Расчет отопительной котельной
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
Самарский
государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра
теплогазоснабжения и вентиляции
Расчетно-пояснительная
записка к курсовой работе
Расчет
отопительной котельной
Выполнила:
студентка гр. Т-83
Земенкова
Е.А.
Проверила:
Евграфов А.В.
Самара
2011
Содержание
Введение
1. Водяные котлы типа КВ. Исходные данные
2. Расчет процессов горения топлива
3. Определение объемов продуктов сгорания
4. Определение минимального объема водяных паров
5. Расчёт теплосодержания воздуха и продуктов
сгорания
6. Тепловой баланс котельного агрегата
. Тепловой расчёт поверхности нагрева
. Задача: расчет водяного экономайзера.
Исходные данные
. Подбор водяного экономайзера
. Расчет надежности водяного экономайзера
. Конструкторский расчет водяного
экономайзера
. Расчет количества котлов
Библиографический список
Введение
Котельная установка
представляет собой комплекс устройств, размещенных в помещениях и служащих для
преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара и горячей
воды. Основные элементы котельной установки: котел, топка, питательные и
тягодутьевые устройства, устройства топливоподачи и автоматического
регулирования.
Котел - теплообменное
устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается
воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в
водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.
Топочное устройство служит для
сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту нагретых газов.
Питательные устройства (насосы,
инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.
Тягодутьевые устройства состоят
из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы,
с помощью которых обеспечивается подача необходимого количества воздуха в топку
и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в
атмосферу.
Продукты сгорания, перемещаясь
по газоходам и соприкасаясь с поверхностями нагрева, передают теплоту воде. Для
обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют
вспомогательные элементы: водяные экономайзеры и воздухоподогреватели, служащие
для подогрева воды и воздуха, устройства для подачи топлива и удаления золы,
для очистки дымовых газов и питательной воды, приборы теплового контроля и
средства автоматизации, обеспечивающие нормальную работу всех элементов
котельной.
Классификация котельных
установок.
Котельные установки в
зависимости от типа потребителей разделяются на:
энергетические;
производственно-отопительные;
отопительные.
По виду вырабатываемого
теплоносителя котельные установки делятся на:
паровые;
водогрейные.
В зависимости от масштаба
теплоснабжения отопительные котельные разделяются на:
местные;
групповые;
районные.
В данной работе представлен
расчет котельной с водогрейными котлами типа КВ-ГМ.
1. Водогрейные котлы типа КВ
Стальные водогрейные
прямоточные котлы унифицированной серии КВ-ГМ и КВ-ТС изготавливаются с 1970 г.
для установки в отопительных котельных, на ТЭЦ и в отопительно-производственных
котельных.
Газо-мазутные котлы КВ-ГМ
выпускаются со следующей теплопроизводительностью 4; 6,5; 10; 20; 30; 50; 100;
180 Гкал/ч. Котлы этой серии собираются из однотипных элементов и выполняются в
горизонтальной компоновке, блочно-транспортабельные и состоят из двух блоков:
горизонтально-топочного, вертикально-конвективного. Боковые стены топочной
камеры полностью экранированы трубами диаметром 60*3 мм с шагом 64 мм.
Конвективный блок состоит из
конвективного пакета, фестона и заднего экрана. Конвективный пакет набирается
из U-образных змеевиков
диаметром 29*3 мм. Трубы располагаются в шахматном порядке с шагом 64 и 40 мм.
Змеевики привариваются к вертикальным стоякам диаметром 83*3,5 мм. Фестон и
задний экран конвективного блока выполнены из труб диаметром 60*3 мм с шагом 64
мм.
Котлы теплопроизводительностью
4 и 6,5 Гкал/ч не имеют камеры догорания, и дымовые газы попадают в
конвективный блок сверху из-под перекрытия топки. Отвод дымовых газов из котла
осуществляется снизу.
В котлах теплопроводностью 10,
20 и 30 Гкал/ч имеется внутри топочная перегородка, делящая топочную камеру на
собственно топку и камеру догорания. Дымовые газы в конвективный блок попадают снизу,
а отводятся из него сверху. Топочные камеры котлов КВ-ГМ оборудованы
ротационными газо-мазутными горелками, а конвективные поверхности нагрева
снабжены дробеструйной очисткой.
