Тепловой расчет стационарного котла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра энергетики и транспорта
Пояснительная записка к курсовому
проекту
по дисциплине «Стационарные паровые и
водогрейные котлы»
на тему: «Тепловой расчет
стационарного котла»
Выполнила: студент
группы ВЭП-491
Гайзлер А.Ю.
Принял: доцент
кафедры энергетики
и транспорта
Пантелеев С.П.
Мурманск, 2013
Содержание
1. Характеристика
котлоагрегата
. Краткая характеристика
топлива. Определение энтальпий воздуха, продуктов сгорания и построение i-t
диаграммы
. Поверочный тепловой расчет
.1 Предварительный тепловой
баланс
.2 Расчет теплообмена в
топочной камере
.3 Расчет теплообмена в
конвективной испарительной поверхности нагрева
.4 Окончательный тепловой
баланс котла
Список используемой
литературы
1. Характеристика котлоагрегата
Рис. 1. Конструктивная схема котла
- топочная камера; 2, 13 - верхний и нижний барабаны; 3 - манометр; 4 -
предохранительный клапан; 5 - питательные трубопроводы; 6 - сепарационное
устройство; 7 - легкоплавкая пробка; 8 - камера догорания; 9 - перегородка; 10
- пучок кипятильных труб; 11 - трубопровод непрерывной продувки; 12 -
обдувочное устройство; 14 - трубопровод периодической продувки; 15 - кирпичная
стенка; 16 - коллектор
Паровой котел ДКВр-4-13 - двухбарабанный котел, вертикально-водотрубный,
реконструированный с естественной циркуляцией.
Техническая характеристика котла ДКВР-4-13:
Паропроизводительность - 4 т/ч;
Давление пара - 1,3 МПа (13 кг/см2);
Поверхность нагрева котла:
радиационная - 21,4 м2
конвективная - 116,9 м2
общая - 138,3 м2;
Объем котла:
паровой - 2,05 м3
водяной - 5,55 м3;
Объем воды по водоуказательному стеклу - 0,84 м3;
Время испарения этого объема - 11,5 мин;
Коэффициент полезного действия при сжигании газа - 90,8%.
Расход топлива (газа) - 310 кг/ч.
Рис. 2. Схема движения продуктов горения в котле ДКВр:
Г - газ, В - воздух, ПГ - продукты горения.
Котел имеет верхний длинный и нижний короткий барабаны, расположенные
вдоль оси котла. Барабаны соединены развальцованными в них гнутыми кипятильными
трубами, образующими развитый конвективный пучок. Перед конвективным пучком
расположена экранированная топочная камера. Трубы боковых экранов завальцованы
в верхнем барабане, нижние концы экранированных труб приварены к нижним
коллекторам.
Топочная камера для исключения затягивания пламени в конвективный пучок и
уменьшения потерь с уносом и химическим недожогом разделяется кирпичной стенкой
на собственно топку и камеру догорания.
По нижней образующей верхнего барабана устанавливаются две легкоплавкие
пробки, предназначенные для предупреждения перегрева стенок барабана под
давлением.
Ввод питательной воды в верхний барабан. Вода в водяном пространстве
распределяется по перфорированной трубе. Для непрерывной продувки на верхнем
барабане устанавливается штуцер, на котором смонтирована регулирующая и запорная
арматура. В нижнем барабане устанавливаются перфорированная труба для
периодической продувки и трубы для прогрева котла паром при растопке.
Конвективные пучки выполняются с коридорным расположением труб. Камеры,
экранные и конвективные трубы изготовлены из углеродистой стали марок 10 и 20.
За котлом установлен экономайзер конструкции ВТИ, выполненный из чугунных
ребристых труб с квадратными ребрами. Диаметр труб 76 мм., шаг 150 мм.
Дымовые газы удаляются дымососом ДН-10 производительностью 31000 м3/ч
Конструктивная характеристика котла:
Внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов - 1000 мм.
Толщина стенки барабанов - 13 мм
Длина цилиндрической части :
верхнего барабана - 5010 мм
нижнего барабана - 1800 мм
Диаметры:
передних опускных труб - 140х4,5 мм
экранных и кипятильных труб - 51х2,5 мм
Шаг труб бокового экрана - 80 мм
Число труб бокового экрана - 30*2=60
Общее число экранных труб - 80 шт.
Шаг конвективных труб, продольный×поперечный - 100×110
мм
Число конвективных труб - 320 шт.
