Тепловой расчет котлоагрегата ДКВР 20-13

Тепловой расчет котлоагрегата ДКВР 20-13

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический Институт

Кафедра : «ТЭС»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тепловой расчет котлоагрегата ДКВР 20-13

Пояснительная записка

Студентка ТЭ 07-05 __________ Волков А.С.

Руководитель __________ Дубровский В.А.

Красноярск 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Задание

Содержание

Введение

.Расчет объема и энтальпии продуктов сгорания и воздуха

.Тепловой баланс, коэффициент полезного действия (КПД) и расход топлива котельного агрегата

.Тепловой расчет топочной камеры

.Расчет конвективных поверхностей нагрева

.Расчет экономайзера

.Составление прямого баланса

Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

При выработки электрической и тепловой энергии чаще всего в качестве теплоносителя используется водяной пар. Агрегаты, предназначенные для выработки водяного пара, называются парогенераторами, или котельными агрегатами. В данной работе выполнен тепловой расчет котла ДКВР-20 (двухбарабанный котел водотрубный реконструированный с номинальной паропроизводительностью 20 т/ч).

Произвести тепловой расчет двухбарабанного котельного агрегата марки ДКВР со следующими параметрами

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Назаровского бурого угля:

Влажность Wр = 39%;

Зольность Aр = 7,3 %;

содержание серы Sр = 0,4 %;

содержание углерода Ср = 37,6 %;

содержание водорода Нр = 2,6 %;

содержание азота Nр = 0,4 %;

содержание кислорода Ор = 12,7%;

Выход летучих Vг = 48,0 %;

Теплота сгорания Qнр = 3110 ккал/кг.

КОЭФИЦИЭНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА НА ВЫХОДЕ ИЗ ТОПКИ

топки для угля равен aт = 1,4

Таблица 1. Расчетные присосы холодного воздуха

1.ОБЪЕМ И ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА

В учебном проекте все теоретические объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания при α=1 подсчитывают для рабочей массы топлива.

1.1 Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при α=1

Для жидкого топлива (нм3/кг)

Теоретический объем азота (нм3/кг)

Объем трехатомных газов

Теоретический объем водяных паров (нм3/кг)

.2 Действительные объемы продуктов сгорании по газоходам при αср>1 для всех видов топлива

Объем сухих газов (нм3/кг)

Т:

ПГ:

ВГ:

ВЭ:

Объем водяных газов (нм3/кг)

Т:

ПГ:

ВГ:

ВЭ:

Полный объем дымовых газов (нм3/кг)

Т:

ПГ:

ВГ:

ВЭ:

Объемные доли трехатомных газов и водяных паров

, ,

Т:; ;

ПГ:  ;

ВГ: ; ;

ВЭ:  .

Суммарная объемная доля

,

Т: ;

ПГ: ;

ВГ: ;

ВЭ:

Масса дымовых газов

Т:  

ПГ:  

ВГ:  

ВЭ:

Объемы рассчитанных газов, их масса, концентрация золы дымовых газов для различных участков газоходов заносятся в табл. 1.1

Таблица 1.1 - Объемы газов, объемные доли трехатомных газов.

1.3 Энтальпия продуктов сгорания по газоходам

Таблица 1.2. Энтальпия продуктов сгорания

2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД) И РАСХОД ТОПЛИВА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Тепловой баланс составляется в расчете на 1кг сжигаемого топлива. Он определяет равенство между количеством тепла, поступившим в котлоагрегат , и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q1, Q3, Q4, Q5, Q6.

Общее уравнение теплового баланса в абсолютных величинах (ккал/кг):

или в относительных величинах (процентах):

На основании теплового баланса определяется КПД котлоагрегата брутто  в %, расход (кг/ч, нм3/ч)топлива В и Вр.

Располагаемое тепло  при сжигании угля (ккал/кг)

Потеря тепла с уходящими газами, %, зависит от заданной температуры уходящих газов из котлоагрегата и определяется по формуле:

где Iух - энтальпия уходящих газов, ккал/кг, определяется по температуре уходящих газов по табл. 1.2; - энтальпия холодного воздуха при заданной температуре tхв и определяется по табл. 1.2.

Потери тепла от химического недожога q3 и механического недожога q4 определяется по [5, табл. 3,4] для данных типа топки и топлива.

Потеря тепла в окружающую среду q5 зависит от производительности котлоагрегата и принимается по [5, номограмма 15].

Коэффициент сохранения тепла

Потери тепла с физическим теплом шлаков  при слоевом сжигании твердых топлив

где - зольность рабочего топлива, %;  находится по [5, табл. 3,4];  - энтальпия золы, ккал/кг (принимается по [5, табл. 9]).