Исходные данные
1) Тип котла: КВГМ-10
2) Производительность по
теплу: Qк.а=9
Гкал/ч
) Температура холодного
воздуха: tхв=29
0С
) Топливо: газ, Брянск -
Москва
СH4
= 92,8%2H6= 3,9%3H8= 1,1%4H10=
0,4%5H12= 0,1%2=1,6%2=0,1%
Теплота сгорания низшая сухого газа
Плотность при 0˚С и 760 мм. рт.
ст.
. Расчет процессов горения топлива
Вычисление коэффициента избытка воздуха с учетом
присоса воздуха по элементам котельного агрегата.
а) в конце топки
- присос воздуха в топке
- на выходе из топки
б) в конце первого газохода
конвективного пучка
в) в конце второго газохода
конвективного пучка
. Определение объемов продуктов
сгорания
Первоначально будем вести расчет
объемов продуктов сгорания при значении коэффициента избытка воздуха .
Минимальный или теоретический объем сухих газов при определяется
по формуле:
- объем трехатомных газов,
находящийся по уравнениям химических реакций
- минимальное количество азота,
состоящего из атмосферного, равного 79% от теоретического количества воздуха и
азота топлива
. Определение минимального объема
водяных паров
Дальнейший расчет представлен в виде
таблицы 1.
Таблица 1
Расчет продуктов сгорания
Расчитываемая
величина
|
Размерность
|
V0=9.91,
V0H20=1,115, VRO2=1.061, VN2=7.845
|
|
|
Топка
|
КП1
|
КП2
|
Коэффициент
избытка воздуха в конце газохода α
|
|
1,100
|
1,150
|
1,250
|
Коэффициент
избытка воздуха средний αср
|
|
1,075
|
1,125
|
1,200
|
Объем
избыточного воздуха (αср -1)V0
|
нм3/нм3
|
0,743
|
1,239
|
1,982
|
Действительный
объем водяных паров VH2O=V0H2O+0.061(αср-1)V0
|
нм3/нм4
|
1,160
|
1,191
|
1,236
|
Действительный
объем дымовых газов Vг=VRO2+V0N2+VH2O+(αср-1)V0
|
нм3/нм5
|
10,809
|
11,335
|
12,124
|
Объемная
доля трехатомных газов в продуктах сгорания rRO2=PRO2=VRO2/Vг
|
|
0,098
|
0,094
|
0,088
|
Объемная
доля водяных паров в продуктах сгорания rH2O=PH2O=VH2O/Vг
|
|
0,107
|
0,105
|
0,102
|
Суммарная
доля трехатомных газов и водяных паров rn=rRO2+rH2O
|
|
0,206
|
0,199
|
0,189
|
Масса
дымовых газов Iг=ρcг.ТЛ+1.306αV0
|
кг/нм3
|
15,011
|
15,658
|
16,952
|
. Расчет теплосодержания
воздуха и продуктов сгорания
Теплосодержание дымовых газов
определяется как сумма теплосодержаний продуктов сгорания 1 кг () топлива
при и
избыточного воздуха, взятого при температуре продуктов сгорания.
Теплосодержание дымовых газов
определяется по формуле:
, где
- теплосодержание газов при и
температуре газов
- теплосодержание теоретически
необходимого количества воздуха при температуре газов
В расчете теплосодержаний
коэффициент избытка воздуха принимают в конце газохода. Подсчет
теплосодержаний рекомендуется вести в виде таблицы, значения теплосодержаний
вычисляются через каждые 100˚С для интервала температур . Данные
расчета заносим в таблицу 2. тепловой водогрейный
топливо пар
Таблица
2
Теплосодержание дымовых газов
V,0C
|
I0г
ккал/нм3
|
I0В
ккал/нм3
|
α"Т=1.1
|
α"кп2=1.25
|
|
|
|
I"T
|
I"кп
|
100
|
326,412
|
313,156
|
357,727
|
404,701
|
200
|
658,844
|
630,276
|
721,872
|
816,413
|
300
|
999,143
|
953,342
|
1094,477
|
1237,479
|
400
|
1349,353
|
1282,354
|
1477,589
|
1669,942
|
500
|
1708,362
|
1619,294
|
1870,291
|
2113,186
|
600
|
2073,617
|
1964,162
|
2270,033
|
2564,658
|
700
|
2448,769
|
2318,940
|
2680,663
|
3028,504
|
800
|
2835,057
|
2675,700
|
3102,627
|
3503,982
|
900
