Автор работы: Пользователь скрыл имя, 01 Апреля 2013 в 14:02, курсовая работа
Котельная установка состоит из котлоагрегата, предназначенного для выработки пара за счёт тепла, выделяемого при сжигании в топке органического топлива и ряда вспомогательных устройств, служащих для подачи воздуха в топку, отвода охлаждённых продуктов сгорания, приготовления угольной пыли и подачи её в топку. Котлоагрегат, предназначенный для определённой тепловой мощности, параметров пара и топлива поставляется комплектно котлостроительным заводом.
Все котельные установки разделяют на две основные группы:
- Энергетические
- Производственно-отопительные.
ВВЕДЕНИЕ
5
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
1. ТОПЛИВО. ВОЗДУХ. ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ
9
2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛОАГРЕГАТА
13
3. РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ
15
4. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
24
5. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПУЧКОВ
29
6. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО РАСЧЁТА И РАСЧЁТНАЯ НЕВЯЗКА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
4. 1. 3. Площадь живого сечения F, м2,равную разности между полной площадью поперечного сечения газохода в свету и частью этой площадью, занятой трубами, рассчитывают по формулам:
F = ав – z1dнl- при поперечном
омывании гладкотрубных пучков,
(30)
F = ав – zπdн2/4 - при продольном омывании и течении (31)
среды между трубами
F = zπdвн2/4 – при течении среды внутри труб, (32)
где а и в – поперечные размеры газохода между его внутренними стенками, м;
z1 – количество труб в одном ряду поперек хода газов;
l – омываемая длина труб,м.
Если в газоходе имеются участки с одинаковым характером омывания, но с различными живыми сечениями, то рассчитывается среднее живое сечение:
. (33)
4. 1. 4. Расчетная скорость рабочего тела определяется по формуле:
w = Vc / F,
где:F – площадь живого сечения,м2;
Vc – средний объемный секундный расход среды, м2, определяемый:
для продуктов сгорания
Vc =ВрVг ; (35)
-для воздуха
Vc =ВрV0βвп// (36)
где Bр – расчётный расход топлива, кг/с;
Vг – объём газов в пределах рассчитываемого участка, определяемый по среднему значению коэффициента избытка воздуха, м3/кг (м3/м3);
β//вп – отношение действительного количества воздуха в рассчитываемом участке воздушного тракта к теоретически необходимому
β//вп = αт-Δαт-
Δαпл;
Jгср, Jвср – средняя температура газов и воздуха в рассчитываемом участке, вычисляется как средняя арифметическая величина в начале и в конце участка.
4. 2. Определение коэффициента теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи К (Вт/м2К) определяется по следующим формулам:
- для поперечного омывания
;
- в коридорных пучках при сжигании твёрдых топлив, во всех гладкотрубных пучках (шахматных и коридорных) при сжигании газа и мазута, а также во всех гладкотрубных продольно омываемых пучках при сжигании всех видов топлив
К=ψ∙α1 ,
где ε – коэффициент загрязнения (м2К/Вт), рассчитывается по формуле
ε= ε0∙Сd∙Сфр+0,003,
гдеε0 – исходный коэффициент загрязнения.
Сфр – поправка на фракционный состав золы (для углей Сфр=1, для торфа Сфр=0,7);
Сd – поправка на диаметр труб;
ψ – коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева.
4. 2. 1. Определение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке α1
α1=ξ(αк + αл), (40)
где ξ – коэффициент использования конвективного пучка, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания её газами.
Для поперечного омывания пучков ξ=1. Для смешанно-омываемых ξ=0,95;
αк – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2К, определяется по номограммам в зависимости от конструкции пучков, способа омывания, скорости газового потока и от физических свойств теплоносителя
αк= αн∙Сz∙Сs∙Cф
– при поперечном омывании шахматных и коридорных гладкотрубных пучков;
αк= αн∙Сl∙Сф(Cф/) – при продольном омывании; (42)
αн – номинальный коэффициент теплоотдачи, определяемый по скорости потока W и диаметру труб пучка d;
Сs – поправка на геометрию пучка, зависящая от относительного продольного
σ1=S1/d
и поперечного
шагов;
σ2=S2/d
Cz – поправка на количество рядов труб (Z2) по ходу газов;
Сl – поправка на относительную длину пучка l/dэ;
Сф(Cф/) – поправка на физические характеристики потока при изменении температуры и состава теплоносителя.
При определении Сф и Сф/ принимается среднеарифметическая температура потока в пределах рассчитываемой поверхности:
J = 0,5(J/+ J//).
αл – коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, учитывается при температуре газового потока выше 350оС. Рассчитывается по формуле:
αл= αн∙a - при пылеугольном сжигании;
αл= αн∙a∙Сг - при сжигании газа и мазута и при слоевом сжигании топлива;
αн – номинальная величина коэффициента теплоотдачи излучением, Вт/м2К, зависящий от температуры стенки и средней температуры газового потока;
Сг – поправка, вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания,
tст – средняя температура загрязнённой стенки,0С
tст= tср+Δt , (45)
tср – средняя температура среды, протекающей в трубах, оС;
Δt – температурный перепад между температурой загрязнённой стенки и температурой среды в трубе, оС, значение которого зависит от вида сжигаемого топлива, типа поверхности нагрева и температуры газового потока.
При сжигании газа для всех поверхностей нагрева Δt =25oC. При сжигании твёрдых и жидких топлив для фестона Δt = 80oC, для конвективных пакетов Δ t= 60оС.
а – степень черноты излучающей среды, определяется по формуле а = 1 - е-KPS , или по номограмме.
4. 3. Определение температурного напора
Температурный напор – есть средняя по всей поверхности нагрева разность температур сред, участвующих в теплообмене. Для прямотока и противотока, а также при постоянстве температуры одной из сред температурный напор определяется
,
где Δtб – разность температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости на том конце поверхности нагрева, где она наибольшая;
Δtм – разность температур сред на том конце поверхности нагрева,
где она наименьшая, оС.
В тех случаях, когда Δtб/Δtм≤1,7, температурный напор можно считать с достаточной степенью точности по формуле
Для сложных схем включения поверхностей нагрева при меняющихся значениях температур сред, температурный напор определяют по соответствующим номограммам нормативного метода.
4. 4. Рекомендации к расчёту конвективных поверхностей котлов
Целью поверочного расчёта, как выше указывалось, является определение температуры на выходе из рассчитываемого участка. Температура на входе J/ известна из расчёта предыдущей поверхности.
Расчёт конвективных поверхностей нагрева выполняют совместным решением 2-х уравнений – уравнения теплового потока от газов к рассчитываемой поверхности Qг и уравнения теплопередачи Qт методом последовательных приближений. Для решения указанных уравнений предварительно задаются искомой температурой J// на выходе из рассчитываемого участка. Её можно принять, исходя из рекомендуемого значения температурного перепада газового потока ΔJ = J/-J//:
для фестона с количеством рядов труб не больше трёх ΔJ = 20¸60 oC;
больше трёх ΔJ = 40¸100 oC;
для конвективных пакетов – ΔJ = 500¸700 oC
Правильность расчёта
Если расхождение не превышает 2% для конвективных ширм и 5% для фестона, то расчет считается выполненным правильно. При больших расхождениях принимают новое значение температуры на выходе из рассчитываемой поверхности и расчет повторяют.
5. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПУЧКОВ
Конвективная поверхность нагрева котлов представляет собой U-образные ширмы из змеевиков диаметром 28х3 мм, собранные в один или два пакета. Змеевики привариваются в два ряда к каждому стояку и образуют шахматный пучок с шагами S1 = 64 и S2 = 40 мм.
Поверочный расчет конвективных ширм ведется в табличной форме.
Таблица 10 - Поверочный расчет конвективных ширм
Наименование определяемой величины |
Обозна чение |
Ед. изм. |
Расчетная формула или способ определения |
Результат | ||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | ||
Боковые стены конвективной | ||||||
1.Количество стояков |
zст |
шт. |
по чертежу |
20 | ||
2.Диаметр труб стояков |
dст |
м |
по чертежу |
32x5=42 | ||
3. Длина труб стояков |
lст |
м |
по чертежу |
1 | ||
4. Расчетная площадь поверхности нагрева |
Hст |
м2 |
0,5πdlст zст |
1,32 | ||
Конвективные ширмы |
||||||
5. Наружный диаметр труб |
d |
по чертежу |
42x3=34 | |||
6. Шаги труб |
S1 S2 |
мм мм |
конструктивно |
64 40 | ||
7.Относительные шаги |
σ1 σ2 |
S1 /d S2 /d |
1,5 0,95 | |||
8. Количество ширм по ши рине газохода |
z1 |
шт. |
2 zст |
40 | ||
9. Количество пакетов в газоходе |
n |
шт |
по конструкции котла |
10 | ||
10.Количеств. петель в шир. |
zпет |
шт |
по чертежу |
80 | ||
11.Количество рядов труб |
z2 |
шт. |
4 n zпет |
3200 | ||
12.Длина ширмы |
lш |
м |
по чертежу |
1 | ||
13.Длина тру бы поперек газохода |
lп |
м |
по чертежу |
5,4 | ||
14.Поверхность нагрева ширмы |
Нш |
м2 |
πdlш |
0,132 | ||
16.Поверхность нагрева конвективных пакетов |
Hкп |
м2 |
Нш z1 n |
26,4 | ||
17.Количест- во труб задней и передней стены |
z1ст |
шт |
конструктивно |
131,7 | ||
18.Длина труб |
l1 |
м |
конструктивно |
1 | ||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | ||
19. Поверхность нагрева
|
Н1 |
м2 |
0,5πd1l1 z1ст |
8,68 | ||
20. Суммарная поверхность нагрева пучка |
Н |
м2 |
Нкп + Нст + Н1 |
36,34 | ||
21. Размеры газохода |
АВ |
м м |
по чертежу (по перед. газов) |
15,3 5,4 | ||
22. Живое сечение газохода |
F |
м2 |
АВ – d lп zст – 0,5dст2 zст – 0,5d2z1cт |
77,9 | ||
23. Температура газов перед конвективным пучком (КП) |
Jкл/ |
0С |
из расчета топки |
900 | ||
24. Энтальпия газов перед КП |
Iкп/ |
|
из расчета топки |
9691,8 | ||
25. Температура газов за КП |
Jкп// |
0С |
согласно тепловой схеме котла |
600 | ||
26. Энтальпия газов за КП |
Iкп/ |
|
по табл. 3 |
6261,3 | ||
27. Количеств. теплоты, отданное фестону |
Qг |
|
φ( Iкп/ - Iкп// + ΔαIх в ) |
3413,7 | ||
28. Средняя температура газов |
Jср |
0С |
0,5(Jф/ + Jф//) |
750 | ||
29. Температура воды на входе в КП |
tкп// |
0С |
tф// |
30 | ||
30. Температура воды на выходе из КП |
tкп// |
0С |
по заданию |
230 | ||
31. Средняя температура воды в КП |
tкпср |
0С |
0,5(tкп/+ tкп//) |
130 | ||
32. Температурный напор на входе в КП. |
Δtб |
0С |
Jкп/ - tкпср |
770 | ||
33. Температурный напор на выходе изКП. |
Δtм |
0С |
Jкп// - tкпср |
470 | ||
34. Среднелогарифмический температурный напор |
Δtср |
0С |
|
625 | ||
35.Секундный объем газов
|
Vc |
м3/с |
|
448 | ||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | ||
36. Расчетная скорость газов |
w |
м/с |
Vc /F |
5,75 | ||
37. Коэффициент теплоотдачи конвекцией |
αк |
|
п.4.2.1. из справочных материалов |
46 | ||
38. Толщина излучающего слоя |
S |
м |
|
0,0321 | ||
39. Коэффиц. ослабления лучей трехатомными газами |
кг |
|
из справочных материалов |
0,6 | ||
40.Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов |
P∙K∙S |
м∙ МПа |
p∙rн∙S |
0,0045 | ||
41.Концентрация золы в газовом потоке (для газа и мазута μз=0) |
μз |
г/м3 |
|
0,62 | ||
42.Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами (только для твёрдого топлива) |
Кз |
|
из справочных материалов |
0,09 | ||
43.Суммарная оптич. толщ. запылённого газового потока |
KPS |
(Kг∙rг+Kз∙μз) ∙P∙S |
0,0022 | |||
44.Степень черноты излучающей среды |
а |
из справочных материалов |
0,98 | |||
39.Температура загрязненной стенки труб |
tз |
0С |
tср + Δt |
1375 | ||
40.Коэффициент теплоотдачи излучением |
αл |
|
п.4.2.1 из справочных материалов |
430 | ||
41.Коэфф.использования пов. нагрева |
ξ |
ξ=0,95 |
0,95 | |||
42.Коэффициент теплоотдачи от газов стенке |
α1 |
|
ξ(αк + αл) |
477,85 | ||
43.Коэффициент тепловой эффективн. |
Ψ |
табл. 6.1,6.2 [2] |
0,65 | |||
44.Коэффициент загрязнения |
ε |
формула (40) |
0,259 | |||
45.Коэффициент теплопередачи |
К |
|
формула (38) или (39) |
294 | ||
46.Тепловосприятие по уравнению теплопередачи |
Qт |
|
формула (28) |
340687,5 | ||
47.Расхождение расчетных тепловосприятий |
ΔQ |
% |
|
99 |
6. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО РАСЧЁТА И РАСЧЁТНАЯ НЕВЯЗКА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
В результате теплового расчёта котла определяют температуру уходящих газов, а при наличии воздухоподогревателя – и температуру горячего воздуха.
Если расчётная температура уходящих газов отличается от принятой в начале расчёта не более чем на ±10оС, а температура горячего воздуха – не более чем на ±40оС, то расчёт теплообмена в котле считается законченным, а найденные температуры – окончательными.
По расчётной температуре уходящих газов Jух уточняют потерю теплоты с уходящими газами q2, КПД котла ηка и расход топлива Вр. Далее, по расчётному значению температуры горячего воздуха уточняют полезное тепловыделение в топке Qпт и тепловосприятие лучевоспринимающих поверхностей топки Qтл.
После уточнения балансовых величин составляют сводную таблицу теплового расчёта котла (из справочных материалов). По данным этой таблицы находят расчётную невязку теплового баланса котла, кДж/кг (кДж/м3),
ΔQ=Qрр∙ηка-(Qтл+Qф+Qкп+Qэк)∙(
где Qтл, Qф, Qкп, Qэк – количество теплоты, воспринимаемое поверхностями нагрева топки, фестона, конвективных пакетов и экономайзера. Значение невязки при правильно выполненном расчёте не должно превышать 0,5% от Qр
Таблица 11 - Сводная таблица теплового расчёта котла
Наименование |
Обозначение |
Ед. изм. |
Величина |
1 |
2 |
3 |
4 |
Тепловой баланс | |||
Располагаемая теплота топлива |
Qрр |
кДж/кг |
17710 |
Температура уходящих газов |
Jух |
оС |
120 |
Потеря теплоты с уходящими газами
|
q2 |
% |
6 |
КПД котла |
ηка |
% |
80,69 |
Расход топлива |
В |
кг/с (м3/с) |
20,63 |