Поверочный расчет котла

-
...

ОГЛАВЛЕНИЕ
4
1. Исходные данные 4
2. Теоритечская часть проекта 5
2.1. Краткое описание оборудования и выбор топочного устройства 5
2.2. Обоснование выбранной температуры уходящих газов. 10
2.3.Выбор хвостовых поверхностей нагрева. 11
3. Расчётная часть проекта 13
3.1 Состав топлива 13
3.2 Конструктивные характеристики 14
3.3 Расчет объемов продуктов сгорания 15
3.4 Расчет энтальпии продуктов сгорания 16
3.5 Составление теплового баланса котла (ДЕ) 18
3.6 Расчет топки (ДЕ) 19
3.7 Расчет конвективных пучков (ДЕ) 21
3.8 Расчет водяного экономайзера 26

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Котел типа Де - ДЕ-6.5-14 ГМ

1. Паропроизводительность котла D = 6.5т/ч
2 Давление P = 1,4 МПа
3 Температура питательной воды tпит = 90 °C
4 Непрерывная продувка p = 2 %
5 Топливо - газ газопровода “Джаркак – Ташкент”.

2. ТЕОРИТЕЧСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
2.1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ВЫБОР ТОПОЧНОГО УСТРОЙСТВА

Паровые котлы ДЕ предназначены для выработки насыщенного или пере-гретого пара, используемого для технических нужд промышленных предпри-ятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего водоснаб-жения.
Котлы двух барабанные вертикально – водотрубные выполнены по кон-структивной схеме “Д”, характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.
Основными составными частями котлов яв ляются верхний и нижний ба-рабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран: газоплотная перегородка, правый экран, трубы экранирования фронто-вой стенки топки и задний экран.
Во всех типоразмерах котлов внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Длина цилиндрической части барабанов увеличивается с повышением паропроизводительности котлов. Межцентровые расстояние уста-новки барабанов 2750 мм.
Барабаны изготавливаются из стали 16ГС ГОСТ 5520-79 и имеют толщи-ну стенки 13 мм с рабочим абсолютным давлением 1,4 Мпа (14 бар).
Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы.
Конвективный пучок образован коридорно расположенным вертикаль-ными трубами 51x2,5 мм, присоединяемыми к верхнему и нижнему бараба-нам.


Длина конвективного пучка вдоль барабанов 90 мм, поперечный – 110 мм (кроме среднего, расположенного по оси барабанов шага, равного 120 мм). Трубы наружного ряда конвективного пучка устанавливаются с продольным шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий.
В конвективных пучках котлов паропроизводительностью 6,5 т/ч для поддержания необходимого уровня скоростей газов устанавливаются продоль-ные ступенчатые стальные перегородки.
Конвективный пучок от топочной камеры отделен газа плотной перего-родкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок.
Трубы газоплотной перегородки правого бокового экрана, образующего потолок топочной камеры и труб экранирования фронтовой стенки, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны.
Средняя высота топочной камеры составляет 2400 мм, ширина – 1790 мм.
Глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводи-тельности котлов.
Трубы правого топочного экрана Ѳ 51х2,5 мм устанавливаются с продол-жительным шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда от-верстий.
Экранирование фронтовой стенки выполняется из труб Ѳ 51х2,5 мм.

