Поверочный расчёт котельных пучков.

Группа ТГС-304

Беляев Владимир

Вариант № 6

Руководитель:

Малов В. Т.

 

 

Саратов, 2008

 

 

 

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………..4.

1. Расчёт объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха……………….6.

2. Расчёт теплового баланса котла с определением КПД и расхода топлива...9.

3. Поверочный расчёт топки…………………………………………………....11.

4. Поверочный расчёт 1–ого и 2–ого котельных пучков……………………..14.

5. Конструктивный расчёт водяного экономайзера…………………………..24.

Заключение……………………………………………………………………....26.

Используемая литература………………………………………………………27.

 

Введение.

Описание котла.

Газомазутные вертикальные водотрубные паровые котлы типа – ДЕ предназначенные для выработки насыщенного или слабоперегретого пара. Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхних и нижних барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб 1790 мм, глубина топочной камеры, зависимости от паропроизводительности 1990–6960 мм.

Основные составляющие части котла: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой, боковой и задний экраны, оборудующие топочную камеру. Трубы перегородки правого бокового экрана, образующего так же и поверхность топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана привариваются к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159x6 мм. Трубы фронтового экрана также привариваются к коллекторам аналогичного диаметра. Диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами 2750мм.

Длина цилиндрической части барабана от 2250 мм. До 7500 мм. Изготавливаются барабаны для котлов с давлением 1,4 МПа с толщиной стенки 13 мм., а для давления 2,4 МПа с толщиной стенки 22 мм. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой. При вводе в барабан трубы разводятся в два ряда. Конвективный пучок образован коридорно–расположенными трубами диаметром 51мм., развальцованы в верхним и нижнем барабанах. Шаг труб 90 мм., поперечный шаг 110 мм. В водяном правом верхнем барабане находится питательная труба, в нижнем – устройств для парового нагрева воды.

Средний срок службы котла между капитальным ремонтом при 2500 часов работы в год 3 раза. Котлы поставляются потребителем в сборе. Производятся Бийским котельным заводом.

 

 

Исходные данные:

Тип парового котла – ДЕ–25-14 ГМ;

Паропроизводительность котла – D=26,6 т/ч;

Параметры пара на выходе из котла:

–давление Р_o=1,4 МПа;

–температура питательной воды – t_п.в.=94°С;

Вид топлива – газ, (Ставрополь-Невинномыск-Грозный).

Доля продувки солей – p=3%.

Основные характеристики газа (Ставрополь-Невинномыск-Грозный):

СН₄=98,2%

С₂Н₆=0,4%

С₃Н₈=0,1%

С₄Н₁₀=0,1%

С₅Н₁₂ и более тяжёлые = 0,1%

N₂=1%

CO₂=0,2%

Низшая теплота сгорания – =35630 Дж/м³.

 

Основные характеристики котла типа ДЕ–25-14 ГМ и его элементов:

Длина топки в, м	Ширина топки а, м.	Средняя высота топки hт, м.	Объём топки Vт, м3	Полная поверхность стен топки Fст, м2.	Экранированная поверхность стен топки Fэ, м2.
8,88	3,14	2,5	18,3	41,47

 

1. Расчёт объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха.

Исходными данными для расчёта объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха служат основные характеристики заданного вида топлива.

Теоретическое количество сухого воздуха V^o необходимого для полного сгорания топлива при избытке воздуха α=1, определяется по формуле:

Теоретический объём азота при α=1 рассчитывается по формуле:

Теоретический объём трёхатомных газов при α=1 находится по формуле:

Теоретический объём водяных паров при α=1 находится по формуле:

где, d_вл – влагосодержание газообразного топлива, г/нм³ (d_вл=10г/нм³).

Теоретический объём продуктов сгорания находится по формуле:

; ;

По найденным значениям теоретических объёмов продуктов сгорания и воздуха формируется таблица объёмов.