Сумма потерь тепла в котельном агрегате (%)

КПД котлоагрегата брутто определяется по обратному балансу:

Полезно использованное тепло котельного агрегата (ккал/кг):

Принимаем P=14 атм, tнас=197,3 0С, i”=666,2 ккал/кг, iпв=100 ккал/кг,

где D - заданная паропроизводительность (кг/ч) котлоагрегата по пару (перегретый или насыщенный);

 - количество продувочной воды (кг/ч);

iпр=iн - энтальпия продувочной воды, принимается равной температуре насыщения при давлении в барабане котла, ккал/кг;",iпв - энтальпия перегретого пара и питательной воды на входе в барабан котла или водяной экономайзер при заданном абсолютном давлении, температурах пара и питательной воды (ккал/кг).

Полный расход топлива (кг/ч; нм3/ч).

Расчетный расход твердого топлива с учетом механической неполноты сгорания

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

Для расчета топки зададимся температурой газов на выходе

Полная поверхность стен топки Fст вычисляется суммированием всех боковых поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры и камеры сгорания.

Поверочный расчет топочной камеры

Объем топки определяется по формуле:

 м3.

Площадь стены занятая экранами равна:

 м2.

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки рассчитывается по формуле:

м2

Степень экранирования слоевой топки:

Эффективная толщина излучающего слоя топки:

 ,м

Принимаем температуру на выходе из топки Jт=950°С.

При сжигании твердых топлив эффективная степень черноты

Коэффициент ослабления лучей топочной средой

Kг=0,93 при Рп*S=2,43*0,122=0,29

Тепловыделение в топке на 1 м2 ограждающих ее поверхностей нагрева:

ккал/(м3ч).

Полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива

ккал/кг.

Коэффициент тепловой эффективности экранов:

где x - условный коэффициент загрязнения экранов, принимается по таблице [2, 10]

Теоретическая температура горения tтеор=1400 0С, температура газов на выходе из топки t”т = 940°С.

Тепло, переданное в топке излучением:

ккал/кг.

Видимое тепловое напряжение топочного объема:

ккал/(м3ч).

4. РАСЧЕТ ГАЗОХОДОВ

Рисунок 2. Принципиальная схема газохода

При выполнении теплового расчета котлоагрегата проводится поверочный расчет фестона (котельного пучка). Температура пароводяной смеси в них равна температуре насыщения при давлении в барабане котла.

Теплообмен в газоходах происходит за счет конвекции с частичным учетом теплообмена излучением из межтрубного пространства. Для расчета газохода известны температура и энтальпия газов перед ними.

а) Определим конструктивные размеры:

в=2,75 - высота камеры

а=2,178 - ширина камеры

l=2,75 - длина трубы

z1=16 - число труб в ряду котельного пучка

z2=25 - число рядов в пучке

Полная физическая поверхность нагрева определяется:

м2 (4.1)

где l - длина одной трубы в соответствующем ряду, м.

Живое сечение для прохода дымовых газов:

м2 (4.2)

где- размеры газохода в расчетном сечении, м;

Средняя температура в котельном пучке:

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока:

м3/с, (4.3)

где ВР - расчетный расход топлива, м3/ч;

VГ - объем газов на 1 м3 топлива рассчитываемого газохода при средней температуре дымовых газов.

Расчетная скорость дымовых газов:

 м/с (4.4)

При выполнении поверочного расчета газоходов определяют температуру газов за ними и количество тепла, отданного газами в пучке.

Основными уравнениями при расчете теплообмена в газоходах являются:

а) уравнение теплового баланса:

 (4.5)

б) уравнение теплопередачи:

 (4.6)

где  - коэффициент сохранения тепла (определен в тепловом балансе);

 - энтальпии газов на входе в поверхность и выходе из нее, ;

 - энтальпия холодного воздуха, ;

 - коэффициент теплопередачи, ;

 - расчетная поверхность пучка, м2;

- средний температурный напор,

Если полученное по уравнению теплообмена значение Qт отличается от определенного по уравнению баланса Qб не более чем на 2%, расчет поверхности заканчивается. Окончательными принимаются температура, энтальпия и тепловосприятия пучка, вошедшие в уравнение баланса.

При большем расхождении Qт и Qб принимают новое значение температуры за пучком и повторяют расчет (метод приближении).

Для уменьшения количества приближений и объема расчетов рекомендуется задаваться двумя значениями возможных температур газов за пучком с интервалом 50оС и 100оС. При расхождении Qт и Qб за пучком более 2% окончательную температуру за пучком можно найти при помощи графической интерполяции.

Расчет при температуре 500оС.

По уравнению теплового баланса:

По уравнению теплопередачи:

где K- коэффициент теплопередачи и находится по формуле:

 (4.7)

сгорание топливо котельный агрегат

Ψ=0.6- коэффициент тепловой эффективности.

αн - находят по номограмме [1, 11], для этого рассчитаем скорость дымовых газов:

где Vсек - секундный расход дымовых газов при средней температуре потока.

