271

Тепловой расчет котлоагрегата ДКВР 20-13

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В данной работе выполнен тепловой расчет котла ДКВР-20 (двухбарабанный котел водотрубный реконструированный с номинальной паропроизводительностью 20 т/ч). Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при α=1.

Русский

2012-11-14

718.5 KB

282 чел.

Введение

При выработки электрической и тепловой энергии чаще всего в качестве теплоносителя используется водяной пар. Агрегаты, предназначенные для выработки водяного пара, называются парогенераторами, или котельными агрегатами. В данной работе выполнен тепловой расчет котла ДКВР-20 (двухбарабанный котел водотрубный реконструированный с номинальной паропроизводительностью 20 т/ч).


РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Назаровского бурого угля:

Влажность Wр = 39%;

Зольность Aр = 7,3 %;

содержание серы Sр = 0,4 %;

содержание углерода Ср = 37,6 %;

содержание водорода Нр = 2,6 %;

содержание азота Nр = 0,4 %;

содержание кислорода Ор = 12,7%;

Выход летучих Vг = 48,0 %;

Теплота сгорания Qнр = 3110 ккал/кг.

КОЭФИЦИЭНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА НА ВЫХОДЕ ИЗ ТОПКИ

топки для угля равен         т = 1,4

Таблица 1. Расчетные присосы холодного воздуха

Поверхность нагрева

Величина присоса 

Топка, т

1,4

1-й газоход, 1

0,1

2-й газоход, 2

0,1

Водяной экономайзер, ВЭ

0,08

1.ОБЪЕМ  И ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА

В учебном проекте все теоретические объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания при α=1 подсчитывают для рабочей массы топлива.

1.1. Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при α=1

       Для жидкого топлива (нм3/кг)

                   

 

Теоретический объем азота (нм3/кг)

                                       

Объем трехатомных газов

                                       

  

Теоретический объем водяных паров (нм3/кг)

                           

1.2. Действительные объемы продуктов сгорании по газоходам при αср>1 для всех видов топлива

Объем сухих газов (нм3/кг)

                               Т:  

ПГ:  

ВГ:  

                            ВЭ:  

Объем водяных газов (нм3/кг)

                              Т:  

                                   ПГ:  

                           ВГ:  

                           ВЭ:  

Полный объем дымовых газов (нм3/кг)

     

                               Т:  

                            ПГ:  

                                    ВГ:  

                            ВЭ:  

Объемные доли трехатомных газов и водяных паров

,                                                   ,

   Т:;                                      ;

ПГ:                                      ;

               ВГ: ;                                       ;

               ВЭ:                                         .

Суммарная объемная доля

,  

                        Т:  ;  

                     ПГ:  ;      

                     ВГ:  ;   

                     ВЭ:  

Масса дымовых газов

                       Т:    

                    ПГ:        

                    ВГ:    

                    ВЭ:  

Объемы рассчитанных газов, их масса, концентрация золы дымовых газов для различных участков газоходов заносятся в табл. 1.1

  Таблица 1.1 - Объемы газов, объемные доли трехатомных газов.

Величина

Газоходы

топка

первый газоход

второй газоход

водяной экономайзер

αвых

1,4

1,5

1,6

1,68

0,854

0,86

0,866

0,871

5,871

6,239

6,608

6,903

0,12

0,113

0,106

0,102

0,145

0,138

0,131

0,12

0,265

0,251

0,237

0,222

7,551

8,024

8,498

8,876

1.3. Энтальпия продуктов сгорания по газоходам

Таблица 1.2. Энтальпия продуктов сгорания

0С

I0г

I0в

ккал/кг

топка

первый газоход

второй газоход

водяной экономайзер

I

I

I

I

I

I

I

I

100

147,9

114,5

238,9

241

242,4

247,1

230,5

238

244,6

247,2

232,7

238,4

243,3

225,8

228,2

236,7

242,3

200

297,3

230,4

454

300

453,7

348,5

662,8

690,7

400

614,2

468,8

895,5

933

500

779,3

591

1074,8

1133,9

600

946,3

718,1

1305,3

1377,2

700

1119,4

847,8

1543,3

800

1298,8

978,2

1787,9

900

1480,8

1108,6

1924,2

2035,1

1000

1666

1242,7

2163,1

1100

1851,9

1380,4

2404,1

1200

2039,3

1518

2646,5

1300

2231,3

1655,7

2893,6

1400

2426,7

1797

3145,5

1500

2621,1

1938,3

3396,4

1600

2818,2

2079,6

3650

1700

3016,9

2220,9

3905,3

1800

3216,4

2362,2

4161,3

1900

3418,9

2507,1

4421,7

2000

3620,8

2652

4681,6

2100

2200

2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД) И РАСХОД ТОПЛИВА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Тепловой баланс составляется в расчете на 1кг сжигаемого топлива. Он определяет равенство между количеством тепла, поступившим в котлоагрегат  , и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q1, Q3, Q4, Q5, Q6.