Присосы воздуха для каждой поверхности нагрева определяются по (1.таблице №3). Принимаем камерные топки пылеугольных и газомазутных котлов с металлической обшивкой: Δα=0,15; 1–ый пучок: Δα=0,05; 2–ой пучок: Δα=0,1; экономайзер чугунный с обшивкой: Δα=0,1.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки =1,15 (смесительные горелки). Коэффициенты избытка воздуха на выходе из каждой следующей за топкой поверхности теплообмена определяется суммированием присосов воздуха Δα в ней и α′′ предыдущей поверхности.

Таблица объёмов.

Определяемая величина	Элемент котла
топка	1-й пучок	2-ой пучок	экономайзер
Присосы воздуха в поверхности нагрева Δα′	0,15	0,05	0,1	0,1
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева α′′	1,15	1,2	1,3	1,4
Средний коэффициент избытка воздуха αср=0,5·(α′+α′′)	1,075	1,175	1,25	1,35
	1,98	1,99	2,01	2,02
	11,16	12,1	12,81	13,76
	1,01	1,02	1,03	1,04
	0,09	0,084	0,08	0,075
	0,192	0,177	0,167	0,156
	0,468	0,474	0,479	0,48
	14,29	15,53	16,45	17,69

Энтальпия продуктов сгорания газа, при α=1, равна:

где, υ – температура дымовых газов, °С

Энтальпия продуктов сгорания воздуха, при α=1, равна:

– средние объёмные теплоёмкости соответственно газов и воздуха, кДж/ нм^3·К (1. таблица№2).

Расчёт энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха для 100°С.

Для υ=100°С,

Энтальпия в каждой графе определяется по формуле:

Для примера рассчитаем энтальпии в каждой графе при разной температуре.

Для топки при υ=1000°С, =1,15.

Для 1–ого котельного пучка: υ=300°С, =1,2.

Для 2–ого котельного пучка: υ=200°С, =1,3.

Для экономайзера: υ=100°С, =1,4.

Н–υ таблица.

Температура, °С	Энтальпия газов, кДж/кг.
		топка =1,15	1-ого пучка =1,2	2-ого пучка =1,3	Экономайзер =1,4
Н	ΔН	Н	ΔН	Н	ΔН	Н	ΔН
	1466.2								1966.2
	2932.4						3682.4		3932.4	1966.2
	4398.6				5148.6		5523.6	1841.2	5898.6	1966.2
	5864.8				6864.8	1716.2	7364.8	1841.2	7864.8	1966.2
						1716.2		1841.2		1966.2
	8797.2				10297.2	1716.2	11047.2	1841.2
	10263.4				12013.4	1716.2	12888.4	1841.2
	11729.6		13229.6
	13195.8		14883.3	1653.7
				1653.7
	16128.2		18190.7	1653.7
	17594.4		19844.4	1653.7
	19060.6		21498.1	1653.7
	20526.8		23151.8	1653.7
			24805.5	1653.7
	23459.2		26459.2	1653.7
	24925.4		28112.9	1653.7
	26391.6		29776.6	1653.7
	27857.8		31420.3	1653.7
				1653.7

 

 

Тепловой баланс котла.

Цель составления теплового баланса котла – определение его КПД и расход топлива.

Из уравнения прямого теплового баланса котла расход топлива В, равен:

,

где, – полное количество теплоты, воспринятое в котле рабочим телом, кВт.

– располагаемая теплота топлива, кДж/кг.

η_ка – КПД котельного агрегата, %.

Для паровых котлов малой мощности без пароперегревателя , равна:

где, D – паропроизводительность котла, D=7,38 кг/с (по заданию);

D_пр– расход воды на непрерывную продувку, доля продувки солей, следовательно:

;

энтальпия насыщенного пара, определяется по начальному давлению, (2.таблица№2).

энтальпия питательной воды, определяется в зависимости от температуры питательной воды (t_п.в. =70°С) и давления питательной воды:

энтальпия кипящей воды на линии насыщения, определяется по начальному давлению, (2. таблица№2).

После определения неизвестных величин определяем .

Располагаемая теплота топлива для котлов малой мощности , рассчитывается по формуле:

где, низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,

тепло, вносимое в топку с паровым дутьём, кДж/кг, (для газов).