|
3230,251
|
3032,460
|
3533,497
|
3988,366
|
1000
|
3629,851
|
3399,130
|
3969,764
|
4479,634
|
1100
|
4030,512
|
3775,710
|
4408,083
|
4974,440
|
1200
|
4423,800
|
4152,290
|
4839,029
|
5461,873
|
1300
|
4846,261
|
4528,870
|
5299,148
|
5978,479
|
1400
|
5268,079
|
4915,360
|
5759,615
|
6496,919
|
1500
|
5684,282
|
5301,850
|
6214,467
|
7009,745
|
1600
|
6108,330
|
5688,340
|
6677,164
|
7530,415
|
1700
|
6534,554
|
6074,830
|
7142,037
|
8053,262
|
1800
|
6961,893
|
6263,120
|
7588,205
|
8527,673
|
1900
|
7397,077
|
6857,720
|
8082,849
|
9111,507
|
2000
|
7794,257
|
7254,120
|
8519,669
|
9607,787
|
2100
|
8265,067
|
7650,520
|
9030,119
|
10177,697
|
. Тепловой баланс котельного
агрегата
Экономичность работы котельного
агрегата определяют величину его КПД. Для того, чтобы определить КПД составляем
тепловой баланс. Он заключается в установлении равенства между внесённым в
топку теплом Qрр
и суммой полезно-используемого тепла q1
и тепловых потерь q2,
q3,
q4,
q5,
q6.
q2
-
потери с уходящими газами;
q3
-
потери от химического неполноты сгорания топлива;
q4
-
потери тепла от механического недожега;
q5
-
потери тепла в окружающую среду через неплотности обмуровки котла;
q6
-
потери физического тепла шлака;
Qрр
-
располагаемое тепло твёрдого, жидкого, газообразного топлива на расчётную или
сухую массу.
Qрр,с
=
Qнр,с
+Qфиз.т.п.
+Qф
Qнр,с
- низшая теплота сгорания на расчётную или сухую массу
Qфиз.т.п.
- физическое тепло топлива
Qф
-
тепло вносимое с паровым дутьём
Все расчёты сводим в таблицу 3.
Таблица 3
Тепловой баланс котельного
агрегата
Расчитываемая
величина
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула
или обоснование
|
Результаты
расчета
|
Располагаемое
тепло топлива
|
Qрр
|
ккал/нм3
|
Qрр=Qнс
|
8910
|
Температура
уходящих газов
|
tух
|
0С
|
По
типу котла
|
185
|
Теплосодержание
уходящих газов
|
Iух
|
ккал/нм3
|
По
таблице теплосодержание
|
754,656
|
Температура
холодного воздуха
|
tхв
|
0С
|
Принимается
по заданию
|
28
|
Теплосодержание
холодного воздуха
|
I0хв
|
ккал/нм3
|
I0ух=V0*cхв*tхв
|
88,794
|
Потери
тепла с уходящими газами
|
q2
|
%
|
q2=((Iух-αух*I0хв)*100)/Qрр
|
7,224
|
Потери
тепла от химического недожога
|
q3
|
%
|
Принимается
по нормативному методу по виду сжигаемого топлива и виду топуи
|
1,5
|
Потери
тепла в окружающую среду
|
q5
|
%
|
q5=q5ном*Qномк.а./Qк.а
|
1,875
|
Суммарные
потери тепла
|
∑qi
|
%
|
∑qi
|
10,599
|
КПД
котла
|
Ƞк.а
|
%
|
Ƞк.а=100-∑qi
|
89,401
|
Тепло,
полезно используемое в к.а.
|
Qк.а
|
ккал/нм3
|
Qк.а=Gвод*(i"вых-i'вход)*103
|
9944550
|
Полный
расход топлива
|
В
|
нм3/ч
|
B=(Qк.а*100)/(Qрр*Ƞк.а)
|
1248,435
|
Расчетный
расход воздуха
|
Вр
|
нм3/ч
|
Вр=В
|
1248,435
|
Коэффициент
сохранения тепла
|
ϕ
|
-
|
ϕ=1-(q5/(q5+Ƞк.а))
|
0,979
|
. Тепловой расчёт поверхности
нагрева
По способу теплообмена все
поверхности нагрева делятся на 2 типа:
· лучевоспринимающий или
радиационные поверхности нагрева
· конвективные
поверхности нагрева
Тепловой баланс по
тепловосприятию поверхности нагрева выглядит следующим образом:
Qт-
количество тепла выделившееся в топке при сжигании топлива;
Qтл
-
количество тепла, отданное лучистым теплообменом, отданное экраном топки
стенкам;
Qкпк-
тепло отданное конвективным теплообменом котельному пучку или водяному
экономайзеру.