Общее уравнение теплового баланса в абсолютных величинах (ккал/кг):

или в относительных величинах (процентах):

На основании теплового баланса определяется КПД котлоагрегата брутто  в %, расход (кг/ч, нм3/ч)топлива В и Вр.

Располагаемое тепло  при сжигании угля (ккал/кг)

  

Потеря тепла с уходящими газами, %, зависит от заданной температуры уходящих газов из котлоагрегата и определяется по формуле:

где Iух - энтальпия уходящих газов, ккал/кг, определяется по температуре уходящих газов по табл. 1.2; - энтальпия холодного воздуха при заданной температуре tхв и определяется по табл. 1.2.

Потери тепла от химического недожога q3 и механического недожога q4 определяется по [5, табл. 3,4] для данных типа топки и топлива.

Потеря тепла в окружающую среду q5 зависит от производительности котлоагрегата и принимается по [5, номограмма 15].

Коэффициент сохранения тепла

Потери тепла с физическим теплом шлаков  при слоевом сжигании твердых топлив

где - зольность рабочего топлива, %;  находится по [5, табл. 3,4];  - энтальпия золы, ккал/кг (принимается по [5, табл. 9]).

Сумма потерь тепла в котельном агрегате (%)

КПД котлоагрегата брутто определяется по обратному балансу:

Полезно использованное тепло котельного агрегата (ккал/кг):

Принимаем P=14 атм, tнас=197,3 0С, i=666,2 ккал/кг, iпв=100 ккал/кг,

где D - заданная паропроизводительность (кг/ч) котлоагрегата по пару (перегретый или насыщенный);

- количество продувочной воды (кг/ч);

iпр=iн - энтальпия продувочной воды, принимается равной температуре насыщения при давлении в барабане котла, ккал/кг;

i",iпв — энтальпия перегретого пара и питательной воды на входе в барабан котла или водяной экономайзер при заданном абсолютном давлении, температурах пара и питательной воды (ккал/кг).

Полный расход топлива (кг/ч; нм3/ч).

 

Расчетный расход твердого топлива с учетом механической неполноты сгорания

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

Для расчета топки зададимся температурой газов на выходе

Полная поверхность стен топки Fст вычисляется суммированием всех боковых поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры и камеры сгорания.

м2;

м2

м3.

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Нл2) рассчитывается по формуле

м2,

м2.

где FплX - лучевоспринимающая поверхность экранов стены, м2; Fпл=bl - площадь стены, занятой экранами. Определяется как произведение расстояния между осями крайних труб данного экрана b (м), на освещенную длину экранных труб l (м). Величина l определяется в соответствии со схемами [5, рис.1].

При определении Fпл исключаются не защищенные трубами участки стен, в том числе площадь горелок и сопл.

X - угловой коэффициент облучения экрана, зависящий от относительного шага экранных труб S/d и расстояния от оси экранных труб до стенки  топки (номограмма 1 [5]).

Степень экранирования топки

Эффективная толщина излучающего слоя топки (м)

 

Передача тепла в топке от продуктов сгорания к рабочему телу происходит в основном за счет излучения газов. Целью расчета теплообмена в топке является определение температуры газов на выходе из топки  [5, номограмма 6].. При этом необходимо предварительно определить следующие величины:

 

Параметр М зависит от относительного положения максимальной температуры пламени по высоте топки Хт.

Эффективная степень черноты факела aф зависит от рода топлива и условий его сжигания.

Р - давление в топке, кгс/см2; для котлов без наддува Р=1 кг/см2;

S - эффективная толщина излучающего слоя, м.

.

Тепловыделение в топке на 1 м2 ограждающих ее поверхностей нагрева (ккал/м2ч)

 

Полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива

Теоретическую температуру горения  определяют по табл. 1.2 по найденному значению QТ.