2. Краткая характеристика топлива. Определение энтальпий воздуха,
продуктов сгорания и построение i-t диаграммы.
Для расчета задано топливо - природный газ Ленинского месторождения
(Тюменская обл.) следующего состава:
|
СН4
|
С2Н6
|
С3Н8
|
С4Н10
|
С5Н12
|
СО2
|
N2
|
|
95,2
|
1,1
|
0,57
|
0,24
|
0,41
|
1,0
|
1,48
|
Коэффициент избытка воздуха во всем газоходе котла постоянный и равен
1,2. Расчет ведем в табличной форме (см. табл.2.1).
Таблица 2.1.
|
№ п/п
|
Наименование величины
|
Обозначение
|
Единица измерения
|
Расчетная формула или
источник определения
|
Расчет
|
Результат
|
|
|
|
|
|
|
Промежуточный
|
Окончательный
|
|
1
|
Теоретическое количество
воздуха, необходимое для горения
|
 м3/м3
|
0,0476[S(m+n/4)· ·CmHn+ +0,5CO+0,5H2+ +1,5H2C-O2]
|
CH4 (1+1)×95,2 C2H6
(2+1,5)×1,1 С3H8 (3+2)×0,57
С4H10 (4+2,5)×0,24
С5H12 (5+3)×0,41 0,0476×
|
190,4 3,85 2,95 1,56 3,28
202,04
|
9,62
|
|
|
2
|
Теоретический объем азота в
дымовых газах
|
 м3/м3
|
0,79 + 0,79×9,62 1,48×0,01
|
7,60 0,0148
|
7,61
|
|
|
|
3
|
Объем сухих трехатомных
газов
|
 м3/м3
|
0,01(CO2+CO+ +H2S+SmCmHn)
|
CH4 1×95,2 C2H6
2×1,1 С3H8 3×0,57 С4H10
4×0,24 С5H12 5×0,41 СО2 1
|
95,2 2,2
1,71 0,96 2,05
1 103,12
|
1,03
|
|
4 Теоретический
объем водяных паров в дымовых газах 
м3/м30,01(H2S+H2+
+S
CmHn+
+0,124dТП+
+1,61)CH4 2×95,2 C2H6 3×1,1 С3H8 4×0,57 С4H10 5×0,24 С5H12 6×0,41 0,124×10 1,61
,61×9,62
,01×216,4190,4
,3
,28
,2
,46
,24
|
15,49 2,16
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
Полный объем теоретического
количества дымовых газов
|
 м3/м3 7,61+1,03+2,1610,8
|
|
|
|
|
|
|
6
|
Коэффициент избытка воздуха
|
a
|
|
задан
|
|
|
1,2
|
|
7
|
Избыточный объем воздуха
|
 м3/м3(a-1) 0,2×9,621,924
|
|
|
|
|
|
8 Действительный
объем водяных паров 
м3/м3+
|
+0,016(a-1) 2,16+0,016×1,9242,17
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
Полный объем продуктов
сгорания
|
 м3/м3 +(a-1) 10,8+1,92412,72
|
|
|
|
|
|
|
10
|
Теоретическая энтальпия
влажного воздуха
|
  
|
|
|
|
|
|
|
11
|
Объемная доля сухих
трехатомных газов в продуктах сгорания  -/1,03/12,720,08
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Объемная доля водяных паров
в продуктах сгорания
|
 -/2,17/12,720,17
|
|
|
|
|
|
|
13
|
Объемная доля трехатомных
газов в продуктах сгорания
|
rn
|
-
|
+0,08+0,170,25
|
|
|
|
|
14
|
Давление в топке
(абсолютное)
|
РТ
|
МПа
|
Принимается в зависимости
от типа котла
|
|
|
0,1
|
|
15
|
Парциальное давление
трехатомных газов
|
 МПа РТ0,08·0,10,008
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Парциальное давление
водяных паров
|
 МПа РТ0,17·0,10,017
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Суммарное парциальное
давление
|
РП
|
МПа
|
+0,008+0,0170,025
|
|
|
|
Рис. 2. Зависимость энтальпии газов от температуры
Таблица 2.2.
