Тепловой расчёт котельного агрегата

-
...

Введение 2
1. Общие положения 2
2. Описание котла 3
3. Исходные данные для расчета 5
4. Расчет тепловой баланс и КПД котла 9
5. Расчет первой ступени трубчатого воздухоподогревателя 11
Список используемой литературы 35

Проектирование теплогенерирующих установок является необходимым аспектом инженерной деятельности в России. Объясняется это тем, что климат нашей страны отличается весьма существенным колебанием температур. Так, в холодный период года температура опускается до уровня, не соответствующего комфортным условиям жизни людей. Функцию снабжения населения теплом и осуществляют теплогенерирующие установки. Поэтому правильный расчет и подбор оборудования котельных установок является важным инженерным проектом.

5. Расчет первой ступени трубчатого воздухоподогревателяРасчет трубчатого воздухоподогревателя IТаблица 4№ п/пНаименование величиныОбозначениеРазмерностьФормула или обоснованиеРасчет1Диаметр трубdммПо конструкт. характеристикам40×1,52Шаги труб- поперечный - продольныйS1S2ммПо конструкт. характеристикам6040,53Относительные шаги- поперечный шаг- продольный шагσ1σ2ммммS1/dS2/d1,551,01254Число труб в ряду:- поперек хода- по ходу воздухаZ1Z2шт.шт.По конструктивным характеристикам156355Живое сечение для прохода газовм2Характер.17,86Живое сечение для прохода воздухам2Характер.9,317Поверхность нагреваHм2Характер.123158Температура уходящих газов˚СПринята с последующим уточнением1309ЭнтальпияI//ухкДж/кгI –табл.833.415510Температура газов на входе в ВП˚СПринимается с последующим уточнением25030011ЭнтальпияI/впкДж/кгтабл. 6по α//эк 1.31434.11728.4212Температура холодного воздухаtхв˚СЗадана3013ЭнтальпияIхвкДж/кгтабл. 6112,84514Тепловосприятие ступени по балансуQб 1,2кДж/кгφ(I/ - I// + ΔαI0хв)603,7896,115Присос воздуха в топкуΔαT-таблица 3.2[1]0,0516Присос воздуха в пылесистемуΔαпл-таблица 3.2[1]0,0417Отношение количества горячего воздуха к Vнo,хвβгв-αT - ΔαT - Δαпл1,1518Коэффициент избытка воздуха на выходе из ВПβ//вп-1,0519Энтальпия горячего воздуха на выходе из ступениI//гвкДж/кг683,5934,620Температура горячего воздуха на выходе из ступениt//гв˚С табл. 6124,026169,5921Средняя температура воздухаt˚С78,599,822Средняя температура газов˚С19021525Средняя скорость газовWгм/с11,4612,126Коэффициент теплоотдачи с газовой стороныα2рисунок 5.6[1]384027Средняя скорость воздухаWвм/с4,034,27 28Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороныα1рисунок 5.5[1]48,4549,8229Коэффициент использования поверхности нагреваξ-таблица 5.5[1]0,8530Коэффициент теплопередачиk19,9518,8631Температурный напор на входе газовΔt/˚С/ - t//125,9130,4132Температурный напор на выходе газовΔt//˚С// - t0хв10033Температурный напор при противотокеΔtпрот˚С112,95115,234Больший перепад температурτб˚Сt// - t/94,026139,5935Меньший перепад температурτм˚С/ - //12017036ПараметрР-0,5450,62937ПараметрR-0,780,8238Коэффициентψ-П. 5.3 рис. 5.15 [1]0,65 0,6539Температурный напорΔt˚Сψ Δtпр73,4174,8840Тепловосприятие по уравнению теплопередачиQTкДж/кг11781136Из графического уточнения расчетных величин ВП-I определили значения температур уходящих газов=340˚С и температуру горячего воздуха на выходе из ступени t//гв =203˚С Qбуточ=1100кДж/кгРасчет первой ступени водяной экономайзерРасчет первой ступени водяного экономайзер№ п/пНаименование величиныОбозначениеРазмерностьФормула или обоснованиеРасчет1Диаметр трубdн/dвнммПо конструкт. характеристикам25×3,52Шаги труб- поперечный - продольныйS1S2ммПо конструкт. характеристикам80493Живое сечение для прохода газовFrм236,84То же для водыfвм20,2125Относительные шаги- поперечный шаг- продольный шагσ1σ2--S1/dS2/d3,21,966Число рядов труб в змеевике Z2 -По конструкт. характеристикам2287Число змеевиковZ1 -По конструкт. характеристикам1148Поверхность нагреваHм2Πdln25809Температура газов на выходе из ступени˚СИз расчета ВП-I34010Энтальпия газов на выходе I//ЭКкДж/кгТабл.. по α//эк1968,9611Теплосодержание водыi/эк кДж/кгi – S табл. [2]990,2112Температура воды на входе в экономайзерt/эк˚Сзадана23013Температура газов на входе в экономайзер˚СПринимается с последующим уточнением40045014Энтальпия газов на входеI/эккДж/кгтабл. 