Тепловий розрахунок котельного агрегату
Тепловий розрахунок котельного агрегату
1. Вихідні дані
· За
завданням маємо паливо: Газ Гоголівського родовища 3н.
· Виписуємо
з довідника склад газу
СН4 = 85,8%;
С2Н6 = 0,2%; С3Н8 = 0,1%; С4Н10
= 0,1%;
С5Н12
= 0%; N2 = 13,7%; СО2 = 0,1%.
1.
Теплотворна здатність: QнР=7399
ккал/м3.
2.
Теоретичний об’єм
повітря необхідного для спалювання 1 м3 газу
1.
Об'єм трьохатомних
газів:
Об'єм двохатомних
газів: 
1.
Об'єм водяних парів
·
Тип котла за завданням ДЕ 16-14
· Паропродуктивність:Д=15,0
т/год
· Тиск
на виході із котла: 1,4 МПа
· Температура
живильної води 70 0С
Для котлів, обладнаних
камерною топкою для спалювання газоподібного палива величину надлишку повітря
приймаємо:
Топка 
Газохід 
Економайзер 
.
.
Підрахунок кількості продуктів горіння
Таблиця 1
|
Назва величини
|
Формула для розрахунку
|
Кількість надлишку повітря
|
|
|
α
топки= 1,1
|
α
конв. ч.= 1,2
|
α'економ=
1,3
|
|
Теоретична к-ть. повітря
|
V0
|
8,26
|
8,26
|
8,26
|
|
Величина α=1
|
α-1
|
0,1
|
0,2
|
0,3
|
|
Об'єм надлишкового пов.
|
∆V=(α-1) V0
|
0,826
|
1,652
|
2,478
|
|
Надлишковий об’єм водяних парів.
|
 0,013
|
0,026
|
0,04
|
|
|
Теор. об’єм. 3-х атомних газів
|
 0,870,870,87
|
|
|
|
|
Теор. об’єм. 2-х атомних газів
|
 6,66
|
6,66
|
6,66
|
|
|
Теор.об’єм Водяних парів
|
 1,86
|
1,86
|
1,86
|
|
|
Об'єм сухих газів
|
 8,3569,18210,008
|
|
|
|
|
Об'єм вод. парів
|
 1,8731,8861,9
|
|
|
|
|
Заг.об'єм димових газів
|
 10,22911,06811,908
|
|
|
|
|
Об'ємна доля 3-х атомних газів
|
 0,0850,0790,073
|
|
|
|
|
Об'ємна доля вод. парів
|
 0,1830,170,16
|
 0,268
|
0,249
|
0,233
|
|
|
Темп. точки роси
|
tP=f(r)
|
57,626
|
56,04
|
54,82
|
3. Тепловий баланс котла
Визначення тепло
сприймання води і водяної пари:
де іпари
- ентальпія водяної пари, при Р = 1,5 МПа, tнас = 197,4 ОС,
іпари
= 666,9 ккал/кг
іжв -
ентальпія живильної води, при tжв = 70 ОС, іжв
= 69,97 ккал/кг
ікв - ентальпія
котлової води, при tнас = 197,4 ОС, ікв =
200,7 ккал/кг
Рпр -
величина продувки, приймаємо 3%
кДж/кг
Для складання
теплового балансу задаюсь температурою вихідних газів, яку приймаю 140 ОС.
При цій температурні з 
діаграмі
визначаємо ентальпію димових газів на виході івих = 551,04 кДж/кг
Тепло з повітрям,
що вноситься в топку:
де Сп
- теплоємність повітря = 1,005 кДж/(м3*ОС)п -
температура повітря = 15 ОС
кДж
Тепло з паливом,
що вноситься в топку:
кДж
Втрати теплоти з
відхідними газами:
2 = (івих - Qпов)/ QнР*100%
2 = (551,04-136,97-25,2) / 7376,19 * 100 = 5,27%
Величину втрат
теплоти від хімічного недопалу приймаємо відповідно для камерної топки q3
= 2,0%
Величину втрат
теплоти в навколишнє середовище приймаємо5 = 2,0%
Коефіцієнт
корисної дії установки:
%
Витрати палива
котельним агрегатом:
м3/год
4.
