Тепловой расчет котельного агрегата ДКВР 10-13

Введение………………………………………………………………………

4

Тепловой расчет котельного агрегата………………………………………

7

А. Сводка конструктивных характеристик агрегата……………………….

7

1. Топка……………………………………………………………………

7

2. Конвективные поверхности нагрева…………………………………

9

Б. Топливо, состав и количество продуктов сгорания, и их энтальпии…..

10

1. Состав топлива и теплота его сгорания……………………………...

20

2. Сводная таблица расчета конвективных поверхностей нагрева…...

12

3. Теоретическое количество воздуха, необходимого для горения и теоретический состав дымовых газов………………………………..

13

4. Состав продуктов сгорания и объемная доля углекислоты и водяных паров по газоходам котельного агрегата………………………..

14

5. Энтальпия продуктов сгорания для различных значений температуры и коэффициента избытка воздуха (I, θ - таблица)……………..

15

В. Сводная таблица  основного расчета……………………………………..

16

1. Тепловой баланс котельного агрегата………………………………..

16

2. Тепловое напряжение топочного пространства……………………..

17

3. Теплоотдача излучением в топке……………………………………..

17

4. Пароперегреватель…………………………………………………….

18

5. Газоход котла…………………………………………………………..

20

6. Водяной экономайзер………………………………………………....

22

Заключение…………………………………………………………………...

24

Список использованной литературы………………………………………..

25

Наименование

лучевосприни- мающей поверхности нагрева

Освещенная длина труб l, мм

Расстояние между осями крайних труб экрана b, мм

Площадь стены, покрытая экраном F_пл, м²

Шаг экранных труб s, мм

Расстояние от оси трубы до стены топки e, мм

Относительный шаг экранных труб  s/d

Относительное расстояние от оси трубы до стены топки e/d

Угловой коэффициент экрана x

Величина лучеиспускаю-щей поверхности  нагрева Н_л, м²

Номер экрана

Значение x

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Боковые экраны:

прямоугольная часть

5300

2120х2

22,7

80

40

1,57

0,8

2

0,9

21,3

трапецеидальная часть

1700

240х2

0,82

80

40

1,57

0,8

2

0,9

0,77

Передний экран

2450

2470

6,04

130

100

2,55

2

1

0,8

4,84

Задний экран 

4350

2470

10,71

130

26

2,55

0,5

3

0,7

7,61

Экраны боковых  стен камеры догорания

2400

240х2

1,15

80

40

1,57

0,8

2

0,9

1,08

Первый ряд   кипятильных труб

1730

2080

3,58

110

30

2,16

0,6

3

0,8

2,83

 Всего

…

…

…

…

…

…

…

…

38,4

Углекислота

СО₂

1,8

Метан

СН₄

91,2

Этан

С₂Н₆

3,9

Пропан

С₃Н₈

2

Бутан

С₄Н₁₀

0,9

Пентан 

С₅Н₁₂

0,2

Теплота сгорания низшая

   9140

ккал/м³

  38,27

Мдж/м³

Тип топки

Наименование 

топлива

Коэффициент избыточного воздуха в топке

Допустимое по условиям горения теплонапряжение топочного объема, 10³ ккал/м³∙ч

Потери тепла, %

от химической неполноты сгорания

от механичес-кой неполноты сгорания

котлы с 

D > 50 т/ч

котлы с

D ≤ 50 т/ч

Пылеугольные  с шаро-выми барабанными, среднеходовыми и быстро-ходными мельни-цами с центробежными и инер-ционными сепараторами

АШ (утепленные шлаковые воронки)

1,25

125

0

2-3

3-4

Тощие угли

1,25

160

0

2

3

Каменные угли (V_г ≤ 25 %)

1,20

160

0

2

3

Каменные угли (V_г > 25 %)

1,20

160

0,5

1,5

2,5

Бурые угли

1,20

200

0,5

0,5

1

Пылеугольные  с быстро-ходными молотковыми

мельницами  и шахтными сепараторами

Каменные угли (V_г > 30 %)

1,25

130

0,5

4

6

Бурые угли

1,25

150

0,5

1

2

Сланцы гдовские и эстонские

1,25

120

0,5

1

1,5

Фрезерный торф

1,25

150

1

2

Для сжигания мазута и газа

Мазут

1,05-1,15

250-600

1

-

-

Газ

1,10

250-600

1

-

-

Тип топлива

Сорт сжигаемого топлива

Рекомендуемая температура  подогрева воздуха, °С

Факельная с  твердым   шлаковым удалением                                   

Антрацитовый штыб и  тощие угли             

380-420

Каменные угли,   сланцы   северо-западных месторождений  и другие   топлива с приведенной влажностью до 8 %