t, 0С = 1,03
нм3/кг
= 7,61 нм3/кг
,
кДж/кгВлажный
воздух
,
кДж/кг
,
,
кДж/м3×град
кДж/кг×град
, кДж/м3×град
кДж/кг×град
, кДж/м3×град
,кДж/кг×град
,
кДж/м3×град
,
|
кДж/кг
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
|
0
|
1,599
|
1,647
|
1,294
|
9,847
|
1,494
|
3,227
|
0
|
1,318
|
0
|
0,2
|
0
|
0
|
|
200
|
1,787
|
1,841
|
1,299
|
9,885
|
1,522
|
3,288
|
3003
|
1,331
|
2875
|
|
575
|
3578
|
|
400
|
1,929
|
1,987
|
1,316
|
10,015
|
1,566
|
3,383
|
6154
|
1,354
|
5849
|
|
1170
|
7324
|
|
600
|
2,041
|
2,102
|
1,340
|
10,197
|
1,614
|
3,486
|
9472
|
1,362
|
8955
|
|
1791
|
11263
|
|
800
|
2,131
|
2,195
|
1,367
|
10,403
|
1,668
|
3,603
|
12961
|
1,411
|
12191
|
|
2438
|
15399
|
|
1000
|
2,203
|
2,269
|
1,391
|
10,586
|
1,722
|
3,720
|
16574
|
1,437
|
15520
|
|
3104
|
19678
|
|
1200
|
2,263
|
2,331
|
1,414
|
10,761
|
1,776
|
3,836
|
20313
|
1,461
|
18935
|
|
3787
|
24100
|
|
1400
|
2,313
|
2,382
|
1,434
|
10,913
|
1,828
|
3,948
|
24141
|
1,483
|
22423
|
|
4485
|
28626
|
|
1600
|
2,355
|
2,426
|
1,452
|
11,050
|
1,876
|
4,052
|
28044
|
1,501
|
25937
|
|
5187
|
33232
|
|
1800
|
2,391
|
2,463
|
1,468
|
11,171
|
1,921
|
4,149
|
32010
|
1,517
|
29490
|
|
5898
|
37909
|
|
2000
|
2,422
|
2,495
|
1,482
|
11,278
|
1,962
|
4,238
|
36021
|
1,532
|
33091
|
|
6618
|
42639
|
|
2200
|
2,448
|
2,521
|
1,495
|
11,377
|
2,000
|
4,320
|
40080
|
1,546
|
36733
|
|
7347
|
47427
|
3. Поверочный
тепловой расчет
.1
Предварительный тепловой баланс
Тепловой
баланс котельного агрегата представляет равенство между поступившим в агрегат
количеством тепла 
и сумой полезно использованного тепла Q1 и
тепловых потерь Q2, Q3, Q4, Q5 и Q6.
Тепловой
баланс составляется на или 1 м3 газообразных топлив.
Общее
уравнение теплового баланса
Здесь:
- располагаемое тепло топлива, кДж/(к/Дж/м3)
Q 1- полезно
использованное тепло топлива, кДж/кг (кДж/м3)
Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 -
тепловые потери котлом, кДж/кг (кДж/м3).
Составление
предварительного теплового баланса.
Котел
имеет следующие характеристики: паропроизводительность 6,5 т/ч , котел
вырабатывает насыщенный пар с рабочим давлением 13 кг/см2 изб. (1,4 МПа
абсолютных), влажность пара -0,01, температура питательной воды до экономайзера
30 оС, за экономайзером 30 оС, температура холодного воздуха 25 оС, температура
воздуха, поступающего в топку (внешний подогрев) 110 оС. Способ сжигания
топлива механический. Установлено топочное устройство ПМЗ - ЛЦР.
Ниже
ведется расчет по предварительному балансу. (Табл. 3.1). На полученный в
таблице 3.1 расход топлива Вр проводится расчет теплообмена всех последующих
поверхностей нагрева.
Таблица 3.1 - Предварительный тепловой баланс
|
№ п/п
|
Наименование
|
Обоз начение
|
Ед. измер.
