Характеристика рабочих тел котельного агрегата

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Теплогенерирующие установки»
по теме «Производственно-отопительные котельные установки
с паровыми котлами ДКВР и экономайзером ВТИ»;
часть I «Теплогенератор»

 

 

Выполнил студент гр.385 Боронин А.Н.

 

Проверил Болдин С.В.

 

Нижний Новгород – 2007

Содержание

 

1. Исходные данные 3

2. Характеристика рабочих тел котельного агрегата. 4

2.1. Техническая характеристика топлива. 4

2.2. Пересчёт состава топлива. 4

2.3. Теплоноситель (вода) 5

3. Описание конструкции котла и принимаемой компоновки котельного агрегата. Техническая характеристика выбранного котла. 5

4. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. 7

4.1. Определение присосов и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам... 7

4.2 Определение объемов воздуха и продуктов сгорания. 8

4.3. Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания. 12

5. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива. 13

5.1............................................................................ Расчёт потерь теплоты. 13

5.2. Расчёт КПД и расхода топлива. 16

6. Тепловой расчет топки. 17

7. Расчет конвективных поверхностей нагрева. 21

7.1. Расчет конвективных пучков котла. 21

7.2. Расчет водяного экономайзера. 29

8. Определение невязки теплового баланса котельного агрегата. 32

Список литературы. 35

 

 

Исходные данные

 

§ тип теплогенератора ДКВР-6,5-13;

§ располагаемый источник тепловой энергии: сернистый мазут марки 100;

§ средний элементарный состав:

= 1,5%

= 2,0%

= 83,8%

= 11,2%

= 0,5%

= 0,5%;

§ зольность не более 0,14%;

§ содержание механических примесей не более 1,5%;

§ плотность при 20 ⁰С и более 1015 ;

§ теплота сгорания =39,73 = 9490 ;

§ среднее значение =41,22 = 9845 ;

 

Техническая характеристика топлива

§ располагаемый источник тепловой энергии: сернистый мазут
марки 100;

§ средний элементарный состав:

= 1,5%

= 2,0%

= 83,8%

= 11,2%

= 0,5%;

= 0,5%.

§ зольность не более 0,14%;

§ содержание механических примесей не более 1,5%;

§ плотность при 20 ⁰С и более 1015 ;

§ теплота сгорания =39,730 = 9490 ;

Пересчёт состава топлива

Пересчёт состава топлива с одной массы на другую производится при помощи множителей, приведённых в табл.2.6 [1]. Для пересчёта одной массы в другую каждый элемент заданной массы умножают на множитель, соответствующий искомой массе из табл.2.6.

Так как задан элементарный химический состав сухого топлива, то для определения элементарного состава рабочей массы топлива, необходимого для расчётов, находим множитель пересчёта: ; умножая его на каждый элемент сухой массы топлива, получаем:

= 1,5%

= 1,97%

= 82,543%

= 11,032%

= 0,5%;

= 0,5%.

2.3. Теплоноситель (вода)

 

Показатели качества воды:

a) прозрачность - содержание в 1кг. воды взвешенных веществ, (мг./л.), легко удаляемых при фильтрации;

b) сухой остаток - осадок в (мг.), состоящий из минеральных и органических примесей, полученных после выпаривания 1кг. профильтрованной воды и после его высушивания;

c) жёсткость - содержание в 1кг. воды растворённых солей кальция и магния;

d) щёлочность - содержание в 1кг. воды растворённых гидратов, карбонатов и бикарбонатов;

e) степень кислотности или щёлочности - характеризуется составом растворённых солей и газов и определяется концентрацией водородных и гидроксильных ионов.

 

Обработка воды предусматривает:

1. удаление взвешенных примесей (механические фильтры);

2. снижение жёсткости, т. е. умягчение (метод катионового обмена);

3. поддержание определённой величины щёлочности;

4. снижение общего солесодержания;

5. удаление газов (СО₂);

Расчёт потерь теплоты

 

При работе котла, вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q_Р^Р. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого твёрдого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях имеет вид:

Q_Р^Р = Q₁ + Q₂ + Q ₃ + Q₄ + Q₅,

где Q_Р^Р – располагаемая теплота, ;

Q₁ – полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воде, или;

Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, – потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке, плюс потери на охлаждение панелей и балок, не включённых в циркуляционный контур котла, .

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты:

Потеря теплоты с уходящими газами(q₂) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты внутренних и наружных поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов CO, H₂. CH₄. Потеря теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлено наличием в остатках продуктов горения твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе и твердых горючих частиц, не вступивших в процесс газификации и горения.

Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, а также от зольности топлива.

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅) обусловлено передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности парового котла.

