
(1, табл.
Расчёт теплообмена в топке парового котла основывается на приложении теории подобия к топочным процессам.
Температура продуктов сгорания на выходе из топочной
камеры
Температура продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного газа предварительно принимается 1100 0С.
Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки для 1100
0С
I = 21142,96 кДж/м3
Полезное тепловыделение в топке
Т р⋅
Q =Q р 100−q3− q4− q5 100−q4
+Qв−Qв . вн+ r⋅I г . отб ,
где Qв – теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/м3;
Qв.вн – теплота, внесённая в котельный агрегат с поступившим в него воздухом, учитывается только при подогреве воздуха вне агрегата (в калорифере), кДж/м3;
rIг.отб – теплота рециркулирующих продуктов сгорания, учитывается только в случае возврата в топку части продуктов сгорания, отобранных из газохода котла, кДж/м3.
Теплота, вносимая в топку с поступившим в него воздухом
Теплота воздуха складывается из теплоты горячего воздуха и холодного, присосанного в топку.
0 0
Qв=(α− Δα )⋅I в + Δα⋅I хв ,
где Δα − присос воздуха в топку.
3.1)
в
Δα=0 ; I 0=16080 кДж / м3
(2, табл.
3
Qв=(1,1−0)⋅16475 , 2+0⋅399 , 99=18122, 72 кДж / м .
3 100 −0,5− 0−0 , 256 3
Т
Q =39 , 78⋅10 ⋅
100−0,5
=39677 , 65 кДж / м .
5.2.4 Коэффициент тепловой эффективности экранов
ψ= χ⋅ξ ,
χ − угловой коэффициент;
Угловым коэффициентом называется отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене.
ξ − коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой.
χ=0 ,55 ; (2, рис.
5.3)
5.1)
ξ=0 , 65 (2, табл.
ψ=0 , 55⋅0 ,65=0 , 358.
Эффективная толщина излучающего слоя
3,6⋅V т
s= ,
Fст
гдеVт – объём топочной камеры, м3;
Fст – поверхность стен топочной камеры, м2.
s=
3,6⋅37
50 =2 ,66 м .
Коэффициент ослабления лучей
При сжигании мазута коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трёхатомными газами и сжатыми частицами.
k =kг⋅rп +kc ,
где rп – суммарная объёмная доля трёхатомных газов;
kг – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, 1/м·МПа; kc – коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/м·МПа. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами
k г=(
7,8+16⋅r H
,16⋅√ p
(
O −1)⋅ 1−0 , 37⋅
)
Т ''
,
2 Т
3 п 1000
где pп – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;
rH2 O − объёмная доля водяных паров;
Т
''
Т − абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К.
МПа. 62)
Парциальное давление трёхатомных газов
рп=rп⋅р ,
где р – давление в топочной камере котлоагрегата, МПа.
Для котлоагрегатов, работающих без наддува, принимается р = 0,1
(2, стр.
рп=0 , 234⋅0,1=0 , 0234 МПа .
Т
Т '' =1373 К
7,8⋅16⋅0 , 121
1373
1
k г=(3 ,16⋅√0 , 0234 −1)⋅(1−0 , 37⋅
=15 , 37 .
1000 )
м⋅МПа
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
kс =0,3⋅( 2−α )⋅(1,6⋅
)
''
0 −0,5 ⋅ ,
ТТ С р
100 Н р
где Ср, Нр – содержание углерода и водорода в рабочей массе топлива.
Содержание углерода и водорода в рабочей массе топлива при сжигании природного газа
С
р
Н р =0 , 12⋅∑
m
n⋅Сm Hn ,
где Cm, Hn – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений.
Ср 1
1 3 2
Н р =0 , 12⋅∑ 4
91 , 4+ ⋅4,1+
3 8
1,9+
5
0,6=3 , 02 .
⋅ ⋅ ⋅
с ( ⋅
k =0,3⋅(2−1,1)⋅ 1,6 1373
1000
−0,5)⋅3 , 02=1 ,38
1
.