|
Расчетная формула или
способ определения
|
Численные значения
|
Результат
|
1 Низшая
теплота сгорания 
МДж/м3
МДж/кг
кДж/кг
,186/0,76936,186
,057
|
47057
|
|
|
|
|
|
|
2
|
Коэффициент полезного
действия котла
|
h*
|
%
|
Принимается ориентировочно
по прототипу
|
|
90
|
|
3
|
Потери тепла - от
химической неполноты сгорания -от механического недожега -в окружающую среду
- с уходящими газами
|
q3 q4 q5 q2’
|
% % % %
|
по прототипу принимается
принимается принимается 100-(h + q3 + q4+
q5)
|
100-(90+0,5+2,4)
|
0,5 0 2,4 7,1
|
|
4
|
Коэффициент избытка воздуха
|
a
|
|
По заданию
|
|
1,2
|
|
5
|
Температура воздуха:
-холодного -подогретого, поступающего в топку
|
tхв tгв
|
оС оС
|
По заданию
|
|
60 210
|
|
6
|
Средние изобарные объемные
теплоемкости влажного воздуха -холодного -подогретого
|
схв сгв
|
кДж/кг град
|
при температурах tхв
и tгв
|
|
1,322 1,332
|
|
7
|
Количество тепла, вносимое
в топку с холодным воздухом подогретым воздухом
|
Iхв Iгв
|
кДж/кг кДж/кг
|
1,016Vo a схв tхв 1,016Vo a сгв tгв
|
1,016 *9,62* 1,2* 1,32*260 1,016*9,62 *1,2* 1,332*
210
|
930 3281
|
|
8
|
Количество тепла,
переданное в воздухоподогревателе (внешний подогрев)
|
Qвн
|
кДж/кг
|
Iгв - Iхв
|
3281-930
|
2351
|
|
9
|
Температура топлива
поступающего в топку
|
tmл
|
оС
|
принимается
|
|
30
|
10 Теплоемкость
сухой массы топлива ссmл кДж/м3 град кДж/кг·град 
0,01(1,627·1+1,576·95,2+
+2,295·1,1+3,185·0,57+
+4,3·0,24+5,333·0,41+
,295·1,48)+
+0,0052·1,498·10
,689/0,769
,689
|
2,20
|
|
|
|
|
11
|
Теплота, вносимая в топку с
топливом
|
imл
|
кДж/кг
|
срm× tm
|
2,20×30
|
66
|
|
12
|
Располагаемая теплота
топлива
|
кДж/кг 47057+
2351 +6649474
|
|
|
|
|
|
13
|
Энтальпия уходящих газов
|
Iух’
|
кДж/кг
|
  4460
|
|
|
|
14
|
Температура уходящих газов
|
tух’
|
oC
|
Рис. 2.1, табл. 2.2
|
|
230
|
|
15
|
Количество пара,
вырабатываемого котлом:
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Перегретого
|
Dпе
|
кг/с
|
по заданию
|
|
0
|
|
17
|
Насыщенного
|
Dн
|
кг/с
|
по заданию
|
|
1,11
|
|
18
|
Степень сухости пара
|
х
|
кДж/кг
|
принимается
|
|
0.98
|
|
19
|
Энтальпия сухого
насыщенного пара
|
i²
|
кДж/кг
|
Из таблицы водяного пара
|
Для давления 1,4 Мпа
|
2791
|
|
20
|
Скрытая теплота
парообразования
|
r
|
кДж/кг
|
Из таблицы водяного пара
|
Для давления 1,4 Мпа
|
1965
|
|
|
21
|
Энтальпия влажного пара
|
iх
|
кДж/кг
|
i² -(1-х)*r
|
2791-(1-0.98)*1965
|
2693
|
|
|
22
|
Температура питательной
воды
|
tпв
|
°С
|
по заданию
|
|
50
|
|
|
23
|
Энтальпия питательной воды
|
iпв
|
 по таблицам воды и водяного пара209,5
|
|
|
|
|
|
24
|
Секундный расход топлива
|
Вр
|
кг/с
|
  0,062
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2 Расчет
теплообмена в топочной камере
Целью поверочного расчета топочной камеры является определение количества
теплоты, переданное газами лучевоспринимающим поверхностям нагрева Qл. Эта теплота может быть найдена
только при известных геометрических размерах топки: величине лучевоспринимающей
поверхности, Нл, полной поверхности стен, ограничивающих топочный объем, Fст, величине объема топочной камеры, Vт.
Площади поверхностей стен топки определяется следующим образом:
фронт котла Fфр=Вт×Нт = 2,18·2,76 = 6,02 м2;
задняя стенка топки Fзс=Вт×Нт =2,18·2,76 = 6,02 м2;
левая боковая стенка топки Fлст=(Lкг+Lкд)×lбэ=
(2,378+0,416)3 =
,38 м2;
правая боковая стенка топки Fпст=(Lкг+Lкд)×lбэ=
(2,378+0,416)3 =
,38 м2;
под топки Fп=Lт×Вт = 3,044·2,18= 6,64 м2;
потолок топки Fпот=Lт×Вт = 3,044·2,18= 6,64 м2;
Полная поверхность стен, ограничивающих топочный объем
Fст=Fфр+Fзс+Fлст+Fпст+Fп+Fпот = 6,02 + 6,02
+ 8,38 +8,38 +6,64 +6,64 = 42,1м2
Величину топочного объема можно определить как произведение площади
фронтовой стенки на длину топки:
Vm=Fфр×Lт= 6,02·3,044 = 18,3 м3.