Между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство:

где: Q_Н^С – низшая теплота сгорания сухой массы топлива, Q_H^C = 39730 ;

Q_В.ВН – теплота внесенная воздухом, Q_В.ВН = 0 ;
i_ТЛ – физическая теплота, внесённая топливом, ;

Q_Ф – теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, ; Q_Ф =0;

Q_К – теплота, затраченная на разложение карбонатов, ; Q_К=0

i_ТЛ =с_ТЛt_ТЛ,

где t_ТЛ - температура топлива, ⁰С; принимаем t_ТЛ=110⁰С;

с_ТЛ – удельная теплоёмкость топлива, ;

 

с_ТЛ=1,74+0,0025t_ТЛ

i_ТЛ =(1,74+0,0025×110)×110=221,65

 

Q_Р^Р = 39730 + 0+221,65 +0-0= 39951,65 ;

 

Потери теплоты от механической неполноты сгорания: q₄ = 0;

Потери теплоты от химической неполноты сгорания: q₃ = 0,5%;

Потери теплоты от внешнего охлаждения определяем по формуле:

Где: – отношение номинальной нагрузки парового котла к расчетной нагрузке парового котла, ;

q_{5 НОМ} – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, определяем по табл. 4.5 [1], q_{5 НОМ} = 2,4 %;

 

Получаем q₅ = 2,4 %;

 

Потеря теплоты в виде физической теплоты шлаков и от охлаждения балок и панелей топки: q₆ = 0;

 

Определяем потерю теплоты с уходящими газами:

где: I_УХ – энтальпия уходящих газов, определяем по табл. 2, при соответствующих значениях α_УХ и выбранной температуре уходящих газов
t_УХ = 180 ^ОС, I_УХ = 3596,35 ;

α_УХ – коэффициент избытка воздуха, берется из табл. 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева, α_УХ = 1,3;

I_Х.В.^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_В = 30 ^ОС по формуле:

I_Х.В.^О = 39,8·V^O,

I_Х.В.^О = 39,8·10,311= 410,36,

 

q₄ – потери теплоты от механической неполноты горения, для газа q₄ = 0;

Получаем: %

 

 

Тепловой расчет топки

 

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств.

Для выполнения поверочного расчета необходимо знать определенные параметры: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояния между осями труб).

Объем топочной камеры равен: V_T = 20,4м³;

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экранов равна: Н_Л = 27,9 м²;

Полная площадь поверхности стен топки равна: F_CT = 54м²;

Степень экранирования топки, определяется по формуле:

χ = Н_Л / F_CT

Получаем χ = 27,9 / 54 = 0,517

 

Поверочный расчет топок производится в такой последовательности:

 

1. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Т_Т^// = 800 ^ОС, (Т_Т^// = 1073 К);

 

2. Для принятой в п.1 температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2, I_Т^// = 19034 ;

 

3. Определяем полезное тепловыделение в топке, кДж/кг, по формуле:

где: Q_B – теплота, вносимая воздухом, , определяем по формуле:

где: α_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, α_Т = 1,1;

I_Х.В^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, при t_В = 30 ^ОС, I_Х.В^О = 410,361 кДж/кг;

,

Получаем: ,

 

4. Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов, по формуле

 

 

где: – угловой коэффициент (отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности). Показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. = 0,89 при S/d = 1,56;

– коэффициент, который учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы, принимается по табл. 5.1 [1], = 0,55 (для мазута);

 

 

5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя, м:

 

 

где: V_T – объем топочной камеры, по табл. 2.7 [1], V_T = 20,4 м³;

F_СТ – поверхность стен топочной камеры, по табл. 2.7 [1], F_CT = 54,0 м²;

 

м

6. Определяем коэффициент ослабления лучей.

 

При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) и сажистыми частицами (k_С):

, (м · МПа) ^-1

где: r_П – суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл.1,
r_П = 0,2546;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: p_П = r_п · p – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

p – давление в топочной камере котлоагрегата, принимается p = 0,1 МПа;

– объемная доля водяных паров, из табл. 1, ;

T_T^// – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К, T_T^// = 1073 К;

 

(м · МПа) ^-1

 

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами (k_С) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: С^P, H^P – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

 

(м · МПа) ^-1

 

Получаем: (м · МПа) ^-1

 

7. Определяем степень черноты факела:

 

а_Ф = m · a_CВ + (1 – m) · a_Г

 

где: m – коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 5.2 [1], в зависимости от вида топлива и q_V (удельная нагрузка топочного объема), которая рассчитывается по формуле:

q_V = B_P · Q_H^C / V_T

где: В_Р – расчетный расход топлива, B_P = 0,124

Q_H^C – низшая теплота сгорания сухой массы газа, Q_H^C = 39730 ;

V_T – объем топочной камеры, по [6], V_T = 20,4 м³;

 

q_V = 0,124 · 39730 / 20,4= 241,5 кВт/м³ < 400 кВт/м³, поэтому m = 0,55;

 

a_CВ, a_Г – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами, значения a_CВ и a_Г определяются по формулам:

 

,

 

Получаем:

 

 

Степень черноты факела равна:

а_Ф = 0,55 · 0,4946 + (1 – 0,55) · 0,2946 = 0,4046

 

8. Определяем степень черноты топки по формуле, для камерных топок при сжигании жидкого топлива или газа:

где: – коэффициент тепловой эффективности экранов, рассчитанный нами в п. 4,

9. Определяем коэффициент М, учитывающий расположение максимума температур пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании высокореакционных твердых топлив, газа и мазута М = 0,48;