4 Определяем энтальпию продуктов сгорания Н (кДж/м3):Н = Н 0г+ Н визб+ Н злгде: Нзл – энтальпия золы и определяется по формуле;Нзл=(Ct) золы (Ар/100)αунгде: Ар- минеральные примеси, при газе Ар=0Нзл=0Верх топочной камерыДля 800°С Н = 16746,74+ 1552=13096,88Для 900°С Н = 16746,74+ 1552=14662,75Для 1000°С Н = 16746,74+ 1552=16471,8Для 1100°С Н = 16746,74+ 1552=18298,74Для 1200°С Н = 18420,57+1707,2=20127,77Для 1300°С Н = 20133,6+ 1861,43=21995,03Для 1400°С Н = 22151,13+ 2020,51=24171,64Для 1500°С Н = 23617,83+ 2179,59=25797,42Для 1600°СН = 25382,7+ 2338,67=27721,37Для 1700°С Н = 27152,16+ 2496,78=29648,94Для 1800°С Н = 30194,5+ 2655,86=32850,36Для 1900°С Н = 30743,3+ 2818,82=33562,12Для 2000°С Н = 32529,7+ 2981,78=35511,48Для 2100°С Н = 34351,27+ 3144,74=37496,011-й конвективный пучокДля 300°С Н = 4149,58+ 587,82=4737,4Для 400°С Н = 5601,45+ 790,065=6391,52Для 500°С Н = 7094,66+ 998,13=8092,79Для 600°С Н = 8610+ 1210,56=9820,56Для 700°С Н = 10171,28+ 1428,81=11600,09Для 800°С Н = 11996,9+ 1649,97=13646,87Для 900°С Н = 13416,3+ 1869,68 =15285,98Для 1000°С Н = 15075+2095,2=17170,22-й конвективный пучокДля 200°С Н = 2738,15+647,5=3385,65Для 300°С Н = 4149,58+979,7=5129,28Для 400°С Н = 5601,45+1316,8=6918,25Для 500°С Н = 7094,66+1663,6=8758,26Для 600°С Н = 8610+2017,6=10627,6Для 700°С Н = 10171,28+ 2381,35=12552,35Водяной экономайзерДля 100°С Н = 1353,62+ 451,535=1805,155Для 200°С Н = 2738,15+906,465=3644,625Для 300°С Н = 4149,58+ 1371,58=5521,16Для 400°С Н = 5601,45+ 1843,485=7444,935Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2.Таблица 2. Энтальпия продуктов сгорания.Поверхность нагреваt °CI0вкДж/м3I0гкДж/м3IвизбкДж/м3IкДж/м3Верх топочной камеры, фестон,αт=1,121002000190018001700160015001400130012001100100090080031447,429817,828188,226558,624967,823386,721795,920205,118614,317072155201396812464,510999,834351,2732529,730743,330194,527152,1625382,723617,8322151,1320133,618420,5716746,741507513416,311996,93144,7429817,82818,822655,862496,782338,672179,592020,511861,431707,215521396,81246,451099,9837496,0135511,4833562,1232850,3629648,9427721,3725797,4224171,6421995,0320127,7718298,7416471,814662,7513096,881–йконвективный пучок,кп1=1,1510009008007006005004003001396812464,510999,89525,48070,46654,25267,13918,81507513416,311996,910171,2886107094,665601,454149,582095,251869,681649,971428,811210,56998,13790,065587,8217170,215285,9813646,8711600,099820,568092,796391,524737,42–йконвективный пучок,кп2=1,257006005004003002009525,48070,46654,25267,13918,82589,910171,2886107094,665601,454149,582738,152381,352017,61663,61316,8979,7647,512552,3510627,68758,266918,255129,283385,65Водяной экономайзер,αэк=1,354003002001005267,13918,82589,91290,15601,454149,582738,151353,621843,4851371,58906,465451,5357444,9355521,163644,6151805,155По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.4. Тепловой баланс котла4.1 Определяем потерю тепла с уходящими газамиРасчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником 1.При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.4.1.1 Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, %,q2=(Нух-бух- Нхв0.)Qнр*(100-q4)где: Нух- энтальпия уходящих газов при tух и бух , (кДж/м3)Н0хв. –энтальпия воздуха, поступающего в котлоагрегат (кДж/м3)tх.в. – температура холодного воздуха, равна 30ºС = 303 КQрн –низшая теплота сгорания топлива 36680 (кДж/м3), источник 1, табл. 2.2q4 – потери теплоты от механического недожога, %, для газа q4 = 0Н0хв.= 39,8*V0где: V0 – теоретический объем сухого воздухаН0хв.= 39,8*9,7 = 386,06Нух- определяется по таблице 2, при соответствующих значениях бух и выбранное температуре уходящих газов tух =155°С,Нух =2816,86q2=(2816,86-1,38- 386,06.)10036680=6,264.1.2 Потери теплоты q3, q4, q5 принять согласно источнику 1.q3 - потеря теплоты от химической неполноты сгорании, q3 = 0,5 %, таблица 4.4, источник 1.q4- потеря теплоты от механической неполноты горения, q4 = 0q5 -потеря теплоты от наружного охлаждения, определяется по номинальной производительности парогенератора (кг/с), D=6,5 т/чDном.