QТ=3083,8 ккал/кг, задаемся

Коэффициент тепловой эффективности экранов

 

где X - степень экранирования топки (определена в конструктивных характеристиках); ξ - условный коэффициент загрязнения экранов, принимается по табл.3.1[1]

Определив М, аф, Bp∙QТ/Fст, , Ψ, находят температуру газов на выходе из топки  по [5, номограмма 6].

Если найденное значение  отличается от предварительно принятого значения более, чем на ±100°С, следует повторить расчет, приняв новое значение  и уточнить аф.

При расхождениях в значениях  менее чем на 100°С определенную по номограмме температуру газов на выходе из топки принимают как окончательную.

Тепло, переданное в топке излучением, (ккал/кг)

,

где φ - коэффициент сохранения тепла (из теплового баланса).

Энтальпию газов на выходе из топки  находят по табл. 1.2 при αт и . ккал/кг

Видимое тепловое напряжение топочного объема (ккал/м3ч)

Величина qV не должна превышать значения, рекомендуемого для данного типа топочного устройства [5, табл.3, 4]. По таблице qV=250∙103

Значения  и qV находятся в допустимых пределах.

4  РАСЧЕТ ГАЗОХОДОВ

Рисунок 2. Принципиальная схема газохода

При выполнении теплового расчета котлоагрегата проводится поверочный расчет фестона (котельного пучка). Температура пароводяной смеси в них равна температуре насыщения при давлении в барабане котла.

Теплообмен в газоходах происходит за счет конвекции с частичным учетом   теплообмена излучением из межтрубного пространства. Для расчета газохода  известны температура и энтальпия газов перед ними.

а) Определим конструктивные размеры:

в=2,75 – высота камеры

а=2,178 – ширина камеры

l=2,75 – длина трубы

z1=16 – число труб в ряду котельного пучка

z2=25 – число рядов в пучке

Полная физическая поверхность нагрева определяется:

 

м2              (4.1)

где l – длина одной трубы в соответствующем ряду, м.  

Живое сечение для прохода дымовых газов:

м2    (4.2)

где– размеры газохода в расчетном сечении, м;

Средняя температура в котельном пучке:

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока:

м3/с,                                        (4.3)

где ВР – расчетный расход топлива, м3/ч;                                                         

     VГ – объем газов на 1 м3 топлива рассчитываемого газохода при средней температуре дымовых газов.

Расчетная скорость дымовых газов:

                                            м/с                                                    (4.4)

При выполнении поверочного расчета газоходов определяют температуру газов за ними и количество тепла, отданного газами в пучке.

Основными уравнениями при расчете теплообмена в газоходах являются:

а) уравнение теплового баланса:

                                (4.5)

б)  уравнение теплопередачи:

                                     (4.6)

где   - коэффициент сохранения тепла (определен в тепловом  балансе);

- энтальпии газов на входе в поверхность и выходе из нее, ;

- величина присоса воздуха в пучке (определен в расчете 3);

- энтальпия холодного воздуха, ;

- коэффициент теплопередачи,  ;

- расчетная поверхность пучка, м2;

- средний температурный напор,

Если полученное по уравнению теплообмена значение Qт отличается от определенного по уравнению баланса Qб не более чем на 2%,  расчет поверхности заканчивается. Окончательными принимаются температура, энтальпия и тепловосприятия пучка, вошедшие в уравнение баланса.

При большем расхождении  Qт и Qб принимают новое значение температуры за пучком и повторяют расчет (метод приближении).

Для уменьшения количества приближений и объема расчетов рекомендуется задаваться двумя значениями возможных температур газов за пучком с интервалом 50оС и 100оС. При расхождении Qт и Qб за пучком  более 2% окончательную температуру за пучком можно найти при помощи графической интерполяции.

Расчет  при температуре 500оС.

По уравнению  теплового баланса:

По уравнению теплопередачи:

где K- коэффициент теплопередачи и находится по формуле:

                                                                                       (4.7)

Ψ=0.6- коэффициент тепловой эффективности.

αн – находят по номограмме [1, 11], для этого рассчитаем скорость дымовых газов:

где Vсек – секундный расход дымовых газов при средней температуре потока.

Определим среднюю температуру  дымовых газов:

По номограмме [1, 11] находим =46.Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пучка:

Найдем коэффициент теплопередачи :

По известным температурам газов и пара на входе и выходе схеме движения противоток находим среднюю логарифмическую разность температур:

 Уравнение теплопередачи:

Расчет при температуре 6000С:

По уравнению  теплового баланса:

По уравнению теплопередачи:

где K- коэффициент теплопередачи и находится по формуле:

Ψ=0.6 - коэффициент тепловой эффективности.