Лучевоспринимающая поверхность экранов будет равна:
левого
бокового экрана 
,
правого
бокового экрана 
заднего
экрана 
где:
Lкг - длина камеры горения, м;
Lкд - длина
камеры догорания, м;
Lт - длина
топки, м;
lбэ - длина
трубок бокового экрана, м;
Взэ
- ширина заднего экрана, м;
-
средняя длина трубок заднего экрана,
хдэ- угловой коэффициент бокового экрана;
хзэ- угловой коэффициент заднего экрана.
Лучевоспринимающая поверхность топки найдется как сумма
лучевоспринимающих поверхностей экранов, т.е.
Таблица 3.2 -
Расчет теплообмена в топке
|
№ п/п
|
Наименование
|
Обозначение
|
Ед.измерения
|
Расчетная формула
|
Числовые величины
|
|
1
|
Расчетный расход топлива
|
Вр
|
кг/с
|
См. таблицу 3.1
|
0,062
|
|
2
|
Располагаемая теплота
топлива
|
 кДж/кгСм. таблицу 3.149474
|
|
|
|
|
3
|
Лучевоспринимаю щая
поверхность нагрева
|
Нл
|
м2
|
Определяется по чертежу
|
21,4
|
|
4
|
Площадь стен,
ограничивающих топочный объем
|
Fст
|
м2
|
То же
|
42,1
|
|
5
|
Объем топки
|
Vт
|
м2
|
То же
|
18,3
|
|
6
|
Степень экранирования топки
|
Y
|
|
Нл/Fст
|
0,508
|
|
7
|
Коэффициент сохранения
теплоты
|
j
|
|
 0,976
|
|
|
8
|
Эффективная толщина
излучающего слоя
|
S
|
м
|
 1,56
|
|
|
9
|
Адиабатная (теоретическая)
энтальпия продуктов сгорания
|
Iа
|
кДж/кг
|
 47800
|
|
|
10
|
Адиабатная (теоретическая)
температура газов
|
tа Та
|
оС оК
|
По I-t диаграмме Ta=ta+273
|
2210 2483
|
11 Температура
газов на выходе из топки 
oC
КПринимается
ориентировочно с последующим уточнением
1300
|
1573
|
|
|
|
|
|
12
|
Энтальпия газов на выходе
из топки
|
 кДж/кгПо I-t
диаграмме и величине I’зт26400
|
|
|
|
|
13
|
Средняя суммарная
теплоемкость продуктов сгорания
|
Vг Сср
|
кДж/кг град.
|
 20,88
|
|
|
14
|
Условный коэффициент
загрязнения поверхности нагрева.
|
x
|
|
Принимается по табл.
|
0,65
|
|
15
|
Тепловое напряжение
топочного объема
|
qv
|
кВт/м3
|
 167,6
|
|
|
16
|
Коэффициент тепловой
эффективности
|
Yэ
|
|
Yx
|
0,33
|
|
17
|
Объемная доля водяных паров
в продуктах сгорания
|
  (табл.
2.1) 0,17
|
|
|
|
|
18
|
Суммарная объемная доля
трехатомных газов в продуктах сгорания
|
  0,25
|
|
|
|
|
19
|
Суммарное парциальное
давление трехатомных газов
|
Pn
|
МПа
|
 ( табл.2.1)0,025
|
|
|
20
|
Коэффициент ослабления
лучей трехатомными газами
|
kг
|
  1,66
|
|
|
|
21
|
Коэффициент ослабления
лучей сажестыми частицами
|
kс
|
  1,43
|
|
|
|
22
|
Коэффициент ослабления
лучей светящейся частью пламени
|
kсв
|
kг+kc3,09
|
|
|
|
23
|
Степень черноты светящейся
частью факела
|
асв
|
|
 0,382
|
|
|
24
|
Степень черноты газовой
части факела
|
аг
|
|
 0,200
|
|
|
25
|
Коэффициент
|
m
|
|
выбирается
|
0,1
|
|
26
|
Эффективная степень черноты
факела
|
аф
|
|
mасв+(1- m)аг
|
0,2182
|
|
27
|
Степень черноты при
камерном сжигании топлива
|
ат
|
|
 0,458
|
|
|
28
|
Величина относительного
положения максимума температур
|
cm
|
|
|
0,3
|
|
29
|
Параметр, характеризующий
распределение температуры по высоте топки
|
М
|
|
М = 0,52 - 0,50Хm
|
0,37
|
30 Расчетная
температура газов за топкой tзт
Тзт оС К 
tзт+2731289
|
1562
|
|
|
|
31
|
Температура за топкой по
предварительному балансу
|
t’зт
|
оС
|
См. пункт 11
|
1300
|
|
32
|
Расхождение
|
D tзт
|
оС
|
tзт- t’зт
|
11
|
|
33
|
Энтальпии газов за топкой
|
Iзт
|
кДж/кг
|
По I-t диаграмме
|
26110
|
|
34
|
Количество тепла переданное
в топке
|
Qл
|
кВт
|
 1313
|
|
|
35
|
Коэффициент прямой отдачи
|
m
|
 45,4
|
|
|
36
|
Действительное тепловое
напряжение топочного объема
|
qv
|
кВт/м3
|
 71,7
|
|
3.3 Расчет теплообмена в конвективной испарительной поверхности нагрева.
