У всех котлов на фронте топочной камеры имеется лаз в топку, расположенный ниже горелочного устройства, и три лючка-гляделки: два на правой боковой и один на задней стенках топочной камеры. a?T - коэффициент избытка воздуха на входе в топку; принимаем равным 1,05[источник 3]. a? = a? Da, (6) где Da - присос воздуха в поверхность нагрева. Потеря теплоты от наружного охлаждения q5, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле q5= q5ном (Dном / D) (20) где q5ном - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2] q5ном =2,3; Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 - Энтальпии продуктов сгорания Н = ? (J), КДЖ/м3.
Введение
Положительные результаты работы топливно-энергетического комплекса являются основой эффективности экономики любой страны. Причем эти результаты во многом зависят от работы, проводимой в области энергосбережения. В нашей стране задачей повышения эффективности работы энергетической отрасли народного хозяйства придается большое значение.
На примере работы минских тепловых электростанций приводим примеры топливоиспользования и системы оценки работы ТЭЦ.
Приоритетными направлениями повышения эффективности работы энергетической отрасли являются: - увеличение комбинированной выработки энергии на теплоэлектростанциях;
внедрение во всех сферах новых, более совершенных энергосберегающих мероприятий и технологий;
повышение эффективности использования топлива, в первую очередь газа;
использование местных видов энергоресурсов;
увеличение использования возобновляемых энергоресурсов.
Получение электрической и тепловой энергии напрямую обусловлено сжиганием органического топлива, а эффективность работы энергетической отрасли неразрывно связана с показателями топливо использования. Чем они лучше, тем ниже себестоимость электроэнергии и тепла, а рентабельность топливно-энергетического комплекса, соответственно, выше. В совокупности это позволяет не только поддерживать основные средства производства в подлежащем техническом состоянии, но и осуществить модернизацию объектов, а также на системном уровне выполнять мероприятия по энергосбережению.
Как известно, основными показателями, которые характеризуют эффективность использования топлива, является удельный расход условного топлива на производство единицы электроэнергии и тепла. Существенное влияние оказывают на них следующие факторы: реально сложившееся фактическое потребление электроэнергии и тепла разными группами потребителей, то есть структура энергопотребления;
техническое состояние оборудования, особенно отработавшего свой ресурс;
возможности и технические характеристики схем передачи, и распределение энергии, то есть внутренние потери;
оптимальный выбор состава работающего оборудования и распределение нагрузок.
Ряд перечислений можно расширить, но ясно одно: показатели эффективности топливоиспользования могут носить как объективный, так и субъективный характер.
Оптимальное распределение нагрузок работающего оборудования - задача весьма сложная, требует применения методов математического динамического программирования и решается только при помощи вычислительной техники.
На Минской ТЭЦ-3 удельный расход условного топлива на производство электроэнергии удалось снизить с 208,3 г условного топлива на один киловатт-час до 187,2.
На многих электростанциях такие внешние фактора, как снижение теплофикационной выработки, загрузка оборудования ТЭЦ в конденсационном режиме не позволяют достигать существенного улучшения показателей топливо использования.
1 Принципиальное устройство котла
Паровой котел ДЕ-6,5-14ГМ предназначен для выработки насыщенного пара, используемого для технологических нужд предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и систем горячего водоснабжения.
Котел двухбарабанный водотрубный выполнен по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.
Основными составными частями котла являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтовой стенки топки и задний экран.
Внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов равен 1000мм. Длина цилиндрической части барабана увеличивается с повышением паропроизводительности котлов. Барабаны изготавливаются из стали 16ГС ГОСТ 5520-79, и имеют толщину стенки 13 мм. Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы. Конвективный пучок образован коридорно-расположенными вертикальными трубами диаметром 51х2,5мм, присоединенными к верхнему и нижнему барабанам. Длина конвективного пучка по всей длине цилиндрической части барабана. Ширина конвективного пучка составляет 890мм. Шаг труб конвективного пучка вдоль барабанов 90мм. Поперечный - 110мм. В конвективном пучке котла для поддержания необходимого уровня скоростей газов устанавливается продольная ступенчатая стальная перегородка. Конвективный пучок от топочной камеры отделен газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Трубы газоплотной перегородки, правого бокового экрана образуют под и потолок топочной камеры, и трубы экранирования фронтовой стенки вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны.
