Тепловой расчет паровых котлов малой мощности

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    146,16 Кб
  • Опубликовано:
    2015-07-10
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Тепловой расчет паровых котлов малой мощности

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский государственный политехнический университет»

Кафедра «Гидравлики, теплотехники и инженерных сетей»





Курсовая работа

«Тепловой расчет паровых котлов малой мощности»

по курсу «Теплогенерирующие установки»

Разработал:

студент гр. ТГВ-31

Герасименко В.А.

Руководитель: ст. преподаватель

Зиновьева Е.В.






Иваново 2013

Содержание

Исходные данные

. Состав и характеристика топлива

.Определение состава и энтальпий дымовых газов

.1 Расчёт при коэффициенте расхода воздуха α =1

2.2 Расчет при коэффициенте расхода воздуха α >1

2.3 Расчёт энтальпий

. Тепловой баланс

. Расчёт топки

.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры

.2 Расчёт теплообмена в топке

. Определение тепловосприятий

.1 Тепловосприятие пароперегревателя

.2 Тепловосприятие котельного пучка

.3 Тепловосприятие водяного экономайзера

.4 Сведение теплового баланса котла

. Поверочно-конструктивный расчёт пароперегревателя

. Поверочно-конструктивный расчёт котельного пучка

. Поверочно-конструктивный расчёт водяного экономайзера

. Аэродинамический расчёт газового тракта котла

Библиографический список

Приложение

Исходные данные

. Тип котла - ДЕ-10-1.4 ГМ

. Топливо - природный газ.

. Состав топлива:

 = 94.42%

 = 2.5 %

 = 0.4 %

 = 0.2 %

= 0.1 %

= 2.6 %

= -

1. Состав и характеристика топлива


Определяем низшую теплоту сгорания:


Для сравнения эффективности различных топлив используют понятия условного топлива и топливного эквивалента .

Условным называется топливо, имеющее теплоту сгорания 29.3 МДж/м³ (МДж/кг)

Топливный эквивалент:

топливо является высококалорийным.

2. Определение состава и энтальпий дымовых газов

.1 Расчёт при коэффициенте расхода воздуха α=1

Дымовые газы образуются в результате горении горючих компонентов топлива: углерода, водорода, серы. Кислород топлива используется для горения. Азот не участвует в горении. Зола топлива также не участвует в горении, а выпадает в осадок, и частично уносится с дымовыми газами. Влага топлива при его горении испаряется и в виде водяного пара присутствует в дымовых газах. В результате горения образуются газы ,  и водяной пар. Кислород , необходимый для горения, подается в составе воздуха, где он занимает объем равный 21%.

По реакциям горения можно рассчитать необходимое количество кислорода, а через него и необходимое количество воздуха. Расчет количество продуктов сгорания и воздуха производится на 1 кг твердого или жидкого топлива и на 1м³ газообразного топлива.

Теоретическое количество воздуха:

 

Теоретическое количество трёхатомных газов:

 

 

Теоретическое количество водяных паров:

 

Здесь влагосодержание газообразного топлива, принимаемое чаще всеинженерных расчетах 10

 

Теоретическое количество азота:


Теоретическое количество дымовых газов:

 

Процентный состав дымовых газов находим по формуле.



2.2 Расчёт при коэффициенте расхода воздуха α>1

Определяем коэффициенты расхода воздуха последовательного по всему газовому тракту котла по формуле:


а также среднее значение коэффициента избытка воздуха в соответствующем газоходе:


где - начальный и конечный коэффициенты расхода воздуха в соответствующем газоходе.

 

Топка: - α′=1.1, ∆α=0.05

α″=1.15; αср=1.125

Пароперегреватель - α′=1.15, ∆α=0.05

α″=1.2; αср=1.175.

Котельный пучок - α′=1.2, ∆α=0.05

α″=1.25; αср=1.225

Экономайзер - α′=1.25, ∆α=0.1

α″=1.35; αср=1.3

Воздухоподогреватель - α′=1.35, ∆α=0.05

α″=1.4; αср=1.375

 

Количество трехатомных газов:

 

 

Количество водяных паров:

 

при αср=1.125

при αср=1.175

при αср=1.225

при αср=1.3

Количество азота:

при αср=1.125

при αср=1.175

при αср=1.225

при αср=1.3

 

Количество кислорода:

при αср=1.125

при αср=1.175

при αср=1.225

при αср=1.3

Действительное количество дымовых газов при в газоходе будет

при αср=1.125

при αср=1.175

при αср=1.225

при αср=1.3

 

Действительное процентное соотношение дымовых газов:

 

 

Топка.

 

Пароперегреватель.

 

Котельный пучок.


Экономайзер.


Масса дымовых газов:

- плотность газового топлива;

 - влажность газового топлива.

при =1.125

при =1.175

при =1.225

при =1.3

Плотность дымовых газов:

 

Т.

ПП

К.П.

ВЭ.

Средняя объёмная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

где средние объемные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газов,

объемные доли газов в процентах.

  

Топка:

Пароперегреватель:

Котельный пучок:

Экономайзер:

Средняя массовая теплоёмкость:

Результаты расчетов сводим в таблицу 1. (см. приложение)

2.3 Расчёт энтальпий

Расчёт энтальпий продуктов сгорания для всех видов топлива при α=1 проводят по формуле:


Энтальпии газов вычисляются:

 

300 °С       

400 °С                 

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

300 °С                 

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

300 °С                 

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

300 °С                 

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

300 °С                 

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

При коэффициенте расхода воздуха  расчет энтальпий производят по формуле

Топка: 800-2200 °С αср=1,125

800 °С                 

°С              

1000 °С               

°С              

°С              

°С              

1400 °С               

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

°С              

Пароперегреватель: 700-1200 °С αср=1,175

700 °С                 

800 °С                 

900 °С                 

1000 °С               

°С              

°С              

Котельный пучок: 500-1000 °С αср=1,225

500 °С                 

°С              

°С              

800 °С                 

900 °С                 

1000 °С               

Экономайзер: 300-700 °С αср=1,3

300 °С                 

400 °С                 

°С              

°С              

°С              

Расчет энтальпий продуктов сгорания по газоходам котла сводим в таблицу 2. (см. приложение)

3. Тепловой баланс


Для газообразного топлива располагаемая теплота равна

 кДж/

Уравнение теплового баланса:


Потери теплоты при сжигании попутного газа определяются:


Составим пропорцию для нахождения

 теплота, потерянная из-за химической неполноты горения топлива.

 потери теплоты котлом в окружающую среду.

 КГ/Ч

 - пароперегревательность котла т/ч

 - энтальпия перегретого пара,  

 - энтальпия питательной воды,

 энтальпия кипящей воды,

процент непрерывной продувки, равный обычно 25

 расход топлива на котельный агрегат,

Коэффициент сохранения тепла:


4. Расчёт топки


Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры.

№ п/п

Наименование величин

Обозначение

Единицы измерения

Топочные экраны





Фронт

Задний

Лев. бок.

Прав. Бок.

Потолочный

На поду

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

Расчетная ширина экранной стены

1.791.793.413.853.853.85








2

Освещенная длина

1.82.31.7521.81.8








3

Площадь стены

3.224.1175.977.76.936.93








4

Площадь участка стены не закрытого экранами

2.55-----








5

Наружный диаметр труб

51515515151








6

Число труб в экране

0.0330.0330.0670.0750.0750.075








7

Шаг экранных труб

555555555555








8

Относный шаг труб

1.11.11.11.11.11.1








9

Расстояние от оси трубы до обмуровки

76760767676








10

Относительные расстояния до обмуровки

1.51.51.51.51.51.5








11

Угловой коэффициент экрана

0.980.980.980.980.980.98








12

Коэффициент учитывающий загрязнение

0.70.70.70.70.70.7








13

Коэффициент тепловой эффективности экрана

0.6860.6860.6930.6860.6860.686









4.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры

Площадь стен экранов:


Суммарная площадь всех поверхностей:


Коэффициент тепловой эффективности экрана:


Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом:


Активный объём топочной камеры:


где - площадь боковой стены топки, м2

- ширина топки,


Эффективная толщина изучаемого слоя газов в топке:


4.2 Расчёт теплообмена в топке

Используя теорию теплового подобия температуру на выходе из топки  вычисляют по формуле:


 степень черноты топки;

 адиабатная температура сгорания топлива, ;

 параметр, характеризующий температурное поле по высоте топки;

 средняя теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кгК .

Задаёмся температурой

Полезное тепловыделение в топке:


Количество тепла, вносимое в топку с воздухом QB:


Yхв - энтальпии холодного воздуха, поступающего в топку в результате подсосов, кДж/

- коэффициенты расхода воздуха за топкой и величин подсоса.

Параметр М для факельного сжигания топлива:


где А и В - опытные коэффициенты, зависящие от способа и типа сжигаемого топлива:

А=0.52 В=0.3

хт - относительное положение максимума температур факела в топке:


где  - поправка на отклонение максимума температур, равна 0.15;

- относительный уровень расположения горелок;


где - высота расположения горелок от пода.

=1.375 высота топки.

Для камерного способа сжигания ат вычисляется по формуле:


где  - степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящихся пламенем или только трёхатомными газами;

m - коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма, равен 0.1

Величины асв и аг находят по формулам:


где е - основание натуральных логарифмов;

ST - эффективная толщина излучающего слоя в топке

Кг - коэффициент ослабления лучей топочной средой,

Р - давление в топке, равно атмосферному 1кг/см

КС - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами


Коэффициент Кс определяют по формуле:


Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания 1кг топлива в интервале температур от tа до t’’т вычисляют:

Вычисляем :


Количество теплоты, переданное излучением в топке, определяют по формуле:

5. Определение тепловосприятий

 

5.1 Тепловосприятие пароперегревателя

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:


где inn и i’’ - энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара, кДж/кг;

Дк - паропроизводительность котла, т/ч;

Вр - расчётный расход топлива на котёл, кг/ч;

Энтальпия дымовых газов за пароперегревателем определяют по формуле

5.2 Тепловосприятие котельного пучка

Тепловосприятие котельного пучка определяют через тепловосприятие дымовых газов, задаваясь по рекомендациям литературы температуры газов на выходе из котельного пучка:

t=280°C


5.3 Тепловосприятие водяного экономайзера

Тепловосприятие экономайзера вычисляется по формуле:


Где  - средняя массовая теплоемкость питательной воды при постоянном давлении, кДж/(кг К);

 - температура питательной воды соответственно на входе и выходе из экономайзера, .

5.4 Сведение теплового баланса котла

Для сведения теплового баланса котла определяют его невязку по формуле:


6. Поверочно-конструктивный расчёт пароперегревателя


Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя.

Наименование величин

Обозначение

Единица измерения

Величина

Наружный диаметр труб

0.032



Внутренний диаметр труб

0.026



Число труб в ряду

6



Число рядов по ходу газа

18



Средний поперечный шаг труб

0.052



Средний продольный шаг труб

0.075



Средний относительный поперечный шаг труб

-1.625



Средний относительный продольный шаг труб

-2.344



Расположение труб


коридорное


Характер взаимного движения сред


противоток


Длина трубы змеевика

1.7



Высота газохода

1.8



Ширина газохода

0.33



Площадь живого сечения для прохода газов

0.2676



Количество змеевиков включенных параллельно по пару

18



Живое сечение для прохода пара

0.0095



Площадь нагрева пароперегревателя (предварительная)




Живое сечение для прохода газов вычисляют по формуле:


Живое сечение для прохода пара определяют по формуле:


Исходные данные для теплового расчета пароперегревателя котла ДЕ-10-1,4 ГМ

Наименование величин

Обозначение

Единица изм.

Величина

Температура газов перед пароперегревателем

1025

Температура газов за пароперегревателем

1090

Средняя температура газов в пароперегревателе

1057

Температура пара перед пароперегревателем

195,04

Температура пара после пароперегревателя

225

Средняя температура пара в пароперегревателе

210,02

Средний удельный объем пара в пароперегревателе

0,0671

Средний объемный расход газов в пароперегревателе

2,502

Средняя скорость пара в пароперегревателе

19,62

Средняя скорость газов в пароперегревателе

45,53

Объемная доля водяных паров

доли единицы

0,1743

Объемная доля тех атомных газов и водяных паров

доли единицы

0,2559


Средний объёмный расход газа в пароперегревателе определяют по формуле:


 - количество дымовых газов на 1  топлива в пароперегревателе.

Средняя скорость пара вычисляется по формуле:


Средняя скорость газов в пароперегревателе определяют по формуле:


Порядок расчета поверхности нагрева пароперегревателя не отличается от расчёта поверхности нагрева теплообменных аппаратов и заключается в следующем: дымовой газ экономайзер котел

Вначале находят тепловую мощность пароперегревателя по формуле.


Затем определяют средний логарифмический температурный напор в пароперегревателе по формуле.


где  - большая разность температур между дымовыми газами и паром;

 - меньшая разность температур между дымовыми газами и паром;

 - коэффициент, учитывающий характер движения газов и пара в пароперегревателе, равен 1

Поверхность теплопередачи в пароперегревателе определяют из уравнений теплообмена:


Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:


Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1 вычисляют по формуле:


где  - коэффициент основания, равен 0.9.

Коэффициент теплоотдачи конвекций  при поперечном омывании коридорных пучков гладких труб определяют по формуле:

- коэффициент теплопроводности дымовых газов при средней их температуре в пп;

 - коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при средней их температуре в пп;

-коэффициент, учитывающий число рядов труб в пучке по ходу дымовых газов.

Коэффициент теплоотдачи излучением для чистого газового потока, вычисляют по формуле:

 

где  - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме на рис. 7.5;

- коэффициент, учитывающий влияние величины внутреннего диаметра трубы на коэффициент теплоотдачи рис. 7.5

 


Количество труб поверхности нагрева:


Число рядов по ходу газа z2 будет равно:


7. Поверочно-конструктивный расчёт котельного пучка


Конструктивные размеры и характеристики котельного пучка.

Наименование величины

Обозначение

Единица измерения

Величина по ходу газа

справа

слева

Наружный диаметр труб

0.051



Число труб в ряду

35




Число труб по ходу газа



Средний поперечный шаг труб

0.11



Средний продольный шаг труб

0.09



Средний относительный поперечный шаг труб

-2.16



Средний относительный продольный шаг труб

-1.765



Длина трубы

1.76



Средняя высота газохода

1.75

0.350.7




Площадь живого сечения для прохода газов

1.124



Площадь нагрева котельного пучка (предварительная)

118




Площадь живого сечения для прохода газов определяют по формуле:


Исходные данные для теплового расчета

Наименование величин

Обозначение

Единица изм.

Величина

Температура газов перед котельным пучком

1090

Температура газов за котельным пучком

295

Средняя температура газов в котельном пучке

692,5

Температура пара перед котельным пучком

195,04

Средний объемный расход газов в котельном пучке

3,226

Средняя скорость газов в котельном пучке

10,15

Объемная доля водяных паров

доли единицы

0,1683

Объемная доля тех атомных газов и водяных паров

доли единицы

0,2468


Средний объёмный расход газов  вычисляется по формуле:


Средняя скорость газов в котельном пучке рассчитывается по формуле:


Тепловая мощность, передаваемая в котельном пучке рассчитывается по формуле:


Поверхность нагрева котельного пучка:


Средний логарифмический температурный напор  вычисляется:


Коэффициент теплопередачи Ккп определяют по формуле:


Толщину излучающего слоя определяют по формуле:


Коэффициент теплоотдачи конвекций αк при поперечном омывании коридорных пучков гладких труб определяют по формуле:


Коэффициент теплоотдачи излучением для чистого газового потока, вычисляют по формуле:


Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1 вычисляют по формуле:


Количество труб в котельном пучке находят по формуле:


Число рядов по ходу газа определяем по формуле:

8. Поверочно-конструктивный расчёт водяного экономайзера


Конструктивные размеры и характеристики водяного экономайзера.

Наименование величин

Обозначение

Единицы измерения

Величина по ходу газа

Внутренний диаметр труб

0.06



Число труб в ряду

5



Число труб по ходу газа

8



Длина трубы

2



Живое сечение трубы со стороны дымовых газов

0.12



Площадь нагрева одной трубы

2.95



Площадь нагрева

236




Живое сечение для прохода воды определяют по формуле:

 

Исходные данные для теплового расчета водяного экономайзера

Наименование величин

Обозначение

Единица изм.

Величина

Температура газов перед экономайзером


Температура газов за экономайзером


Средняя температура газов в экономайзере


Температура насыщения при рабочем давлении в котле


Средняя скорость газов в экономайзере



Вычисляем среднюю скорость воды в экономайзере:


Вычисляем среднюю скорость газов в экономайзере:


Средний логарифмический температурный напор в водяном экономайзере.

- большая разность температур между дымовыми газами и паром;

- меньшая разность температур между дымовыми газами и паром;

Коэффициент теплопередачи для чугунного ребристого экономайзера определяется:


Площадь нагрева экономайзера определяется из уравнений теплообмена:


Количество ребристых труб:


9. Аэродинамический расчёт газового тракта котла

 


Сопротивление газоходов, где расположены конвективные поверхности нагрева котла определяются по формуле.


Где - средняя скорость газов в соответствующем газоходе;

- коэффициент аэродинамического сопротивления газохода;

- средняя плотность газов в газоходе;

Пароперегреватель.

, так как 0.052≤0.075



Эквивалентный диаметр газохода :

Где - площадь поперечного сечения канала;

 - периметр дымового канала.


Котельный пучок.

 

, так как 0.11≥0.09

Где - площадь поперечного сечения канала;

 - периметр дымового канала.


Экономайзер.


Рассчитываем аэродинамическое сопротивление тракта котла:


Библиографический список

1. Учебное пособие “Тепловой расчет паровых котлов малой мощности”, Курилов В.К., Иваново 1994 ИИСИ.

2.       Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Переников Б.А. ”Теплогенерирующие установки”,М 1986.

Приложение

Таблица 1.

№ п/п

Величины

Размерность







Газоходы




Топка

Пароперегрев

Котел.пучек

Экономайзер

1

Коэффициент избытка воздуха перед газом


1,1

1,15

1,2

1,25

2

Коэффициент избытка воздуха за газоходом


1,15

1,2

1,25

1,35

3

Присос


0,05

0,05

0,05

0,1

4

Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе


1,0125

1,175

1,225

1,3

5

Количество трехатомных газов

м³/кг (м³/м³)

1,02

1,02

1,02

1,02

6

Количество водяных паров

м³/кг (м³/м³)

2,16

2,17

2,17

2,19

7

Количество азота

м³/кг (м³/м³)

8,558

8,94

9,32

9,89

8

Количество кислорода

м³/кг (м³/м³)

0,252

0,352

0,45

0,604

9

Количество продуктов сгорания

м³/кг (м³/м³)

11,99

12,482

12,96

13,699

10

Объемное содержание трехатомных газов

%

9

8

8

7

11

Объемное содержание водяных паров

%

18

17

17

16

12

Объемное содержание азота

%

71

72

72

72

13

Объемное содержание кислорода

%

2

3

3

5

14

Суммарное объемное содержание трехатомных газов и паров воды

%

27

25

25

23

15

Масса дымовых газов

кг/м³

14,84

15,47

16,09

17,04

16

Плотность дымовых газов

кг/м³

1,237

1,239

1,241

1,245

17

Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания

кДж/м³К

1,41

1,4

1,4

1,4


Таблица 2. Распределение температур и энтальпий по газоходам котла.

t, ºС

Газоход, кДж/м³


Топка

Пароперегреватель

Котельный пучок

Экономайзер

300

 

 

 

5691,39

400

 

 

 

7681,58

500

 

 

9209,0025

9699,57

600

 

 

11202,793

11798,69

700

 

12766,83

13236,33

13940,57

800

14240,25

14782,16

15323,89

 

900

16219,4

16833,36

17447,32

 

1000

18234,77

18922,88

19611,08

 

1100

20259,1

21023,54

 

1200

22296,6

23137,28

 

 

1300

24384,013

 

 

 

1400

26431,63

 

 

 

1500

28626,46

 

 

 

1600

30773,19

 

 

 

1700

32932,81

 

 

 

1800

35101,14

 

 

 

1900

37305,98

 

 

 

2000

39501,71

 

 

 

2100

41720,35

 

 

 

2200

43947,99

 

 

 


Похожие работы на - Тепловой расчет паровых котлов малой мощности

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!