6по α//вп=1,282329,762540,215Тепловосприятие ВЭКпо балансуQб кДж/кгφ(I/ - I// + ΔαэкI0хв)361,08533,816Теплосодержание воды на выходеi//эккДж/кгi/эк + Qб1064,91100,617Температура воды на выходе из ступениt//эк˚Спри Рэк =11,5 МПа 245,5253,0618Температурный напор на входе газовΔt/˚С/ - t//эк 154,5196,9419Температурный напор на выходе газовΔt//˚С// - t/=349-21511020Средний температурный напорΔt˚С131,63149,421Средняя температура газов˚С37039522Средняя температура воды t˚С237,75241,5323Температура загрязненной стенки tЗ ˚Сt + 25262,75266,5324Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паровrn-таблица 50,31725Средняя скорость газовWгм/с7,587,8726Коэффициент теплоотдачи конвекциейαКрисунок 5.5стр. 53 [1] 30,2529,427Эффективная толщина излучающего слояSм0,15728∑ поглощательная способностьPnSМПа×мrn * S*0,10,0049729Коэффициент ослабления лучей трехатомными газамиkr1/ МПаk0r × rnk0r – рисунок 5.11[1] (24 и 23)373530Коэффициент теплоотдачи излучением αл рис. 5.9 44,531Коэффициент тепловой эффективностиψ-п. 5.3 табл. 5.20,732Коэффициент теплопередачиkψ(αК + αл)23,9723,7333Тепловосприятие ступени по уравнению теплопередачиQTкДж/кг532,324Из графического уточнения расчетных величин ВЭК-I найдем значение уходящих газов на входе в ВЭК-I и значение температуры питательной воды на выходе из ВЭК-I: =392 t//эк =243С; Qбуточ=330кДж/кгРасчет второй ступени воздухоподогревателяДвухступенчатая компоновка воздухоподогревателя позволяет подогреть воздух до 350-550 ˚С. Сущность этой схемы заключается в увеличении температурного напора на горячем конце воздухоподогревателя в результате переноса его горячей (второй) ступени в область более высокой температуры продуктов сгорания. Это позволяет сохранить температуру уходящих газов на достаточно низком уровне. Температура газов перед второй ступенью воздухоподогревателя задается из условия обеспечения надежности работы верхней трубной доски. Она должна быть не выше =550-5800С.Таблица 6. Расчет воздухоподогревателя второй ступени№ п/пНаименование величиныОбозначениеРазмерн-остьФормула или обоснованиеРасчет1Диаметр трубdммПо конструкт. характеристикам511,52Шаги труб- поперечный - продольныйS1S2ммПо конструкт. характеристикам78513Относительные шаги- поперечный шаг- продольный шагσ1σ2ммммS1/dS2/d1,514Число труб в ряду:- поперек хода- по ходу воздухаZ1Z2шт.шт.По конструктивным характеристикам5Общее количество трубnшт.6Живое сечение для прохода газовм221,57Живое сечение для прохода воздухаfвм221,88Поверхность нагреваHм2Πdln=3,14*0,04*3,4**1259891809Температура уходящих газов˚СИз расчета ВЭ-I392,510ЭнтальпияI//ухкДж/кг табл. 62239,6811Температура газов на входе в ВП˚СПринимается с последующим уточнением45050012ЭнтальпияI/впкДж/кгтабл. 62513,52812,6515Тепловосприятие ступени по балансуQб 1,2кДж/кгφ(I/ - I// + ΔαI0хв)276,9573,0719Коэффициент избытка воздуха на выходе из ВПβ//вп-βгв + 1,06520Энтальпия горячего воздуха на выходе из ступениI//гвкДж/кг1377,61671,5221Температура горячего воздуха на выходе из ступениt//гв˚Стабл. 