 

10. Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ газа при нормальных условиях, по формуле:

,

где: Т_Т^// – температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К, Т_Т^// = 800 ^ОС = 1073 К;

I_Т^// – энтальпия продуктов сгорания, берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре, I_Т^// = 18054 ;

Q_Т – полезное тепловыделение в топке, Q_Т = 40203,3 ;

Т_А – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2 по значению Q_Т = 40203,3 кДж/м³, равному энтальпии продуктов сгорания I_A = 40203,3 , равная Т_А = 1953,3 К;

11. Определяем действительную температуру на выходе из топки, ^ОС, по формуле:

Подставляя все выше найденные значения, получаем:

 

Т.к. расхождение между получаемой температурой (839,04^ОС) и ранее принятой (800 ^ОС) на выходе из топки не превышает ± 100 ^ОС, то расчет считается оконченным.

 

Список литературы

1. Эстеркин Р. И. Котельные установки. (Курсовое и дипломное проектирование) – Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 227 с.

2. Эстеркин Р. И. Промышленные парогенерирующие установки. – Л.: Энергия, Ленингр. отделение, 1980. – 400с.: ил.

3. Цой Е. Н., Климов Г. М. «Компоновка котельного агрегата» ч.4; Тепловой расчет топки / Приложение. Горький; ГИСИ,1990

4. Цой Е. Н., Климов Г. М. «Компоновка котельного агрегата. Ч.4; Тепловой расчет топки / Методические указания по проектированию ТГУ для студентов спец. 2907 «ТГВ» - Горький: ГИСИ, 1989.

5. Роддатис К. Ф., Полтарецкий А. Н. Справочник по котельным установкам малой производительности/ под ред. Роддатиса К. Ф. М.: Энергоатомиздат, 1989, - 488 с, ил.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Теплогенерирующие установки»
по теме «Производственно-отопительные котельные установки
с паровыми котлами ДКВР и экономайзером ВТИ»;
часть I «Теплогенератор»

 

 

Выполнил студент гр.385 Боронин А.Н.

 

Проверил Болдин С.В.

 

Нижний Новгород – 2007

Содержание

 

1. Исходные данные 3

2. Характеристика рабочих тел котельного агрегата. 4

2.1. Техническая характеристика топлива. 4

2.2. Пересчёт состава топлива. 4

2.3. Теплоноситель (вода) 5

3. Описание конструкции котла и принимаемой компоновки котельного агрегата. Техническая характеристика выбранного котла. 5

4. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. 7

4.1. Определение присосов и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам... 7

4.2 Определение объемов воздуха и продуктов сгорания. 8

4.3. Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания. 12

5. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива. 13

5.1............................................................................ Расчёт потерь теплоты. 13

5.2. Расчёт КПД и расхода топлива. 16

6. Тепловой расчет топки. 17

7. Расчет конвективных поверхностей нагрева. 21

7.1. Расчет конвективных пучков котла. 21

7.2. Расчет водяного экономайзера. 29

8. Определение невязки теплового баланса котельного агрегата. 32

Список литературы. 35

 

 

Исходные данные

 

§ тип теплогенератора ДКВР-6,5-13;

§ располагаемый источник тепловой энергии: сернистый мазут марки 100;

§ средний элементарный состав:

= 1,5%

= 2,0%

= 83,8%

= 11,2%

= 0,5%

= 0,5%;

§ зольность не более 0,14%;

§ содержание механических примесей не более 1,5%;

§ плотность при 20 ⁰С и более 1015 ;

§ теплота сгорания =39,73 = 9490 ;

§ среднее значение =41,22 = 9845 ;

 

Характеристика рабочих тел котельного агрегата

 

Роль рабочих тел, участвующих в процессе тепловых преобразований, играют топливо, воздух и вода.

В качестве источника тепла мы применяем паровой теплогенератор. Он вырабатывает насыщенный пар. Для того чтобы пар вырабатывался, мы должны сжигать топливо. Для того чтобы происходил процесс горения, в топку подается окислитель (воздух). Топливо, сгорая в топке, образует горячие газы, которые движутся по газоходам котельного агрегата, отдавая тепло поверхностям нагрева. После чего газы охлаждаются и выбрасываются в окружающую среду.

В качестве теплоносителя в котельных установках обычно используются пар или вода.

Котельный агрегат представляет собой генератор, в котором химическая энергия топлива преобразуется в тепло.

В данной работе выполняется поверочный расчет теплогенератора типа
ДКВР-6,5-13.

Задачей расчета является определение температуры воды, пара, воздуха, дымовых газов на границах между определенными поверхностями котельного агрегата, а также расход топлива, КПД котлоагрегата, расхода и скорости дымовых газов по заданным конструкциям и размерам теплогенератора.

Также выполняется конструктивный расчет водяного чугунного экономайзера некипящего типа системы ВТИ с целью определения его конструкции и размеров.

Общей задачей курсовой работы является создание эффективной компоновки теплогенерирующего агрегата из отдельных его частей.