м⋅МПа
k =15 ,37⋅0 , 234+1 , 38=4 , 98 1 .
м⋅МПа
Степень черноты факела для природного газа
аф=т⋅асв+(1−т)⋅аг ,
где m – коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела
асв, аг – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трёхатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами;
Степень черноты светящейся части факела
−k⋅р⋅s
асв=1−е
св
а =1−е−4 , 98⋅2 , 55⋅2 ,66
Степень черноты
−kг⋅rп⋅р⋅s
=0 , 98.
аг=1−е
г
а =1−е−15 , 37⋅0 .234⋅0,1⋅2 ,66
=0 , 616.
5.2)
m = 0,1 (2, табл.
аф=0,1⋅0 , 98+(1−0,1)⋅0 , 616=0 ,652 .
Степень черноты топки
Для камерных топок при сжигании природного газа
аф
а
аТ =
ф
+(1−а
ф )⋅ψ
0 , 652
аТ = 0 ,652+(1−0 , 652)⋅0 ,358 =0 , 839.
Параметр М, зависящий от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки
67)
При сжигании природного газа и мазута
М =0 , 54−0,2⋅хт ,
где хт – относительное положение максимума температуры.
Для парового котла ТГМП-326 с камерной (факельной) топкой
хт = 0,95. (2, стр.
М =0 , 54−0,2⋅0 , 95=0 , 35.
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 м3 природного газа при нормальных условиях
νс . ср=
T T
Q −I ''
'' , Ta−TT
где Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К;
I
''
T − Энтальпия продуктов сгорания при принятой на выходе из
топки температуре, кДж/м3;
QТ – полезное тепловыделение в топке, кДж/м3.
Теоретическая температура горения определяется по значению QТ, равному энтальпии продуктов сгорания
0
Та=1850
''
С; (табл. 4)
3
IT =20941 ,54 кДж / м
''
; (табл. 4)
3
ТТ =1373 К ; QT =37529 кДж / м
37529 −20941 ,54
кДж
νс . ср=1850−1373 =34 ,77 м3⋅К .
Действительная температура на выходе из топки
Т
ϑ'' =
Т а
р
1011⋅ϕ⋅В ⋅ν
с . ср
)
3 0,6
+1
−273
'' 1850 0
ϑТ =
3 0,6
−273=1218 , 93 С .
'' ''
1011⋅0 , 995⋅0 , 24⋅34 , 77 ) +1
0
ϑТ ≈ТТ=1218 , 93 C
Т. к. расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±100 0С, то расчёт считается окончательным.
Удельная нагрузка топочного объёма
qV =
p н
B ⋅Q р
V
Т
0 ,24⋅39 , 78⋅103 3
qV =37 =258 кВт/ м .
Теплота, воспринятая лучевоспринимающими поверхностями топки
л T T
Q = ϕ⋅(Q − I '' )
3
Qл=0 , 995⋅(37529−20941 ,5 )=16505 , 06 кДж/ м .
Список используемой литературы
Роддатис К. Ф., Полтарецкий А. Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под ред. К. Ф. Роддатиса. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.: ил.
Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. Для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. – 280 с., ил.
Зыков А. К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие.
М.: Энергоатомиздат, 1987. – (Б-ка тепломонтажниика). – 128 с., ил.
Ривкин С. Л., Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1984. − 80 с., ил.
Гусев Ю. Л. Основы проектирования котельных установок. – М.: Сиройиздат, 1973. – 248 с.
Деев Л. В., Балахничев Н. А. Котельные установки и их обслуживание: Практ. пособ. для ПТУ. – М.: Высшая школа, 1990. – 239 c., ил.
Киселёв Н. А. Котельные установки: Учеб. пособ. для подгот. рабочих на пр-ве. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1979. – 270 с., ил.
8. 1979. – 270 с., ил.
////////////////////////////