КПД котельного агрегата по обратному балансу определяется:

где, – потери теплоты с уходящими газами, %.

– потери теплоты от химической неполноты сгорания, %.

Определяется (1. таблица №4): =1%.

– потери теплоты от наружного охлаждения, %.

Определяется (1. рис. №1). В зависимости от D=7,38(кг/с)=26,6 (т/ч).=>

– потери теплоты с физическим теплом шлака, %: (для газов).

– потери теплоты от механической неполноты сгорания, %.(1. таблица №4).

=0%.

 

В общем случае:

.

где, – энтальпия уходящих газов, кДж/кг. (Определяется по Н–υ–таблице по υ_ух, и α_ух.); υ_ух– принимается из технико–экономических соображений и при t_п.в.=100°С, υ_ух составляет 150 °С, =>

=1,4.

– энтальпия холодного воздуха, кДж/кг, при температуре присасываемого холодного воздуха t_х.в.=30°С.

Определяем :

Определяем КПД котельного агрегата:

.

После нахождения неизвестных величин, определяем расход топлива В,м³/с.

Расчётный расход топлива В_р, кг/с, определяется по формуле:

 

Поверочный расчёт топки.

Цель расчёта – определение температуры дымовых газов на выходе из топки, конструктивные размеры и поверхность теплообмена которой известны.

Температура газов на выходе из топки рассчитывается по формуле:

,

где, – адиабатическая (теоретическая) температура горения, К;

– коэффициент;

– степень черноты топки;

– критерий Больцмана.

Полное тепловыделение в топке , кДж/кг, определяется по формуле:

где, – тепло, внесённое в топку с воздухом, кДж/кг. При отсутствии воздухоподогревателя

По найденному значению равному адиабатической энтальпии горения , по Н–υ–таблице находят адиабатическую температуру горения , °С, и

По Н–υ–таблице: при

при

Находим адиабатическую температуру горения, при

После интерполяции получается, что

Коэффициент зависит от относительного расположения максимума температуры пламени по высоте топки :

,

где при сжигании газа А=0,54, В=0,2.

где – средняя высота топки, м. (1. таблица№1).

– средняя высота горелок от пода топки, м:

Находим коэффициент : ;

Степень черноты для камерных топок (топливо – газ), определяется по формуле: ,

 

где, – степень черноты факела;

– средний коэффициент тепловой эффективности топочной камеры.

Для котла типа ДЕ: ;

где, – угловой коэффициент экрана.

Определяется по (1.рис. 2), в зависимости от отношения , которые принимаются по (1.таблица №6). Для котла ДЕ–6,5: ,

Т.к. , то по (1.рис. №2): ;

– коэффициент загрязнения топочных экранов. Для открытых гладкотрубных экранов при сжигании газа ;

экранированная поверхность стен топки, м². Для ДЕ–6,5:

полная поверхность стен топки, м². Для ДЕ–6,5:

Определяем значения :

,

При сжигании газа и мазута эффективная степень черноты факела определяется по формуле:

,

где, – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма;

– объём топки, м³. Для котлов ДЕ–6,5:

,

Т.к. , то для газа .

– степени черноты соответственно светящейся части факела и несветящейся. Определяются по рисунку №3 в зависимости от :

по

по

где, –доля трёхатомных газов в топке (из таблицы объёмов);

– коэффициент поглощения трёхатомными частицами,1/(МПа·м).

Определяется по рисунку №4 в зависимости от: .

Для определения предварительно задаются температурой газов на выходе из топки ;

, (по таблице объёмов);

– давление газов в котле, ;

– толщина излучающего слоя, м.

Определяем по графику: .

Определения по формуле:

где, – для газовых топлив определяется по формуле:

Следовательно,

по

определяем по (1.рис.№3): ;

по

определяем по (1.рис. №3): .

Определяем степень черноты факела :

;

Определяем степень черноты:

;

Критерий Больцмана рассчитывается по формуле:

,

где, – коэффициент сохранения теплоты, ;

– средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания, определяется по формуле: ,

где, –энтальпия газов на выходе из топки определяется по

при .