6245,0929622Средняя температура воздухаt˚С224,045249,523Средняя температура газов˚С421,25446,226Средняя скорость газовWгм/с13,814,327Коэффициент теплоотдачи с газовой стороныα2рисунок 5.6[1]41,8241,5828Средняя скорость воздухаWвм/с6,656,9929Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороныα1рисунок 5.5 [1]90,2492,1531Коэффициент теплопередачиk24,324,432Температурный напор на входе газовΔt/˚С/ - t//204,9120433Температурный напор на выходе газовΔt//˚С// - t0хв189,534Температурный напор при противотокеΔtпрот˚С197,3519735Больший перепад температурτб˚Сt// - t/42,099336Меньший перепад температурτм˚С/ - //57,5107,537ПараметрР-0,230,3638ПараметрR-0,7320,8639Коэффициентψ-П. 5.3 рис. 5.15 [1]0,6540Температурный напорΔt˚Сψ Δtпр128,3128,0541Тепловосприятие по уравнению теплопередачиQTкДж/кг1163,431165,9Из графического уточнения расчетных величин ВП-II определили значения температур уходящих газов=500 Стемпературу горячего воздуха на выходе из ступени t//гв =177,5 С, Qбуточ=573,07 кДж/кг Расчет водяного экономайзера второй ступениТемпература газов на входе во вторую ступень водяного эокономайзера не должна быть выше 600-650 °С(из условий надежности работы змеевиков). ВЭК-II выполнен двух заходным и двух поточным.Таблица 7. Расчет водяного экономайзера второй ступени№ п/пНаименование величиныОбозначениеРазмерностьФормула или обоснованиеРасчет1Диаметр трубdн/dвнммПо конструкт. характеристикам253,52Шаги труб- поперечный - продольныйS1S2ммПо конструкт. характеристикам85603Живое сечение для прохода газовFrм2344То же для водыfвм20,15Относительные шаги- поперечный шаг- продольный шагσ1σ2--S1/dS2/d3,42,46Число рядов труб в змеевике Z2 -По конструкт. характеристикам7Число змеевиковZ1 -8Поверхность нагреваHм2Πdln8709Температура газов на выходе из ступени˚СИз расчета ВП-II50010Энтальпия газов на выходе I//ЭКкДж/кгтабл. 6281311Теплосодержание водыi/эк кДж/кгi – S табл. [2]При Р=11,5МПа969,512Температура воды на входе в экономайзерt/эк˚СИз расчета ВЭ-I24313Температура газов на входе в экономайзер˚СПринимается с последующим уточнением55065014Энтальпия газов на входеI/эккДж/кгI –табл. 5по α//вп3105,93695,215Тепловосприятие экономайзера по балансуQб кДж/кгφ(I/ - I// + ΔαэкI0хв)295,6882,416Теплосодержание воды на выходеi//эккДж/кгi/эк + Qб1030,61151,917Условная темперетура воды на выходе из ступениt//эк˚Сi – S табл. [2]377,6438,218Температурный напор на входе газовΔt/˚С/ - t//эк 172,4211,819Температурный напор на выходе газовΔt//˚С// - t/25720Средний температурный напорΔt˚С212,13233,9521Средняя температура газов˚С52557522Средняя температура воды t˚С310,3340,623Температура загрязненной стенки tЗ ˚Сt + 25370,3400,628Средняя скорость газовWгм/с9,910,529Коэффициент теплоотдачи конвекциейαКрисунок 5.5стр. 53 [1]71,7676,2630Эффективная толщина излучающего слояSм0,21131∑ поглощательная способностьPnSМПа×мrn * S*0,10,00732Коэффициент ослабления лучей трехатомными газамиkr1/ МПаk0r × rnk0r – рисунок 5.11[1] (33и31)9,510,1534Коэффициент поглощения частиц коксаkк μк1/ МПаПринимаем для бурого угля0,137Коэффициент теплоотдачи излучением αл рис. 5.9 = αН αл = αН×а70,9875,4439Коэффициент тепловой эффективностиψ-п. 5.3 табл. 5.2[1]СаО=33%0,650,6543Коэффициент теплопередачиkψ(αК + αл)92,898,644Тепловосприятие ступени по уравнению теплопередачиQTкДж/кг696,2815,8Из графического уточнения расчетных величин ВЭ-II определим значения температур уходящих газов=644Си температуру питательной воды на выходе из ступени t//ПВ = 520,6СТепловосприятие экономайзера по балансу Qбуточ =812,5 кДж/кгПосле расчета ВЭК-II приступаем к расчету топочной камеры.Расчет теплообмена в топочной камереРасчет топки№ п/пНаименование величиныОбозначениеРазмерностьФормула или обоснованиеРасчет3Температура горячего воздухаtгв˚СИз расчета ВП-II2954Энтальпия горячеговоздухаI//гвкДж/кгтабл. 611305Тепло, вносимое в топку с воздухом QвкДж/кг(αТ-ΔαТ-Δαпл)I0гв + +(ΔαТ+Δαпл)I0хв 3110,66Полезное тепловыделение в топкеQткДж/кг 16088,27Теоретическая температура горенияа ˚С табл. 6 при Qт = Iа по α//Т20518Относительное положение максимума температурXГ -XГ = hГ/HТ 0.2199КоэффициентМ-0,480510Температура газов на выходе из топки˚Спринята ориентировочно по t1 золы 100011Энтальпия I//ТкДж/кгтабл.