Расчетно-пояснительная записка теплового расчета парового котла типа КВ-ГМ (30-150)

Содержание

1. Описание котла КВ-ГМ-30-150
1.1Технические характеристики котла КВ-ГМ-30-150
1.2Конструктивные характеристики котла
1.3Топочное устройство котла КВ-ГМ-30-150
1.4Принцип работы
2. Тепловой расчет котла КВ-ГМ-30-150
2.1 Тепловой баланс котла и расход топлива
2.2 Расчет теплообмена в топке
2.3 Расчет конвективного пучка
2.4 Сводная таблица теплового расчета котла и расчетная невязка теплового баланса
3. Расчет фестона
4. Расчет конвективного пароперегревателя
4.1 Ступень II
5. Расчет экономайзера
Список литературы

Расчетно-пояснительная записка теплового расчета парового котла типа КВ-ГМ (30-150)

м
2,138
Полная высота топки
Hт
по конструктивным размерам
м
2,05
Высота расположения горелок
hт
по конструктивным размерам
м
1,65
Относительный уровень расположения горелок
xт
−
0,8
Параметр, учитыв. характер распределения т-ры в топке
M
−
0,35
Коэф. избытка воздуха на выходе из топки
αт
Табл. 1−1
−
1,14
Присос воздуха в топке
Δαт
Табл. 2−2 [2]
−
0,06
Температура холодного воздуха
t хв
По выбору
С
30
Энтальпия присосов воздуха
I0прс
Табл. 1−3
кДж/м3
385,3
Кол-во теплоты, вносимое в топку воздухом
Qв
кДж/ м3
20,7
Полезное тепловыделение в топке
Qт
кДж/ м3
36601,47
Адиабатическая температура горения
а
Табл. 1−4
С
1996,6
Температура газов на выходе из топки
т
По выбору, табл. 5−3 [2]
С
1050
Энтальпия газов на выходе из топки
Iт
Табл. 1−4 [2]
кДж/м3
19929,29
Средняя суммарная теплоем. продуктов сгорания
Vccp
17,61
Объемная доля:
Водяных паров
Трехатомных газов
Табл. 1−2 [2]
Табл. 1−2 [2]
−
−
0,178
0,084
Суммарная объемная доля трехатомных газов
rn
Табл.1-2 [2]
−
0,262
Коэф. ослабления лучей
трехатомными газами
kг
kкокс
Рис. 5−5 [2]
Стр. 31 [2]
1/
мМПа
6,76
Коэф. ослабления лучей топочной средой
k
k г rn+ k кокс χ1 χ2
1/ мМПа
1,77
Степень черноты факела
aф
1 − е− kps
−
0,307
Степень черноты топки
aт
-
Тепловая нагрузка стен топки
qF
кВт/м2
Температура газов на выходе из топки
т
Рис. 5−8 [2]
С
1090
Энтальпия газов на выходе из топки
Iт
Табл. 1−4 [2]
кДж/м3
20768,49
Общее тепловосприятие топки
Qлт
φ(Qт − Iт)
кДж/м3
14249,6
Средняя тепловая нагрузка лучевосп. поверхности топки
qсрл
кВт/м3
117,6
2.3 Расчет конвективного пучка
Конвективными называют такие поверхности нагрева, в которых процесс передачи теплоты осуществляется путем конвективного теплообмена.
конвективные пучки получают теплоту не только путем конвективного теплообмена, но и теплоту прямого излучения топки. При расчете такой поверхности нагрева используют методику расчета конвективных поверхностей нагрева с учетом тепловосприятия прямого излучения топки.
Таблица 2.3.1 Тепловой расчет конвективного пучка
Величина
Обозначение
Формула или способ определения
Единица
Расчет
Полная площадь поверхности нагрева
Н
По конструктивным размерам (табл. II−9 [2])
м2
592,6
Диаметр труб
d
По конструктивным размерам
мм
0,028
Средняя длина труб
l
По конструктивным размерам
м
0,75
Поперечный шаг труб
s1
По конструктивным размерам
м
0,064
Продольный шаг труб
s2
По конструктивным размерам
м
0,04
Относительный поперечный шаг труб
s1/d
По конструктивным размерам
-
2,29
Относительный продольный шаг труб
s2/d
По конструктивным размерам
-
1,43
Размеры поперечного сечения газохода
A
B
По конструктивным размерам
м
м
2,3
2,88
Эффективная толщина излучающего слоя
s
м
0,084
Температура газов перед конвективным пучком

т − из расчета топки
С
1090
Энтальпия газов перед конвективным пучком
I
Iт − из расчета топки
кДж/м3
20768,49
Температура газов за конвективным пучком

