Курсовая работа: Котельные установки и парогенераторы

Расчёт предварительного баланса котла

Целью составления теплового баланса котлоагрегата является определение коэффициента полезного действия котла, расхода топлива и тепловых потерь по статьям расхода.

Уравнение теплового баланса, устанавливающее равенство между приходом и расходом тепла, составляется для установившегося теплового режима работы котла и относится к 1 м3 газообразного топлива

Qрр=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6, (4.1)

где Qрр - располагаемая теплота, кДж/м3; Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 - потери теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, с физической теплотой удаляемого шлака и с водой, охлаждающей панели и балки, не включенных в циркуляционный контур котла, кДж/м3.

В общем виде располагаемая теплота Qрр для газообразного топлива определяется:

Qрр=Qcн+Qф.т.+Qв.вн, (4.3)

где, Qcн - низшая теплота сгорания сухой массы газообразного топлива, Qф.т. - физическое тепло топлива, Qв.вн - теплота, внесенная воздухом, подогретым вне котельного агрегата.

Qcн=37,01 МДж/м3=37010 кДж/м3 - по таблице П. 1.3 [1]

Физическое тепло топлива учитывается при наличии предварительного подогрева мазута для обеспечения требуемой его текучести или сушки высоковлажных твердых топлив перед топкой котла

Расчет количества теплоты Qв.вн, поступающего с воздухом, подогретым вне котла (до воздухоподогревателя) внешним тепло-источником, проводится по уравнению

Qв.вн=( бт- Дбт + Дбвп)*(Hвп-Hх.в.), (4.7)

Где бт - коэффициент избытка воздуха в топке, соответствующий составу газов в конце топки, Дбт, Дбвп - присосы воздуха в топке и в воздухоподогревателе, Hвп, Hх.в - энтальпии воздуха на входе в воздухоподогреватель и холодного воздуха. Температура холодного воздуха принимается равной 25 градусам по Цельсию.

Qв.вн=( 1,08-0,05+0,1)*(30,18-25,14)=5,7 кДж/м3

Qрр=37010+5,7=37015,7 кДж/м3

Коэффициент полезного действия, определяется из уравнения обратного теплового баланса

зк =100-(q2+q3+q5), (4.10)

Где q3=0,5

Потери теплоты с уходящими газами q2, рассчитываются по зависимости

Q2=(Hу.г.- бу.г.* Hх.в) (4.12)

Q2=(Hу.г.- бу.г.* Hх.в)=(2710,4-1,5*5,7)= 2701,85 кДж/м^3

q2=(Q2/Qpp)*100=7,29 %

Согласно таблице 4.1 [1] потери теплоты от наружного охлаждения при паропроизводительности 6 т/ч для котла с хвостовыми поверхностями q5=2,4%

Соответственно, зк =100-(7,29+0,5+2,4)=89,81 %

Расход топлива B, м^3/с, определяется по уравнению

B=[Qка/( Qрр зк)]*100 (4.17)

Qка=D(h-hп.в.)+D(hк.в.-hп.в.) (4.18)

Qка=D(hн.п.-hп.в.)=1,8*(2788,85-377,04)=4341,26 кВт

B=[4341,26/( 37015,7 * 89,81)]*100=0,13 м^3/c

Расчет топки

Геометрические характеристики топки принимаются равными согласно чертежу, приложенному к данному КП:

Объем топочной камеры - 11,2 м3

Конвективная площадь нагрева - 67 м2

Радиационная площадь нагрева - 28 м2

Полная поверхность стен топки - 29,97 м2

Расчетная поверхность нагрева - 68,04 м2

Расчет теплопередачи в топочной камере

Уравнение количества воспринятой теплоты в топке Qл:

Qл=ф(Qт-H''р) (5.4)

Где ф - коэффициент сохранения теплоты, определяемый по уравнению

ф=1-(q5/( зк+ q5)). (5.5)

Полезное тепловыделение в топке Qт, рассчитывается по уравнению

Где Qв - тепло, вносимое в топку воздухом

Qв=( бт- Дбт)*Hвп + Дбт * Hх.в., (5.7)

Qв=( 1,08- 0,05)*30,18 + 1,08 * 25,14=58,24 кДж/м3

Qт=36888,86 кДж/м3

ф=1-(2,4/( 89,81+ 2,4))=0,97

H''р=8217,6 кДж/ м3, при температуре 800 гр. Цельсия, по таблице 3.3

Qл=0,97*(36888,86-8217,6)=27811,12 кДж/ м3

Уравнение теплообмена в топочной камере получено в ЦКТИ в результате анализа и обработки обширного экспериментального материала.