=6,5*10003600=1,8 кг/спо таблице 4-1, источник 2, находим q5=2,4 %4.1.3 Потери с физическим теплом шлаков q6 % определить по формуле:q6=бШЛ АР(ct)золыQНРгде: бШЛ - доля золы топлива в шлаке, бШЛ =1- бун , бун - принимается по таблице 4.1 и 4.2, источник 1. бун =0; q6=04.1.4 Определить к.п.д. брутто.К.П.Д брутто можно определить по уравнению обратного баланса, если известны все потери:ηбр= 100 – (q2+q3+q4+q5+q6)ηбр= 100 – (6,26+0,5+2,4)=90,844.1.5 Определим расход топлива, Впг (кг/с и т/ч), подаваемого в топку котла:Впг=Qп.гQррηбр100где: Впг – расход топлива подаваемого в топку парогенератораQрр – располагаемая теплота, 36680 (кДж/кг)Qп.г – полезная мощность парового котла (кВт)Qпг=Дн.п(hнп-hпв)+0,01pДн.п(h - hпв)Где: Дн.п –расход выбранного насыщенного пара,Dн.п=6,5*10003600=1,8hп.в - энтальпия питательной воды, 4,19*100 =419hнп – энтальпия насыщенного пара, hнп=2789h – энтальпия перегретого пара, h= 826р – продувка парогенератора, 3,0 %Qпг=1,8(2789-419)+0,01*3*1,8(826- 419)=4287,98Впг=4287,9836680*90,84100=0,129Определим расчетный расход топлива, ВрВр=Впг(1-q4/100),Вр= Впг=0,129Определяем коэффициент сохранения теплоты:φ=1-q5hбр+q5φ=1-2,490,84+2,4=0,9745. Расчет топочной камерыРасчеты топочной камеры производятся по формулам с источника 1.Задаем температуру продуктов сгорания на выходе из топки t”Т=1100°С.Для принятой по таблице 2 определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки Н”Т=18298,74 кДж/м35.1 Определим полезное тепловыделение в топке,QТ (кДж/м3).QT=Qpp100-q3-q4-q6100-q4+Qвгде: Qв –теплота, вносимая в топку воздухом, (кДж/м3)Qв=α”Т*Н0хвгде: Н0хв – энтальпия теоретического объема воздуха, (кДж/м3)Н0хв =386,06Qв=1,1*386,06=424,7QT=36680100-0,5100+424,7=36921,35.2 Определим коэффициент тепловой эффективности экранов, ψψ=х*ζгде: Х- угловой коэффициент, показывающий какая часть лучистого полусферического потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависящей от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене; значение Х определяется по рис 5,3 источник 1,Х=0,98ζ – коэффициент, учитывающий снижение тепло воспламенения экранных поверхностей нагрева, принимаем по таблице 5.1, источник 1ζ =0,65ψ=0,98*0,65=0,6375.3 Определяем эффективную толщину излучающего слоя, s (м)S=3,6 VT / FСТгде: VТ – объем топочной камеры, (м3). VТ= 11,2 источник 1, таблица 2,9.FСТ –поверхность стен топочной камеры, (м2). FСТ=29,97 источник 1, таблица 2,9.S=3,6 *11,2/ 29,97=1,355.4 Определим коэффициент ослабления лучей k, (м*Мпа)-1k =kГrп+kсгде: rп – суммарная объемная доля трехатомных газов ,берется из таблицы 1,rп=0,2068kГ – коэффициент ослабления лучей трехатомных газов, (м*Мпа)-1kГ=7,8+16*rH2O3,16рп*S-11-0,37ТТ"1000где: rН2О –объемная доля водяных паров, берется из таблицы, rН2О=0,188Т”Т –абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К, Т”Т =1373рп - парциальное давление трехатомных газов, МПа;рп = rп*рр –давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается р = 0,1 МПа).рп =0,277 *0,1=0,0277kГ=7,8+16*0,1883,160,0277*1,35-11-0,3713731000=8,84kс – коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м*Мпа)-1kс=0,3(2-бТ)1,6ТТ"1000-0,5СРНРгде: Нр,Ср – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.СрНр=0,12mnCmInСрНр=0,121495,5+262,7+380,4+4100,2+5120,1=3,006kс=0,32-1,11,613731000-0,53,006=1,377k = 8,38*0,2068+1,377 =3,115.5 Определяем степень черноты факела, αф.Для жидкого и газообразного топлива степень черноты факела определяется по формуле:аф =mасв+(1-m)аГгде: m- коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненого светящейся частью факела, принимаем по таблице 5,2 источник 1, m = 0,119.