αн – находят по номограмме [1, 11] для этого рассчитаем скорость дымовых газов:

где Vсек – секундный расход дымовых газов при средней температуре потока.

Определим среднюю температуру  дымовых газов:

По номограмме [1, 11] находим =48 .Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пучка:

Найдем коэффициент теплопередачи :

По известным температурам газов и пара на входе и выходе схеме движения противоток находим среднюю логарифмическую разность температур:

Уравнение теплопередачи:

Расчет  при температуре 550оС.

По уравнению  теплового баланса:

По уравнению теплопередачи:

где K- коэффициент теплопередачи и находится по формуле:

                                                        (4.9)

Ψ=0.6 - коэффициент тепловой эффективности.

αн – находят по номограмме [1, 11] для этого рассчитаем скорость дымовых газов:

где Vсек – секундный расход дымовых газов при средней температуре потока.

Определим среднюю температуру  дымовых газов:

По номограмме [1, 11] находим =52.Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пучка:

Найдем коэффициент теплопередачи :

По известным температурам газов и пара на входе и выходе схеме движения противоток находим среднюю логарифмическую разность температур:

                                                                                                (4.10)

Уравнение теплопередачи:

Разница Qб  и  Qт составляет:

5  РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Рисунок 3. Принципиальная схема водяного экономайзера

Водяные экономайзеры устанавливаются для снижения температуры уходящих газов и предварительного подогрева питательной воды перед поступлением ее  в барабан котла.

Для котельных работающих с давлением 24 ати, устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из отдельных элементов ребристых труб, соединенных между собой специальными фасонными частями-калачами.

Тепловой расчет водяного экономайзера проводится конструкторским расчетом. Для расчета экономайзера известны энтальпия и температура газов на входе в экономайзер, а также энтальпия и температура  газов на выходе из экономайзера  и .

Количество тепла, передаваемого газами в водяном экономайзере, ккал/м3:

                                       (5.1)

где  - коэффициент сохранения тепла;

- энтальпия газов на входе и выходе из

водяного экономайзера, ккал/м3;

- величина присоса воздуха в водяном экономайзере;

- энтальпия холодного воздуха, ккал/м3.

Расчетное тепловосприятие экономайзера, как замыкающей поверхности  пароводяного тракта определяется из уравнения баланса тепла, ккал/м3:

                                                                    (5.2)

где   - полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива;

- количество тепла сжигаемого топлива, воспринятое лучевоспринимающими поверхностями топки;

-  количество тепла сжигаемого топлива, воспринятое котельными пучками.

Находим энтальпию и температуру  воды на выходе из водяного экономайзера:

                                              (5.3)

где  - энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, ккал/кг;

- расход воды через экономайзер, кг/ч.

                                                   (5.4)

- паропроизводительность котлоагрегата, кг/ч;

- величина непрерывной продувки, кг/ч.

Температура на выходе

Примем количество труб в горизонтальном ряду чугунного экономайзера:

m=11

Живое сечение для прохода дымовых газов определяется по формуле:

                                                                              (5.5)

где   - живое сечение для проходов газов одной трубы, м2, находим по таблице 9.1.[1]

Средняя скорость газов находится:

                                         (5.6)

где  - объем газов в водяном экономайзере, м3;

- средняя температура газов в экономайзере,0С.

Поверхность нагрева водяного экономайзера, м2:

                                                      (5.7)

где  K – коэффициент теплопередачи в водяном экономайзере, ккал/м2ч0С, определяется по номограмме [1, 12.1].

К=21

Температурный напор определяется по формуле:

Число вертикальных рядов:

 где F – поверхность с газовой стороны, берется из таблицы [5, 9.1]

 m – количество труб в горизонтальном ряду

6  СОСТАВЛЕНИЕ ПРЯМОГО БАЛАНСА

Расчетная неувязка баланса:

                                   (6.1)

Определим относительную величину неувязки:

                                                      (6.2)

Баланс сошелся, так как.

        Список используемых источников:

  1.  Тепловой расчет котельных агрегатов малой и средней мощности: Методические указания по курсовому проектированию для студентов спец. 1007- «Промышленная энергетика» /Сост. Д. Е. Криволуцкий, В. А. Дубровский. Красноярск: КГТУ, 1999. 47с.

  1.  Котельный агрегат: Справочно-нормативные данные по курсовому проектированию для студентов спец. 1007 – «Промышленная энергетика» всех форм обучения /Сост. Д. Е. Криволуцкий, В. А. Дубровский. Красноярск: КГТУ, 1999. 39с.