Конвективными называются поверхности нагрева, которые получают теплоту, в
основном, конвекцией. К ним относятся парообразующие поверхности (фестон и
парообразующие пучки труб), пароперегреватели, экономайзеры,
воздухоподогреватели, пароохладители.
Тепловой (поверочный) расчет ведется с целью определения количества
теплоты, переданного газами нагреваемой среде и нахождения температуры газов за
рассматриваемой поверхности. Вся поверхность разбивается на участки, в которых
происходит теплообмен между газами и однородной средой или пучки труб имеющие
одинаковое строение и геометрические характеристики. Расчет ведется
последовательно для каждого участка. Полученная в предыдущем расчете
температура газов за поверхностью нагрева является начальной температурой для
расчета последующей поверхности. Начальной температурой первого пучка является
температура газов за топкой.
Расчет конвективной поверхности нагрева сводится к решению двух
уравнений:
уравнение
теплового баланса: 
, кВт (6.1)
и
уравнения теплопередачи: 
; кВт (6.2)
Здесь
Q1 - тепло, отданное газами поверхности нагрева, кВт;
Q2 - тепло,
воспринятое нагреваемой средой. кВт;
К
- коэффициент теплопередачи от газов к нагреваемой среде,
кВт/м2
град;
j - коэффициент
сохранения тепла.
Dtср - температурный напор между газами и нагреваемой
средой, оС;
В-
расход топлива, кг/с;
I1 и I2 -
соответственно энтальпия газов перед и за рассматриваемой поверхностью нагрева.
кДж/кг.
Таблица 3.3. Расчет теплообмена в конвективной поверхности нагрева
|
№ п/п
|
Наименование величины
|
Обозначение
|
Ед. измерения
|
Расчетная формула
|
Числовое значение
|
|
1
|
Температура газов перед
рассматриваемым газоходом
|
t1
|
оС
|
t1= tзт
|
1289
|
520
|
|
2
|
Энтальпия газов перед
газоходом
|
I1
|
кДж/кг
|
I- t диаграмма по t1
|
26110
|
9687
|
|
3
|
Коэффициент сохранения
тепла
|
j
|
кДж/м3
|
 0,976
|
|
|
4
|
Температура газов на выходе
из газохода.
|
t2’ t2’’ t2’’’
|
оС оС оС
|
Принимаются три значения
|
400 500 600
|
200 300 400
|
|
5
|
Энтальпия газов на выходе
из газохода
|
I2’ I2’’ I2’’’
|
кДж/кг кДж/кг кДж/кг
|
I-t диаграмма в зависимости от t2
|
7324 9294 11263
|
3578 5451 7324
|
|
6
|
Расход топлива
|
B
|
кг/с
|
См таб. 3.1.