Определим среднюю температуру дымовых газов:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пучка:

Найдем коэффициент теплопередачи :

По известным температурам газов и пара на входе и выходе схеме движения противоток находим среднюю логарифмическую разность температур:

Уравнение теплопередачи:

Расчет при температуре 6000С:

По уравнению теплового баланса:

По уравнению теплопередачи:

где K- коэффициент теплопередачи и находится по формуле:

Ψ=0.6 - коэффициент тепловой эффективности.

αн - находят по номограмме [1, 11] для этого рассчитаем скорость дымовых газов:

где Vсек - секундный расход дымовых газов при средней температуре потока.

Определим среднюю температуру дымовых газов:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пучка:

Найдем коэффициент теплопередачи :

По известным температурам газов и пара на входе и выходе схеме движения противоток находим среднюю логарифмическую разность температур:

Уравнение теплопередачи:

Найдем температуру на выходе из котельного пучка аналитическим методом:

Расчет при температуре 491,92оС.

По уравнению теплового баланса:

По уравнению теплопередачи:

где K- коэффициент теплопередачи и находится по формуле:

 (4.9)

Ψ=0.6 - коэффициент тепловой эффективности.

αн - находят по номограмме [1, 11] для этого рассчитаем скорость дымовых газов:

где Vсек - секундный расход дымовых газов при средней температуре потока.

Определим среднюю температуру дымовых газов:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пучка:

Найдем коэффициент теплопередачи :

По известным температурам газов и пара на входе и выходе схеме движения противоток находим среднюю логарифмическую разность температур:

Уравнение теплопередачи:

Разница Qб и Qт составляет:

5. РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Рисунок 3. Принципиальная схема водяного экономайзера

Водяные экономайзеры устанавливаются для снижения температуры уходящих газов и предварительного подогрева питательной воды перед поступлением ее в барабан котла.

Для котельных работающих с давлением 24 ати, устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из отдельных элементов ребристых труб, соединенных между собой специальными фасонными частями-калачами.

Тепловой расчет водяного экономайзера проводится конструкторским расчетом. Для расчета экономайзера известны энтальпия и температура газов на входе в экономайзер, а также энтальпия и температура газов на выходе из экономайзера  и .

Количество тепла, передаваемого газами в водяном экономайзере, ккал/м3:

 (5.1)

где  - коэффициент сохранения тепла;

- энтальпия газов на входе и выходе из водяного экономайзера, ккал/м3;

 - величина присоса воздуха в водяном экономайзере;

 - энтальпия холодного воздуха, ккал/м3.

Расчетное тепловосприятие экономайзера, как замыкающей поверхности пароводяного тракта определяется из уравнения баланса тепла, ккал/м3:

 (5.2)

где  - полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива;

 - количество тепла сжигаемого топлива, воспринятое лучевоспринимающими поверхностями топки;

 - количество тепла сжигаемого топлива, воспринятое котельными пучками.

Находим энтальпию и температуру воды на выходе из водяного экономайзера:

 (5.3)

где  - энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, ккал/кг;

 - расход воды через экономайзер, кг/ч.

 (5.4)

- паропроизводительность котлоагрегата, кг/ч;

 - величина непрерывной продувки, кг/ч.

Температура на выходе

Примем количество труб в горизонтальном ряду чугунного экономайзера:

m=11

Живое сечение для прохода дымовых газов определяется по формуле:

 (5.5)

где  - живое сечение для проходов газов одной трубы, м2, находим по таблице 9.1.[1]

Средняя скорость газов находится:

 (5.6)

где  - объем газов в водяном экономайзере, м3;

- средняя температура газов в экономайзере,0С.

Поверхность нагрева водяного экономайзера, м2:

 (5.7)

где K - коэффициент теплопередачи в водяном экономайзере, ккал/м2ч0С, определяется по номограмме [1, 12.1].

К=21

Температурный напор определяется по формуле:

Число вертикальных рядов:

где F - поверхность с газовой стороны, берется из таблицы [5, 9.1]

m - количество труб в горизонтальном ряду

6. СОСТАВЛЕНИЕ ПРЯМОГО БАЛАНСА

Расчетная неувязка баланса:

 (6.1)

Определим относительную величину неувязки:

 (6.2)

Баланс сошелся, так как.

Список используемых источников

1.       Тепловой расчет котельных агрегатов малой и средней мощности: Методические указания по курсовому проектированию для студентов спец. 1007- «Промышленная энергетика» /Сост. Д. Е. Криволуцкий, В. А. Дубровский. Красноярск: КГТУ, 1999. 47с.

2.       Котельный агрегат: Справочно-нормативные данные по курсовому проектированию для студентов спец. 1007 - «Промышленная энергетика» всех форм обучения /Сост. Д. Е. Криволуцкий, В. А. Дубровский. Красноярск: КГТУ, 1999. 39с.

.        Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 - М.: Издательство МЭИ. 2003. - 168с.