250-300

Бурые угли, фрезерный  торф и   другие топлива   с   приведенной   влажностью выше 8 %

380-420

Факельная и циклонная  с жидким   шлакоудалением  

Все сорта твердого топлива

380-420

Факельная

Мазут и природный  газ                                 

200-300

Наименование

величин

Условное обозначение

Единица измерения

Формула или 

источник

Пароперегреватель

Первый газоход котла

Второй газоход  котла

Водяной экономайзер

1

2

3

4

5

6

7

8

Высота газохода:

минимальная

а^мин

мм

По чертежу

-

1750

1750

-

максимальная

а^макс

мм

-

-

2750

2750

-

эффективная

_а^э

мм

2600

2140

2140

-

Ширина газохода

b

мм

-

970

1600

1080

-

Число труб поперек  газохода

z₁

-

По чертежу

12

16

11

-

Диаметр труб

d

мм

По чертежу

32

51

51

-

Площадь сечения газохода

м²

2,52

3,42

2,32

-

Площадь сечения  газохода, перегораживаемая трубами

м²

1

1,74

1,2

-

Площадь сечения  газохода в свету

м²

1,52

1,68

1,12

0,8

Поверхность нагрева  газохода

Н_г

м²

По данным завода изготовителя

-

114

93,5

-

Отношение поверхности  нагрева газохода к площади сечения  его в свету

-

-

67,9

83,5

-

Поверхность нагрева  котла общая

Н_к

м²

-

207,5

207,5

-

Сумма величин  Н_г/F_г^ж для обоих газоходов котла

-

-

-

151,4

151,4

-

Площадь сечения  газоходов котла, усредненная расчетная

F_к

м²

-

1,37

1,37

-

Шаг труб вдоль  оси барабана котла

s₁

мм

По чертежу

60/140

100

100

-

Шаг труб поперек  оси барабана котла

s₂

мм

По чертежу

40/80

110

110

-

Эффективная толщина  излучающего слоя

s

м

0,167

0,184

0,184

-

Площадь поперечного  пароперегревателя для прохода пара

м²

0,0162

-

-

-

Наименование 

величины

Обозначение

Единица измерения

Расчетная формула  или источник определения

Расчет

Результаты  расчета

промежуточные

окончательные

1

2

3

4

5

6

7

Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения

м³/м³

СО

0,5·0

0

Н₂

0,5·0

0

H₂S

1,5·0

0

СН₄

(1+1)·91,2

182,4

С₂Н₆  

(2+1,5)·3,9

13,65

С₃Н₈

(3+2)·2

10

С₄Н₁₀ 

(4+2,5)·0,9

5,85

С₅Н₁₂

(5+3)·0,2

1,6

0,0476·213,5

10,16

Теоретический объём азота в дымовых газах

м³/м³

0,79·10,6

8,37

Объём сухих  трехатомных газов

м³/м³

СО₂

1·1,8

1,8

СО

1·0

0

Н₂S

1·0

0

СН₄

1·91,2

91,2

С₂Н₆  

2·3,9

7,8

С₃Н₈

3·2

6

С₄Н₁₀ 

4·0,9

3,6

С₅Н₁₂

5·0,2

1

0,01·111,4

1,11

Теоретический объём водяных паров в дымовых газах

м³/м³

Н₂

1·0

0

Н₂S

1·0

0

СН₄

2·91,2

182,4

С₂Н₆  

3·3,9

11,7

С₃Н₈

4·2

8

С₄Н₁₀ 

5·0,9

4,5

С₅Н₁₂

6·0,2

1,2

0,124·5

0,62

1,61·10,6

17,06

0,01·(207,8+0,62 +17,06)

2,25

Полный объём  теоретического количества дымовых газов

м³/м³

8,37+1,11+ 2,25

11,73

Наименование 

рассчитываемой величины

Обозначение

Единица измерения

Наименование  элементов газового тракта

Топка

Пароперег-

реватель

Котел

Водяной

экономайзер

1

2

3

4

5

6

7

Коэффициент избытка  воздуха в конце топки

α^"_т

-

1,1

-

-

-

Присос по элементам  тракта

Δα

-

-

0,05

0,10

0,10

Коэффициент избытка  воздуха за элементом тракта

α^"

