Дипломный проект. Модернизация котла ПТВМ - 100 (укр) / ПТВМ-100 / 2 Тепловий розрахунок котла

2 тепловий розрахунок котла

2.1 Повітряний баланс котла

Для складання повітряного балансу на рис. 2.1 виконана схема газового тракту котла.

Коефіцієнти надлишку повітря на виході з топки a_т визначається залежно від величини втрат від механічного й хімічного недоспалення з таблиці ХVII [3].

Величина коефіцієнта надлишку повітря в перетині газового тракту котла з урівноваженою тягою визначається підсумовування коефіцієнта надлишку повітря в топленні a_т із присосами в газоходах ∆ a_i розташованих між топленням і розглянутим перетином.

Загальний вид рівняння для знаходження коефіцієнта надлишку повітря в газах, що йдуть:

α_ух= α_т+ , (2.1)

де ∆ a_i - присоси повітря в окремих поверхнях нагріву:

i - індекс поверхні нагріву по ходу димових газів.

α_ух=α_т +Δα_кп1 +Δα_кп2 , (2.2)

Визначаючи розрахункові величини присосів у топці й газоходах котла були прийняті наступні значення:

Присоси в першому конвективному пакеті _кп1 = 0,05;

Присоси в другому конвективному _кп2 = 0,05;

α_ух =1,15+0,05+0,05=1,25.

2.2 Розрахунок об’ємів повітря й продуктів згорання

Всі об’ємів й ентальпії повітря й продуктів згорання розраховуються на 1кг твердого, рідкого або на 1м³ сухі газоподібні палива при нормальних умовах [3.гл. 4. с. 16].

Теоретичний об’єм сухого повітря, необхідний для повного згорання

палива, м³ / м³:

, (2.3)

Теоретичний об’єм азоту, м³ / м³:

, (2.4)

= 0,79·4,38 +0,8·= 3,49.

Теоретичний об’єм трехатомних газів, м³/ м³:

, (2.5)

=.

Теоретичний об’єм водяних парів, м³/ м³:

(2.6)

.

Значення об’єм газів, об'ємних часток на виході з топки й котла для відповідних значень наведені в таблиці 2.1 [3.табл.4-1. с.17].

Таблиця 2.1

Найменування й розрахункова формула	На виході з топки	На виході з котла
Коефіцієнти надлишку повітря	αт=1,15	αух=1,25
(α-1) , м3 / м3	0,438	1,095
,м3 / м3	1,22	1,247
,	5,79	6,235
	0,073	0,067
	0,038	0,045
	0,111	0,112

2.3 Розрахунок ентальпій продуктів згорання

Ентальпiя димових газів на 1кг або на 1 м³ підраховується по формулі, ккал/кг(кДж/кг):

, (2.7)

Дані розрахунку ентальпій продуктів згоряння зведені в I - таблицю. (див. табл. 2.2)

Таблиця 2.2 - Розрахунок ентальпій продуктів згорання

,С	ккал/м	ккал/м	, ккал/м
			=1,15		=1,25
			I		I
100	169,5	138,5	188,9		202,7
200	340,3	279,2	382,2	193,3	410,1	212,9
300	516,8	422,3	580.3	198	622,4	219,39
400	697,7	568,0	782,8	202,6	839,6	224,51
500	882,6	716,5	990,1	207,3	1061,7	229,51
600	1071,9	867,6	1202,1	212	1288,8	234,6
700	1265,5	1021,6	1418,7	216	1502,8	239,8
800	1469,2	1178,2	1639,9	221,3	1757,7	244,7
900	1664,9	1337,6	1865,5	225,7	1999,3	249,5
1000	1870,6	1499,5	2329,5	234	2245,4	254,3
1100	2080,0	1663,9	2567,4	237,9	2495,9	258,7
1200	2292,9	1830,9	2808,9	241,5	2750,5	263
1300	2509,1	1999,1	3053,7	244,5	3008,8	266,7
1400	2728,3	2169,4	3301,3	247,5	3270,6	270,3
1500	2950,2	2341,1	3551,6	250,2	3535,4	273,4
1600	3174,5	2513,9	3803,9	252,3	3802,9	276,2
1700	3400,9	2687,4	4057,9	254	4072,6	278,5
1800	3628,8	2860,9	4313,3	255,7	4343,9	281,1
1900	3857,9	3034,2	4568,9	255,8	4616,4	281,68
2000	4087,8	3206,8	4678,3	256	4889,3	282,1
2100	4317,8	3377,9	4824,7	257,3	5162,2	282,4

2.4 Тепловий баланс котла

Складання теплового балансу полягає у встановленні рівності між кількістю теплоти, що надійшла в котел, і сумою корисно використаної теплоти й теплових втрат. На підставі теплового балансу обчислимо ККД і необхідну витрату палива.

Тепловий баланс складений стосовно до сталого теплового стану котла на 1м³ газоподібного палива при 0°С й 101,3 кПа.

Загальне рівняння теплового балансу Q_р ккал/ м³ (кДж / м³):

Q_р =Q₁ +Q₂ +Q₃ +Q₄ +Q₅ +Q_6. (2.8)

Розташовувана теплота на 1м³ газоподібного палива:

, (2.9)

де Q – нижча теплота згоряння сухої маси газоподібного палива , кДж\м³

Фізична теплота палива, ккал/кг(кДж/кг):

, (2.10)

де – температура палива, t_тл =10⁰С

– теплоємність робочого палива, ккал/м³(кДж/кг)

Теплоємність газоподібного палива, віднесена до 1м³ сухого газу (кДж/(м³ К)), визначається за формулою:

=0,01(с Н₂+с СО + с СН₄+с СО₂+....)+0,0124С d_птл, (2.11)

Теплоємності складових наведені в табл. III[3].

Втрати теплоти котлом:

Втрати теплоти котлом визначаються як:

q₁=, (2.12)

Втрата теплоти з уходящими газами, визначається як різниця ентальпій продуктів згоряння на виході з котла й холодного повітря, %:

(2.13)

де I_ух – ентальпія уходящих газів рівна 376,4 ккал/м³

– ентальпія холодного повітря, рівна -27,44 ккал/м³

.

Втрата теплоти від механічної неповноти згоряння палива q_{4 , %} визначається по таблиці XVII [1]:

q_{4 =} 0

Втрата теплоти від хімічної неповноти згоряння палива q_3, % визначається по таблиці XVII [3]:

q₃₌ 0,5

Втрата теплоти від зовнішнього охолодження q₅ = 0,4% визначєна по таблиці XVII-XIX [1].

Сумарна втрата теплоти котлом, %:

∑q = q₂ + q₃ + q₄ + q_5,

q = 10,293 + 0,5 + 0,4 = 11,19. (2.14)

Коефіцієнт корисної дії (ККД) котла,%:

=100–∑q , (2.15)

= 100 – 11,19=88,81.

Втрати теплоти від зовнішнього охолодження котла по окремих газоходах для спрощення приймаються пропорційними кількості теплоти, що віддається газами у відповідних газоходах.

Тому при визначенні кількості теплоти, відданої газами, втрати від зовнішнього охолодження враховуються введенням коефіцієнта збереження теплоти:

 = 1– , (2.16)

 = 1– .

Теплота, корисно використана в котлі:

Розрахунок повної кількості теплоти, корисно використаної в котлі: ккал/ год (МВт/год) :

, (2.17)

де i_нп – ентальпія насиченої пари, ккал/кг(кДж/кг), визначається з таблиці

XVII [3] по тиску Р_нп й температурі перегрітої пари t_нп;

i_ж.в- ентальпія живильної води, ккал/кг(кДж/кг), визначається по таблиці

XXIV [3] по тиску Р_пп й температурі t_пп живильної води.

(60240).

Витрата палива, що подається в топку, нм³/год:

, (2.18)

.

Витрата палива, що обчислює з урахуванням механічної неповноти його згоряння по формулі, нм³/г:

, (2.19)

.

2.5 Геометричні характеристики топки

Відповідно рисунку

Визначаємо площу бічних стін,м²:

, (2.20)

.

Площа фронтової стіни, м²:

, (2.21)

.

Площа задньої стіни, м²:

, (2.22)

.

Площа газового вікна, м²:

, (2.23)

.

Площа холодної воронки, м²:

.

Ширина топкової камери, м:

b = 6,23.

Об’єм топкової камери, м³

V_Т= F_бок·b, (2.24)

V = 39,2·6,23= 245.

Площа стін , м² :

, (2.25)

.

Ефективна товщина випромінюючого шару, м:

, (2.26)

.

Кутовий коефіцієнт екранів [1]:

.

.

Кутовий коефіцієнт забруднення [3]:

.

.

Cередній коефіцієнт теплової ефективності:

_ср.  , (2.27)

_ср.  .

2.6 Розрахунок теплообміну в топковій камері

Тепло, яке заноситься повітрям у топковий пристрій, ккал/м³ (кДж/м³):

, (2.28)

.

Корисне тепловиділення у топковому пристрою, ккал/м³ (кДж/м³):

, (2.29)

.

Адиабатична температура, ^оС:

_а = 1758.

Прийнята попередньо температура продуктів згорання на виході з топкового пристрою, ⁰С:

.

Ентальпія продуктів згорання на виході з топкового пристрою, ккал/ м³ (кДж/м³):

Середня сумарна теплоємність продуктів згорання, ккал/кг (кДж/кг):

, (2.30)

Коефіцієнт послаблення промінів трьохатомними газами ,:

, (2.31)

.

Ступінь чорноти топкового пристрою несвітнього полум’я:

, (2.32)

де -оптична товщина газового потоку,

s - ефективна товщина випромінюючого слоя.

.

Відносення складу вуглецю й водню у рабочої вазі палива:

, (2.33)

.

Коефіцієнт послаблення промінів сажистими частинками, :

, (2.34)

.

Ступінь чорноти топкового пристрою світнього полум’я:

, (2.35)

= 1–е^{––(0,142+0,0505)3,86}=0,523.

Ефективна ступінь чорноти факелу:

, (2.36)

де m– коэффициент усреднения;

для газу m = 0,1.

.

Ступень чорноты топкового пристрою:

= , (2.37)

.

Відносне розтошування максимума температур по височині топці:

, (2.38)

.

Параметр паління:

М= 0,54 – 0,2х_Т , (2.39)

М= 0,54 – 0,2 0,43=0,454.

Розрахункова температура газів на виході з топкового пристрою, ⁰С:

, (2.40)

.

Температура, яка була прийнята попередньо, відрізняється на 18⁰С від визначеної, що дозволяється нормами. Таким чином, приймається ттемпература газів на виході з топкового пристрою ⁰С.

Ентальпія газів на виході з топкового пристрою, ккал/м³ (кДж/м³):

.

Чисельність тепла, що сприйнято топковим пристроєм, ккал/м³(кДж/м³):

, (2.41)

.

Середня теплова навантаженість проміневосприйнятлевою поверхнею топкового пристрою, ккал/м³г (кДж/м³г):

, (2.42)

.

Теплова напруга топкового об’єму, ккал/м³г (кДж/м³г):

, (2.43)

.

Теплове навантаження перетину топкового пристрою, ккал/м³г (кДж/м³г):

, (2.44)

.