  1.  Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 – М.: Издательство МЭИ. 2003. – 168с.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79034. Эпоха Возрождения как канун становления классической науки 40 KB
  В городах стали возникать светские центры науки и искусства деятельность которых находилась вне контроля церкви. В формировании мышления этой эпохи огромное влияние сыграло наследие античной науки. Особенности науки эпохи Возрождения: антисхоластическая направленность взглядов и сочинений мыслителей этого времени; 2 создание новой пантеистичекой картины мира отождествляющей Бога и природу; 3 антропоцентризм то есть интерес в первую очередь к человеку и его деятельности философии.
79035. Мировоззренческие понятия пантеизма и деизма и их значение для становления научной картины мира (в философии Н.Кузанского, Д.Бруно, Б.Спинозы и французских просветителей 18-го века) 43.5 KB
  Николай Кузанский внёс вклад в развитие представлений, прокладывавших дорогу натурфилософии и пантеистическим тенденциям XVI в. В отличие от современных ему итальянских гуманистов
79036. Философия познания Ф.Бэкона и ее значение для превращения преднауки в науку 42 KB
  Родоначальником нового подхода к науке является знаменитый английский политический деятель философматериалист и один из основоположников науки Фрэнсис Бэкон 1561 1626. Бэкон дал философское обоснование нового взгляда на цель и предназначение науки разработал основные принципы индуктивного метода исследования. Бэконовский афоризм Знание сила в течение трех веков является символом науки. Бэкон предпринимает Великое восстановление наук в книге оставшейся не законченной и фиксирует возникновение науки как триединого целого система...
79037. Философия познания Р.Декарта и ее значение для превращения преднауки в науку 35 KB
  В основе философии Декарта дуализм души и тела мыслящей и протяженной субстанции. Общая причина движения по Декарту Бог который сотворил материю движение и покой. В учении о познании Декарт родоначальник рационализма и сторонник учения о врожденных идеях.
79038. Становление классической науки (XVII век) 35.5 KB
  Становление классической науки XVII век. также научная революция Этап становления классической науки относится к XVII. Этап становления классической науки связан прежде всего с деятельностью таких мыслителей как Г. При этом предметом науки являются законы общие положения обладающие абсолютностью и безусловной значимостью для всех.
79039. Развитие естествознания в XVII - XIX веках 34.5 KB
  Хорошо известно что идея развития пробила себе дорогу в естествознании уже в конце XVIII в. Однако конкретная форма идеи развития в естествознании того времени форма механистического эволюционизма была еще крайне несовершенна. рассматривали развитие как механический круговорот в котором происходит интеграция систем из некоторых простейших элементов и последующий распад их на эти же элементы причем каждый цикл развития завершается возвращением к исходному пункту. Правда дальнейшее проникновение идеи развития в естественные науки все...
79040. Натурфилософия как предшественник и антипод научного знания о природе. Преодоление натурфилософии (XIX в) 45 KB
  Преодоление натурфилософии XIX в. Натурфилософская и позитивистская и диалектическая концепции взаимосвязи философии и науки. явилась по существу первой исторической формой философии вообще. Сосуществования философии и науки как самостоятельных и во многом различающихся по предметам средствам методам и функциям форм познавательной и ориентировочной деятельности человека был сформулирован ряд концепций об их взаимоотношении.
79041. Достижения социально-гуманитарного знания в XVII - XIX веках 35 KB
  Достижения социальногуманитарного знания в XVII XIX вв. В решении проблемы о соотношении социальногуманитарного и естественнонаучного познания исторически сложились и существуют две альтернативные позиции: натурализм и антинатурализм. Данный подход казался безупречным в качестве метода научного познания и использовался для объяснения всех явлений в контексте имеющегося тогда знания. Но принцип редукционизма продолжал существовать в смысловом поле научного познания.
79042. Философия познания И.Канта и ее значение для развития науки XVIII - XIX веках 36.5 KB
  Философия познания И. В рамках этого течения была переосмыслена и заново сформулирована проблема отношения субъекта и объекта разработан диалектический метод познания и преобразования действительности. Основной период критический ознаменовался созданием трех главных произведений: Критика чистого разума 1781 Кри тика практического разума 1788 и Критика способности суждения 1790 В свете философии науки и техники наибольший интерес представляет первое из этих произведений поскольку именно в нем исследуется процесс...