Курсовая работа: Тепловой расчет парового котла

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха и продуктов сгорания относить к 1кг сжигаемого жидкого топлива и к 1 м3 (при нормальных условиях) газообразного топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчет следует производить для всего возможного диапазона температур после поверхности нагрева, т.к. температуры эти неизвестны. В дальнейших расчетах при пользовании значениями энтальпии допускается линейная интерполяция в интервале температур 100 К. Поэтому при расчетах энтальпии интервал температур не должен быть более 100 К.

Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания:

Вычисление энтальпии теоретического объема воздуха для выбранного диапазона температур для жидкого топлива (кДж/кг):

І0в = V0(сх)в (2.3.2.1)

Для топки:

І0в = 10,2 * 3074 = 31355 кДж/м3 - для х = 2000 0С

І0в = 10,2 * 2738 = 27928 кДж/м3 - для х = 1800 0С

І0в = 10,2 * 1440 = 14688 кДж/м3 - для х = 1000 0С

І0в = 10,2 * 1134 = 11567 кДж/м3 - для х = 800 0С

Для пароперегревателя:

І0в = 10,2 * 1134 = 11567 кДж/м3 - для х = 800 0С

І0в = 10,2 * 982 = 1016 кДж/м3 - для х = 700 0С

І0в = 10,2 * 832 = 8486 кДж/м3 - для х = 600 0С

Для конвективного пучка:

І0в = 10,2 * 832 = 8486 кДж/м3 - для х = 600 0С

І0в = 10,2 * 686 = 6997 кДж/м3 - для х = 500 0С

І0в = 10,2 * 543 = 5538 кДж/м3 - для х = 400 0С

Для экономайзера:

І0в = 10,2 * 543 = 5538 кДж/м3 - для х = 400 0С

І0в = 10,2 * 404 = 4121 кДж/м3 - для х = 300 0С

І0в = 10,2 * 267 = 2723 кДж/м3 - для х = 200 0С

І0в = 10,2 * 132,7 = 1353 кДж/м3 - для х = 100 0С

где (сх)в - энтальпия 1 м3 воздуха, кДж/м3, принимается для каждой выбранной температуры по табл. 3.4 (из эл. учебника Р.И.Эстеркина);

V0 - теоретический объем воздуха, необходимого для горения, принимается по табл. 3.3 (из эл. учебника Р.И.Эстеркина).

Определение энтальпии теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур (кДж/кг):

І0г = VRO2(сх)RO2 + V0N2(сх)N2 + V0H2O(сх)H2O (2.3.2.2)

Для топки:

І0г = 1,57 * 4859 + 8,14 * 2979 + 1,34 * 3939 = 37156 кДж/м3- для х = 2000 0С

І0г = 1,57 * 4317 + 8,14 * 2650 + 1,34 * 3469 = 32997 кДж/м3- для х = 1800 0С

І0г = 1,57 * 2209 + 8,14 * 1398 + 1,34 * 1730 = 17166 кДж/м3- для х = 1000 0С

І0г = 1,57 * 1709 + 8,14 * 1096 + 1,34 * 1340 = 13400 кДж/м3- для х = 800 0С

Для пароперегревателя:

І0г = 1,57 * 1709 + 8,14 * 1096 + 1,34 * 1340 = 13400 кДж/м3- для х = 800 0С

І0г = 1,57 * 1466 + 8,14 * 949 + 1,34 * 1151 = 11568 кДж/м3- для х = 700 0С

І0г = 1,57 * 1226 + 8,14 * 806 + 1,34 * 970 = 9786 кДж/м3- для х = 600 0С

Для конвективного пучка:

І0г = 1,57 * 1226 + 8,14 * 806 + 1,34 * 970 = 9786 кДж/м3- для х = 600 0С

І0г = 1,57 * 999 + 8,14 * 666 + 1,34 * 797 = 8057 кДж/м3- для х = 500 0С

І0г = 1,57 * 774 + 8,14 * 528 + 1,34 * 628 = 6354 кДж/м3- для х = 400 0С

Для экономайзера:

І0г = 1,57 * 774 + 8,14 * 528 + 1,34 * 628 = 6354 кДж/м3- для х = 400 0С

І0г = 1,57 * 561 + 8,14 * 393 + 1,34 * 464 = 4702 кДж/м3- для х = 300 0С

І0г = 1,57 * 359 + 8,14 * 261 + 1,34 * 305 = 3097 кДж/м3- для х = 200 0С

І0г = 1,57 * 171,7 + 8,14 * 130,1 + 1,34 * 150,5 = 1530 кДж/м3- для х = 100 0С

где (сх)RO2, (сх)N2, (сх)H2O - энтальпии 1 м3 трехатомных газов, теоретического

объема азота, теоретического объема водяных паров, принимаются для каждой выбранной температуры по табл. 3.4 (из эл. учебника Р.И.Эстеркина), кДж/м3;