-

1,1

1,15

1,25

1,35

Коэффициент избытка  воздуха, средний

α^ср

-

1,1

1,125

1,2

1,3

Величина (α ^ср-1)

-

-

0,1

0,125

0,2

0,3

Теоретический объем продуктов сгорания

м³/м³

11,73

11,73

11,73

11,73

Избыточный  объем воздуха

ΔV_в

м³/м³

1,01

1,27

2,03

3,04

Избыточный  объем водяных паров

D

м³/м³

0,01

0,02

0,03

0,05

Действительный объем  продуктов сгорания

V_г

м³/м³

12,76

13,02

13,79

14,82

Действительный  объем водяных паров

м³/м³

2,26

2,27

2,28

2,3

Объемная доля сухих трехатомных газов в  продуктах сгорания

-

0,087

0,085

0,08

0,074

Объемная доля водяных паров в продуктах  сгорания

-

0,177

0,174

0,165

0,155

Общая объемная доля сухих трехатомных газов в продуктах сгорания

-

0,264

0,259

0,245

0,229

Наименование  рассчитываемой величины

Формула

Объем газов, м³/м³

Температура продуктов  сгорания, ^оС

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1800

1900

Энтальпия теоретического количества воздуха, необходимого для горения

  10,16

321

646

977

1314

1660

2011

2377

2743

3108

3484

3870

4257

6624

7030

Энтальпия сухих  трехатомных газов

1,11

45

94

148

204

264

324

387

451

517

583

651

720

1141

1212

Энтальпия теоретического количества двухатомных газов

8,37

259

519

783

1052

1327

1607

1891

2184

2485

2787

3088

3389

5281

5607

Энтальпия теоретического количества водяных паров

2,169

81

163

248

336

427

519

616

717

819

927

1035

1145

1858

1982

Энтальпия теоретического количества продуктов сгорания

-

385

777

1180

1594

2018

2450

2895

3354

3822

4298

4775

5255

8281

8802

Энтальпия действительного количества продуктов сгорания за элементами газового тракта, ккал/м³