Средняя высота топочной камеры составляет 2400мм, ширина-1790мм. Глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности. Трубы правого топочного экрана диаметр 51х2,5мм устанавливаются с продольным шагом 55мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий. Экранирование фронтовой стенки выполняется из труб диаметром 51х2,5мм. Основная часть труб конвективного пучка и правого топочного экрана, а также трубы экранирования фронтовой стенки топки присоединяются к барабанам вальцовкой. Трубы газоплотной перегородки, а также часть труб правого топочного экрана и наружного ряда конвективного пучка привариваются к барабанам электросваркой.
Опускным звеном циркуляционного контура являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка. В нижнем барабане размещается устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды. В качестве первичных сепарационных устройств используются установленные в верхнем барабане направляющие щиты и козырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичных сепарационных устройств применяются дырчатый лист и жалюзийный сепаратор. На котле ДЕ-6,5-14ГМ предусмотрена непрерывная продувка из нижнего барабана и периодическая из нижнего коллектора заднего экрана. На котле выход дымовых газов осуществляется через окно, расположенное на задней стенке котла.
Котел оборудован стационарным обдувочным аппаратом для очистки наружной поверхности труб конвективного пучка от отложений. Обдувочный аппарат имеет трубу с соплами, которую необходимо вращать при проведении обдувки. Наружная часть обдувочного аппарата крепится к обшивке левой конвективной стенки котла, а конец обдувочной трубы поддерживается при помощи втулки, приваренной к трубе пучка. Вращение обдувочной трубы производится вручную при помощи маховика и цепи. Для обдувки используется пар давлением не менее 0,7МПА. Для удаления отложений из конвективного пучка устанавливаются лючки на левой стенке котла.
У всех котлов на фронте топочной камеры имеется лаз в топку, расположенный ниже горелочного устройства, и три лючка-гляделки: два на правой боковой и один на задней стенках топочной камеры. На котле ДЕ-6,5-14ГМ взрывной клапан расположен на фронте топочной камеры над горелочным устройством. Обмуровка фронтовой стенки выполняется из огнеупорного шамотного кирпича и изоляционных плит. Нагрузку от элементов котла воспринимает опорная рама. Для установки нижнего барабана в конструкции опорной рамы предусмотрены поперечные балки. Нижний барабан на фронте котла закрепляется неподвижно посредством приварки барабана к подушке поперечной балки опорной рамы и неподвижными опорами. Каркас и обшивка со стороны фронта котла крепятся к нижнему барабану неподвижно. Тепловое расширение барабана предусмотрено в сторону заднего днища. На заднем днище нижнего барабана устанавливается репер для контроля за перемещением барабана.
Для сжигания топочного мазута и природного газа устанавливаются газомазутные горелки ГМ-4,5.
Котел ДЕ комплектуется двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольным. На котле ДЕ-6,5-14ГМ оба клапана установлены на верхнем барабане котла, один из них контрольный, срабатывающий при повышении давления более чем на 10%.
На всех элементах и трубопроводах котельного агрегата и его вспомогательных устройствах, заполняемых устройствах, заполняемых рабочим телом и находящихся под давлением, устанавливается соответствующая арматура. К арматуре относят устройства и приборы для управления работой элементов и частей котельных установки, находящейся под давлением, для включения, регулирования и отключения трубопроводов воды, пара или предохраняющие от превышения давления, а также контрольные приборы котлоагрегата (водоуказательные стекла для наблюдения за уровнем воды в барабане).
На ДЕ 6,5-14 устанавливается арматура: главная паровая задвижка; вентиль воздушник; вентиль отбора пара на собственные нужды; задвижки на питательных трубопроводах; два предохранительных клапана- пружинные; два водомерных стекла; манометр; вентили для непрерывной продувки; вентили для периодической продувке.
Для контроля уровня воды в паровом котле применяют водоуказательные приборы. Паровой котел ДЕ должен иметь не менее двух водоуказателей. Чаще всего используют водоуказатель с плоскими стеклами «клингер», вставленными на прокладке в рамку. Плоские стекла имеют сложное устройство, но удобны и безопасны в работе. Они лопаются редко, оставаясь при этом в металлической рамке и не разлетаясь на куски, вследствие чего для этих стекал, не нужны ограждения. На внутренней сторон стекла имеются продольные риски, благодаря которым вода в стекле кажется темной, а пар - светлым, т.е. создается отчетливая граница между темной полосой пара над ней.