асв ,аГ – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящемся трехатомными газами:Определяем степень черноты светящейся части факела, αГaсв=1-е-kГrп+kcpsе –основание натуральных логарифмов, е=2,718асв=1-2,718 –(8,84*0,277+1,377)0,1*1,35 =0,41Определяем степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, αГ;бГ=1-е-kГrпpsαГ=1-2,718 - 8,84*0,277*0,1*1,35 = 0,28аф =0,119*0,41+(1-0,119)0,28=0,2965.6 Определяем степень черноты топки, αТбТ=бфбф+(1-бф)шсрбТ=0,2960,296+1-0,2960,637= 0,45.7 Определяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для газа принимаем:М=0,485.8 Определяем среднею суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м3 газа при нормальных условиях, VСср, [кДж/(м3*К)].VCср=QТ- НТ"Та-ТТ"где: Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяется по таблице 2 по значению QТ , равному энтальпии продуктов сгорания, Н Та=2071+273=2344Т”Т – температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, КТ”Т=1373Н”Т –энтальпия продуктов сгорания берется из таблицы 2 при принятой на выходе из топки температуре, кДж/кгН”Т =18298,74QТ – полезное тепловыделение в топкеQТ=36921,3VCср=36921,3- 18298,742344-1373=19,185.9 Определяем действительную температуру на выходе из топки ϑТ",(°С) по номограмме (рис. 5,7) источник 1ϑТ"=ТаМ5,67шсрFстбТТа31011цВрVCср0,6+1-273ϑТ"=23440,485,67*0,637*29,97*0,4*234431011*0,974*0,129*19,180,6+1-273=11066. Расчет конвективных пучков6.1 Расчет первого конвективного пучкаРасчет конвективных пучков производится по формулам с источника 1.Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода υ" = 400°С и υ’ = 300 °С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.6.1.1 Определяем теплоту Q6 ,кДж/кг, отданную продуктами сгоранияQ6= φ (Нi + Н” + ∆αк*Нoпрс)где: φ – коэффициент сохранения теплотыНi – энтальпия продуктов сгорания на выходе в поверхность нагрева, кДж/м3, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры.Нi = 18408,48Н” – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3∆αк – присос воздуха в поверхность нагреваНoпрс – энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30°С , кДж/м3QБ= φ (Нi - Н” + ∆αк*Нoпрс)Q400 Б=0,974(18408,48-6391,52+0,05*386,06)=11723,3Q300 Б=0,974( 18408,48-4737,4+0,05*386,06)=13334,46.1.2 Определяем расчетную температуру потока ϑ , °С, продуктов сгорания в газоходеϑ=ϑ´ + ϑ"2aгде: ϑ´ - температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, °Сϑ" - температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, °Сϑ400= 1106+4002=753ϑ300= 1106+3002=7036.1.3 Определяем температуру напора ∆t, °С∆t = ϑ - tкгде: tк – температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, °С∆t = ϑ - tк∆t400 = 753-194,1=558,9∆t300 = 703-194,1=508,96.1.4 Определяем среднюю скорость ωГ , м/с, продуктов сгорания в поверхности нагреваωГ=Вр*VГ*(ϑ+273)F*273где: Вр – расчетный расход топлива, кг/сF – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2VГ – объем продуктов сгорания на 1 кг жидкого топливаϑ - средняя расчетная температура продуктов сгорания, °СωГ=Вр*VГ*(ϑ+273)F*273ωГ400=0,129*12,155*(400+273)0,21*273=18,4щГ300=0,129*12,155*(300+273)0,21*273=15,76.1.5 Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией αк , Вт/(м2*К), щт продуктов сгорания к поверхности нагрева, при поперечном омывании коридорных пучковαк= αнсzсsсфгде: αк –коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис.6,1источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковα400 к=67α300 к=58сz – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по номограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс400 z=0,98с300 z=0,98сs – поправка на компоновку пучка; определяется по номограмме рис.6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс400 s=1с300 s=1сф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по монограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс400 ф=1,04с300 ф=1,03α400 к= 67*0,98*1*1,04=68,3α300 к= 58*0,98*1*1,03=58,56.1.6 Определяем степень черноты газового потока , a , по номограмме рис. 5.