По выбору (стр. 53 [2])
С
160
Энтальпия газов за конвективным пучком
I
По I− таблице
кДж/ м3
2705,5
Количество теплоты, отданное конвективному пучку
Qг
φ(I − I)
кДж/ м3
18376,5
Средняя температура газов
ср
0,5( + )
С
625
Коэффициент теплоотдачи конвекцией
αк
αн  Сz  Cs  Cф,
рис. 6−5 [2]
105,84
Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока
kps
(kгrn + kзлзл)  p  s
60,98
Степень черноты излучающей среды
a
1 − е − kps
−
0,12
Коэффициент тепловой эффективности
ψ
Стр. 48 [2]
С
0,8
Температура загрязнения стенки трубы
tст
tкип + Δt
С
135
Коэффициент теплоотдачи излучением
αл
αн  a
11
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
α1
ξ(αк + αл)
116,84
Тепловосприятие конвективного пучка
ε0
ψ1
92
Температурный напор на входе в пучок
tб
-t
C
940
Температурный напор на выходе из пучка
tм
-t
С
90
Средний температурный напор
Δt
Табл. 6−1 [2]
С
353
Расхождение расчетных тепловосприятий
ΔQ
%
0,8
2.4 Сводная таблица теплового расчета котла и расчетная невязка теплового баланса
Таблица 2.4.1 Тепловой баланс котла
Величина
Обозначение
Единица
Результат
Располагаемая теплота топлива
Qрр
кДж/м3
36764,6
Температура уходящих газов
ух
С
160
Потери теплоты с уходящими газами
q2
%
6,99
КПД

%
90,6
Расход топлива на котел
Вр
м3/с
1,047
Топка
Теплота, вносимая воздухом
Qв
кДж/м3
20,7
Полезное тепловыделение
Qт
кДж/м3
36601,47
Температура газов на выходе из топки
т
С
1090
Энтальпия газов на выходе из топки
Iт
кДж/м3
20768,49
Тепловосприятие
Qл
кДж/м3
16211,2
Конвективный пучок
Температура газов на входе

С
1090
Температура газов на выходе

С
160
Энтальпия газов на входе
I
кДж/м3
21152,67
Энтальпия газов на выходе
I
кДж/м3
2705,5
Тепловосприятие
Q
кДж/м3
18392,8
Невязка теплового баланса составила 1,8 %, расчет считаем верным.
3. Расчет фестона
Поверочный тепловой расчёт фестона сводится к определению количества тепла, воспринимаемого фестоном. Количество теплоты, воспринимаемое фестоном, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает 5%, то расчёт считается выполненным.
Конструктивно фестон состоит из труб заднего экрана, но размещенных с увеличенным поперечным S1=200÷300 мм и продольным S2=250÷400 мм шагами. При этом трубы фестона разводятся в несколько рядов Z2. Иногда фестон выполняется из труб большего диаметра (около 100 мм), расположенных в один ряд (S1=400÷800 мм).
Из расчета топки для предыдущей поверхности нагрева известными являются температура и энтальпия газов перед фестоном. Температура газов за фестоном принимается с последующей проверкой и уточнением ее. Кроме этого, она должна быть увязана с условиями обеспечения надежной работы пароперегревателя. Согласно [1] охлаждение дымовых газов в фестоне можно предварительно принять для однорядных фестонов (z2=1) 7–10 ○С, для двухрядных – 15–20 ○С, для трехрядных фестонов – 30–40 ○С и для четырехрядных – 50–60 ○С (меньшее значение для влажного топлива, большее – для сухого). Количество рядов по ходу газов в фестоне Z2 принимается из чертежа котла.
Температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла, температурный напор определяется по формуле
,
где = 0,5() – средняя температура газов в фестоне, ○С; tн − температура кипения при давлении в барабане.
Объем газов на единицу топлива Vг определяется по избытку воздуха на выходе из топки.

Геометрические параметры фестона

Геометрические параметры фестона принимаются по паспортным данным котла:
− наружный диаметр труб dH = 60 мм;
− число рядов труб по ходу движения газов Z2 = 4;
− поперечный шаг труб S1 = 256 мм;
− продольный шаг труб S2 = 180 мм;
− расположение труб - шахматное;
− размер поверхности нагрева Fф=126.9 м2;
− живое сечение для прохода газов f =42.3 м2.
Расчёт энтальпии дымовых газов на выходе из фестона

Температуру дымовых газов перед фестоном принимаем равной температуре газов на выходе из топки.
==1050 С,
= =19929.3 кДж/кг.
Температуру дымовых газов за фестоном определяем по формуле:
= -ф=1120−70=980 С,
где принимаем =70 С – охлаждение газов в фестоне.
Энтальпия дымовых газов на выходе из фестона:
кДж/кг.
Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, по уравнению теплового баланса

