Тепловой расчет парового котлоагрегата

Введение 3
1. Общая часть 5
1.1 Технологическое назначение котельной установки 5
1.2 Краткое описание котельного агрегата. 10
1.3 Контроль качества сварных соединений 14
2. Расчет котельного агрегата 26
2.1 Расчет объема воздуха и продуктов сгорания 26
2.2 Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания 30
2.3 Расчет КПД и расхода топлива 37
2.4 Расчет топки 41
2.5 Расчет конвективной поверхности котельного агрегата: пучков котла 45
Заключение 51
Список использованной литературы 52

поверхность нагреватемпература после поверхности нагрева °Cформула (12)формула (13)формула (14)I, формула (15)верх топочной камеры фестон α =1,490077109195.0541510,13210705.1861000864010336.5461692,28812028.8341100960011487.9581880,3213368.27813001151415029.7382255,208817284.94614001249815627.2542447,941618075.19515001348216219.3062640,67318859.97916001446617433.024 20270.38617001544418650.018 21680.79418001642819873.5043217,69723091.20119001743621117.1043415,13124532.235пароперегреватель α =1,4350041164845.444866,6515712.09560049925886.8441051,0986937.94270058926962.6881240,5998203.28780068048066.5861432,6279499.21390077109195.0541623,391910818.4461000864010336.5461819,209612155.756конвективные пучки α =1,4820016021857.446376,5342233.9830024242823569,7363392.73640032583818.628765,764584.38850041164845.444967,4245515.86860049925886.8441173,3197060.16370058926962.6881384,8558347.543водяной экономайзер α =1,5620016021857.446439,2892296.73530024242823664,6933487.69340032583818.628893,3874712.015воздухоподогреватель α =1,62100798914.694242,2671156.96120016021857.446486,3562343.8022.3 Расчет КПД и расхода топливаКоэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия – для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т.д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяются по выбранной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте – нетто.1 Определяют располагают теплоту при сжигании топлива ,кДж/кг, по формуле (16)где - низшая теплота сгорания рабочей массы, кДж/кг; - теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром или другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, кДж/кг; - физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг;- теплота, вносимая в агрегат при паровом распылении мазута, кДж/кг;- теплота, затраченная на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев).=22890 кДж/кг2 Определяют потерю теплоты от механической неполноты горения, по таблице 4.1 [1] и 4.2 [1].q=7,5 %3 Определяют потерю теплоты с уходящими газами при сжигании топлива , %, по формуле (17)где - энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 2 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов С, - энтальпия теоретического объема холодного воздуха при tВ=30°C , кДж/кг, определяются по формуле=39,8·Vo (18)=39,8·6,0=238.8 кДж/кггде - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берется из таблицы 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева ; %4 Определяют потерю теплоты от химической неполноты сгорания при сжигании мазута q3=0,5.q3=0,55 Определяют потерю теплоты от наружного охлаждения при сжигании топлива q5 , %, по формуле (19)где q5 - потеря теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла определяется по таблице 4.5 [1];Dном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.q5=2,9·=2,236 Определяют полезную мощность парового котла QПГ , кВт, по формуле Qпг=Dпе·(iп.п-iп.в)+Dн.п·(iн.п-iп.в)+0,01p·(Dпе+Dн.п)·(iкип-iп.в), (20)где Dпе – расход выработанного перегретого пара, кг/с;Dн.п – расход выработанного насыщенного пара, кг/с; Dпе= Dн.п;iп.п ,iп.в ,iн.п ,iкип – энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла, кДж/кг;р – непрерывная продувка парового котла, % учитывается только при Р>2.iп.п=2850iкип= iн.п=2800iп.в=376Qпг=1,44·(2850-376)+1,44·(2800-376)+0,01·3·(1,44+1,44)·(2800-376)=7262.55367 Определяют потерю теплоты в виде физической теплоты шлаков и потерю от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла при сжигании мазута q6 , %, по формулеq6= q6 шл+ q6 охл (21)q6=08 Определяют КПД брутто парового котла ηбр , %, из уравнения обратного теплового баланса по формулеηбр=100 – (q2+q3+q4+q5+q6) (22)ηбр=100 – (7,91+0,5+7,5+2,23+0)=81,86 %9 Определяют расход топлива Впг, кг/с, подаваемого в топку парового котла, из уравнения прямого теплового баланса по формулеВпг= (23)Впг= кг/с10 Определяют расчетный расход топлива для твердого топлива Вр=ВпгВр=0,3876·(1 - )=0,358511 Для последующих расчетов определяют коэффициент сохранения теплоты φ , по формуле (24)2.4 Расчет топкиИсходные данные:1 Предварительно задается температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры ϑ=1000°C.2 Определяют полезное тепловыделение в топке при сжигании топлива Qт , кДж/кг, по формуле (25)где QB – теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/кг.QT= кДж/кг3 Определяют коэффициент тепловой эффективности экранов при сжигании мазута ψ, по формулеψ=х·ζ (26)где х – угловой коэффициент;ζ - коэффициент тепловой эффективности, берется из таблицы 5.1 [1].