Составим уравнения теплового баланса
между теплом, выделяющимся в топке и теплосодержанием дымовых газов.
Qт= Qа= Ya=f(a)
Qа- теплота
полученная дымовым газом;
Ya-
теплосодержание в топке дымовых газов;
a-
теоретическая температура горения топки.
Зная Ya можно найти
теплосодержание a. a=2051
Температуру дымовых газов на выходе
из топки принимают в зависимости от типа котла и вида топки.
θa=1100ºС, Yт//=4408,083
ккал/нм3
По принятой ориентировочной
температуре дымовых газов на выходе из топки определяют количество тепла,
отданное лучистым теплообменом:
ккал/нм3
Проверяем какой процент лучистого
тепла от общего
Находим количество тепла полученного
котельными пучками в результате конвективного теплообмена:
Проверяем какой процент
конвективного тепла от общего
Находим потери с уходящими газами:
Поверяем:
. Задача: расчет водяного
экономайзера
Водяные экономайзеры - это хвостовые
поверхности нагрева, которые устанавливаются за паровыми котлами и некоторыми
водогрейными и служат для:
нагрева питьевой воды, поступающей в
верхний барабан на подпитку котла;
охлаждения дымовых газов,
выбрасываемых в атмосферу.
По своему назначению экономайзеры
являются утилизаторами дымовых газов, следовательно они повышают КПД котла и
понижают потери q2.
Водяные экономайзеры могут быть 1
или 2-х колонковые(1 или 2-х ходовые).
Котлы КЕ и ДЕ комплектуются блочными
чугунными экономайзерами некипящего типа ЭП. Водяные экономайзеры идут
комплектно с котлом, дутьевым вентилятором и дымососом.
Исходные данные
1) Тип котла: ДЕ - 10/14
2) Производительность по
теплу: Qк.а=10т/ч
) Температура
питательной воды: tп.в.=1040С
) Температура уходящих
газов: tух=146
0С
) Температура на выходе:
tвых=273
0С
) Расчетный расход
топлива в котле: Вр=718 нм3/ч
) Рs=10%
) Рб=14атмосфер
) Топливо: газ, Брянск -
Москва
. Подбор водяного экономайзера
Тип экономайзера, установленного на данном котле
смотрим в [1, 2].
По справочным данным подбираем для заданного
типа котла экономайзер ЭП2-236 со следующими характеристиками:
а) поверхность нагрева Аэк=236м2
б) число труб в горизонтальном ряду nгор=5
шт
в) число вертикальных рядов nверт=16
г) количество колонок - 2
д) длина трубок экономайзера - 2 м
. Расчет надежности водяного экономайзера
. Расчет продуктов сгорания
Коэффициент избытка воздуха в конце газохода: α=1,35
Коэффициент избытка воздуха средний: αср=1,3
Объем избыточного воздуха:
(αср
-1)V0=(1,3-1).9,1=2,973
Действительный объем водяных паров:
H2O=V0H2O+0.061(αср-1)V0
VH2O=1,115+0,061.2,973=2,912
Действительный объем дымовых газов:
г=VRO2+V0N2+VH2O+(αср-1)V0
Vг=1,061+7,845+1,115+2,973=14,791
. Теплосодержание
V, 0C
|
Yэк, ккал/нм3
|
100
|
436,017
|
200
|
879,441
|
300
|
1332,813
|
. Составим тепловой баланс водяного
экономайзера:
Вр.Qэкк=Dпв.Δiпв.
Для этого определим:
Коэффициент сохранения тепла:
Y/=626.689//=1210.403
4. Определяем энтальпию питательной воды на
выходе из водяного экономайзера:
iпв//=104,32+41,78=172,8
ккал/кг
5. Проверим условие надежности работы водяного
экономайзера:
В котлах типа ДЕ и КЕ устанавливаются водяные
экономайзеры системы ВТИ не кипящего типа.
Dп.в.=Dном
к.а.. 103+ Dк.а..