Розрахунок топки
Визначення
теплонадходжень в топку:
;
ккал/м3
За діаграмою
визначаємо теоретичну температуру горінняа = 1808.29 ОС
Розрахунок температури
газів на виході з топки
|
№ з/п
|
Назва величини
|
Умовні позначення
|
Розрахункові формули
|
Розрахункові дані
|
Результат
|
|
1
|
Об’єм топки, м3
|
Vт
|
Із характеристики котла
|
-
|
22,5
|
|
2
|
Загальна площа стін топки, м2
|
Нст
|
Із креслень котла
|
-
|
50,13
|
|
3
|
Ефективна товщина випромінюючого
шару, м
|
S
|
S=3,6* Vт/ Нст
|
3,6*22,5/50,13
|
1,62
|
|
4
|
Розрахункова радіаційна площа
|
Hp
|
Із характеристики
|
48,13
|
|
5
|
Ступінь екранування топки
|
ψ
|
Ψ=
Hp/ Нст
|
48,13/50,13
|
0,96
|
|
6
|
Розташування зони максимуму
температур
|
X
|
X=h1/h2
|
3,65/9,82
|
0,3665
|
|
7
|
Коефіцієнт
|
m
|
Табл. 12.2 [4]
|
-
|
0,1
|
|
8
|
Сумарна поглинаюча властивість
трьохатомних газів
|
Pn*S
|
Таблиця 1 чн* S
|
0,268*1,62
|
0,4342
|
|
9
|
Температура газів на виході із
топки
|
Өт»
|
Приймається з подальшим уточненням
|
1100°С
|
|
10
|
Коефіцієнт послаблення променів
трьохатомними газами
|
Кг
|
Рис. 2.3 додатка
|
-
|
0,377
|
|
11
|
Коефіцієнт послаблення променів
топковим середовищем
|
К
|
К= Кг * чн
|
0,377*0,268
|
0,101
|
|
12
|
Сила поглинання променів потоком
газів
|
крS
|
Р=1 ата Кг* чн*
S
|
0,3*0,271*1,62
|
0,3739
|
|
13
|
Ступінь чорноти несвітної частини
полум’я
|
αне
|
рис. 2.6 додатка
|
-
|
0,3112
|
|
14
|
Ступінь чорноти полум’я
|
αф
|
αп=αнс(1-m)+ m αсв
|
0,2944*0,1+0,9*0,3112
|
0,30952
|
|
15
|
Умовний коефіцієнт забруднення
радіаційної поверхні
|
ξ
|
Приймається при спаленні газу -
0,65; вугілля - 0,25…0,4
|
0,65
|
|
16
|
Добуток
|
Ψ*ξ
|
Ψ*ξ
|
0,96*0,65
|
|
М
|
Тепловиділення в топці на 1 м2
огороджуючої конструкції, ккал/м2
|
-
|
Вр*Qт/Нст
|
1336,5993*7267,28/50,13
|
193726,39
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура газів на
виході з топки відрізняється від попередньо прийнятої на 9,73°С (допускається
55°С).
. Розрахунок
конвективної частини котла
Конвективна частина
котла ДЕ 16-14 включає один газохід.
Розрахунок конвективної
частини котла
|
Назва величини
|
Умовні позначення
|
Розрахункові формули
|
Результати при Ө1»
|
|
|
Загальний вигляд
|
Числові значення
|
900°С
|
200°С
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
Температура димових газів на вході
в газоход
|
Ө1'
|
Із розрахунку топки
|
1110
|
1110
|
1110
|
|
Ентальпія димових газів перед
газоходом котла, ккал/кг
|
І1'
|
І-Ө - діаграма
|
4255
|
4255
|
4255
|
|
Температура димових газів за
газоходом котла
|
Ө1''
|
Задаємося
|
-
|
900°С
|
200°С
|
|
Ентальпія димових газів за
газоходом котла, ккал/кг
|
І1''
|
І-Ө - діаграма
|
-
|
3578,4
|
742,2
|
|
Теплонадходження в газоході,
ккал/кг
|
Qб
|
   899230,14652186,4
|
|
|
|
Середній
температурний напір,°С ∆t^ср 
|
 801,53134,12
|
|
|
|
|
|
Середня температура димових газів
|
Өср
|
  1005655
|
|
|
|
Середня швидкість
димових газів ωср 
|
 19,38515,342
|
|
|
|
|
|
Коефіцієнт тепловіддачі
конвекцією, ккал/°С
|
α'к
|
Рис. 2.8 додатка
|
-
|
81,39
|
76,98
|
|
Коефіцієнт тепловіддачі
конвекцією, ккал/м2°С
|
αк
|
α'к
*3,6
|
-
|
239
|
277,13
|
Pn*S
|
чн* S
|
0,249*0,165
|
0,041
|
0,041
|
|
Коефіцієнт послаблення променів
трьохатомними газами
|
кг
|
Рис. 2.3 додатка
|
-
|
2,877
|
4,275
|
На основі виконаних
розрахунків будується допоміжний графік. При побудові графіка по Qб і
Qт визначається температура димових газів, яка дорівнює Өк
= 437°С.
