Теплогенерирующие установки

 

Содержание:

    Введение…………………………………………………………………………..4.

    1. Расчёт объёмов и энтальпий  продуктов сгорания и воздуха……………….6.

    2. Расчёт теплового баланса котла  с определением КПД и расхода  топлива...9.

    3. Поверочный расчёт топки…………………………………………………....11.

    4. Поверочный расчёт 1–ого и 2–ого  котельных пучков……………………..14.

    5. Конструктивный расчёт водяного  экономайзера…………………………..24.

    Заключение……………………………………………………………………....26.

    Используемая  литература………………………………………………………27. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

Описание  котла.

    Газомазутные  вертикальные водотрубные паровые  котлы типа – ДЕ предназначенные для выработки насыщенного или слабоперегретого пара. Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхних и нижних барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб 1790 мм, глубина топочной камеры, зависимости от паропроизводительности 1990–6960 мм.

    Основные  составляющие части котла: верхний  и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой, боковой и задний экраны, оборудующие топочную камеру. Трубы перегородки правого бокового экрана, образующего так же и поверхность топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана привариваются к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159x6 мм. Трубы фронтового экрана также привариваются к коллекторам аналогичного диаметра. Диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами 2750мм.

    Длина цилиндрической части барабана от 2250 мм. До 7500 мм. Изготавливаются барабаны для котлов с давлением 1,4 МПа с толщиной стенки 13 мм., а для давления 2,4 МПа с толщиной стенки 22 мм. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой. При вводе в барабан трубы разводятся в два ряда. Конвективный пучок образован коридорно–расположенными трубами диаметром 51мм., развальцованы в верхним и нижнем барабанах. Шаг труб 90 мм., поперечный шаг 110 мм. В водяном правом верхнем барабане находится питательная труба, в нижнем – устройств для парового нагрева воды.

    Средний срок службы котла между капитальным  ремонтом при 2500 часов работы в год 3 раза. Котлы поставляются потребителем в сборе. Производятся Бийским котельным  заводом.

     

 
 
 
 

    Исходные  данные:

    Тип парового котла – ДЕ–25-14 ГМ;

    Паропроизводительность  котла – D=26,8 т/ч;

    Параметры пара на выходе из котла:

    –давление Р_o=1,4 МПа;

    –температура  питательной воды – t_п.в.=96°С;

    Вид топлива – газ, (Саратов - Москва).

    Доля  продувки солей – p=5%.

    Основные  характеристики газа (Саратов-Москва):

    СН₄=84,5%

    С₂Н₆=3,8%

    С₃Н₈=1,9%

    С₄Н₁₀=0,9%

    С₅Н₁₂ и более тяжёлые = 0,3%

      N₂=7,8%

    CO₂=0,8%

    Низшая  теплота сгорания –  =85,50 ккал/м³.

 

    Основные  характеристики котла типа ДЕ–25-14 ГМ и его элементов:

 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Расчёт объёмов  и энтальпий продуктов  сгорания и воздуха.

    Исходными данными для расчёта объёмов  и энтальпий продуктов сгорания и воздуха служат основные характеристики заданного вида топлива.

    Теоретическое количество сухого воздуха V^o необходимого для полного сгорания топлива при избытке воздуха α=1, определяется по формуле:

    Теоретический объём азота  при α=1 рассчитывается по формуле:

    Теоретический объём трёхатомных газов  при α=1 находится по формуле:

    Теоретический объём водяных паров  при α=1 находится по формуле:

    где, d_вл – влагосодержание газообразного топлива, г/нм³ (d_вл=10г/нм³).

    Теоретический объём продуктов сгорания находится по формуле:

; ;

    По  найденным значениям теоретических  объёмов продуктов сгорания и  воздуха формируется таблица объёмов.

    Присосы воздуха для каждой поверхности  нагрева определяются по (1.таблице  №3). Принимаем камерные топки пылеугольных и газомазутных котлов с металлической обшивкой: Δα=0,15; 1–ый пучок: Δα=0,05; 2–ой пучок: Δα=0,1; экономайзер чугунный с обшивкой: Δα=0,1.

    Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки  =1,15 (смесительные горелки). Коэффициенты избытка воздуха на выходе из каждой следующей за топкой поверхности теплообмена определяется суммированием присосов воздуха Δα в ней и  α′′ предыдущей поверхности.

    Таблица объёмов.

    Энтальпия продуктов сгорания газа, при α=1, равна:

    где, υ – температура дымовых газов, °С

    Энтальпия продуктов сгорания воздуха, при  α=1, равна:

 – средние объёмные теплоёмкости  соответственно газов и воздуха, кДж/ нм^3·К (1. таблица№2).

    Расчёт  энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха для 100°С.

Для υ=100°С,

    Энтальпия в каждой графе определяется по формуле:

Для примера  рассчитаем энтальпии в каждой графе  при разной температуре.

Для топки при  υ=1000°С, =1,15.

Для 1–ого котельного пучка: υ=300°С, =1,2.

Для 2–ого котельного пучка: υ=200°С, =1,3.

Для экономайзера: υ=100°С, =1,4.

    Н–υ таблица.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Тепловой баланс  котла.

    Цель  составления теплового баланса  котла – определение его КПД  и расход топлива.

    Из  уравнения прямого теплового  баланса котла расход топлива  В, равен:

    

,

где, – полное количество теплоты, воспринятое в котле рабочим телом, кВт.

     – располагаемая теплота топлива, кДж/кг.

    η_ка – КПД котельного агрегата, %.

    Для паровых котлов малой мощности без  пароперегревателя  , равна:

    

где, D – паропроизводительность котла, D=1,9 кг/с (по заданию);

       D_пр– расход воды на непрерывную продувку, доля продувки солей, следовательно:

;

       энтальпия насыщенного пара, определяется по начальному давлению, (2.таблица№2).

       энтальпия питательной воды, определяется в зависимости от температуры питательной воды (t_п.в. =70°С) и давления питательной воды:

       энтальпия кипящей воды на линии насыщения, определяется по начальному давлению, (2. таблица№2).

    После определения неизвестных величин  определяем .

    

    Располагаемая теплота топлива для котлов малой  мощности , рассчитывается по формуле: 

    

где, низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,

       тепло, вносимое в топку с паровым дутьём, кДж/кг, (для газов).

    

    КПД котельного агрегата по обратному балансу определяется:

    

где, – потери теплоты с уходящими газами, %.

      – потери теплоты от химической неполноты сгорания, %.

Определяется (1. таблица №4): =1%.

      – потери теплоты от наружного охлаждения, %.

Определяется (1. рис. №1). В зависимости от D=1,9(кг/с)=6,84 (т/ч).=>

      – потери теплоты с физическим теплом шлака, %: (для газов).

      – потери теплоты от механической неполноты сгорания, %.(1. таблица №4).

         =0%.

 

    В общем случае: 

    

.

где, – энтальпия уходящих газов, кДж/кг. (Определяется по Н–υ–таблице по υ_ух, и α_ух.); υ_ух– принимается из технико–экономических соображений и при t_п.в.=100°С, υ_ух составляет 150°С, =>

       =1,4.

       – энтальпия холодного воздуха, кДж/кг, при температуре присасываемого холодного воздуха  t_х.в.=30°С.

        Определяем  :  

    Определяем  КПД котельного агрегата:

    

.

    После нахождения неизвестных величин, определяем расход топлива В,м³/с.

    

    Расчётный расход топлива В_р, кг/с, определяется по формуле:

    

    

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Поверочный расчёт  топки.

    Цель  расчёта – определение температуры  дымовых газов на выходе из топки, конструктивные размеры и поверхность  теплообмена которой известны.

    Температура газов на выходе из топки  рассчитывается по формуле:

    

,

где, – адиабатическая (теоретическая) температура горения, К;

        – коэффициент;

     – степень черноты топки;

     – критерий Больцмана.

    Полное  тепловыделение в топке  , кДж/кг, определяется по формуле:

    

где, – тепло, внесённое в топку с воздухом, кДж/кг. При отсутствии воздухоподогревателя 

    По  найденному значению равному адиабатической энтальпии горения , по Н–υ–таблице находят адиабатическую температуру горения , °С, и

    По  Н–υ–таблице: при 

                                  при 

    Находим адиабатическую температуру горения, при 

После интерполяции получается, что 

    Коэффициент зависит от относительного расположения максимума температуры пламени по высоте топки :

,

где при сжигании газа А=0,54, В=0,2.

    

где – средняя высота топки, м. (1. таблица№1).

      – средняя высота горелок от пода топки, м:

    

    Находим коэффициент  : ;

    Степень черноты  для камерных топок (топливо – газ), определяется по формуле:                                    ,

 

где,  – степень черноты факела;

        – средний коэффициент тепловой эффективности топочной камеры.

        Для котла типа ДЕ : ;

где, – угловой коэффициент экрана.

Определяется  по (1.рис. 2), в зависимости от отношения  , которые принимаются по (1.таблица №6). Для котла ДЕ–6,5: ,

Т.к. , то по (1.рис. №2): ;

        – коэффициент загрязнения топочных экранов. Для открытых гладкотрубных экранов при сжигании газа ;

     экранированная поверхность  стен топки, м². Для ДЕ–6,5:

     полная поверхность стен топки, м². Для ДЕ–6,5:

    Определяем  значения :

    

,

    При сжигании газа и мазута эффективная  степень черноты факела определяется по формуле:

    

,

где, – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма;

       – объём топки, м³. Для котлов ДЕ–6,5:

    

,

Т.к. , то для газа . 

     – степени черноты соответственно светящейся части факела и несветящейся. Определяются по рисунку №3 в зависимости от :

      по 

      по 

где,  –доля трёхатомных газов в топке (из таблицы объёмов);

       – коэффициент поглощения трёхатомными частицами,1/(МПа·м).

Определяется  по рисунку №4 в зависимости от: .

Для определения  предварительно задаются температурой газов на выходе из топки ;

       , (по таблице объёмов);

       – давление газов в котле, ;

       – толщина излучающего слоя, м.

          

          

Определяем  по графику: .

Определения по формуле: 

    

где, – для газовых топлив определяется по формуле:

    

Следовательно,

по 

определяем по (1.рис.№3): ;

по 

определяем по (1.рис. №3): .

    Определяем  степень черноты факела :

     ; 

    Определяем  степень черноты:

    

;

    Критерий  Больцмана рассчитывается по формуле:

    

,

где, – коэффициент сохранения теплоты, ;

     – средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания, определяется по формуле:  ,

где, –энтальпия газов на выходе из топки определяется по

        при  .

Определяем критерий Больцмана:

    

,

Определим температуру  газов на выходе из топки  :

    

,

Т.к. то поверочный расчёт топки считается законченным.

По по Н–υ–таблице  находят  : при и определяют количество теплоты, передаваемое в топке излучением:

    4. Поверочный расчёт  котельных пучков.

    Расчёт  двух котельных пучков котлов типа ДЕ и КЕ производится последовательно с целью определения температуры газов на выходе из первого котельного пучка и на выходе из второго .

    Поверочный  расчёт 1–ого котельного пучка.

    Задавшись двумя значениями температур газов  на выходе из 1–ого пучка  ( , ) и определив по Н–υ–таблице энтальпии газов, соответствующие этим температурам, находим два значения балансового тепловосприятия пучка , по формуле:

    

,

При ,

При ,

При ,

При ,

    Определяем  площадь поверхности  :

    

где, – диаметр труб, м: ;

        – средняя длина труб в пучке, м: ;

     – количество труб в ряду пучка: ;

     –количество рядов: .

    Все величины выбраны для котла ДЕ–6,5 (1.таблица №6).

    

,

    Определяем  скорость газов  ,м/с, в пучке по формуле:

    

,

где, – объём газов в пучке (по таблице объёмов): ,

        – средняя температура газов в пучке, °С.

    

При , ,

При , ;

       – сечение для прохода газов, м²,

    

,

где, – ширина газохода, выбирается по (1.таблица №6):  

    

 
 

    Определяем  скорость газов в пучке:

При ,

При

       Рассчитываем коэффициент теплоотдачи  конвекцией  по формуле:

    

,

где, – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (1.рис. №6) в зависимости от скорости газов,  .

При ,

При ,

       – поправка на шаг между трубами в зависимости от продольного (S₁) и поперечного (S₂) шагов,  S₁= S₂=0,09,м. Определяется в зависимости от : , следовательно, .

       – поправка на число рядов, .

     – поправка на фрикционный состав дымовых газов. Определяется в зависимости от и , по (1. рис. №6).

При ; 

При .

    Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией:

При ,

При ,

    Находим коэффициент теплоотдачи излучением ,по формуле:

    

,

где, – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (1.рис. №6) в зависимости от скорости газов,  . Определяется в зависимости и ;

– температура стенки трубы, °С:  ,

– температура насыщения ,°С.

Выбирается в  зависимости от Р_о=1,4 МПа, =195,04°С. (2. таб.№2).

– для газов.

Определяем температуру  стенки трубы:

При ; 

При

       –степень черноты газового потока. Определяется в зависимости от по (1.рис. №3).

        Для газа:

где, – доля трёхатомных газов.

      Коэффициент  определяется аналогично таким же коэффициентам топки.