Тепловой расчет теплогенератора (водогрейного котла) (90
..pdf
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики
Р.Ш. МАНСУРОВ, И.А. ПИКУЛЕВ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА
(ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Оренбург 2006
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.18 (076.5) ББК 31.36я73
М-23
Рецензент кандидат технических наук, доцент Б.М. Легких
Мансуров, Р. Ш.
М23 Тепловой расчет теплогенератора (водогрейного котла) [Текст]: методические указания/ Р. Ш. Мансуров, И.А. Пикулев. –
Оренбург: ГОУ ОГУ, 2006. - 40 с.
Методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по курсу «Котельные установки».
Методические указания предназначены для студентов направления 270000-Строительство, специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция», обучающихся на очном, очно - заочном и заочном факультетах по программам высшего профессионального образования.
ББК 31.36я73
© Мансуров Р.Ш., Пикулев И.А., 2006 © ГОУ ОГУ, 2006
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание |
|
|
1 Задание на проектирование и выбор исходных данных для расчета.............. |
5 |
|
1.1 |
Расчётно-пояснительная записка..................................................................... |
5 |
1.2 |
Графическая часть............................................................................................. |
5 |
1.3 |
Расчётное задание.............................................................................................. |
5 |
1.4 |
Выбор типа топки.............................................................................................. |
5 |
1.5Предварительный выбор хвостовых поверхностей. Определение
температуры уходящих газов и воздуха................................................................ |
6 |
|
1.6 |
Составление схемы котлоагрегата................................................................... |
7 |
2 Топливо. Воздух. Продукты сгорания................................................................ |
8 |
|
2.1 |
Основные характеристики топлива................................................................. |
8 |
2.2 Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов в газоходах котельного
агрегата..................................................................................................................... |
8 |
|
2.3 |
Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива............................... |
9 |
2.4 |
Энтальпия воздуха и продуктов сгорания.................................................... |
10 |
3 Тепловой баланс котлоагрегата........................................................................ |
11 |
|
3.1 |
Располагаемая теплота топлива..................................................................... |
11 |
3.2 |
Статьи теплового баланса и КПД котлоагрегата.......................................... |
12 |
4 Расчет топочной камеры.................................................................................... |
13 |
|
4.1 |
Основные конструктивные и тепловые характеристики топки.................. |
13 |
4.2 |
Полная и лучевоспринимающая поверхность топки................................... |
13 |
4.3 |
Расчет теплообмена в топке........................................................................... |
15 |
5 Расчет конвективных поверхностей нагрева................................................... |
20 |
|
5.1 |
Определение конструктивных характеристик и расчетной скорости |
|
продуктов сгорания............................................................................................... |
21 |
|
5.2 |
Определение коэффициента теплопередачи................................................. |
22 |
5.3 |
Определение температурного напора............................................................ |
24 |
5.4 Рекомендации к расчёту конвективных поверхностей водогрейных котлов
................................................................................................................................. |
|
25 |
6 |
Расчет фестона.................................................................................................... |
26 |
7 |
Расчет конвективных пучков............................................................................. |
29 |
8 |
Расчет воздухоподогревателя............................................................................ |
32 |
9 |
Сводная таблица теплового расчета и расчетная невязка теплового баланса |
|
|
.......................................................................................................................... |
36 |
10 Литература, рекомендуемая для изучения курса.......................................... |
38 |
|
Приложение А........................................................................................................ |
39 |
|
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Методические указания содержат рекомендуемую литературу необходимую для успешного выполнения курсовой работы, а также краткий теоретический материал.
Алгоритм теплового расчета водогрейного котла разработан на основе многолетнего опыта преподавания сотрудниками кафедры ТГиВ Новосибирского архитектурно-строительного университета.
Курсовая работа включает в себя поверочно - конструктивный расчёт основных элементов водогрейного котлоагрегата: топки, фестона, конвективных пучков и хвостовых поверхностей нагрева.
Поскольку материалы выполненной курсовой работы будут использованы для выполнения курсового проекта «Котельные установки» в следующем семестре, то защищённая курсовая работа хранится студентом и сдаётся на кафедру вместе со следующим проектом.
Таблица 1 - Объем отдельных разделов курсовой работы
Раздел проекта |
Объем, |
|
% |
||
|
||
Краткое описание котлоагрегата |
3 |
|
Выбор и описание принятых к установке хвостовых |
3 |
|
поверхностей нагрева |
||
|
||
Определение конструктивных характеристик котлоагрегата. |
4 |
|
Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. |
9 |
|
Составление теплового баланса и расчет топки. |
9 |
|
Расчет фестона и конвективных поверхностей нагрева |
10 |
|
Расчет хвостовых поверхностей нагрева |
7 |
|
Выполнение чертежей в тонких линях |
30 |
|
Оформление чертежей |
20 |
|
Оформление пояснительной записки |
5 |
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 Задание на проектирование и выбор исходных данных для расчета
1.1 Расчётно-пояснительная записка
Пояснительная записка представляет собой последовательное изложение расчётного материала со всеми соответствующими схемами и ссылками на использованную литературу. Объём пояснительной записки должен быть не более 30 страниц.
Записка начинается с введения (не более 1 страницы), где приводится обоснование проекта.
В начале записки должна быть помещена краткая техническая характеристика котла с описанием схемы циркуляции теплоносителя и движением продуктов горения топлива в котле.
1.2 Графическая часть
Графическая часть проекта включает чертежи продольного, поперечного и горизонтального разрезов теплогенератора.
Чертежи выполняются на стандартных листах форматом А1 (594х420 мм). Рекомендуется применять масштабы уменьшения 1:20, 1:25, 1:40, 1:50. Все проекции должны быть выполнены в одном масштабе.
На чертежах поперечных и горизонтальных разрезов и видов можно показывать половину разреза или вида.
На чертежах должны быть указаны габаритные размеры агрегата и его основных элементов. При выполнении чертежей следует обратить внимание на их соответствие тепловому расчёту.
1.3 Расчётное задание
Для выполнения теплового расчёта водогрейного котла необходимы следующие исходные данные:
1)наименование серии котла (его типоразмер).
2)тепловая мощность Q (МВт, Гкал/ч).
3)температура воды на входе в котёл и на выходе из него.
4)вид топлива и его основные характеристики.
5)способ сжигания топлива и тип топки.
6)вид хвостовых поверхностей нагрева и их компоновка.
7)температура уходящих газов ϑух.
8)температура воздуха на входе и на выходе из воздухоподогревателя. Часть исходных данных указана в задании, остальные принимаются
студентом самостоятельно в соответствии с рекомендациями [1, 6-9].
1.4 Выбор типа топки
Выбор типа топки зависит от вида и свойств сжигаемого топлива и его золы, а также от тепловой мощности и конструкции котлоагрегата [1, 2, 6-8].
Для существующей серии водогрейных котлов топки унифицированы: для котлов серии КВ-ТС – слоевые топки с пневмомеханическими забрасывателями и решётками обратного хода типа ТЛЗ, ТЧЗ [5, табл.8-4,
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
табл.8-6; 1]; для котлов КВ-ГМ – камерные топки [1, 4, 5]; для котлов типа КВ-ТК – камерные пылеугольные топки [1,2,5].
В пояснительной записке даётся описание и конструктивные особенности выбранной топки, и её основные технические характеристики.
1.5 Предварительный выбор хвостовых поверхностей. Определение температуры уходящих газов и воздуха
Применение хвостовых поверхностей нагрева (водяных экономайзеров и воздухоподогревателей) способствует повышению эффективности работы котлоагрегата за счёт уменьшения потерь с уходящими газами q2 и интенсификации процесса воспламенения. Выбор типа хвостовых поверхностей и их компоновка зависит от конструкции котлоагрегата, его производительности и от вида топлива. В водогрейных котлах, сжигающих высоковлажные бурые угли, как правило, применяются воздухоподогреватели. Температура уходящих газов и подогрева воздуха должна быть увязана с заданным видом топлива, способом сжигания и компоновкой хвостовых поверхностей нагрева.
Для предотвращения возможности коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева температура наружной стенки воздухоподогревателя должна быть выше температуры точки росы водяных паров. Поэтому при сжигании высоковлажных или высокосернистых топлив температура уходящих газов выбирается более высокой. В таблице 1.1 приводятся рекомендуемые значения температуры уходящих газов для выпускаемой серии котлов.
Таблица 1.1 - Рекомендуемые значения температуры уходящих газов для существующих котлов
Тип котла |
Топливо |
Температура,0С |
КВ-ГМ |
Газ |
170-190 |
(10;20;30) |
Мазут |
220-250 |
|
|
|
КВ-ТС- |
Твердое |
220-240 |
10-30 |
топливо |
|
|
|
|
КВ-ТСВ- |
Твердое |
180-220 |
10-30 |
топливо |
|
|
|
|
КВ-ГМ-50 |
Газ |
140 |
|
Мазут |
180 |
|
|
|
Рекомендуемые температуры воздуха в зависимости от типа топки, вида и тепловой мощности котла приведены в таблице 1.2
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.2 - Рекомендуемые температуры воздуха tв, оС, подаваемого в топку
Тип топки и вид топлива |
Теплопроизводительность |
|||
|
агрегата Q, МВт |
|||
|
<7 |
7÷14 |
>14 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Слоевые топки |
|
|
|
|
Тощие угли и антрацит |
25-30 |
100-150 |
150-200 |
|
Каменные угли и бурые угли марки Б2 и Б3 |
25-30 |
150-200 |
150-200 |
|
Бурые угли марки Б1 |
100-150 |
150-200 |
150-250 |
|
Торф и древесные отходы |
200-210 |
200-250 |
200-250 |
|
Камерные топки с твёрдым шлакоудалением |
|
|
||
|
|
|
|
|
Антрациты и тощие угли |
- |
- |
350-400 |
|
Каменные угли маловлажные (Wп<1,5) |
- |
- |
250-300 |
|
Каменные и бурые угли влажные (Wп=1,5÷ |
- |
- |
300-350 |
|
5) |
||||
|
|
|
||
Высоковлажные бурые угли (Wп>5) |
- |
- |
350-400 |
|
Фрезерный торф |
200-210 |
250-300 |
380-420 |
|
Камерные топки с жидким |
|
|
|
|
щлакоудалением, независимо от вида |
- |
- |
380-420 |
|
сжигаемого топлива |
|
|
|
|
Газомазутные топки |
|
|
|
|
Природный газ и мазут |
25-30 |
100-120 |
200-300 |
|
Доменный газ |
25-30 |
150-200 |
250-300 |
|
Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель tвп обычно принимается 25-30 оС. Однако при сжигании высоковлажных Wп>3,6 и сернистых топлив для предотвращения конденсации водяных паров воздух целесообразно подавать на вход воздухоподогревателя предварительно разогретым до температуры 60-80 оС. Для предварительного подогрева воздуха используются калориферы или рециркуляция части горячего воздуха во всасывающий патрубок вентилятора.
1.6 Составление схемы котлоагрегата
Прежде чем приступить к тепловому расчёту, необходимо чётко представлять принцип работы котла и его конструкцию, направление движения сред, участвующих в теплообмене (дымовые газы, вода, воздух). Для этого составляется схема котла с указанием основных элементов: топка, конвективная шахта, воздухоподогреватель (при наличии) и т.д. Приводится также схема циркуляции воды в котле [7, 6, 9-11].
Пример расчетной схемы котла КВ-ТС-20 приведён на рисунке 1.1.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 Топливо. Воздух. Продукты сгорания
2.1 Основные характеристики топлива
Из таблицы 1 [1] выписываются основные характеристики указанного в задании топлива: состав рабочей массы, низшая теплота сгорания Qнр, выход летучих и характеристики золы (для твёрдого топлива), физические характеристики (для мазута). Для газообразного топлива из таблицы 2 [1] – состав газа по объёму, теплота сгорания Qнс, КДж/м3, плотность при нормальных условиях.
Приведённые характеристики топлива Aп, Wп,(% кг/МДж), определяются по формулам:
Ап=103Ар/Qнр; Wп=103Wр/Qнр.
|
J вп¢ |
α кп; J кп² |
ВП |
a ф 
J ф²
a т;J т²
a вп |
J вп² |
a т-D a т
Рисунок 1.1 - Схема водогрейного котла
2.2 Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов в газоходах котельного агрегата
В реальных топочных камерах для эффективного сжигания топлива приходится подавать воздуха больше, чем это теоретически необходимо:
Vд=V0×aт, |
(1) |
гдеVд – м3/кг, объём подаваемого в топку воздуха;
V0 - м3/кг, объём теоретически необходимого для осуществления
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
процесса горения воздуха; αт – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.
По мере движения продуктов сгорания по газоходам коэффициент избытка увеличивается за счёт присосов воздуха в газовый тракт агрегата через неплотности в обмуровке.
При тепловом расчёте коэффициент избытка воздуха на выходе из топки αт и присосы воздуха в отдельных элементах котлоагрегата Δαт принимают на основе обобщённых данных эксплуатации агрегатов, приведённых в таблице 16 [1].
Значение расчётного коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газохода α определяют суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами воздуха в газоходах, расположенных между топкой и рассматриваемым сечением, т.е.
|
|
α = αт + ΣΔαi. |
(2) |
|
|
Для котла типа КВ-ТС-20 (см.рисунок 1.1) определение коэффициента |
|||
избытка воздуха производится согласно таблице 2.1. |
|
|||
|
Таблица 2.1 - Присосы воздуха по газоходам Δα и расчётные |
|||
коэффициенты избытка воздуха |
|
|
||
Участок газового тракта |
Присосы |
Расчётный |
Среднее значение |
|
|
|
Δα |
коэффициент |
αср=(αi-1+αi)/2 |
|
|
|
избытка α |
|
1. |
Топка, фестон |
- |
αт |
- |
2. |
Конвективные пакеты |
Δαкп |
αкп=αт+Δαкп |
αкпср=(αт+αкп)/2 |
3. |
Воздухоподогреватель |
Δαвп |
αвп=αкп+Δαвп |
αвпср=(αкпср+αвп)/2 |
2.3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива
Расчётные значения теоретически необходимого количества воздуха V0,азота VN2 ,трехатомных газов VRO2 , водяных паровVH2O и объёма образующихся продуктов сгорания V0г отнесённые к 1 кг твёрдого, жидкого и к 1 м3 газообразного топлива для конкретного вида топлива приведены в [1] (таблица XI; XII). Действительные значения определяемых величин для конкретного участка газохода рассчитываем в табличной форме.
Таблица 2.2 - Характеристика продуктов сгорания по ходу газов
|
|
V0= |
м3/кг; VH02O = |
м3/кг; |
|
Величины |
|
VR2O = |
м3/кг; VN02 = |
м3/кг. |
|
|
Ед. |
|
Топка, |
Конвективные |
Воздухо- |
|
изм. |
|
фестон |
пакеты |
подогреватель |
1. Средний коэффициент |
|
|
αт |
αкпср |
αвпср |
избытка воздуха αiср |
|
|
|||
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Объём водяных паров |
м3/м3 |
||
VH2O =VH02O +(αiср-1)∙V0∙0,0161 |
м3/кг, |
||
|
|
|
|
3. Полный объём |
м3/кг, |
||
продуктов сгорания |
|||
м3/м3 |
|||
Vг=VRO2 +VH2O +VN02 +(αiср1)∙V0 |
|||
4. Объемная доля водяных |
- |
|
|
паров rH2O =VH2O Vг |
|
||
|
|
||
5. Объемная доля |
|
|
|
трехатомных газов |
- |
|
|
rR O 2 = VRO2 /Vг |
|
|
|
6. Суммарная доля |
|
|
|
трехатомных газов |
|
|
|
rп= rH2O + rR O 2 |
|
|
|
7. Концентрация золы в |
|
|
|
дымовых газах µ=10АРаун/Vг |
3 |
|
|
µ=АРаун/1,3Vг100 |
г/м |
||
|
кг/кг |
||
аун – здесь и далее доля золы в уносе [I, табл.XX, XXI].
2.4 Энтальпия воздуха и продуктов сгорания
Энтальпии теоретического объема воздуха Iв0 и продуктов сгорания Iг0, отнесенные к 1 кг или 1 м3 топлива при соответствующей температуре приводятся в таблицах XIV, XV [1].Энтальпию продуктов сгорания для соответствующих участков газового тракта определяют по формуле
Ii=Iгi+Iзл= Iг0+(αiср-1) Iв0+ Iзл, |
(3) |
Расчет удобно вести в табличной форме. Количество расчетных участков должно соответствовать схеме проектируемого агрегата. Энтальпия подсчитывается в отмеченном диапазоне температур.
10