|
0,062
|
|
7
|
Количество теплоты отданное
газами в пучке
|
Q1’ Q1’’ Q1’’’
|
кВт кВт кВт
|
jВ(I1-I2’)
jВ(I1-I2’’)
jВ(I1-I2’’’)
|
1137 1018 898
|
370 256,3 142,9
|
|
8
|
Наружный диаметр труб
|
dн
|
м
|
По чертежу
|
0,051
|
|
9
|
Число рядов труб
|
z2
|
|
то же
|
20
|
|
10
|
Число труб в одном ряду
|
z1
|
|
то же
|
9
|
7
|
|
11
|
Шаг труб: -поперечный
-продольный
|
S1 S2
|
м м
|
то же то же
|
0,1 0,11
|
|
12
|
Средняя длина труб в
газоходе: -установленная -активная
|
lуст lакт
|
м м
|
|
2,06 1,75
|
|
13
|
Коэффициент омывания
|
w
|
|
принимается
|
0,85
|
|
14
|
Активно омываемая
поверхность нагрева
|
Накт
|
м2
|
pd lакт z1 z2
|
50,44
|
39,23
|
|
15
|
Относительные шаги труб: -
продольный - -поперечный
|
S2/d S1/d
|
|
S2/d S1/d
|
2,16 1,96
|
|
16
|
Площадь живого сечения для
прохода газов
|
Fж
|
м2
|
F = ав - z1 l dн
|
0,746
|
0,592
|
|
17
|
Эффективная толщина
излучающего слоя газов
|
Sэф
|
м
|
 0,20
|
|
|
18
|
Температура кипения воды
при рабочем давлении
|
ts’
|
оС
|
Из таблиц водяного пара при
1,4 МПа
|
195,04
|
|
19
|
Средняя температура
газового потока
|
t’ср
t’’ср t’’’ср
|
оС оС оС
|
0,5(t1 + t’2)
0,5(t1 + t’’2) 0,5(t1 + t’’’2)
|
845 895 945
|
360 410 460
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 Средний
расход газов V’ср V’’ср V’’’ср м3/с м3/с м3/с 
3,23
,37
,521,83
,97
21 Средняя
скорость газов W’г W’’ W’’’ м/с
м/с м/с 
4,33
,52
,723,09
,33
|
3,58
|
|
|
|
|
22
|
Коэффициент загрязнения
поверхности нагрева
|
e
|
м2К/Вт
|
|
0,0067
|
0,006
|
|
23
|
Средняя температура
загрязненной стенки
|
tз
|
оС
|
tз=tн+(60-80)= ts’+(60-80)
|
265
|
|
24
|
Поправочные коэффициенты
для определения aк - на количество рядов - на относительные шаги - на
изменение физических характеристик
|
Сz Сs
Сф
|
|
По номограмме в зависимости
от характера омывания и строения пучка
|
1 1,06 1,05
|
1 1,06 1,09
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 Коэффициент
теплоотдачи конвекции определенный по формуле a’к a’’к a’’’к Вт/м2к 
47,8
,6
,940,18
,8
|
43,38
|
|
|
|
|
26
|
Определенный с помощью
номограммы
|
a’к a’’к a’’’к
|
Вт/м2к
|
aк=aнСz Cф
|
39,2 39,9 40,8
|
31,8 33,4 36,0
|
27 Коэффициент
ослабления лучей трехатомными газами Кг 1/МПам 
6,75
,54
,338,82
,61
|
8,4
|
|
|
|
|
28
|
Суммарное парциальное
давление трехатомных газов
|
Рп
|
МПа
|
Табл. 3.1
|
0,025
|
29 Суммарная
сила поглощения не запыленного газового потока 
0,034
,033
,0320,044
0,043
30 Степень
черноты не запыленного газового потока а 
0,033
,0325
,03150,043
0,042
31 Коэффициент
теплоотдачи излучением для не запыленного газового потока a’л a’’л a’’’л Вт/м2· град 
aст = 0,824,59
,44
,290,29
,51
|
0,76
|
|
|
|
|
32
|
Коэффициент теплоотдачи от
газов к стенке
|
a’1 a’’1 a’’’1
|
Вт/м2 град
|
a1=w (aк + aл)
|
37,22 38,54 40,03
|
27,28 28,82 31,25
|
33 Коэффициент
теплопередачи К’1 К’’1 К’’’1 К’2 К’’2 К’’’2 Вт/м2 град
кВт/м2град 
К2=К110-327,79
,63
,56
,0278
,0306
,031623,44
,57
,32
,0234
,0246
38 Средний
температурный напор Dtср оС 
,8
,7
,3
,6
,7
39 Тепловосприятие
поверхности нагрева конвективного пучка 
кВт
кВт
кВт
744,3
,4
,170,3
,9
|
268,7
|
|
|
|
|
|
|
40
|
Температура газов за пучком
|
t2
|
оС
|
Графическая интерполяция
|
520
|
335
|
|
41
|
Количество теплоты,
воспринятое поверхностью нагрева
|
Qк
|
кВт
|
Графическая интерполяция
|
980
|
210
|
|
42
|
Энтальпия газов за пучком
|
I2
|
кДж/кг
|
Таблица 3.2
|
9687
|
6106
|
|
43
|
Энтальпия питательной воды
|
iпв
|
кДж/кг
|
табл. 4.5
|
209,5
|
|
44
|
Энтальпия влажного пара
|
iх
|
кДж/кг
|
iх=
i²- (1-х)r
|
2693
|
|
45
|
Количество пара,
вырабатываемое в рассматриваемой конвективной поверхности
|
Dк
|
кг/с
|
 0,3950,085
|
|
|
3.4
Окончательный тепловой баланс котла
Окончательный тепловой баланс котла составляется после выполнения
теплового расчета. Целью теплового баланса является определение полученной
производительности, коэффициента полезного действия по прямому и обратному
балансам и невязки баланса.
