ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет |
Теплоэнергетический |
Специальность |
Промышленная теплоэнергетика |
Кафедра |
ТПТ |
Группа |
6А62 |
Поверочный тепловой расчет котла КЕ-35-40
по дисциплине: «Котельные установки и парогенераторы»
Исполнитель:
студент гр.6А62 _____________ ___________ Л.В. Орлова
(подпись) (дата)
Руководитель:
доцент _____________ ___________ Е.П. Теплухин
(подпись) (дата)
Томск 2009
Задание на выполнение курсовой работы
по курсу «Котельные установки и парогенераторы».
Студентке гр. 6А62 Орловой Любови Владимировне
1.Тема курсовой работы Поверочный тепловой расчет котла типа КЕ-35-40
2.Срок сдачи студентом готовой работы ____________________________
3.Исходные данные: _______________________________________________
Сжигаемое топливо - № 47 (Нормативный метод 3-е издание); __________
паропроизводительность D= 35 т/ч __________________________________
температура перегретого пара tпп 440ºС ______________________________
температура питательной воды tпв =145ºС ____________________________
давление в барабане Рб= 3.9 МПа ___________________________________
давление перегретого пара Pпп =3.7 МПа _______________________________
величина непрерывной продувки р= 5%_______________________________
1.Расчетные характеристики топлива.
1.1.Сжигаемое топливо: Талдинский разрез , Г, РОК[1,таблица I, № 47].
1.2.Средний (табличный) состав топлива для рабочего состояния, %
для заданного твердого или жидкого топлива [1,таблица I, № 47]:
Wrт=24,0%;
Аrт=20,5%;
Sr(о+р)т=0,2%;
Сrт=40,5%;
Нrт=2,5%;
Nrт=1,3%;
Оrт =11%.
Wrт+ Аrт +Sr(о+р)т+ Сrт+ Нrт+ Nrт+ Оrт=100%;
24,0+20,5+0,2+40,5+2,5+1,3+11,0=100%.
.Низшая теплота сгорания:
Q
т=14,40
МДж/кг
[1,таблица I, № 47].
2.Материальный баланс рабочих веществ в котле.
Целью данного раздела является определение объемов продуктов сгорания, зависящих от характеристик рабочего топлива, и их энтальпий в различных частях котельного агрегата.
При определении расхода окислителя (кислорода, воздуха) учитывают, что для твердого топлива, состав рабочей массы которого задается в процентах, горючими составляющими являются углерод, водород и сера:
СР + НР + SРОр+К + ОР + NP + AP + WP = 100 , % ;
40,5 + 2,5 + 0,2 + 11 + 1,3 + 20,5 + 24 = 100 , % .
2.1.Определение объемов воздуха и продуктов сгорания.
2.1.1.При сжигании твердого топлива теоретическое количество расходуемого на горение сухого воздуха VB0, м3/кг, определяется по формуле[1, п.4-02]:
VB0 = 0,0889·(СР + 0,375·SPОр+К) + 0,265·НР – 0,0333·ОР;
VB0 = 0,0889·(40,5 + 0,375·0,2) + 0,265·2,5 – 0,0333·11 = 3,9033 м3/кг.
Так как обеспечить идеальное смешение воздуха с топливом в процессе подготовки топлива к сжиганию не удается, то для более полного выгорания топлива воздух в топку котла подают в количестве VB0 < VB.
2.1.2.Действительное количество воздуха, поступающее в топку, м3/кг
VB = αT·VB0,
где αT – коэффициент избытка (расхода) воздуха, зависящий от вида сжигаемого топлива, его качества, степени измельчения, способа сжигания, а также от конструкции топочного устройства; выбирается по [1,стр.174,табл.XIX] αT = 1,2.
VB = 1,2·3,9033 = 4,68396 м3/кг.
2.1.3.Объемы продуктов сгорания, получающиеся при полном сгорании каменного угля [1, п.4-02]:
- трехатомных газов
VRO2
=
;
VRO2
=
м3/кг;
- азота
V0N2
=
;
V0N2
=
м3/кг;
- водяных паров
V0Н2О
=
;
V0Н2О
м3/кг.
2.1.4.Присосы воздуха (Δα = 0 ÷ 0,2) по элементам котла и газоходам, находящимся под разряжением, а также в пылеприготовительную установку могут быть приняты согласно нормам [1,стр.174,табл.XIX].
Ранее αT приняли равным 1,2;
после I ступени пароперегревателя принимаем Δα = 0,015;
после II ступени пароперегревателя Δα = 0,015;
после экономайзера принимаем Δα = 0,08;
после воздухоподогревателя Δα=0,06.
2.1.5.Определяем
действительные объемы водяных паров
и дымовых газов
,
а также объемные доли трехатомных газов
и водяных паров
для каждого газохода и составляем
таблицу 1.
2.1.5.1.Действительные
объемы водяных паров
и дымовых газов
при избытке воздуха
определяем по следующим формулам [1,
п.4-02]:
;
.
1.1.5.2.Объемные доли трехатомных газов и водяных паров соответственно [1, п.4-02]:
;
.
Таблица 1. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрация золовых частиц.
величина |
размер-ность |
VB0 = 3,9033 VN20 = 3,094 VRO20 = 0,757 VH2O0 = 0,6379 |
|
|||
|
топка и фестон |
ПароперегревательI ступени |
Пароперегреватель II ступени |
экономайзер |
воздухоподогреватель |
|
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева α" = αТ + ΣΔαi |
|
1,2 |
1,215 |
1,23 |
1,31 |
1,37 |
Средний коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева αСР |
|
1,2 |
1,2075 |
1,2225 |
1,27 |
1,34 |
Объем водяных паров VH2O = VH2O0 + 0,0161 (αСР – 1) VB0 |
м3/кг |
0,6505 |
0,6509 |
0,65188 |
0,6549 |
0,6593 |
Полный объем газов VГ = VRO20 + VN20 + VH2O0 + (αСР – 1) VB0 |
м3/кг |
5,282 |
5,311 |
5,3699 |
5,5554 |
5,83 |
Объемная доля трехатомных газов rRO2 = VRO20 / VГ |
|
0,143 |
0,1425 |
0,141 |
0,136 |
0,1297 |
rН2О = VН2О0 / VГ |
|
0,123 |
0,1225 |
0,121 |
0,1178 |
0,113 |
rП = rRO2 + rН2О |
|
0,266 |
0,265 |
0,262 |
0,2538 |
0,2429 |
GГ = 1 – 0,01 Ar + 1,306 αCP VB0 |
|
6,912 |
6,95 |
7,027 |
7,27 |
7,626 |
Безразмерная концентрация золовых частиц μ3Л = 0,01 Ar aУН / GГ |
|
0,0028 |
0,002803 |
0,0277 |
0,02678 |
0,02553 |
2.2.Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания.
Вычисляем
энтальпии теоретически необходимого
количества воздуха, энтальпии газов и
энтальпии продуктов сгорания в диапазоне
температур
с шагом
.
Энтальпии
продуктов сгорания представлены в
-таблице
2, по которой построены
-диаграмма.
2.2.1.Энтальпия
теоретически необходимого количества
воздуха и продуктов сгорания при
и расчетной температуре
,
определяем по следующим формулам
[1,п.4-06]:
;
;
Так как аун·Ап = 0,95 · 1,4236 = 1,35242 ≤ 1,43, то энтальпия золы в дымовых газах не учитывается [1, п.4-07]:
,
где
,
,
,
,
- энтальпии 1 м3
влажного воздуха, углекислого газа,
азота, водяных паров и золы, кДж/кг∙К.
2.2.2.Энтальпия продуктов сгорания при
на
1 кг топлива при
[1, п.4-06]:
,
кДж/кг.
Таблица 2. Энтальпии продуктов сгорания ( -таблица).
|
Н0.Г |
Н0.В |
НГ=Но.г.+(α-1)Но.в. |
||||
топка и фестон |
Пароперегреватель Iступени |
Пароперегреватель IIступени |
Эконо- майзер |
воздухоподогреватель |
|||
100 |
628,51
|
517,97
|
|
|
|
|
805,12 |
200 |
1273,98
|
1042,18
|
|
|
|
1555,07
|
1627,94
|
400 |
2623,48
|
2115,59
|
|
|
3180,2
|
3194,32
|
3412,9
|
600 |
4049,94
|
3239,74
|
|
4721,5 |
4770,1
|
4924
|
5150,94
|
800 |
5544,15
|
4406,83
|
6424,4 |
6457,5
|
6523,67
|
|
|
1000 |
7099,75
|
5622
|
8225,4
|
8267,57
|
|
|
|
1200 |
8692,04
|
6846,39
|
10296,2
|
10109,75 |
|
|
|
1400 |
10300,16
|
8103,25
|
12229,1
|
|
|
|
|
1600 |
11958,56
|
9379,63
|
14199,8
|
|
|
|
|
1800 |
13645,28
|
10663,82
|
16203,8
|
|
|
|
|
2000 |
15345,01
|
11967,52
|
18227,7
|
|
|
|
|
2200 |
17061,40
|
13279,03
|
|
|
|
|
|
,
°C
3.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА.
Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются к.п.д. и необходимый расход топлива.
3.1.Тепловой
баланс составляется применительно к
установившемуся тепловому состоянию
котла на
топлива
при 101,3
кПа и 0
и имеет вид [1,
п.5-01]:
,
кДж/кг ,
где Qр - располагаемое тепло топлива, кДж/кг;
Q2 - потери тепла с уходящими газами, кДж/кг;
Q3 - потери тепла химическим недожогом, кДж/кг;
Q4 - потери тепла механическим недожогом, кДж/кг;
Q5 - потери тепла от наружного охлаждения через ограждающие стенки газоходов котла, кДж/кг;
Q6 - потери тепла с физическим теплом шлака, кДж/кг.
3.1.1.Потерю теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 принимаем равной q4 = 1,2% [1,табл.XVIII,стр.173].
3.1.2.Потеря теплоты с уходящими газами зависит от температуры уходящих газов и избытка воздуха определяется по следующей формуле [2, стр.50, ф.(5.15)]:
,
где
Нух.г
- энтальпия уходящих газов при избытке
воздуха αух.г
и температуре
,
кДж/кг;
Н0.х.в. - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт, кДж/кг.
Температуру
уходящих газов принимаем
=
150ºC.
Энтальпию уходящих газов определяем по таблице 2 при температуре уходящих газов: Нух.г = 1233,16 кДж/кг.
Коэффициент избытка воздуха уходящих газов за воздухоподогревателем α = 1,34 определяем по таблице 1.
3.1.2.1.Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт при температуре холодного воздуха [1, стр. 49, ф. (5.12)]:
,
где
- температура холодного воздуха; принятая
согласно рекомендациям;
св = 1,32 кДж/м3∙К - теплоемкость влажного воздуха при tх.в..
Таким образом, энтальпия теоретически необходимого количества
воздуха на входе в воздушный тракт равна:
кДж/кг.
3.1.2.2.Располагаемое тепло рабочего топлива составляет Qр = Qнr = 14400 кДж/кг.
Таким образом, потеря теплоты с уходящими газами равна:
%
.
3.1.3.Потеря теплоты от наружного охлаждения определяется по номограмме [1, рис. 5.1, стр.30]:
,
%;
.
3.1.4.Потери теплоты с физическим теплом шлака q6.
Потеря с теплом шлака q6 вводится в расчет для всех твердых топлив при камерном сжигании с твердым шлакоудалением:
,%
3.1.5.Потерю тепла с химическим недожогом принимаем q3 = 0,5% [лекции].
Потери тепла механическим недожогом q4 = 1,2% [1,табл.XVII, стр.173].
3.1.6.Суммарная потеря тепла в котле [1, п.5-12]:
%.
3.1.7.Коэффициент полезного действия котла брутто равен [1, п.5-12]:
ηК = 100 – Σq = 100 – 9,93 = 90,07 % .
3.1.8.Коэффициент сохранения тепла определим по следующей формуле [1,п.5-09]:
.
3.2.Расход топлива, подаваемого в топочную камеру парового котла, определяем из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котле.
3.2.1.Полное количество тепла, полезно использованное в котле, определим по следующему уравнению [1,п.5-13]:
QК = Dпп (hпп – hпв) + Dпр (hкип – hпв),
где Dпп – расчетная паропроизводительность котла, кг/c;
Dпп = 35 т/ч = 9,722 кг/с;
hпп, hпв, hкип – энтальпии соответственно перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг;
Энтальпии определяются по соответствующим температурам пара и воды с учетом изменения давления в пароводяном тракте котла;
hпп 3312,9 кДж/кг, при рпп = 3,7 МПа, tпп = 440°С по табл. XXV [1, стр. 184-195];
hпв = 613,0885 кДж/кг, при рпв=рб+0,1· рб = 3,9+0,1·3,9 =4,29 МПа, tпв= 145°С по табл. XXIV [1, стр. 181-183];
hкип = 1080,2 кДж/кг, при рб = 3,9МПа по табл. XXIII [1, стр. 179-180].
3.2.1.1.Расход воды на продувку котла составляет:
Dпр = 0,01·р·Dпе = 0,01·5·9,722 = 0,4861 кг/с,
где р – процент непрерывной продувки котла: р = 5%.
Тогда,
QК = 9,722·(3312,9 – 613,0885) + 0,4861(1080,2 – 613,0885) = 26474,63 кДж/кг.
Расход топлива, подаваемого в топку, определим по следующему уравнению [1, п.5-14]:
кг/с.
3.3.Полный объем газов, образующихся при сгорании топлива в топочной камере, определяется как произведение количества сожженного топлива ВР, кг/с, на объем газов, получающихся при сгорании 1 кг топлива. Сгоревшее топливо называют расчетным расходом топлива ВР, его количество будет меньше, чем полный расход топлива на котел В, если есть механический недожог q4 [1,п.5-15]:
кг/с.
В дальнейшем во все формулы для определения объемов и количества теплоты будем подставлять величину ВР.