Котел ДЕ должен быть снабжен двумя независимыми предохранительными клапанами, которые устраивают так, чтобы давление пара в котле не могло превышать допускаемое рабочее. Предохранительные клапаны выпускают излишний пар при через в мерном повышении давлении, т.е. когда стрелка манометра переходит за красную черту.
Парозапорные устройства (вентили, задвижки), предназначенные для отключения котла от потребителя воды или пара. В зависимости от параметров протекающей среды и размеров вентили могут соединяться с трубопроводами на фланцах, резьбе или с помощью сварки. Вентили имеют плоский или игольчатый клапан. Вентили с плоским клапаном используют в качестве запорных устройств, а игольчатым клапаном - для дросселирования.
В гарнитуру котельного агрегата входят дверца, лазы, гляделки, взрывные клапаны, шиберы или поворотные заслонки.
Для наблюдения за процессом горения топлива и конвективных газоходов в обмуровке котлоагрегата выполняют гляделки. Взрывные клапаны предохраняют обмуровку от разрушения при случайных хлопках в газоходах котла. С помощью чугунных дымовых шиберов или поворотных заслонок регулируют тягу и перекрывают боров.
2 Расчет процесса горения
Расчет процесса горения выполняем по формулам в соответствии с источником [2].
Из таблицы характеристик топлив [источн.1] выбираем расчетные характеристики природного газа газопровода Кумертау-Ишимбай-Магнитогорск, %: СН4=85,9; С2Н6=6,1; С3Н8=1,5; С4Н10=0,8; С5Н12=0,6; N2=5,0; СО2=0,1; Qрн = 38380,4 МДЖ/м3.
Определяем теоретический объем воздуха V0, м3/м3, необходимого для полного сгорания при сжигании газа
V0=0,0476 [0,5 СО 0,5Н2 1,5Н2S ?(m n/4)CMHN-О2], (1) где m - число атомов углерода;
Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчет производим для всего возможного диапазона температур от 100 до 22000C.
Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в последовательности, изложенной в источнике [2].
Определяем энтальпию теоретического объема воздуха H0в, КДЖ/м3, для всего выбранного диапазона температур
H0в= V0 *(CJ)в, (13) где (CJ)в - энтальпия 1м3 воздуха, КДЖ/м3[опред. По табл. 3.4 ист. 2].
V0 - теоретический объем воздуха, необходимого для горения, м3/м3 [опред. По табл. 3.3 ист. 2].
Значение теоретического объема воздуха для всего диапазона температур сводим в таблицу 2.
Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания H0г, КДЖ/м3, для всего выбранного диапазона температур
По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.
4 Тепловой баланс котла
Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.
Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, %
(17) где Нух - энтальпия уходящих газов, КДЖ/м3;
H0х.в - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяем при тв = 300С, КДЖ/м3;
аух - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;
q4 - потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для природного газа q4 =0;
Qpp - располагаемая теплота топлива, КДЖ/м3.
Энтальпия теоретического объема холодного воздуха H0хв, КДЖ/м3, при температуре 300С
H0хв =39,8 V0 (18)
H0хв= 39,8 * 10,03 = 399,2
Определяем располагаемую теплоту Qpp, КДЖ/м3, для газообразного топлива
Qpp = Qсн (19) где Qсн - низшая теплота сгорания сухой массы газа, КДЖ/м3
Qpp=38380
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3, %, обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4. По таблице 4.4 [2] q3=0,5.
Потеря теплоты от механической неполноты горения топлива q4, %, наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Для газа q4 = 0 %.
Потеря теплоты от наружного охлаждения q5, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле q5= q5ном ( Dном / D) (20) где q5ном - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2] q5ном =2,3;
Dном - номинальная нагрузка парового котла, т/ч;
D - расчетная нагрузка парового котла, т/ч. q5=2,3* 6,5/6,5 =2,3
Определяем расход топлива Впг, м3/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса
Впг = (Qпг / (Qpp * ?бр))100 (23)
Впг = (4284,3/ (38380 * 91,0)) 100 =0,123
Определяем расчетный расход топлива Вр, м3/с
Вр =Впг= 0,123
Определяем коэффициент сохранения теплоты ?