Определяем критерий Больцмана:

,

Определим температуру газов на выходе из топки :

,

Т.к. то поверочный расчёт топки считается законченным.

По по Н–υ–таблице находят : при и определяют количество теплоты, передаваемое в топке излучением:

Заключение.

В данной курсовой работе был сделан расчёт котельного агрегата малой мощности, в частности, был рассчитан котёл – ДЕ–6,5 (двухбарабанный котёл с естественной циркуляцией, номинальной производительностью– 6,5 т/ч).

В ходе расчёта теплового баланса котла были получены следующие результаты:

1. Полное количество теплоты воспринятое в котле рабочим телом: ;

2. Расчётный расход топлива: ;

3. КПД котельного агрегата составил: .

При поверочном расчёте топки было получено:

1. Полное тепловыделение в топке: ;

2. Степень черноты топки: ;

3. Температура газов на выходе из топки: ;

4. Количество теплоты предаваемое в топку излучением:

При поверочном расчёте котельных пучков было получено:

1. Площади поверхности нагрева 1–ого пучка: ;

2. Площади поверхности нагрева 2–ого пучка: ;

3.Температура дымовых газов за 1–ым пучком: ;

4. Температура дымовых газов за 2–ым пучом: .

В ходе конструктивного расчёта водяного экономайзера получили что:

1. Балансовое тепловосприятие экономайзера: ;

2. Скорость газов: ;

3. Расчётную поверхность теплообмена: ;

4. Подобрали характеристики одной трубы экономайзера:

– длина трубы: ;

– Внешняя поверхность нагрева: ;

– Живое сечение для прохода газов: ;

– Диаметр труб : 92х8;

– Размеры прямоугольных рёбер: 150х150;

5.Общее число рядов: ;

6. Число труб в одном ряду: =3;

Экономайзер получился одноходовой, т.к. <10.

 

 

Используемая литература.

1. Доронин М.С., Васильев А.В. – Тепловой расчёт котельных агрегатов малой мощности. Саратов, 1995г.

2. Ривкин С.Л., Александров А.А. – Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергоиздат, 1984г.

3. Конспект лекций.

4. Двойников В.А., и др.– Конструкция и расчёт котлов и котельных установок. М.: Машиностроение, 1989г.

 

Группа ТГС-304

Беляев Владимир

Вариант № 6

Руководитель:

Малов В. Т.

 

 

Саратов, 2008

 

 

 

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………..4.

1. Расчёт объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха……………….6.

2. Расчёт теплового баланса котла с определением КПД и расхода топлива...9.

3. Поверочный расчёт топки…………………………………………………....11.

4. Поверочный расчёт 1–ого и 2–ого котельных пучков……………………..14.

5. Конструктивный расчёт водяного экономайзера…………………………..24.

Заключение……………………………………………………………………....26.

Используемая литература………………………………………………………27.

 

Введение.

Описание котла.

Газомазутные вертикальные водотрубные паровые котлы типа – ДЕ предназначенные для выработки насыщенного или слабоперегретого пара. Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхних и нижних барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб 1790 мм, глубина топочной камеры, зависимости от паропроизводительности 1990–6960 мм.

Основные составляющие части котла: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой, боковой и задний экраны, оборудующие топочную камеру. Трубы перегородки правого бокового экрана, образующего так же и поверхность топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана привариваются к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159x6 мм. Трубы фронтового экрана также привариваются к коллекторам аналогичного диаметра. Диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами 2750мм.

Длина цилиндрической части барабана от 2250 мм. До 7500 мм. Изготавливаются барабаны для котлов с давлением 1,4 МПа с толщиной стенки 13 мм., а для давления 2,4 МПа с толщиной стенки 22 мм. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой. При вводе в барабан трубы разводятся в два ряда. Конвективный пучок образован коридорно–расположенными трубами диаметром 51мм., развальцованы в верхним и нижнем барабанах. Шаг труб 90 мм., поперечный шаг 110 мм. В водяном правом верхнем барабане находится питательная труба, в нижнем – устройств для парового нагрева воды.