103 . Ps/100
Dп.в=10.103+10.103.10/100=11000
кг/ч
tнас(Pб)-tпв
≥20-40◦С
Из [2] выписываем tнас
=
194,13◦С
,13-146,1 = 48,03
Вывод: условие надежности выполняется.
. Конструкторский расчет водяного экономайзера
№
|
Наименование
величины
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула
или обоснование
|
Результат
|
1.
|
Температура
газов перед экономайзером
|
°СИз
справочника273
|
|
|
|
2.
|
Теплосодержание
газов перед экономайзером
|
ккал/ нм3Табл.3
по 2 кп1210,403
|
|
|
|
3.
|
Температура
уходящих газов
|
°СИз
справочника146
|
|
|
|
4.
|
Теплосодержание
уходящих газов
|
ккал/
нмТабл.3 по экономайзеру626,689
|
|
|
|
5.
|
Расход
питательной воды через экономайзер
|
Дпв
|
т/ч
|
11000
|
|
6.
|
Тепловосприятие
экономайзера по уравнению теплового баланса
|
ккал/ч474169
|
|
|
|
7.
|
Температура
питательной воды
|
°СПо
заданию104
|
|
|
|
8.
|
Теплосодержание
питательной воды
|
ккал/ нм3Нормативный
метод104
|
|
|
|
9.
|
Теплосодержание
воды на выходе из экономайзера
|
ккал/ нм3147,11
|
|
|
|
10.
|
Температура
воды на выходе из экономайзера
|
°СНормативный
метод XXIV146,1
|
|
|
|
11.
|
Скорость
дымовых газов в водяном экономайзере
|
м/сПринимаем
с последующим уточнением11
|
|
|
|
12.
|
Объем
дымовых газов
|
нм3/нм3Из
таблицы №114,791
|
|
|
|
13.
|
Средняя
тем-ра газов в экономайзере
|
°С209,5
|
|
|
|
14.
|
Сечение
для прохода дымовых газов
|
F
|
м2
|
0,474
|
|
15.
|
Длина
ребра трубы экономайзера
|
1
|
м
|
Раздел
"водяные экономайзеры "
|
2
|
16.
|
Живое
сечение для прохода газов одной трубы
|
F
'
|
мг
|
[2]
|
0,12
|
17.
|
Число
труб горизонтальном ряду
|
nгор
|
шт.
|
F/F'
|
4
|
18.
|
Действительная
скорость газов
|
м/с10,86
|
|
|
|
19.
|
Коэффициент
теплопередачи
|
К
|
ккал/
м2ч°С
|
[2]
|
22,44
|
20.
|
Средне
арифметический температурный напор
|
"С76,9
|
|
|
|
21.
|
Полная
поверхность нагрева водяного экономайзера
|
Н
|
м2
|
274,78
|
|
22.
|
Поверхность
нагрева одной трубы
|
Н'
|
м2
|
[2]
|
2,95
|
23.
|
Число
вертикальных рядов
|
nверт
|
шт.
|
23
|
|
24.
|
Действительная
поверхность нагрева водяного экономайзера
|
Hg
|
м2
|
271,4
|
|
25.
|
Тепловосприятие
водяного экономайзера по уравнению теплообмена
|
ккал/ч468338
|
|
|
|
26.
|
Разница
|
|
%
|
1,23
|
|
. Расчет количества котлов
Для котла КВГМ - 10 предусмотрено 4 котла.
nка=4шт.
Qmax=Qка.
nка
Qmax=9
. 4=36 Гкал/ч
Qс.н.=(0,1
- 0,15)Qmax
Qc.н.=0,1∙36=33,6
Гкал/ч
Qрасч=Qmax
- Qc.н
Qрасч=36
- 3,6=32,4 Гкал/ч
Qmaxов=(0,75
- 0,8) Qрасч
Qmaxов=0,75∙32,4=24,3
Гкал/ч
Qср.чгвс=(0,25
- 0,2) Qрасч
Qср.чгвс=0,25∙32,4=8,1
Гкал/ч
Библиографический список
1.
Ю.Л. Гусев: Основы проектирования котельных установок, издание 2-е. дополненное
и переработанное. Москва 1973 г.
.
С.А. Минкина: Тепловой расчет поверхностей котельных агрегатов, методические
указания. Куйбышев 1986 г.
.
С.А. Минкина, В.М. Полонский: Расчет процессов горения, методические указания.
Куйбышев 1986 г.