При определении достигнутой паропроизводительности котла учитывается
тепло, воспринятое всеми испарительными поверхностями: лучевоспринимающей
испарительной поверхностью (Qл),
конвективными испарительными поверхностями (SQki = Qk1 + Qk2), а также тепло, пошедшее на подогрев воды в экономайзере (Qэк). Так как тепловой расчет
экономайзера не был предусмотрен заданием, то находим количество теплоты,
необходимое для подогрева питательной воды от температуры tпв до температуры воды за
экономайзером tгв (соответственно повышения
энтальпии от iпв до iгв).
Окончательный баланс котла
|
№ п/п
|
Наименование величины
|
Обозначение
|
Единица измерения
|
Расчетная формула или
источник
|
Результат
|
|
1
|
Располагаемая теплота
топлива
|
Qpp
|
кДж/кг
|
табл.3.1.
|
49474
|
|
2
|
Расход топлива
|
В
|
кг/с
|
табл.3.1.
|
0,062
|
|
3
|
Количество тепла, переданное
в топке
|
Qл
|
кВт
|
табл.3.2
|
1313
|
|
4
|
Количество теплоты,
переданное в 1-м конвективном пучке
|
Qk1
|
кВт
|
табл.3.3
|
980
|
|
5
|
Количество теплоты,
переданное во 2-м конвективном пучке
|
Qk2
|
кВт
|
табл.3.3
|
210
|
|
6
|
Энтальпия питательной воды
|
iпв
|
кДж/кг
|
Из задания
|
209,5
|
|
7
|
Энтальпия воды за
экономайзером
|
iгв
|
кДж/кг
|
Из задания
|
610,9
|
|
8
|
Полная производительность
котла
|
D’
|
кг/с
|
Из задания
|
1,11
|
|
9
|
Количество теплоты,
переданное воде в экономайзере
|
кВт
|
D'(iгв
- iпв)
|
267,5
|
|
10
|
Полученная
производительность котла
|
D
|
кг/с
|
 1,115
|
|
|
11
|
Коэффициент полезного
действия
|
hк
|
%
|
 90,3
|
|
|
12
|
Невязка баланса
|
DQ
|
кДж/кг
|
 -0,649
|
|
|
|
dQ
|
%
|
 0,001
|
|
|
13
|
Энтальпия уходящих газов
|
Iух
|
кДж/кг
|
Iух = Iзпе - (Qэк/B)
|
1800
|
|
14
|
Температура уходящих газов
|
tух
|
°С
|
табл.3.2
|
110
|
котел теплообменный
топочный конвективный
Список
используемой литературы
1. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности.
/В.Г.Александров. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-е, 1972.
. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства:
Каталог - справочник. - М.: НИИИнформтяжмаш, 1967. - 210 с.
. Паровые и водогрейные котлы. - Спб.: Издательство «Деан»,
2000. - 192 с.
. Соколов, Б. А. Паровые котлы малой и средней мощности:
учеб. пособие для студ. вузов/ Б. А. Соколов. - М.: Издательский центр
«Академия», 2008. - 128 с.
. Судовые паровые котлы. Методические указания к выполнению
курсового проекта по курсу «Судовые паровые котлы и их эксплуатация» по
специальности 1612 «Эксплуатация судовых силовых установок». Мурманск, 1987
. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод).
Л., 1973
. Топливо для стационарных паровых котлов. Учебно-методическое
пособие по дисциплине «Стационарные паровые и водогрейные котлы» для студентов
очно-заочной формы обучения специальности 140106 «Энергообеспечение
предприятий». Мурманск, 2008
. Эстеркин, Р. И. Промышленные котельные установки: Учебник
для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.
Отд, 1985. - 400 с., ил.