Средний срок службы котла между капитальным ремонтом при 2500 часов работы в год 3 раза. Котлы поставляются потребителем в сборе. Производятся Бийским котельным заводом.

 

 

Исходные данные:

Тип парового котла – ДЕ–25-14 ГМ;

Паропроизводительность котла – D=26,6 т/ч;

Параметры пара на выходе из котла:

–давление Р_o=1,4 МПа;

–температура питательной воды – t_п.в.=94°С;

Вид топлива – газ, (Ставрополь-Невинномыск-Грозный).

Доля продувки солей – p=3%.

Основные характеристики газа (Ставрополь-Невинномыск-Грозный):

СН₄=98,2%

С₂Н₆=0,4%

С₃Н₈=0,1%

С₄Н₁₀=0,1%

С₅Н₁₂ и более тяжёлые = 0,1%

N₂=1%

CO₂=0,2%

Низшая теплота сгорания – =35630 Дж/м³.

 

Основные характеристики котла типа ДЕ–25-14 ГМ и его элементов:

Длина топки в, м	Ширина топки а, м.	Средняя высота топки hт, м.	Объём топки Vт, м3	Полная поверхность стен топки Fст, м2.	Экранированная поверхность стен топки Fэ, м2.
8,88	3,14	2,5	18,3	41,47

 

1. Расчёт объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха.

Исходными данными для расчёта объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха служат основные характеристики заданного вида топлива.

Теоретическое количество сухого воздуха V^o необходимого для полного сгорания топлива при избытке воздуха α=1, определяется по формуле:

Теоретический объём азота при α=1 рассчитывается по формуле:

Теоретический объём трёхатомных газов при α=1 находится по формуле:

Теоретический объём водяных паров при α=1 находится по формуле:

где, d_вл – влагосодержание газообразного топлива, г/нм³ (d_вл=10г/нм³).

Теоретический объём продуктов сгорания находится по формуле:

; ;

По найденным значениям теоретических объёмов продуктов сгорания и воздуха формируется таблица объёмов.

Присосы воздуха для каждой поверхности нагрева определяются по (1.таблице №3). Принимаем камерные топки пылеугольных и газомазутных котлов с металлической обшивкой: Δα=0,15; 1–ый пучок: Δα=0,05; 2–ой пучок: Δα=0,1; экономайзер чугунный с обшивкой: Δα=0,1.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки =1,15 (смесительные горелки). Коэффициенты избытка воздуха на выходе из каждой следующей за топкой поверхности теплообмена определяется суммированием присосов воздуха Δα в ней и α′′ предыдущей поверхности.

Таблица объёмов.

Определяемая величина	Элемент котла
топка	1-й пучок	2-ой пучок	экономайзер
Присосы воздуха в поверхности нагрева Δα′	0,15	0,05	0,1	0,1
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева α′′	1,15	1,2	1,3	1,4
Средний коэффициент избытка воздуха αср=0,5·(α′+α′′)	1,075	1,175	1,25	1,35
	1,98	1,99	2,01	2,02
	11,16	12,1	12,81	13,76
	1,01	1,02	1,03	1,04
	0,09	0,084	0,08	0,075
	0,192	0,177	0,167	0,156
	0,468	0,474	0,479	0,48
	14,29	15,53	16,45	17,69

Энтальпия продуктов сгорания газа, при α=1, равна:

где, υ – температура дымовых газов, °С

Энтальпия продуктов сгорания воздуха, при α=1, равна:

– средние объёмные теплоёмкости соответственно газов и воздуха, кДж/ нм^3·К (1. таблица№2).

Расчёт энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха для 100°С.

Для υ=100°С,

Энтальпия в каждой графе определяется по формуле:

Для примера рассчитаем энтальпии в каждой графе при разной температуре.

Для топки при υ=1000°С, =1,15.

Для 1–ого котельного пучка: υ=300°С, =1,2.

Для 2–ого котельного пучка: υ=200°С, =1,3.

Для экономайзера: υ=100°С, =1,4.