VRO2 ,V0N2 ,V0H2O - объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара, берутся из табл. 3.3(из эл. учебника Р.И.Эстеркина) м3/кг

Определение действительного объема дымовых газов на 1 м3 топлива:

Іг = І0г + (б - 1) І0в (2.3.2.3)

Для топки:

Іг = 37235 + (1,1 - 1) * 31355 = 40370 кДж/м3- для х = 2000 0С

Іг = 33066 + (1,1 - 1) * 27928 = 35859 кДж/м3- для х = 1800 0С

Іг = 17199 + (1,1 - 1) * 14688 = 18668 кДж/м3- для х = 1000 0С

Іг = 13426 + (1,1 - 1) * 11567 = 14583 кДж/м3- для х = 800 0С

Для пароперегревателя:

Іг = 13426 + (1,175 - 1) * 11567 = 15450 кДж/м3- для х = 800 0С

Іг = 11592 + (1,175 - 1) * 10016 = 13345 кДж/м3- для х = 700 0С

Іг = 9805 + (1,175 - 1) * 8486 = 11290 кДж/м3- для х = 600 0С

Для конвективного пучка:

Іг = 9805 + (1,215 - 1) * 8486 = 11629 кДж/м3- для х = 600 0С

Іг = 8057 + (1,215 - 1) * 6997 = 9561 кДж/м3- для х = 500 0С

Іг = 6354 + (1,215 - 1) * 5538 = 7544 кДж/м3- для х = 400 0С

Для экономайзера:

Іг = 6354 + (1,34 - 1) * 5538 = 8237 кДж/м3- для х = 400 0С

Іг = 4702 + (1,34 - 1) * 4121 = 6103 кДж/м3- для х = 300 0С

Іг = 3097 + (1,34 - 1) * 2723 = 4023 кДж/м3- для х = 200 0С

Іг = 1530 + (1,34 - 1) * 1353 = 1990 кДж/м3- для х = 100 0С

Таблица 2.3 Энтальпия воздуха и продуктов сгорания (І - х-таблица)

2.4 Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

Q = Qр+Qв.вн.+Qф= Q1+ Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 , кДж/м3 (2.4.1)

где Qр - располагаемое тепло топлива, кДж/м3

Qв.вн - тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла,

кДж/м3

Qф - тепло, внесенное в топку паровым дутьем, кДж/м3

Q1 - полезно использованное тепло, кДж/м3

Q2 - потеря тепла с уходящими газами, кДж/м3

Q3 - потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/м3

Q4 - потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/м3

Q5 - потеря тепла от наружного охлаждения, кДж/м3

Q6 - потеря с теплом шлака, кДж/м3

В условиях курсового проектирования при сжигании топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины Qв.вн., Qф, Q4, Q6 равны нулю, поэтому уравнение теплового баланса будет иметь вид:

Qр= Q1+ Q2+Q3+Q5 , кДж/м3

Располагаемое тепло:

Qр= Qid + iтл , кДж/м3 (2.4.2)

где Qid - низшая теплота сгорания;

iтл - физическое тепло топлива, кДж/м3. Учитывается в том случае, когда топливо предварительно подогревается посторонним источником тепла (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т.п.), а также при сушке по разомкнутому циклу.

iтл = стл * tтл (2.4.3)

где tтл - температура топлива, 0С (для мазута в зависимости от его вязкости 90 - 130 0С, стл - удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг * К).

Удельная теплоемкость мазута:

стл = 1,74 + 0,0025tп = 1,74 + 0,0025 * 95 = 0,413; (2.4.4)

где tп - температура подогрева равная 950С;

iтл = 100 * 0,413 = 41,3 кДж/м3;

Qid - 38770 кДж/м3;

Располагаемое тепло:

Qр= 38770 + 41,3 = 38811 кДж/м3;

Потеря тепла с уходящими газами:

Размещено на http: //www. allbest. ru/

где Iух - энтальпия уходящих газов, кДж/кг;

бух - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, в сечении газохода

после последней поверхности нагрева;

q4 - потеря тепла от механической неполноты горения (для мазута q4 - 0);

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре 300С:

I0хв = 39,8 * V0 (2.4.6)

I0хв = 39,8 * 10,2 = 406 кДж/м3;

Qпг = Dнп (iн.п. - iп.в.) + Dпр ( iкип. - iп.в.) (2.4.7)

D = Dпе = D т/ч * 103 = 20 * 103 = 5,56 кг/с (2.4.8)

3600 3600

Расход выработанного перегретого пара 5,56 кг/с;

Dпп = бпр * D = 2,9 * 5,56 = 0,16 кг/с (2.4.9)

100

Расход выработанного пара 0,16 кг/с;

где iп.п. - энтальпия перегретого пара;

iп.в. - энтальпия питательной воды;

iн.п. - энтальпия насыщенного пара;

iкип. - энтальпия кипящей воды;

Рп.п. = 1,25 МПа;

tп.в. = 2250С;

iп.п. - энтальпия, кДж/кг, определяется по таблице давления и температуры перегретого пара.

Применяем интерполяцию:

iп.п.1 = 2865 -2859,9 (1,25 - 1,2) + 2859,9 = 2861,4 кДж/кг;

1,3 - 1,2

iп.п.2 = 2889,9 - 2884,2 (1,25 - 1,2) + 2884,2 = 2885,6 кДж/кг;

1,3 - 1,2

iп.п.3 = 2885,6 - 2861,4 (225 - 220) + 2861,4 = 2873,5 кДж/кг;

230 - 200

iп.в. = сп.в. * tп.в. = 4,19 кДж * 800С = 335,2 кДж/кг; (2.4.10)кг * 0С

iкип. = 806,8 кДж/кг - по таблице давления перегретого пара;

iн.п. = 2785,2 кДж/кг;

Qпг = 19,5 (2785,2 - 335,2) + 0,04 (806,8 - 335,2) = 47794 кВт;

q3 = 0,5 %;

q5 = 1,3 %;

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Уq = q2 + q3 + q5 = 6,8 + 0,5 + 1,3 = 8,6; (2.4.11)

КПД парового котла брутто находится по методу обратного баланса:

зпк = 100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6); (2.4.12)

зпк = 100 - 8,6 = 91,4;

Из уравнения прямого теплового баланса:

збр = Qпг определяем расход топлива: Впг = Qпг * 100 %; (2.4.13)

Qрр * Впг Qрр * збр

Впг = 47794 * 100 = 1,34 м3/с;38811 * 91,4

Расход топлива Впг = 1,34 м3/с;

Коэффициент сохранения теплоты:

При расчете конвективных поверхностей нагрева долю потери тепла q5, приходящуюся на отдельные газоходы, учитывают введением коэффициента сохранения тепла:

(2.4.14)

где: зпк = q1 - коэффициент полезного действия парового котла "брутто",%

Таблица 2.4.1 Расчет теплового баланса

Размещено на http: //www. allbest. ru/

2.5 Геометрические характеристики топки

Расчет поверхностей котла типа ДКВР 20 - 13 с коротким верхним барабаном и высокой компоновкой.

Площадь боковых стен:

Fб.ст. = [а3(h - h4) + a4 h4 + a6 h6] * 2, м2; (2.5.1)

Fб.ст. = [4,9 (4,5 - 1,1) + 4,0 * 1,1 * 0,4 * 1,75] * 2 = 44 м2;

Площадь фронтовой стены:

Fф.ст. = bh, м2; (2.5.2)

Fф.ст. = 2,73 * 4,5 = 0,64 м2;

Площадь задней стены и выходного окна топки:

Fз.ст. = b (h1 + h5 + h3 + h7), м2; (2.5.3)

Fз.ст. = 2,73 (1,65 + 3,0 + 0,70 + 1,2) = 17,9 м2;

Площадь двух стен камеры догорания:

Fк.д. = b (h3 + h6 + h8), м2; (2.5.4)

Fк.д. = 2,73 (0,70 + 1,75 + 1,26) = 10 м2;

Площадь пода топочной камеры:

Fпода = b (а5 + а6), м2; (2.5.5)

Fпода = 2,73 (3,76 + 0,4) = 11,4 м2;

Площадь потолка топочной камеры:

Fпот. = b (а3 + а6), м2; (2.5.6)

Fпот. = 2,73 (4,9 + 0,4) = 14,5 м2;

Общая площадь ограждающих поверхностей:

Fст. = Fб.ст. + Fф.ст. + Fз.ст. + Fк.д. + Fпода + Fпот., м2; (2.5.7)

Fст. = 44 + 12,3 + 17,9 + 10 + 11,4 + 14,5 = 110 м2;

Расчет лучевоспринимающих поверхностей топочных экранов и выходного окна топки.

Таблица 2.5.1 Геометрические характеристики топочных экранов и выходного окна топки