за топкой

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

348

387

425

662

703

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

4646

5162

5681

8943

9505

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

      516     519

562

за пароперегревателем

-

-

-

-

-

-

-

356

411

466

-

-

-

-

-

-

-

3252

3765

4288

-

-

-

-

-

-

-

513    523

за котлом

-

-

161

244

328

-

-

939

1424

1922

-

-

      485    498

за водяным  экономайзером

-

   112

226

-

497

1004

-

507

       В. Сводная таблица основного расчета

рассчитываемой 

величины

Обозначение

Единица измерения

Расчетная формула  или источник определения

Расчет

Результаты  расчета

промежуточные

окончательные

1. Тепловой  баланс котельного агрегата

Располагаемое тепло топлива

 ккал/м³

-

9140

Температура уходящих газов

θ_ух

^оС

Технические соображения

-

140

Энтальпия уходящих газов

I_ух

 ккал/м³

I, θ - таблица

Для  100 ^оС

Для  40^оС

497

198

695

Температура холодного воздуха, поступающего в котельный агрегат

t_х.в

^оС

Рекомендация  нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов

-

30

Энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха

_I⁰х.в

 ккал/м³

10,16·0,32·30

97

Потеря тепла  от механической неполноты сгорания

q₄

%

Таблица 4

Имеет место  только при сжигании твердого топлива

-

0

Потеря тепла  с отходящими газами

q₂

%

-

6

Потеря тепла  от химической неполноты сгорания

q₃

%

Таблица 4

-

-

1,5

Потеря тепла  на наружное охлаждение котельного агрегата

q₅

%

Рисунок 3

-

-

1,5

Потеря с  физическим теплом шлаков

%

Имеет место  только при сжигании твердого топлива

-

0

Сумма тепловых потерь

∑q

%

q₂ + q₃ + q₄ + q₅ +

-

-

9

Коэффициент полезного  действия котельного агрегата

η_к.а

-

-

0,91

Процент продувки котла

π

%

-

3,0

-

Тепловосприятие теплоносителя на 1 кг произведенного перегретого пара

Q_к.а

ккал/кг

655,0

Действительный  часовой расход топлива

В

кг/ч

-

1100

Расчетный часовой расход топлива

В_р

кг/ч

-

-

1100

Коэффициент сохранения тепла

φ

-

(100 - 1,5) / 100

-

0,985

2. Тепловое  напряжение топочного пространства

Расчетное тепловое напряжение топочного пространства

Q/V_т

1100·9140/ 44,66

-

225·10³

3. Теплоотдача  излучением в топке

Полезное тепловыделение в топке

Q_т

ккал/м³

9110

Теоретическая температура  горения в топке

θ_а

^оС

I, θ- таблица

Для  1800 ^оС

Для  56 ^оС

8943

278

1856

Коэффициент светимости пламени

m

-

-

-

0,2

-

Температура дымовых  газов на выходе из топки

θ"_т

^оС

Принимается

предварительно

-

1000

-

Суммарная поглощательная способность трехатомных газов

-

м.ат

r_п ·s_т

0,266·1,76

0,47

-

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

k_г

-

Номограмма  на рис.5

-

0,83

-

Суммарная сила поглощения газового потока

k_несвs_т

м.ат

k_г·r_п·s_т

0,83·0,47

0,39

-

Степень черноты несветящейся части пламени

a_несв

-

График на рис. 6

-

0,32

Коэффициент ослабления лучей светящейся части факела

k_св

-

2,0 – 0,5

1,5

-

Суммарная сила поглощения светящейся части пламени

k_свs_т

м.ат

k_св·s_т

1,5·1,76

2,62

-

Степень черноты светящейся части пламени

a_св

-

0,9·0,93

0,840

-

Степень черноты факела

a_ф

-

(1 – m)·a_несв+ ma_св

(1 – 0,2)·0,32 + 0,2·0,84

0,43

-

Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей

ζ

-

Рекомендации  нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов

-

0,8

-

Произведение  ψζ

-

-

ψ·ζ

0,42 · 0,8

-

0,34

Тепловыделение  в топке на 1 м² стен топки

-

-

110·10³

Расчетный коэффициент

М

-

А –  ВХ

0,52 – 0,3·0,233

0,52 – 0,07

0,45

Температура дымовых газов  на выходе из топки

θ"_т

^оС

Номограмма  на рис. 7

-

-

1010

Энтальпия дымовых газов на выходе из топки

I ^/_пп

ккал/м³

I, θ - таблица

Для  1000 ^оС

Для  10 ^оС

4646

46

4692

Тепло, переданное излучением в топке

Q_л

ккал/м³

φ·(Q_т - I"_т)

0,985·(9110 – 4692)

-

4350

4. Пароперегреватель

Тепловосприятие пароперегревателя

Q_пп

ккал/м³

1090

Энтальпия дымовых газов за пароперегревателем

I"_пп

ккал/м³

3580

Температура дымовых  газов за пароперегревателем

^оС

I, θ - таблица

Для  700 °С                                   Для  64 °C

3252

297

764

Средняя температура дымовых газов в пароперегревателе

^оС

887

Средняя температура пара в пароперегревателе

^оС

273,7

Средний температурный напор в пароперегревателе

∆t_пп

^оС

-

613

Удельный объем  пара в пароперегревателе при средней температуре

υ_пп

м³/кг

Таблица воды и

водяного пара

-

0,1625

Средняя скорость пара в пароперегревателе

w_пп

м/сек

39,0

Коэффициент теплоотдачи  от стенки трубы к пару

α₂

c_d·a_н                                                              (номограмма на рис. 6)

1,03 · 840

865,2

Средняя скорость дымовых газов в пароперегревателе

w_г

м/сек

11

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией от дымовых газов к стенке

α_к

с_z·c_ф·α_н                                                              (номограмма на рис. 7)

0,99·1,02·69

69,6

Суммарная поглощательная способность трехатомных газов

-

м.ат

r_п·s_пп

0,262·0,167

0,044

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

k_несвr_п

-

Номограмма  на рис. 5

-

2,8

Сила поглощения газового потока

kps

-

k_г·r_п·s_пп

2,9·0,044

0,123

Степень черноты газового потока

a

-

График на рис. 6

-

0,115

Коэффициент загрязнения  труб

ε

Рекомендации  нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов

-

0,005

Температура наружной поверхности труб

t_ст

^оС

488

Коэффициент теплоотдачи  излучением незапыленного потока

α_л

а·c_г·α_н                                                              (номограмма на рис. 7)