(5.8)

Где - безразмерная температурная продуктов сгорания на выходе из топки; Тт и Та - температура газов на выходе из топки и адиабатная температура горения топлива, К; Bo - критерий Больцмана; Bu - эффективное значение критерия Бугера; M - параметр, учитывающий распределение температуры по высоте топочной камеры.

(5.9)

Где - коэффициент сохранения теплоты; - расчетный расход топлива, кг/с; - средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг топлива, кДж/(кгК); - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 *10-8 кВт/(м2*К4); - среднее значение коэффициента тепловой эффективности поверхностей нагрева; - площадь поверхности стен топки, м2; - адиабатная температура продуктов сгорания, К.

Подставив значения критерия Больцмана в уравнение (5.8) и решая его относительно получают формулу, используемую в поверочном расчете, для определения температуры продуктов сгорания на выходе из топки:

, (5.10)

Значение параметра М, учитывающего относительное положение максимума температуры факела в топке, для газомазутной топки определяется:

, (5.12)

Где - коэффициент, выбираемый в зависимости от типа топочного устройства, вида топлива, расположения топливосжигающих устройств и т.д.; - параметр забалластированности топочных газов, м3/м2; - отношение площади зеркала горения слоя к поверхности стен топки

Параметр забалластированности топочных газов rv, определяется по уравнению

(5.16)

Коэффициент тепловой эффективности экранов для случая если стены топки закрыты экранами с разными угловыми коэфициентами или на части поверхности стен топки отсутствуют экраны

(5.18)

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания, определяется по зависимости

(5.19)

S=1,417 - эффективная толщина излучающего слоя

Критерий Бугера

(5.20)

k=m*kc (5.25)

kc=0,25 - согласно (5.26) и (5.27) [1].

k=m*kc=0,1*0,25=0,025

Эффективное значение критерия Бугера определяется по уравнению

(5.21)

Расчет конвективных пучков

Расчет теплообмена конвективной части сведено в таблицу 6.1

Таблица 6.1

Расчет хвостовых поверхностей нагрева

Тепловой расчёт водяного экономайзера

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении -- стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов (6.2)

,

где - коэффициент сохранения теплоты ;

- энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется по таблице 3 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности;

- энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева;

- присос воздуха в экономайзер;

- энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30?С .

.

2. Определяем энтальпию воды после водяного экономайзера

,

где - энтальпия воды на входе в экономайзер [3], кДж/кг;

D - паропроизводительность котла, кг/с;

Dпр - расход продувочной воды, кг/с.

,

.

Температура воды после экономайзера [3].

3. Определяем температурный напор

,(6.18)

где и - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.

,(6.19)

,(6.20)

.

4. Выбираем конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера (таблица 10)

Таблица 10

Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров [3]

Число параллельно включенных змеевиков в пакете

,

где D - расход воды через экономайзер, кг/с;

- массовая скорость воды на входе в экономайзер (принимается равной 600кг/(м2·с));[3]

dвн - внутренний диаметр трубы (рисунок 12), мм.

5. Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере

,(6.22)

где - расчётный расход топлива, кг/с;

VГ - объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха ;

- среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, ?С;

Fэк - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2.

,(6.23)

где Fтр - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы (таблица 10);

z1 - число труб в ряду (принимается равным 10).

,(6.24)

где и - температура продуктов сгорания на входе и выходе из экономайзера, ?С.

.

6. Определяем коэффициент теплопередачи

,(6.25)

где и - коэффициенты определяются с помощью монограммы (приложение 1, рисунок 12).

7. Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера

.(6.26)

8. Окончательно устанавливаем конструктивные характеристики экономайзера

Общее число труб ,(6.27)

где - площадь поверхности нагрева одной трубы (таблица 10), м2.

Число рядов .(6.28)

Составляем сводную таблицу.

Таблица 10

Теплотехнические и конструктивные характеристики экономайзера