ψ=0,92·0,35=0,3224 Определяют эффективность толщины излучающего слоя при сжигании топлива s, м, по формуле (27)где VT – объем топочной камеры, м3;FCT – поверхность стен топочной камеры, м2; м5 Определяют коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами kc, (м·МПа)-1, по формуле (28)где СР ,НР – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.kc=0,3·(2-1,4)·(1,6·-0,5)·=4,1148 (м·МПа)-16 Определяют коэффициент ослабления лучей. При сжигании твердого топлива коэффициент ослабления лучей k, (м·МПа)-1, по формулеk=kг·rп+kзл·µзл+kк (29)где kг – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяется по рисунку 5.4 [1], (м·МПа)-1;rп – суммарная объемная доля трехатомных газов берется из таблице 1;kзл - коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы определяют по рисунку 5.5 [1], 0,055 (м·МПа)-1Рп=rпт·pp=0,1Рп=0,208·0,1=0,0264kг=10Рп·s=0,0208·1,191=0,02477µзл=аун=0,95µзл=kк=0,5k=kг·rп+kзл·µзл+kкk=10·0,208+0,055·10+0,5=3,13(м·МПа)-17 Для твердого топлива степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомным газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами; значение аг определяется, по формулеаг=1-е-kps (30)kps=3,13·0,1·1,191=0,3728аг=1-0,645=0,3118 Определяют степень черноты топки: для камерных топок при сжигании твердого топлива ат, по формулеат= (31)где а – степень черноты факела, определяют по рисунку 5.6 [1]; - коэффициент тепловой эффективности определяется по формуле (26).а=0,72ат=9 Принимают параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки (хт) при сжигании топлива М=0,48.10 Определяют среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях Vccp, кДж/(кг·К), по формулеVccp= (32)где Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из таблицы 2 по значению QT равному энтальпии продуктов сгорания Ia; - температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К; - энтальпия продуктов сгорания берется из таблицы 2 при принятой на выходе из топки температуре;Qт – полезное тепловыделение в топке.Та= КТа=1777+273=2050 °C=12028,834Vccp= кДж/(кг·К)11 Определяют действительную температуру на выходе из топки при сжигании мазута , °C, по формуле (33)Расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки не превышает 100°C, расчет считается оконченным. 2.5 Расчет конвективной поверхности котельного агрегата: пучков котлаКонвективной поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получение пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пара. Продукты сгорания передают теплоту у наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней, теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс называемый теплопередачей.1 Предварительно принимаются два значения температуры продуктов сгорания =200°C и =300°C.2 Определяют теплоту, отданную продуктами сгорания при сжигании топлива Qб, кДж/кг, по формуле (34)где φ – коэффициент сохранения теплоты определяется по формуле (24); - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева определяется по таблице 2 при двух предварительно принятых температурах после конвекции поверхности нагрева;∆αк – присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее; - энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, определяется по формуле (18).∆αк=1,455=238.83 Определяют расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе ϑ, °C, по формуле (35)где ϑʹ и ϑʹʹ - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее. °C °C4 Определяют среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева ɷг, м/с, по формуле (36)где Вр – расчетный расход топлива, м3/с;F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;Vr – объем продуктов сгорания на 1 м3 газа (из расчетной таблицы 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха);ϑ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, °C; м/с м/с5 Определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывание коридорных и шахматных пучков и ширм αк, по формулеαк=αн·сz·сs·сф (37)где αн - коэффициент теплоотдачи, определяемый по рисунку 6.1 [1], при поперечном омывание коридорных пучков;сz – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяют по рисунку 6.1 [1];сф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяемый по рисунку 6.1 [1], при поперечном омывание коридорных пучков;сs – поправка на компоновку пучка, по рисунку 6.1 [1].