Теплота, воспринимаемая фестоном, складывается из двух составляющих:
Qф = Qб.ф+Qл.ф
1) Теплота, отданная газами Qб.ф, кДж/кг, рассчитывается по формуле (5.5) [1] по (уравнению теплового баланса)
где  – коэффициент сохранения теплоты, учитывает потери теплоты поверхностью нагрева в окружающую среду,   = 0,99;
– энтальпия газов соответственно на входе в фестон и на выходе из фестона, кДж/кг;
 – изменение коэффициента избытка воздуха в поверхности охлаждения (фестона),  =0;
– энтальпия присасываемого воздуха, кДж/кг.
кДж/кг.
2) Теплота Qл.ф, кДж/кг, полученная фестоном излучением из топки, определена ранее (таб. 2.2.1)
Qл.ф = 14249.6 кДж/кг
Тепло, полученное фестоном излучением из топки:
кДж/кг;
кДж/кг.
 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, теплопередачей
Количество тепла , кДж/кг, передаваемое фестону по условию теплопередачи определяем по формуле (6.1) [1]:
,
где – расчетная теплообменная поверхность фестона, м2;
– коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К);
– усредненный по всей теплообменной поверхности температурный напор, С;
– расчетный расход топлива, кг/с.
1) Усредненный температурный напор определяем по рекомендациям, изложенным в [1] (см. стр. 148), при неизменной температуре одной из сред. Температуру пароводяной смеси в фестоне определяем по табл. XXIII [1] как температуру насыщения при давлении в барабане котла рбар = 11МПа, tф = 318,04 С:
○ С;
○ С.
Усредненный температурный напор определяем по формуле (6.47) [2]:
○С.
2) Расчетную скорость м/с, газов в фестоне определяем по формуле (6.7) [1]:
,
где – полный объем газов при сжигании 1 кг топлива при 0,1 МПа и 0 С, определяемый по среднему избытку воздуха в газоходе, м3/кг,
– средняя температура дымовых газов в газоходе, С, (определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее);
 – живое сечение фестона (сечение для прохода газов), м2.
○С.
м/с.
3) Коэффициент теплопередачи , Вт/(мК), определяем по следующей формуле (см. табл. 6.1 [1]):
,
где  – коэффициент тепловой эффективности, принимается по табл. 6.4 [1], =0,67;
– коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, Вт/(мК).
4) определяется по формуле (6.5) [1]:
,
где – коэффициент использования поверхности нагрева, учитывает неравномерное омывание поверхности газами (см. стр. 119 [1]), принимаем =1;
– коэффициент теплоотдачи конвенций от газов к поверхности нагрева, Вт/(мК);
– коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, Вт/(мК).
Количество тепла, передаваемое фестону по условию теплопередачи определяем по формуле:
кДж/кг.
Невязка баланса теплот

Невязка баланса теплот для фестона рассчитывается по формуле:
Невязка теплового баланса для фестона не превышает допустимого значения ±5 %, расчет фестона считается законченным.
4. Расчет конвективного пароперегревателя
4.1 Ступень II
Наимено-
вание
Обоз-
Нач.
Разм.
формула
расчёт
1
2
3
4
5
Температура газов на входе
’
0C
Из расчетов
1050
Температура газов на выходе
’’
0C
Из расчетов
940
Температура пара на входе
tп’
0C
Из расчетов
472,28
Температура пара на выходе
tп’’
0C
Из расчетов
540
Тепловос-
приятие по балансу
кДж/кг
Из расчетов
1839.2
Температурный напор
0C
Проходное сечение газов
м2
Число труб в одном ряду
z1
шт
Скорость газов
Wг
м/с
Проходное сечение по пару
м2
zз=3 , zp=1 , zпот=1
Скорость пара
Wп
м/с
Wn/n=17.38/0.0222=783
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару
Вт__
м2·К
Номограмное значение
Вт__
м2·К
по номограмме 7 [1] по
рср , Wп , tср
3370
Поправка на диаметр
Сd
-
по номограмме по
dвн=0.02
1.08
Коэффициент теплоотдачи конвекции
Вт__
м2·К
79·0.925·1·1,02=74,54
Номограмное значение
Вт__
м2·К
по номограмме 5 [1]по Wг = 9,83 , d=32 мм
79
Поправка, учитывающая шаги
Сs
-
по номограмме 5 [1]
по 1=2,8, 2=1,5
0,925
Поправка на фракционный состав топлива
Сф
-
по номограмме 5 [1]

1.02
Коэффициент
излучения
Номограмное значение
Вт__
м2·К
по номограмме 6 [1]
по ср =815, tз=512.1
175
Температура загрязнённой стенки
tз
0C
Толщина излучающего слоя
S
м
Степень черноты газов
аг
-
по номограмме 2 [1]
по KPS=KгPSrn
33∙0.267∙0.1∙0.125=0.117
аг = 0.11
Коэффициент поглощения трехатомными газами
Кг
По номограмме 3 [1] по rH20 =0,18
PnS = prn0S∙100
ср=822
0,1∙0,267∙0,123∙100=0,33
Кг = 33
Поправка учитывающая запыленность потока
Сг
-
по номограмме 6 [1]
по ср=815
tз=512.1
0,965
Коэффициент теплопередачи
К
Вт__
м2·К
Коэффициент тепловой эффективности
ψ