6. Тепловий розрахунок
економайзера
Таблиця 5
|
Назва величини
|
Умовні позначення
|
Розрахункова формула
|
Числові значення
|
Результат
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Температура димових газів перед
економайзером
|
Өе'
|
  404.54
|
|
|
|
Ентальпія димових газів перед
економайзером, ккал/кг
|
Іе'
|
І-Ө - діаграма
|
-
|
1570.9
|
|
Температура димових газів після
економайзера
|
Өвих
|
Була прийнята
|
-
|
140
|
|
Ентальпія димових газів після
економайзера, ккал/кг
|
Іе''
|
І-Ө діаграма
|
-
|
551.04
|
|
Теплосприйняття в економайзері,
ккал/год
|
Qб
|
φВр(Іе'-Іе''+ΔІпов)
|
1336,6*0,99 (1570,9-551,04+3,9)
|
1354674
|
|
Кількість живильної води, що
проходить через економайзер, л/год
|
Де
|
За завданням
|
-
|
15000
|
|
Температура живильної води перед
економайзером,°С
|
t'е
|
За завданням
|
-
|
70
|
|
Температура живильної води після
економайзера,°С
|
t''е
|
  160,3
|
|
|
|
Середньологарифмічна різниця
температур,°С
|
t^ср
|
  157,12
|
|
|
|
Середня температура димових газів
|
Өср
|
 (404,54+140)/2272,27
|
|
|
|
Швидкість газів у перерізі
економайзера, м/сек
|
ωср
|
Задаємося
|
-
|
|
Орієнтовна площа живого перерізу
ряду економайзера, м2
|
   0,9382
|
|
|
|
|
У горизонтальному ряду визначаємо
кількість двометрових труб системи ВТІ. За табл. ІV.6 [5] поверхня однієї
трубки становить 4,49 м2 при живому перерізі газової сторони 0,186
м2.
|
|
Кількість трубок у ряду
|
nг
|
Fек/0,186
|
0,9382/0,186
|
5
|
|
Приймаємо 5
|
|
Фактична швидкість газів, м/сек
|
ωф
|
  9,08
|
|
|
|
Коефіцієнт теплопередачі, Ккал/м2ч°С
|
К
|
 19,5*1,0119,7
|
|
|
|
Розрахункова поверхня нагріву
економайзера, м2
|
Fе
|
  437,44
|
|
|
|
Кількість трубок в економайзері
|
пек
|
Fe/4,49
|
437,44/4,49
|
97
|
|
Кількість рядів по вертикалі
|
nр
|
пек / nг
|
97/5
|
19,4 19
|
7. Перевірка теплового
балансу котельного агрегату
к = Вр*Qнр*ηк = 1336,6*7376,19*0,9073=8945084,7 ккал/кг;
Qтопки
= Вр*φт(Qт -
)=1336.6*0.99*(7267.28-4254.84)=3986163
ккал/кг;кп = Вр*φк( -
+
)=
1336,6*0,99*(4254,84-1702,44+2,97) =3381352,4 ккал/кг;ек = Вр*φек( -
+)=1336,6*0,99*(1702,44-551,04+3,9)=1528732,24
ккал/кг;
∆Q =
8945084,7 - (3986163+3381352,4+1528732,24)= 48837,06 ккал/кг;
.
Нев’язка в
тепловому балансі близька до величини похибки інженерних розрахунків.
Література
1. Винник В.І., Хрящевський В.М. Методичні вказівки до курсової
роботи «Котельний агрегат» - Полтава: ПДТУ, 2000. - 26 c.
2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. -
М., Энергия, 1977. - 296 с.
. Роддатис К.Ф., Полторацкий А.Н. Справочник по котельным
установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.
. Щеголев М.М. и др. Котельные установки. - М.: Стройиздат,
1973. - 248 с.
. Гусев Ю.П. Основы проектирования котельных установок. -
2-е изд. - М.: Стройиздат, 1973. - 248 с.
горіння ентальпія котел тепловий