αн=82rH2O эк=0,078сф 300=1,03сф 200=1,05αк 300=82·1·1,03·1=84,46αк 200=82·1·1,05·1=86,16 Определяют толщину излучающего слоя для гладкотрубных пучков s, м, по формуле (38)где S1 – поперечный шаг труб, мм;S2 – продольный шаг труб, мм;d – диаметр труб конвективных пучков, мм.s= м7 Определяют степень черноты газового потока kps, по формулеkps=(kr·rn+kзл·µ)·ps (39)где kr – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяются по рисунку 5.4 [1];kзл– коэффициент ослабления лучей золовыми частицами при сжигании твердого топлива, в слоевых и факельно-слоевых топках принимается kзл=0;µ - концентрация золовых частиц;p – давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа.Pkn=rkn·p=0,192·0,1=0,0192Pn·s=0,0192·0,20136=0,00387kr200=35kr300=33aун=0,95kps200=(35·0,192+0,055·9.258)·0,1·0,20136=0,1456kps300=(33·0,192+0,055·9.258)·0,1·0,20136=0,13788 Определяют коэффициент теплоотдачи αл, Вт/(м2·К) учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, для незапыленного потока по формулеαл=αн·α (40)где αн - коэффициент теплоотдачи, определяется по рисунку 6.4 [1];α – степень черноты.α200=0,2α300=0,18αн200=90αн300=65αл200=90·0,2=18 Вт/(м2·К)αл300=65·0,18=11,7 Вт/(м2·К)9 Определяют суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева α1, Вт/(м2·К), по формулеα1=ξ·(αк+αл) (41)где ξ – коэффициент использования, для поперечно омываемых пучков принимается ξ=1.α1200=1·(86,1+18)=104,1 Вт/(м2·К)α1300=1·(84,46+11,7)=96,16 Вт/(м2·К)10 Определяют коэффициент теплоотдачи К, Вт/(м2·К), по формулеК=ψ·α1 (42)где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из таблицы 6.2 [1];ψ=0,65К200=0,65·104,1=67,665 Вт/(м2·К)К300=0,65·96,16=62,504 Вт/(м2·К)11 Определяют большую и меньшую разность температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости ∆t б, ∆t м, °C, по формуле∆t б=ϑʹʹm-100 (43)где ϑʹʹm – действительная температура на выходе из топки, °C.∆t б=ϑт=1061 °C∆t м200=200-tпит в∆t м200=200-100=100 °C∆t м300=300- tпит в∆t м300=300-100=200 °C12 Определяют температурный напор ∆t, °C, для прямотока, перекрестного тока с числом ходов более четырех или постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверхности нагрева) как среднелогарифмическая разность температур по формуле (44)где ∆t б и ∆t м – большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.13 Определяют количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого твердого топлива Qт, кДж/кг, по формуле (45)где К – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);Н – площадь поверхности нагрева конвективных пучков, м2;Вр – расчетный расход топлива кг/с.14 По полученным двум значениям Qб и Qт производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Точка пересечения прямых указывает на расчетную температуру продуктов сгорания ϑ=330°C.ЗаключениеВ данном курсом проекте были раскрыты вопросы технологическое назначение котельной установки, краткое описание котельного агрегата ДКВР 4-13, контроль качества сварных соединений.В данном курсовом проекте был выполнен поверочный расчет котла ДКВР 4-13, работающего на твердом топливе уголь марки ДР (Грамотейский бассейн). Произвели расчет объема воздуха и продуктов сгорания, энтальпию воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива и произвела расчет конвективной поверхности котельного агрегата: пучков котла. В курсом проекте рассчитали необходимою теплоту при сжигании топлива, потери тепла, расход топлива и полезную мощность парового котла ДКВР 4-13. Для определения расчетной температуры продуктов сгорания произвели графическую интерпретацию, при этом температура на выходе из конвективной поверхности равна ϑ=330°C.Список использованной литературы:Клюев А.С., Говарнов А.Г. “ Наладка систем автоматического регулирования котельных агрегатов”, Москва, “Энергия”, 1970Плетнев Г.П. “Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций”, Москва, “Энергоиздат”, 1981 г.Ковалев А.П., Пелеев Н.С. “Парогенераторы”, Москва, “Энергоиздат”, 1985Зотов Б.И., Курдюмов В.И. “Безопасноть жизнедеятельности на производстве: Учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по специальностям 311300, 311500, 311900”, 2-е издание, Москва, “Колосс”, 2003 г.Добкин В.М., Дулеев Е.М. “Автоматическое регулирование тепловых процессов на электростанциях”, государственное энергетическое издательство, Москва, 1959Доронин В.А., Буйлов Г.П. “Автоматизированые системы управления теплоэнергетических процессов и процессов отрасли”, Санкт-Петербург, 2001Автоматизация теплоэнергетических процессов отрасли, Санкт-Петербург, 1994 (уч.пособие)Буйлов Г.П., Доронин В.А. “Автоматика и автоматизация производственных процессов ЦБП”, Москва, “Экология”, 1995Дятлова Е.П., Сафонова М.Р. “Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами ЦБП”, Санкт-Петербург, 1999 (уч.пособие)Бараранов П.А. “Предупреждение аварий паровых котлов”, Москва, “Энергоатомиздат” 1991Кузьменко Д.Я. “Автоматическое регулирование и технологические защиты паровых котлов”, Москва, “Энергия”, 1970Гусев Ю.Л. “Основы проектирования котельных установок”, Москва, издательство литературы по строительству, 1973Зыков А.К. “Паровые и водогрейные котлы”, Москва, “Энергоатомиздат”, 1987Эстеркин Р.И. “Котельные установки”, Ленинград, “Энергоатомиздат”, 1989Файерштейн Л. М. "Справочник по автоматизации котельных установок", Москва, "Энергия", 1978Пугачев Ю.Г. “Экономическая часть дипломного проектирования”, Санкт-Петербург. 2000 (уч. пособие).