(24) ? = 1-2,3/(91,0 2,3) = 0,975
5 Расчет топочной камеры
Расчет топки производим по формулам в соответствии с источником [2] в следующей последовательности.
Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 10350С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 - Энтальпии продуктов сгорания Н = ? (J), КДЖ/м3.
Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Qt, КДЖ/м3
(25) где Qв - теплота вносимая в топку с воздухом, КДЖ/м3
Qt =38380 (100-0,5)/100 419,6=38607,6
Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Qв, КДЖ/м3, определяем
Qв =??т * H0х.в. (26)
Qв =1,05*399,2=419,16
Определяю коэффициент ? тепловой эффективности экранов ? = ? * ?, (27) где ? - угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение ? определяется из рисунка 5.3 [2] ; ?=0,97;
? - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2]: ?=0,67. ? = 0, 97*0, 67=0, 65
Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя
S=3,6Vt/Fct (28) где Vt - объем топочной камеры, м3;
Fct - поверхность стен топочной камеры, м2.
S=3, 6*11, 2/29, 97=1, 35
Определяем коэффициент k, (м·МПА)-1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами кг и сажистыми частицами кс k = кг rп kc (29)
где кг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, (м·МПА)-1;
rп - суммарная объемная доля трехатомных газов; принимаю по таблице 1;
(30) где рп = rп р - парциальное давление трехатомных газов, МПА;
р - давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПА;
T?т - абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).
Коэффициент кс , (м·МПА)-1, ослабления лучей сажистыми частицами кс (31) где Ср, Нр-содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.
При сжигании природного газа
(32) где CMHN - процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %
k=8,75*0,257 1,147=3,43
Определяем степень черноты факела аф.
Для газообразного топлива степень черноты аф факела аф =масв (1- m) аг (33) где m -коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,12 при QV=421 КВТ/м3;
асв - степень черноты светящейся части факела;
аг - степень черноты несветящихся трехатомных газов.
Значения асв и аг определяю по формулам асв=1 - е-( кг rп kc) р s (34) аг=1 - е -кг rп р s (35) асв=1 - е-(3,43*0,1*1,35)=0,37 аг=1 - е -8,75*0,257*0,1*1,35=0,259 аф =0,12*0,37 (1-0,12)*0,257=0,274.
Определяем степень черноты топки ат для камерной топки при сжигании газа
(36) ат=0,274/(0,274 (1-0,274)*0,65)=0,36
Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].
Определяем среднюю суммарную теплоемкость Vc.ср, КДЖ/м3·К, продуктов сгорания на 1 м3 газа при нормальных условиях
Vc.ср=(Qt - H?т) / (Та -Т?т) (37) где Та - теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Qt, равному энтальпии продуктов сгорания На; Та=2254, К.
Т?т -температура (абсолютная) на выходе из топки, К;
H?т - энтальпия продуктов сгорания, КДЖ/м3; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;
Qt - полезное тепловыделение в топке, КДЖ/м3.
Vcp
Определяю действительную температуру ??т, 0С, на выходе из топки ??т = (38)
Полученная температура на выходе из топки ??т = 10330С сравнивается с температурой, принятой ранее, 10350С. Расхождение между полученной температурой ??т, 0С, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±1000С, расчет считается оконченным.
При расчете конвективных поверхностей нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м3 сжигаемого газа при нормальных условиях.
Расчет первого конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].
Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода ?? = 4000С и ?? = 3000С. Далее весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур.
Qб = ? (H?- H? ??к * H0прс) (40) где H? - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, КДЖ/м3;
H? - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, КДЖ/м3;
??к - присос воздуха в поверхность нагрева;
H0прс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 300С, КДЖ/м3;
? - коэффициент сохранения теплоты.
Q400б = 0,975 (20239-7522 0,05*399,2) =12418
Q300б = 0,975 (20239-5574 0,05*399,2) =14317
Определяем расчетную температуру потока ?, 0С, продуктов сгорания в конвективной поверхности
(41) где ?? - температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, 0С;
?? - температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева 0С. ? 400=(1033 400) / 2=716,5 ?300=(1033 300) / 2=666,5
Определяем температурный напор ?t, 0С
?t = ? - tк (42) где тк - температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, 0С.
