Курсовая работа: Тепловой и аэродинамический расчет котла КЕ10/14

2.4 Составление теплового баланса

Определяем располагаемую теплоту сгорания топлива, , кДж/кг [1, с. 33]:

,(2.10)

22820кДж/кг

Определяем потери тепла от механической неполноты горения, q₄, проц, [1,с. 72]:

q₄ =5 %

Определяем потери тепла от химической неполноты горения, q₃, проц, [1,с. 72]:

q₃ = 1 %

Определяем потери тепла с уходящими газами, q₂, проц:

,(2.11)

где I_ух - энтальпия уходящих газов, кДж/кг, (см таблица 2);

V_ух - температура уходящих газов, ⁰С, V_ух = 130 [1, с. 61];

- теоретическая энтальпия воздуха, кДж/кг (см таблица 2).

кДж/кг

кДж/кг

Температура холодного воздуха t_хв = 30⁰С, [1,с. 60].

%

Определяем потери тепла от наружного охлаждения, q₅, проц, [1,c. 62]:

q₅ = 1,7%

Определяем КПД Брутто,_бр, проц.:

,(2.12)

100 -( 6,32 + 1 + 5 + 1,7 ) = 86%

Определяем полезную мощность парогенератора, Q_пг, кВт:

,(2.13)

где D_нп - паропроизводительность котла по заданию, кг/с;

D_нр - расход продувочной воды, кг/с.

,(2.14)

0,01 52,78 = 0,14 кг/с

2,78(2788 - 420) + 0,14 (814 -420) = 6638 кВт

Определяем расход топлива, В_пг, кг/с:

(2.15)

кг/с

Определяем расчётный расход топлива, В_р, кг/с:

(2.16)

кг/с

Определяем коэффициент сохранения тепла, :

(2.17)

2.5 Тепловой расчёт топки

Цель расчёта: Определить температуру топочных газов на выходе из топки.

Принимаем температуру топочных газов на выходе из топки900.

Энтальпия топочных газов на выходе из топки (таблица 2)кДж/кг.

Определяем полезное тепловыделение в топке, Q_T, кДж/кг:,

,(2.18)

где Q_в - тепло, вносимое воздухом, кДж/кг

(2.19)

1,4 240 = 336кДж/кг

кДж/кг

Определяем теоретическую температуру горения в топке, V_а, град, (таблица 2):

Определяем коэффициент тепловой эффективности экрана, :

,(2.20)

0,4 0,6 = 0,24

где X- угловой коэффициент экрана X=0,4 [1, рис. 5-36];

-коэффициент загрязнения экрана, = 0,6 [1,таблицы 5-10].

Определяем эффективную толщину излучаемого слоя, S, м:

(2.21)

м

Определяем коэффициент ослабления лучей, К, 1/ м мПа:

(2.22)

где К_Г- коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/ м мПа;

r_п- парциальное давление трёхатомных газов, мПа;

К_зл - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, 1/ м мПа, [1, с142];

_ЗЛ - массовая концентрация уноса в продуктах сгорания, г/м ,³ (таблица 1);

К_к - коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами, 1/ м мПа,[1,с142].

(2.23)

мПа

Определяем суммарную оптическую толщину среды, KPS:

KPS = 3,88 0,1 1,63=0,62

Определяем степень черноты факела _ф, [1, с. 143]

= = 0,45

Определяем количество тепла, выделяющиеся на 1 м² площади стен g_F, кВт/м²:

(2.24)

кВт/м²

Температуратопочных газов на выходе из топки,

Вывод: Полученная температура отличается от ранее принятой на 30,что не превышает допустимой величины, расчет топки выполнен верно.

2.6 Расчёт первого котельного пучка

Определяем температуру топочных газов на входе в котельный пучок', град,

Определяем энтальпию топочных газов на входе в котельный пучок кДж/кг (см. таблица2):

кДж/кг

Температурa топочных газов на выходе из котельного пучка принимается, .

Определяем энтальпию топочных газов на выходе из котельного пучка,, кДж/кг, (см. таблица2):

=5282 кДж/кг,=6693кДж/кг

Определяем тепло, отданное продуктами сгорания по уравнению теплового баланса, Q_б,, кДж/кг:

,(2.25)

0,98 (11581- 5282 + 0,05 240) = 6161 кДж/кг

0,98 (11581 -6693 + 0,05 240) = 4802кДж/кг

Определяем расчётную температуру потока продуктов сгорания в газоходе, , град:

,(2.26)

⁰

⁰

Определяем температурный напор, , град:

,(2.27)

t = 665-194= 471⁰

t =715 -194= 521⁰

Определяем среднюю скорость продуктов сгорания в газоходе, W_Г, м/с:

,(2.28)

м/с

м/с

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева, _к, Вт/м²⁰К:

,(2.29)

_к =57111= 57 Вт/м²⁰К

_к =59 1 0,981 =57,8 Вт/м²⁰К

Определяем толщину излучающего слоя, S, м:

(2.30)

м

Определяем коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, к_г, 1/ м мПа:

к_г = 32 м мПа, к_г = 30 м мПа

По формуле (2.29)Р_n =0,19 0,1 0,18 = 0,003 мПа

Определяем степень черноты газового потока, KPS:

KPS =32 0,003 = 0,096

KPS = 30 0,003 = 0,09

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением, _Л , Вт/м²⁰К,[1, с. 172]:

,(2.31)

_Л =72 0,105 = 7,6 Вт/м²⁰К

_Л = 80 0,105 = 8,4Вт/м²⁰К

Определяем температуру загрязнённой стенки, t_З, град:

t_З = t + t,(2.32)

t_З = 194 +60 = 254⁰

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи,₁, Вт/м²⁰К:

,(2.33)

₁ = 0,95 ( 57 + 7,6) = 61,4 Вт/м²⁰К

₁ = 0,95 (57,8 + 8,4) = 62,9Вт/м²⁰К

Определяем коэффициент теплопередачи, K, Вт/м²⁰К:

,(2.34)

К = 0,65 61,4 = 40 Вт/м²⁰К

K = 0,65 62,9 =41Вт/м²⁰К

Определяем количество тепла, воспринятое поверхностью нагрева по уравнению теплопередачи, Q_т,, кДж/кг:

,(2.35)

кДж/кг

кДж/кг

Определяем температуру топочных газов на выходе из первого котельного пучка, =540⁰ (Приложение А).

2.7 Расчёт второго котельного пучка

Температура топочных газов на входе в котельный пучок

Определяем энтальпию топочных газов на входе в котельный пучок, ,кДж/кг, (см. таблицу 2):

кДж/кг

Определяем температуру топочных газов на выходе из котельного пучка, , град:

,

Определяем энтальпию топочных газов на выходе из котельного пучка(см. табл.2):

,

Определяем тепло, отданное продуктами сгорания, Q_б, кДж/кг по формуле (2.25);

кДж/кг

Определяем расчётную температуру потока продуктов сгорания в газоходе, , град, по формуле (2.26):

По формуле (2.27) определяем температурный напор, t, град:

t = 420- 194= 226 ⁰

t = 455 -194 =276 ⁰

Определяем среднюю скорость продуктов сгорания в газоходе, W_г, м/с, по формуле (2.28):

По формуле (2.29) определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева _к, Вт/м²⁰К:

_к = 48 1,2 1 1 = 57,6 Вт/м²⁰К

_к = 52 1,11 1 = 57,2 Вт/м²⁰К

Определяем толщину излучающего слоя, S, м, по формуле (2.30):

м

Определяем коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, к_г, 1/м мПа:

к_г, = 33м мПа, к_г, = 35м мПа

Р_n =0,003мПа

Определяем степень черноты газового потока,KPS:

,(2.36)

KPS =33 0,18 0,1 0,18= 0,09

KPS = 350,180,10,18 = 0,105

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением, _Л, Вт/м²⁰К, [1, с. 172] по формуле (2.31):

_Л, = 41 0,105 = 4,3Вт/м²⁰К

_Л, = 48 0,105 = 5,04Вт/м²⁰К

Определяем температуру загрязнённой стенки, t_З, град, по формуле (2.32):

t_З = 194 + 60 = 254⁰

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи, ₁, Вт/м²⁰К,по формуле (2.33):

₁ =0,95(57,6 + 4,3 ) = 58,8 Вт/м²⁰К

₁= 1 (57,2 + 5,04 ) = 59Вт/м К

Определяем коэффициент теплопередачи, K, Вт/м²⁰К, по формуле (2.34):

К = 0,65 58,8 = 38Вт/м²⁰К

K = 0,65 59 = 38,4Вт/м²⁰К

Определяем количество тепла, воспринятое поверхностью нагрева по уравнению теплопередачи, Q_т,, кДж/кг, по формуле (2.35):

кДж/кг

кДж/кг

Определяем температуру топочных газов на выходе из второго котельного пучка,, град, ( Приложение Б)

430⁰

2.8 Расчёт экономайзера

Температура топочных газов на входе в экономайзер

Определяем энтальпию топочных газов на входе в экономайзер, , кДж/кг, (табл.2):

кДж/кг

Определяем тепло, отданное продуктами сгорания, Q_б, кДж/кг по формуле (2.25):

кДж/кг

Определяем энтальпию воды после водяного экономайзера, , кДж/кг

,(2.37)

кДж/кг

Определяем температуру воды после водяного экономайзера, , град.:

,(2.38)

Определяем средний температурный напор, t_ср, град.:

,(2.39)

Определяем среднюю скорость продуктов сгорания, W_Г, м/с, по формуле (2.28):

, (2.40)

где F_эк - сечение для прохода топочных газов в экономайзере, м ²:

F_ЭК = Z₁F_ТР,(2.41)

F_ЭК =5 0,152 =0,76 м ²

где Z₁ - число труб в ряду;

F_ТР - сечение для прохода топочных газов [2, с. 235].