0,115·0,96·165

18,2

Коэффициент омывания пароперегревателя дымовыми газами

ω

-

-

-

1,0

Коэффициент теплоотдачи  от газов к стенке трубы

α₁

ω·α_к+α_л

1,0·69,6 + 18,2

87,8

Коэффициент теплопередачи  в пароперегревателе

k_пп

57,4

Поверхность нагрева пароперегревателя

H_пп

м²

34,1

Невязка

-

%

1,5

5. Газоход  котла

Температура дымовых  газов за котлом

θ"_к

^оС

Принимается

предварительно

-

300

Энтальпия дымовых газов за котлом

I"_к

ккал/м³

I, θ - таблица

-

1424

Тепловосприятие котла по уравнению теплового баланса

Q_б

ккал/м³

0,985*(3580-1424+0,1*97)

2130

Температурный напор в начале газохода

∆t^б

^оС

764 - 197,4

566,6

Температурный напор в конце газохода

∆t^м

^оС

300 - 197,4

102,6

Средний температурный напор в газоходе

∆t_к

^оС

271

Средняя температура дымовых газов в газоходе котла

^оС

532

Средняя скорость дымовых газов

w_к

м/сек

9

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией от газов к стенке трубы

α_к

с_z·c_ф·α_н                                                              (номограмма на рис. 6)

1,0·1,03·49

49,7

Суммарная поглощательная способность трехатомных газов

-

м.ат

r_п·s_к

0,247·0,184

0,045

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

k_г

-

Номограмма  на рис. 3

-

3,5

Суммарная сила поглощения газового потока

k_несвs_к

м.ат

k_г·r_п·s_к

3,5·0,045

0,158

Степень черноты газового потока

a_несв

-

График на рис. 4

-

-

0,15

Коэффициент загрязнения  поверхности нагрева

ε

-

-

-

0,005

Температура наружной поверхности труб

t_ст

^оС

254

Коэффициент теплоотдачи  излучением незапыленного потока

α_л

а·c_г·α_н                                                              (номограмма на рис. 8)

0,15·0,96·66

9,5

Коэффициент омывания газохода дымовыми газами

ω

-

Рекомендации  нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов

-

-

0,9

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

α₁

ω·α_к+α_л

0,9·49,7 + 9,5

54,7

Коэффициент теплопередачи  в котле

k_к

43,1

Тепловосприятие котла по уравнению теплопередачи

Q_т

ккал/м³

2203

Невязка

-

%

-3,4

Так как значения Q_б и Q_г разнятся  больше, чем на 2 %, расчет повторяется при другом значении θ"_к

Температура дымовых  газов за котлом

θ"_к

^оС

Принимается

предварительно

-

320

Энтальпия дымовых газов за котлом

I"_к

ккал/м³

I, θ - таблица

Для 300 °С

Для 20 °С

1424

95

1519

Тепловосприятие котла по уравнению теплового баланса

Q_б

ккал/м³

0,985*(3580-1519+0,1*97)

2041

Температурный напор в начале газохода

∆t^б

^оС

Θ_к ‘– t_н

764 - 197,4

566,6

Температурный напор в конце газохода

∆t^м

^оС

Θ_к” – t_н

280 - 197,4

82,6

Средний температурный напор в газоходе

∆t_к

^оС

256

Тепловосприятие котла по уравнению теплопередачи

Q_т

ккал/м³

2081

Невязка

-

%

1,9

6. Водяной  экономайзер

Тепловосприятие водяного экономайзера

Q_в.э

ккал/м³

0,91*9140-(4350+1090+2041)

836

Энтальпия воды на выходе из экономайзера

i"_в.э

ккал/кг

164,4

Температура воды на выходе из экономайзера

t"_в.э

^оС

Таблица воды

и водяного пара

-

148

Температурный напор в начале экономайзера

∆t^б

^оС

280 - 148

132

Температурный напор в конце экономайзера

∆t^м

^оС

θ_ух – t_п.в

140 - 100

40

Средний температурный напор в экономайзере

∆t_в.э

^оС

78

Средняя температура дымовых газов в экономайзере

^оС

210

Средняя скорость дымовых газов в экономайзере

w_в.э

м/сек

9,5

Коэффициент омывания водяного экономайзера  дымовыми газами

ω

-

Рекомендации  нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов

-

1

Коэффициент теплопередачи  в водяном экономайзере

k_в.э

Номограмма  на рис.  9

-

20,2

Поверхность нагрева водяного экономайзера

H_в.э

м²

584

Число труб водяного экономайзера

n_в.э

шт.

198

Число горизонтальных рядов труб экономайзера

шт.

n_в.э / z₁

28