12 Пример выполнения курсового проекта по дисциплине «Теплогенерирующие установки»
12.1 Исходные данные для расчета
1. Тип парового котла – ДЕ – 4 – 14 ГМ.
2. Производительность котла по пару - Dк.а.= 4 т/ч.
3. Давление пара в котле – Р = 1,4 МПа.
4. Температура питательной воды tП.В.=104 °С.
5. Температура холодного воздуха – tХ.В.=30 °С.
6. Требуемый процент непрерывной продувки по сухому остатку – Ps=10 %.
7. Топливо – природный газ. Саратов – Москва.
8. Производственная нагрузка по пару – Dпр = 7,5 т/ч.
9. Теплофикационная нагрузка – QT =2,90 МВт.
10. Источник водоснабжения – р. Шекcна Вологодской обл.
11. Возврат конденсата с производства Кпр= 75 %.
Расчетные характеристики природного газа (газопровод Саратов - Москва)
СН4 – 84,5 %; С2Н6 – 3,8 %; С3Н8 – 1,9 %; С4Н10 – 0,9 %; С5Н12 – 0,3 %; N2 – 7,8 %; СО2 – 2,8 %.
Низшая теплота
сгорания сухого газа -
35,8
МДж/м3;
Плотность газа
при нормальных условиях -
0,837
кг/м3.
12.2 Расчет процессов сгорания
1. Определяем расход воздуха, необходимого для сгорания газообразного топлива:
V0=0,0476[0,5СО+0,5Н2+1,5Н2S+Σ(m+n/4)СmHn – О2];
Σ(m + n/4)СmHn= (1 + 4/4 )СН4 + (2 + 6/4)С2Н6 + (3 + 8/4)С3Н8 +
+ (4+10/4)С4Н10+ (5+ 12/4)С5Н12 =2·84,5+ 3,5·3,8+ 5·1,9+ 6,5·0,9 +8·0,3 =200,05
V0= 0,0476· (0,5·0 + 0,5·0 + 1,5·0 + 1,5·0 + 200,05) = 9,52 нм3/нм3.
Таблица 12.1 – Конструктивные характеристики парового котла ДЕ-4-14 ГМ
Характеристика |
Обозначение |
Единица измерения |
Численное значение |
1 |
2 |
3 |
4 |
Топочная камера Поверхность стен топочной камеры Лучевоспринимающая поверхность топки Объем топки |
Fcт
Нл VТ |
м2
м3 м3 |
23,8
21,81 8,01 |
Конвективный пучок Диаметр труб конвективной поверхности нагрева Расположение труб конвективной поверхности нагрева Сечение для прохода продуктов сгорания Расчетная конвективная поверхность нагрева |
d
кори
F
Н |
м
дорное
м2
м2
|
51 х 2,5
0,338
48,51 |
2. Определяем объем продуктов сгорания
Вначале вычислим
объем продуктов сгорания при значении
коэффициента избытка воздуха
1.
Минимальный или теоретический объем сухих газов при 1 определяется по формуле
нм3/нм3,
где
объем
трехатомных газов, который находится
по уравнению химической реакции горения
газообразного топлива.
0,01[СО2
+ СО + Н2S+Σm(СmHn)]
нм3/нм3,
Σm(СmHn) = 1·СН4 + 2·С2Н6 + 3·С3Н8 + 4·С4Н10 + 5·С5Н12 =
= 1·84,5 + 2·3,8 + 3·1,9 + 4· 0,9 + 5· 0,3 = 102,9
0,01[0 + 0 + 0 + 102,9] = 1,029 нм3/нм3.
минимальное
количество азота, состоящего из
атмосферного с объемной долей
и азота топлива:
нм3/нм3;
нм3/нм3.
3. Минимальный объем водяных паров
Водяной пар образуется в продуктах сгорания и испарения влаги, содержащейся в сжигаемом топливе, и от подаваемого для горения воздуха.
Минимальный объем водяных паров при 1,0 определяется:
0,01[Н2S
+ Н2 +
Σn/2(СmHn)]
+ 0,0161
нм3/нм3.
Σn/2(СmHn)= 4/2СН4 + 6/2·С2Н6 + 8/2·С3Н8 + 10/2·С4Н10 + 12/2·С5Н12 =
= 2·84,5 + 2·3,8 + 4·1,9 + 5· 0,9 + 6· 0,3 = 194,3
0,01·194,3 + 0,0161·9,522 = 2,1 нм3/нм3.
4. Вычисление коэффициента избытка воздуха с учетом присоса воздуха по элементам котельного агрегата
Коэффициент избытка по газоходу это отношение действительного объема воздуха, необходимого для наиболее полного сгорания топлива, к теоретически необходимому
и
а) коэффициенты избытка воздуха в начале топки
средний
где
присос
воздуха в топку;
б) коэффициент избытка воздуха в конус конвективного пучка:
средний
в) коэффициент избытка воздуха в конце водяного экономайзера:
средний
.
За котлами ДЕ ставят водяные экономайзеры типа ВТИ чугунные с обшивкой.
Таблица 12.2 – Расчет продуктов сгорания
Рассчитываемая величина |
Раз-мер-ность |
|
||
топка |
газоход конв.пучка |
Водяной экономайзер |
||
1.Коэффициент
избытка воздуха в конце газохода
|
- |
1,1 |
1,25 |
1,35 |
2.Коэффициент
избытка воздуха средний
|
- |
1,075 |
1,18 |
1,3 |
3.Объем избыточного
воздуха (
-1)·
|
нм3/нм3 |
0,714 |
1,71 |
2,856 |
4.Действительный
объем водяных паров
|
нм3/нм3 |
2,107 |
2,126 |
2,142 |
5.Действительный объем дымовых газов
|
нм3/нм3 |
11,45 |
12,43 |
13,627 |
6.Объемная доля
3-х атомных газов в продуктах сгорания
|
- |
0,0898 |
0,083 |
0,0755 |
7.Объемная доля
водяных паров в продуктах сгорания
|
- |
0,1840 |
0,171 |
0,1572 |
8.Объемная доля
3-х атомных газов и вод.паров
|
|
0,2738 |
0,254 |
0,2327 |
9.Концентрация
золы топлива в дымовых газах
|
кг/кг |
- |
- |
- |
10.Масса дымовых
газов
|
кг/нм3 |
14,518 |
16,384 |
17,627 |
=9,522;
2,096;
1,029;
=7,6
=
5. Масса дымовых газов
0,01[1,96·СО2
+ 1,52·Н2S
+1,25·N2+1,43·О2+1,25·СО
+
+0,0899·Н2+Σ(0,536m + 0.045n)СmHn] кг/нм3.
плотность
сухого газа.
Σ(0,536m + 0.045n)СmHn= (0,536·1+0,045·4)·84,5 + (0,536·2+
+ 0,045·6)·3,8+(0,536·3 + 0,045·8) ·1,9 + (0,536·4 + 0,045·10) ·0,9+
+(0,536·5+0,045·12) ·0,3= 60,502 + 5,099 + 3,739 + 2,335 + 1,966 =
= 72,641
0,01(1,96·0,8
+ 1,25·7,8 +72,641)= 0,839 кг/нм3.
0,839
+ 1,306· 1,1 · 9,522 = 14,518 кг/нм3.
0,839 + 1,306· 1,15 · 9,522 = 15,14 кг/нм3.
0,839 + 1,306· 1,25 · 9,522 = 16,384 кг/нм3.
12.3 Расчет теплосодержаний воздуха и продуктов сгорания
Теплосодержание
дымовых газов определяется как сумма
теплосодержаний продуктов сгорания 1
нм3
топлива при
и избыточного воздуха, взятого при
температуре сгорания:
,
кДж/нм3;
где
теплосодержание
газов при
и температуре газов
,
°С;
теплосодержание
теоретически необходимого количества
воздуха, кДж/нм3.
Значения
и
определяются по приложению К.
Результаты расчета теплосодержаний сведены в таблицу 12.3.
Таблица 12.3 – Теплосодержание продуктов сгорания
υ, °С |
, кДж/нм3 |
, кДж/нм3 |
, кДж/нм3 |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
100 |
1517 |
1297 |
|
|
1971 |
200 |
3064 |
2610 |
|
3717 |
3978 |
300 |
4672 |
3955 |
|
5661 |
6056 |
400 |
6280 |
5299 |
|
7665 |
|
500 |
7974 |
6707 |
|
9651 |
|
600 |
9668 |
8114 |
|
|
|
700 |
11442 |
9576 |
|
|
|
800 |
13216 |
11037 |
14320 |
|
|
900 |
15066 |
12548 |
16321 |
|
|
1000 |
16915 |
14058 |
18321 |
|
|
1100 |
18815 |
15663 |
20375 |
|
|
1200 |
20715 |
17147 |
22430 |
|
|
1300 |
22632 |
18721 |
24504 |
|
|
1400 |
24549 |
20295 |
26579 |
|
|
1500 |
26531 |
21893 |
28720 |
|
|
1600 |
28512 |
23491 |
30861 |
|
|
1700 |
30530 |
25099 |
33040 |
|
|
1800 |
32548 |
26708 |
35219 |
|
|
1900 |
34585 |
28340 |
37419 |
|
|
2000 |
36621 |
29973 |
39618 |
|
|
12.4 Тепловой баланс котельного агрегата
Таблица 12.4
№ п/п |
Наименование |
Обозна- чение |
Ед.изм. |
Формула или обоснование |
Расчет |
1 |
Располагаемое тепло |
|
кДж/нм3 |
|
35800 |
2 |
Температура уходящих газов |
υук |
ºC |
принимают по приложению Л по типу котла |
155 |
3 |
Теплосодержа-ние уходящих газов |
|
кДж/нм3 |
по таблице 12.3 графа экономайзер |
3111 |
4 |
Температура холодного воздуха |
|
ºC |
исходные данные |
30 |
5 |
Теплосодержа-ние холодного воздуха |
|
кДж/нм3 |
|
9,52·1,3·30=371,3 |
6 |
Потери тепла с уходящими газами |
|
% |
|
|
7 |
Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива |
|
% |
принимают по приложению В |
0,5 |
8 |
Потери тепла от наружного охлаждения |
|
% |
принимают по таблице 4.1 |
3,0 |
9 |
КПД котлоагрегата |
|
% |
100- - - |
100-7,3-0,5-0,3=89,2 |
10 |
Тепло, полезно использован-ное в котельном агрегате |
|
кВт |
|
|
11 |
Расход топлива |
В |
м3/с |
|
|
12 |
Коэффициент сохранения тепла |
|
- |
|
|
12.5 Тепловой расчет топки и конвективных поверхностей нагрева котлоагрегата
Таблица 12.5 - Расчет топки
№ п/п |
Наименование |
Обозна- чение |
Ед. изм. |
Формула или обоснование |
Расчет |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
Температура продуктов сгорания на выходе из топки |
|
ºC |
принимается предварительно с учетом рекомендаций [2] |
1050 |
2 |
Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки |
|
|
по таблице 12.3 |
19348 |
3 |
Полезное тепловыделение в топке |
|
|
|
|
4 |
Коэффициент загрязнения |
|
- |
Принимается по рекомендациям [9] |
0,65 |
5 |
Угловой коэффициент |
|
- |
по рисунку 5.1 |
1 |
6 |
Средний коэффициент тепловой эффективности |
|
- |
|
0,65 |
7 |
Эффективная толщина излучающего слоя |
|
|
|
|
8 |
Парциальное давлени трехатомных газов |
|
|
|
|
9 |
Произведение |
|
|
|
|
10 |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами |
|
|
по рисунку 5.2 |
15 |
11 |
Коэффициент ослабления лучей для несветящейся части пламени |
|
|
|
|
Продолжение таблицы 12.5
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
12 |
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами при сжигании газа и мазута |
|
|
- для мазута
- для газа |
|
13 |
Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени при сжигании газа и мазута |
|
|
+ |
1,35 + 1,27 = 2,62 |
14 |
Суммарная оптическая толщина среды для несветящейся части пламени |
|
- |
|
|
15 |
Суммарная оптическая толщина среды для светящейся части пламени |
|
- |
(
+
) |
|
16 |
Степень черноты светящейся части пламени |
|
- |
по рисунку 5.4 |
0,29 |
17 |
Степень черноты несветящейся части пламени |
|
- |
по рисунку 5.4 |
0,16 |
18 |
Коэффициент усреднения |
|
- |
а)
б)
в)при
|
|
-
для газа
-для
мазута при
-
для газа
-для
мазута при
<
<1164
определяется
интерполяцией
Продолжение таблицы 12.5
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
19 |
Эффективная степень черноты факела при сжигании газа и мазута |
|
- |
|
|
20 |
Степень черноты топки |
|
- |
|
|
21 |
Параметр |
м |
- |
0,54-0,2ХТ |
0,48 |
22 |
Теоретическая температура горения |
υа |
ºС |
определяется из
условия
|
1820 |
23 |
Теплонапряже-ние стен топочной камеры |
qR |
|
|
|
24 |
Действительная температура газов на выходе из топки |
υ |
ºС |
по рисунку 5.5 |
1140 |
25 |
Энтальпия дымовых газов на выходе из топки |
|
|
по таблице 12.3 |
21197 |
26 |
Количество тепла, воспринятое излучением в топке |
|
|
|
|
Примечание: величина Хт согласно рекомендациям [9] принимается: Хт=0 – для слоевых топок. Для полуоткрытых топок при сжигании газа и мазута М=0,48. |
|||||
по таблице 12.3
Таблица 12.6 – Расчет теплообмена в котельных пучках
№ п/п |
Рассматриваемая величина |
Обозна чение |
Ед. изм. |
Формула или обоснование |
Расчет |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
Поверхность нагрева |
Н |
м2 |
по приложению Л |
48,51 |
2 |
Наружный диаметр труб |
d |
мм |
по приложению Л |
51 |
3 |
Поперечный шаг труб |
s1 |
мм |
по приложению Л |
110 |
4 |
Продольный ряд труб |
s2 |
мм |
по приложению Л |
96 |
5 |
Площадь живого сечения для прохода газов |
F |
м2 |
по приложению Л |
0,338 |
6 |
Эффективная толщина излучающего слоя |
S |
м |
|
|
7 |
Температура газов перед газоходом |
ν |
ºС |
ν = ν |
1140 |
8 |
Средняя температура газов |
υ |
ºС |
(ν
+
ν |
(1140+325)/2=733 |
9 |
Скорость продуктов сгорания |
υ |
м/с |
|
|
10 |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией |
|
|
по рисунку 5.8
|
72·1·1·1,04=74,9 |
11 |
Объемная доля водяных паров |
|
- |
по таблице 12.2 |
0,171 |
12 |
Суммарная доля 3-х атомных газов и водяных паров |
|
- |
по таблице 12.2 |
0,254 |
13 |
Суммарная поглощательная способность 3-х атомных газов и водяных паров |
|
м·МПа |
|
0,254·0,1·0,129=0,00328 |
)/2
Продолжение таблицы 12.6
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
14 |
Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами |
KГ |
|
по рисунку 5.2 |
33 |
||
15 |
Суммарная оптическая толщина газового потока |
|
|
KГ |
33·0,254·0,1·0,129=0,108 |
||
16 |
Степень черноты продуктов сгорания |
а |
|
по рисунку 5.4 |
0,12 |
||
17 |
Температура стенки трубы (загрязненной) |
tст |
ºС |
|
198+25=223 |
||
18 |
Коэффициент теплоотдачи излучением |
|
|
|
100·0,12·0,97=11,6 |
||
19 |
Коэффициент использования поверхности нагрева |
|
- |
принимается согласно рекомендациям |
1 |
||
20 |
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке |
|
|
|
74,9 + 11,6 = 86,5 |
||
21 |
Коэффициент тепловой эффективности конвективной поверхности нагрева |
|
- |
по таблице 5.1 |
0,85 |
||
22 |
Коэффициент теплопередачи |
k |
|
· |
0,85· 86,5= 73,5 |
||
23 |
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания |
(ν·C)ср |
|
|
|
||
24 |
Водяной эквивалент дымовых газов |
Wг |
|
|
0,0832·18,45=1,535 |
||
25 |
Число единиц переноса тепла |
|
- |
|
|
||
26 |
Эффективность конвективного пучка |
|
- |
|
1-2,73-2.32=0,903 |
||
27 |
Тепловосприятие конвективного пучка |
Qk |
кВт |
|
0,903·1,535(1140-194)= =1311 |
||
28 |
Температура дымовых газов за конвективным пучком |
ν |
ºС |
|
1140-0,903(1140-194)= = 286 |
||
ºС – для газа
ºС – для мазута
Расчет водяного экономайзера
Котельный агрегат ДЕ-4-14 ГМ комплектуется блочным чугунным экономайзером некипящего типа ЭЛ.
Таблица 12.7 – Подбор водяного экономайзера
№ п/п |
Рассматриваемая величина |
Обозна чение |
Ед. изм. |
Формула или обоснование |
Расчет |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
Температура газов перед экономайзером |
|
ºС |
таблица 12.6
|
286 |
2 |
Теплосодержание газов перед экономайзером |
|
|
таблица 12.3 |
5389 |
3 |
Температура уходящих газов |
|
ºС |
таблица 12.4 |
155 |
4 |
Теплосодержание уходящих газов |
|
|
таблица 12.4 |
3111 |
5 |
Расход питательной воды через экономайзер |
|
кг/с |
|
|
6 |
Тепловосприятие экономайзера по уравнению теп-лового баланса |
|
кВт |
|
|
7 |
Температура питательной воды |
|
ºС |
По заданию |
104 |
8 |
Теплосодержание питательной воды |
|
|
Приложение Р |
437,1 |
9 |
Теплосодержание воды на выходе из экономайзера |
|
|
|
|
10 |
Температура воды на выходе из экономайзера |
|
ºС |
Приложение Р |
141 |
11 |
Скорость дымовых газов в водяном экономайзере |
|
м/с |
Принимаем с последующим уточнением |
11 |
12 |
Объем дымовых газов |
|
|
Из таблицы 12.2 |
13,627 |
Продолжение таблицы 12.7
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
13 |
Средняя темпе-ратура газов в экономайзере |
|
ºС |
|
221 |
14 |
Сечение для прохода дымовых газов |
|
|
|
|
15 |
Длина ребра тру-бы экономайзера |
|
|
по таблице 6.1 |
2 |
16 |
Живое сечение для прохода га-зов одной трубы |
|
|
по таблице 6.1 |
0,12 |
17 |
Число труб по горизонтальному ряду |
|
шт |
|
0,186/0,12=1,55 = 2 |
18 |
Действительная скорость газов |
|
м/с |
|
|
19 |
Коэффициент теплопередачи |
|
|
по рисунку |
22,0 |
20 |
Средне арифметический температурный напор |
|
ºС |
|
|
21 |
Полная поверхность нагрева водяного экономайзера |
Н |
|
|
|
22 |
Поверхность нагрева одной трубы |
Н/ |
|
по таблице 6.1 |
2,95 |
23 |
Число вертикальных рядов |
|
шт |
|
15,9=16 |
24 |
Действительная поверхность нагрева водяного экономайзера |
|
|
|
2,95·2·16 = 94,4 |
25 |
Тепловосприятие водяного экономайзера по уравнению теплообмена |
|
кВт |
|
|
26 |
Разница |
|
% |
|
|
Таблица 12.8 Таблица увязки теплового баланса
№ п/п |
Рассматриваемая величина |
Обозна чение |
Ед. изм. |
Формула или обоснование |
Расчет |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
Потери тепла с уходящими газами |
|
% |
|
|
2 |
Сумма потерь тепла |
|
% |
|
7,3 + 0,5+ 3 = 10,8 |
3 |
КПД котлоагрегата |
|
% |
100- |
100 – 10,8 = 89,2 |
4 |
Тепло, вносимое воздухом в топку |
|
кВт |
|
0,05·371,3 = 18,6 |
5 |
Расчетный расход топлива |
|
кг/с |
таблица 12.4 |
0,0832 |
6 |
Полезное тепло, выделенное в топке |
|
кВт |
таблица 12.5 |
36029 |
7 |
Количество тепла, воспринятое в топке излучением |
|
кВт |
таблица 12.5 |
14343 |
8 |
Количество тепла, воспринятое в конвективном пучке |
|
кВт |
таблица 12.6 |
1311 |
9 |
Количество тепла, воспринятое по уравнению теплового баланса в водяном экономайзера |
|
кВт |
таблица 12.7 |
186,3 |
10 |
Невязка теплового баланса |
|
кВт |
|
|
11 |
Относительная невязка теплового баланса |
|
% |
|
|