Определяем коэффициент теплопередачи, К, Вт/м²⁰К:

К = к_н С,(2.42)

К =21,3 0,96 = 20,45 Вт/м²⁰К

Определяем поверхность нагрева водяного экономайзера, Н_эк , м ²:

,(2.43)

м²

Определяем общее число труб в экономайзере, n:

,(2.44)

Определяем число рядов по ходу газов,m:

,(2.45)

где а - принятое число труб в ряду, т

2.9 Проверка сходимости балансовых величин

Определяем невязку теплового баланса, Q, кДж/кг:

(2.46)

кДж/кг

Определяем тепло, отданное продуктами сгорания в топке, Q_Л, кДж/кг:

,(2.47)

кДж/кг

Определяем тепло, отданное продуктами сгорания первому котельному пучку, Q_КП1, кДж/кг по формуле (2.43):

кДж/кг

Определяем количество тепла, отданное продуктами сгорания второму котельному пучку, Q_КП2, кДж/кг по формуле (2.43):

кДж/кг

Определяем количество тепла отданное продуктами сгорания экономайзеру, Q_ЭК, кДж/кг:

,(2.48)

кДж/кг

Определяем невязку теплового баланса в процентах:

Вывод: невязка расчета не превышает 0,5%, тепловой расчет котла выполнен верно.

2.10 Аэродинамический расчёт воздушного тракта котла. Выбор вентилятора

2.10.1 Участок 1 - от воздухозаборного окна до вентилятора

Количество холодного воздуха, засасываемого дутьевым вентилятором, V_хв,, м³/с, определяется по формуле:

,(2.49)

м³/с

Определяем скорость воздуха, W_в, м/с:

,(2.50)

м/с

Определяем динамическое давление, h_д ,Па, [2, c 186]:

35 Па

Определяем сопротивление окна, h_ОК, Па, [2,c 173]:

,(2.51)

Па

Коэффициент сопротивления окна, _ОК = 0,3.

Определяем сопротивление трения, h_тр, Па:

,(2.52)

где d_ЭК- эквивалентный диаметр.

Определяем эквивалентный диаметр, d_ЭК, м:

,(2.53)

м

Определяем сопротивление кармана,, Па

, (2.54)

Па

Определяем сопротивление первого участка, h_уч1, Па:

,(2.56)

Па

2.10.2 Участок 2 - от вентилятора до топки

Определяем скорость воздуха, W_в, м/с по формуле (2.50):

Определяем динамическое давление, h_дин, Па, [2, с. 186]:

h_дин, = 115Па

Определяем сопротивление первого поворота, , Па:

,(2.57)

Па

Определяем коэффициент сопротивления поворота, _пов,, [2. с199]:

,(2.58)

В = 1 , С = 9[2, с 200]

1

0,2

Определяем сопротивление трёх поворотов, h_пов, Па:

(2.59)

Па

Определяем сопротивление трения, h_ТР, Па по формуле (2.52):

Па

Определяем эквивалентный диаметр, d_э, м по формуле (2.53):

м

Определяем сопротивление топки, h_Т, Па [2, c. 184]:

h_Т = 800 Па

Определяем сопротивление второго участка, h_ТР, Па:

(2.60)

Па

Определяем сопротивление воздушного тракта Н, Па:,

(2.61)

Па

Определяем перепад полных давлений по воздушному тракту, Н_n, Па:

,(2.62)

где h'_Т - разряжение в топке на уровне ввода воздуха, Па

,(2.63)

Па

2.10.3 Выбор вентилятора

Определяем необходимую расчетную производительность вентилятора Q_р, м/ч;

,(2.64)

Определяем необходимое по расчету полное давление вентилятора Н_р, Па:,

,(2.65)

где ₂ - коэффициент запаса по давлению [2, c. 49, таблицы 4-1]

ВДН - 8 - марка вентилятора [2,c. 214].Производительность вентилятора -

2.11 Аэродинамический расчёт газового тракта котла. Выбор дымососа

2.11.1 Участок 1 - Котельный пучок

Определяем среднюю температуру топочных газов, , град, по формуле (2.26):

690⁰С

Определяем плотность дымовых газов,м³/с:

,(2.65)

м³/с

Скорость газов в котельном пучке = 9,7м/с.

Определяем динамическое давление, h_дин,, Па:

(2.66)

Па

Определяем сопротивление одного поворота на 180 ⁰ ,. Па:

,(2.67)

Па

Определяем коэффициент сопротивления пучка труб, _пуч,[2.c190]:

(2.68)

С_б = 0,72, h_гр = 0,45 ,z₂ = 16

Определяем сопротивление пучка труб,:

, (2.69)

Па

Определяем сопротивление участка,:

, (2.70)

Па

2.11.2 Участок 2 - Второй котельный пучок

Определяем среднюю температуру топочных газов, , град, по формуле (2.26):

445⁰С

Определяем плотность дымовых газов,м³/с, по формуле (2.65):

м³/с

Скорость газов в котельном пучке = 7м/с.

Определяем динамическое давление, h_дин,, Па, по формуле (2.66):

Па

Определяем сопротивление одного поворота на 90,⁰ ,Па: