Теплогенирирующие установки

Министерство  образования и науки

ГОУ ВПО  «Братский государственный университет»

Факультет Инженерно-строительный

Кафедра ПТЭ 
 

Курсовая  работа по дисциплине

«Теплогенерирующие  установки» 
 
 

Теплогенерирующие установки

Пояснительная записка

27 01 09. 65 Т(г)У 04 КР 00000 ПЗ 
 
 

Выполнила:

ст. группы ТГВ-08       Н. А. Снегирева 
 

Руководитель:

доцент, к.т.н. каф  ПТЭ       В.К. Елсуков 
 
 
 

Братск, 2011

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по курсу 

«Теплогенерирующие установки»

студента 4 курса гр. ТГВ-08 

Снегирева Наталья Андреевна 

Вариант 4.

       Задание №1

       Определение расхода топлива  при испытаниях котлоагрегата с использованием газового анализа. 

Исходные  данные:

Вид топлива -  Кузнецкий Д;

Давление перегретого  пара, Рпп= 4,3, Мпа;

Температура перегретого  пара, tпп=415, 0С;

Температура питательной  воды,tпв=145, 0С;

Температура уходящих газов,tух.г=145, 0С;

Содержание трехатомных  газов, RO2=12,8%;

Содержание кислорода  в уходящих газах, О2=6,7%;

Содержание горючих в шкале, Гшл=67%;

Содержание горючих в уносе, Гун=17%;

Расход воздуха  в котлоагрегате, ∑Vв=16,5 м3/с. 

Wp,

%

 Ap,

%

  
 		 СР,

%

 НР,

%

 NР,

%

 ОР,

%

 ,

кДж/кг

39,0 7,3 0,4 37,6 2,6 0,4 12,7 13,022
 
 

       Задание №2 

       Изучение  влияния рециркулирующих газов и других эксплуатационных факторов (воздушного режима, качества топлива) на теплообмен в топочной камере. 

Исходные  данные: 

Доля рециркуляции в первом режиме, ;

Доля рециркуляции во втором режиме,;

КПД котла в  первом режиме, ;

КПД котла во втором режиме,;

Температура уходящих газов в первом режиме, , оС;

Температура уходящих газов во втором режиме, , оС;

Паропроизводительность котла во втором режиме, ;

Лучевоспринимающая поверхность, . 

       Задание №3 

       Распределение нагрузок между котлами  и теплоисточниками. 
 

Исходные  данные:

       Тип котлоагрегата -КЕ-10/14;

       Нагрузки  - 60,80,100%. 

  60 80 100
КПД 1-го котла 74 78 73
КПД 2-го котла 78 84 79
 
 

   Паропроизводительность – 10  т/ч;

   Давление  пара на выходе из КА – 1.4 Мпа;

   Температура питательной воды – 100 оС;

   Температура перегретого пара – 225 оС.

       Определить:

       Оптимальное распределение нагрузок котлов теплоисточника и расход топлива при двух нагрузках. Одна нагрузка составляет максимальному КПД, другая произвольная, для двух котлов, установленных на теплоисточнике. 
 
 
 
 
 
 
 

Задание выдано-

Задание принял к исполнению-

Руководитель  проекта д.т.н., профессор                                          Елсуков В. К. 

        Содержание 

Введение……………………………………………………………………….….6

  1. Определение расхода топлива при испытаниях котлоагрегата с использованием газового анализа……………………………………………….7
  2. Изучение влияния рециркулирующих газов и других эксплуатационных факторов (воздушного режима, качества топлива) на теплообмен в топочной камере…………………………………………………16
  3. Распределение нагрузок между котлами и теплоисточниками…30

Заключение……………………………………………………………………….37

    Список используемой литературы……………………………………………..38 
    Введение

       Теплогенерирующей установкой называют совокупность устройств  и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара, горячей  воды или подогретого воздуха. Водяной  пар используют для технологических  нужд в промышленности и сельском хозяйстве, для приведения в движения паровых двигателей, а также для нагрева воды, направляемые в дальнейшем на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.  
 Теплогенерирующие установки предназначены для производства тепловой энергии из первичных источников энергии, которыми являются органическое и ядерное топливо, солнечная и геотермальная энергия, горючие и тепловые отходы промышленных производств. 
Комплексы устройств, производящих тепловую энергию и доставляющих её в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха потребителю, воздуха потребителю, называются системами теплоснабжения. В зависимости от мощности систем и числа потребителей, получающих от них тепловую энергию, системы теплоснабжения подразделяют на централизованные и децентрализованные.

       Теплогенераторы ближайшего будущего – это полностью механизированные агрегаты с высокой степенью автоматизации производства тепловой энергии, работающие на твёрдом жидком топливе и газе, а также на автономной энергии. 
 Отличительной способностью теплогенерирующих установок, особенно для отопительных целей, является их высокая надёжность. Для повышения надёжности теплогенерирующих установок при их эксплуатации предусмотрены планово-предупредительные ремонты. 

       

       

    1. Определение расхода топлива  при испытаниях котлоагрегата с использованием газового анализа
 
    1. По формуле (1.9) определяем характеристики топлива:

    ,  (1.9)

где - содержание водорода, кислорода, азота, углерода и серы в топливе на рабочую массу, %;

    . 

       
  1. По (1.10) находим максимальное содержание трёхатомных газов:

    ,   (1.10)

где - характеристика топлива.

    . 

    1. По (1.11) определяем содержание угарного газа:

      ,   (1.11)

       Если  содержание СО невелико (до нескольких %), то концентрацией других продуктов неполного горения в дымовых газах можно пренебречь и в ниже приведенных формулах пренебречь.

       .

       Поскольку расчет содержания угарного газа = -0,102, то в дальнейших расчетах СО принимаем  равным нулю.

    1. По (1.12) определяем содержание азота:

    ,  (1.12)

где - содержание трёхатомных газов;

    - содержание  кислорода в уходящих газах;

    - содержание  угарного газа.

    . 

       
  1. По (1.13), (1.14) вычисляем коэффициент избытка воздуха при полном сгорании топлива:

    ;  (1.13)

    ;  (1.14) 

    ;

    . 

    1. По (1.21) определяем теплоемкость рабочей массы:

       ,  (1.21)

где и – соответственно теплоемкости сухой массы топлива и воды, кДж/кг;

       - для антрацита  – 0,921, для каменных  углей - 0,962, для  бурых – 1,088, для  фрез, торфа –  1,297, для сланцев  – 1,046.

    . 

    1. По (1.20) определяем располагаемую теплоту сгорания топлива:

     ,   (1.20)

где - теплоемкость рабочей массы топлива, кДж/кг*К;

     - температура топлива  на входе в топку,  0С.

     .

     

    1. По (1.15) определяем располагаемую теплоту сгорания топлива:

    ,   (1.15)

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива;

    - физическая теплота  топлива.

    . 

       
  1. По (1.18) устанавливаем потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива:

      ,   (1.18)

где - содержание золы в топливе, %;

       - доли золы в  шлаке, провале  и уносе от общего  количества золы;

       - содержание горючих в шлаке, провале и уносе, %.

    ,

     Определяем  потери теплоты в процентах:

     ;

     . 

       10.По (1.17) определяем потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива:

        

где и - содержание углерода и серы в топливе на рабочую массу, %;

       

       

       

и потери теплоты  с уходящими газами:

     

      

где и - соответственно энтальпии продуктов сгорания и холодного воздуха, кДж/кг;

       

     

       11. Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива ( ),

       

       

и вычисляем  объем трехатомных газов:

       

       

       

       

       

       

       

где - объеи трехатомных газов; - теоретический объем азота; - теоретический объем водяных паров. 

             12. Определяем энтальпию продуктов сгорания при =1 и температуре газов

       

        ; 

       Энтальпию продуктов сгорания 1 кг твердого, жидкого или 1 м газообразного топлива:

       

       

       Энтальпию воздуха при =1 и температуре газов

       

       Зная  температуру продуктов сгорания, методом интерполяции по таблице  П.1.5 находим энтальпии газообразных продуктов сгорания воздуха.

         при = - 40 :

        = , ;

        . 

      13. Потери теплоты в окружающую среду q принимаем по рисунку и нормативным данным: они составляют q =1%. 

      14. Определяем потери теплоты с физической теплотой шлака:

       

      

где - теплоемкость шлака, - температура шлака, при отсутствии измерений принимаемая равной 600 , при твердом шлакоудалении и равной температуре нормального жидкого шлакоудаления – при жидком. В условиях камерного сжигания с твердым шлакоудалением учитывается только при %.

       

        

       15. Выражаем суммарные потери теплоты:

       

        ,

где - теплота, которая полезно использована в котлоагрегате; - потери теплоты с уходящими газами; - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива; - потери теплоты в окружающую среду; - потери теплоты с физической теплотой шлака; - физическая теплота топлива; - теплота, вносимая в топку с воздухом, подогретым вне котла; - теплота, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев. 

      16. Определяем коэффициент полезного действия котлоагрегата:

       

       ; 
 

       
  1. Выражаем  расчетный секундный расход топлива:

       

где - замеренные во время испытаний расходы соответственно уходящих газов и воздуха, м /с; - коэффициент, учитывающий потери воздуха от места замеров до топки, предварительно принятый 1.1; - избыток воздуха за перегревателем; Б и Р – барометрическое давление и давление газов в месте замеров. 

       
  1. Вычисляем теоретический расход топлива:

       

       

где - расчетный секундный расход топлива. 

       
  1. Находим паропроизводительностькотлоагрегата:

       

       

где - расход перегретого пара, кг/с; - энтальпии соответственно перегретого пара, питательной и котловой воды, кДж/кг; - доля продувки, %, принимаемая в пределах 3-6%; 3244,76 – энтальпия

перегретого пара, кДж/кг, определенная методом  интерполяции по таблице П.2.2. при  следующих параметрах: и ; 607,55 – энтальпия питательной воды, определенная по формуле 1119,1 – энтальпия котловой воды, кДж/кг, определенная по таблице П.2.1. при давлении насыщения которое рассчитано с учетом потерь 10% от в котлоагрегате.

      Вывод: Были определены тепловые потери котлоагрегата: потери с уходящими газами q2 =16.27%, нормативные значения ; потери теплоты от химического недожога , нормативные значения ; потери теплоты от механического недожога , нормативные значения ; потери теплоты и , определяемые по нормативным данным, соответственно , . Таким образом, тепловые потери котла и превышают нормативных значений; не превышают нормативные значения. 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Изучение  влияния рециркулирующих газов и других эксплуатационных факторов (воздушного режима, качества топлива) на теплообмен в топочной камере

       

       Принимаем исходные данные по табл. 2.1. согласно варианту:

Доля  рециркуляции в первом режиме r1= 0,13
Доля  рециркуляции во втором режиме r2= 0,23
КПД котла  в первом режиме = 90%
КПД котла  во втором режиме = 89%
Температура уходящих газов в первом режиме = 132оС
Температура уходящих газов во втором  режиме = 145оС
Паропроизводительность котла D = 8,6 кг/с
Лучевоспринимающая поверхность Hл = 230 м2
 
       
  1. По формулам  (1.43) – (1.45) определяем энтальпию газов  в сечении котла сразу за местом их отбора на рециркуляцию Jг и энтальпии теоретических объемов продуктов сгорания Jго  и воздуха Jво, кДж/кг.

       Энтальпия продуктов полного сгорания 1 кг твердого, жидкого или 1 м3 газообразного топлива:

    Jг = Jго + (α-1) Jво,           (1.43)

где Jго– энтальпия продуктов сгорания при α=1 и температуре газов , оС, определяемая по формуле:

    Jго= ;   (1.44)

    Jво – энтальпия воздуха при =1 и температуре  , оС, равная:

    Jво = Vo.           (1.45)

       1-й  режим:

       Jво =6,018*175,88=1058,446, кДж/кг;

       Jго = 1,1*230,48+4,755*171,92+0,712*200,28=1213,6,  кДж/кг;

       Jг = 1213,6+(1,45-1)*1058,446=1689,9, кДж/кг. 

       2-й  режим:

       Jво = 6,018*194,64 = 1171,344, кДж/кг;

       

       Jго = 1,1*256,94+4,755*190,26+0,712*221,84 = 1345,27,  кДж/кг;

       Jг = 1345,27+(1,45-1)*1171,344 = 1872,375, кДж/кг. 

       
  1. По (2.1) находим  энтальпию рециркулирующих газов:

    Jрц = Qрц = rJr, кДж/кг,

гдеr – доля рециркуляции;

Qрц – теплота рециркуляции газов, кДж/кг, Qрц = Jрц . 

       1-й  режим:

       JрцI = QрцI = 0.13*1689.9 = 219.687, кДж/кг. 

       2-й  режим:

       JрцII = QрцII = 0.23*1872,375 = 430,646, кДж/кг. 

       
  1. По (1.45) вычисляем  энтальпию присосанного из помещения  котельной воздуха (tв = 30оС):

    Jво = 6,018*(1,33*30) = 240,118, кДж/кг,

       а также энтальпии теоретически необходимого количества воздуха за воздухоподогревателем  в двух режимах по заданным температурам уходящих газов:

       1-й  режим:

       IJoг.в = 6,018*175,88 = 1058,446, кДж/кг,

       2-й  режим:

       IIJoг.в = 6,018*194,64 = 1171,344, кДж/кг,

       Удельную  энтальпию воздуха за воздухоподогревателем  определяем методом интерполяции:

    1-й  режим:

    =

    =175,88, кДж/кг;  

    2-й  режим:

    =

    =194,64, кДж/кг.

  1. По (2.6) находим  теплоту, вносимую в топку с холодным или горячим воздухом:

       ,   (2.6)

где , - энтальпии теоретически необходимого количества воздуха соответственно за воздухоподогревателем и присосанного из помещения котельной, кДж/кг.

    1-й  режим:

    I=(1,2-0,05-0,03)*1058,446+(1,2+0,03)*240,118=1480,8, кДж/кг; 

    2-й  режим:

    II=(1,2-0,05-0,03)*1171.344+(1,2+0,03)*240,118=1607.3, кДж/кг. 

       
  1. По (1.23) рассчитаем теплоту, вносимую в топку с воздуховодом, подогретом вне котла:

    при tв = 0оС  Jво = 6,018(1,33*0) = 0 кДж/кг;

    при tв = 40оС  Jво = 6,018(1,33*40) = 320,2 кДж/кг.

    ,     (1.23) 

    = (1,2-0,05-0,04+0,03)(320,2-0) = 365,1, кДж/кг. 

       
  1. По (1.15) определяем располагаемую теплоту на рабочую  массу топлива .

       Низшую  теплоту сгорания рабочей массы  топлива    и физичкскую теплоту топлива Qтл , кДж/кг, принимаем из работы 1:

        =22819+365,1=23184,1, кДж/кг.    (1.15) 

       
  1. По (2.5) вычисляем  полезное тепловыделение.

    ,     (2.5)

где - теплота, вносимая в топку с поступающим холодным или горячем воздухом, кДж/кг;

       Qрц – теплота рециркулирующих газов, кДж/кг, которая может быть рассчитана как Qрц = Jрц.

       1-й  режим:

       

        =

=  24515,6, кДж/кг; 

       2-й  режим:

        =

= 24853, кДж/кг; 

       
  1. По (2.8) определяем энтальпию золы,:
 

       ,,         (2.8)

где аун – доля золы топлива в уносе, составляющая 0,95.

       (сt)зл – удельные энтальпии золы при t = 1000оC и t = 2000оC.

       Соответственно (сt)зл1000 = 987 кДж/кг, (сt)зл2000 = 2520 кДж/кг.

       Значит,

       , кДж/кг;

       , кДж/кг. 

       
  1.  По (1.44) определяем энтальпии продуктов  сгорания :

       при 1000оС:

       , к Дж/кг;

       , кДж/кг.

       

        2000оС:

       , кДж/кг;

       , кДж/кг. 

       
  1.  По (2.7) рассчитаем энтальпии газов с  учетом рециркуляции:

       ,   ( 2.7)

где, -избытки воздуха соответственно вместе отбора и за топкой. 

        = 1,45 (работа №1);

        = 1,2