?t 400 = 716,5 - 194,1 = 522,4
?t 300 = 666,5 - 194,1 = 472,4
Рассчитываем среднюю скорость ?г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева
(43) где Вр - расчетный расход топлива, м3/с;
F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;
Vг - объем продуктов сгорания на 1 м3 газообразного топлива, м3/м3;
? - средняя расчетная температура продуктов сгорания, 0С.
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков ?к = ?н сzсsсф (44) где ?н - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме рис.6.1 [2] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м2·К); ?н400=95, ?н300= 91;
cz - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; cz400=1, cz300=1;
cs - поправка на компоновку пучка; cs400=1, cs300=1;
сф - коэффициент, учитывающий влияние измерения физических параметров потока; сф400=1,09, сф300=1,11. ?500к=95*1*1*1,09=103,5 ?400к=91*1*1*1,11=101
Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину kps = ( кг rп) ps (45) где кг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;
р - давление в газоходе, МПА; для котлов без наддува принимаем равным 0,1.
Определяем толщину излучающего слоя s,м, для гладкотрубных пучков s = (46) s = kps 400 =34,69*0,253* 0,1*0,177=0,155 kps 300 =35,59*0,253*0,1*0,177=0,159
Определяем коэффициент теплоотдачи ?л, Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для незапыленного потока при сжигании газообразного топлива ?л =?н а сг (47) где ?н - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К), определяем по номограмме на рис.6.4 [2];
а - степень черноты;
сг - коэффициент, определяем по рис.6.4 [2].
Для определения ?н и коэффициент сг определяем температуру тз, 0С, загрязненной стенки тз = t ?t (48) где t - средняя температура окружающей среды, 0С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;
Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи ?1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева ?1 = ? (?к ?л) (49) где ? - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1. ?1400 =1(103,5 6,4)=109,9 ?1300 =1(101 4,7)=105,7
Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К)
К = ?1 ? (50) где ? - коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл.6.2 [2]; принимаем равным 0,85.
К400 = 0,85*109,9 = 93,5
К300 = 0,85*105,7 = 89,8
Определяем количество теплоты Qt, КДЖ/м3, воспринятое поверхностью нагрева
(51) где ?t - температурный напор, 0С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева
(52)
По принятым двум значениям температуры ?? и ?? полученным двум значениям Qб и Qt производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура ?? на выходе из первого конвективного пучка равна 3700С.
Расчет второго конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2] аналогично первому конвективному пучку.
Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода ?? =3000С и ?? =2000С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.
Определяем теплоту Qб ,КДЖ/м3, отданную продуктами сгорания по формуле
Qб = ? (H?- H? ??к * H0прс)
Q300б = 0,975 (7422-3945 0,1*399,2) =3897
Q200б = 0,975 (7422-5980 0,1*399,2) =1912
Определяем расчетную температуру потока ?, 0С, продуктов сгорания в конвективной поверхности по формуле ? 300=(370 300) / 2=335 ? 200=(370 200) / 2=285
Определяем температурный напор ?t, 0С, по формуле (42)
?t = ? - tк
?t 300 = 335 - 194,1 = 140,9
?t 200 = 285 - 194,1 = 90,9
Рассчитываем среднюю скорость ?г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева по формуле
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков по формуле ?к = ?н сzсsсф ?н300=73, ?н200= 68 cz300=1, cz200=1 cs300=1, cs200=1 сф300=1,11, сф200=1,15 ?300к=73*1*1*1,11=81 ?300к=68*1*1*1,15=78,2
Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину по формуле kps = ( кг rп) ps
Определяем толщину излучающего слоя s, м, для гладкотрубных пучков по формуле s = s = kps 300 =40,6*0,236* 0,1*0,177=0,17 kps 200 =42,5*0,236*0,1*0,177=0,18
Определяем коэффициент теплоотдачи ?л, Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для незапыленного потока при сжигании газообразного топлива по формуле (47) ?л =?н а сг
Для определения ?н и коэффициент сг определяем температуру тз, 0С, загрязненной стенки по формуле тз = t ?t тз = 194,1 25 = 219,1 ?300н =33; ?200н =26 а300 = 0,14; а200 = 0,15 сг300 = 0,94; сг200 = 0,9 ?л400 =67*0, 14*0,94 = 4,5 ?л 200 =59*0,15*0,9 =3,6
Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи ?1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева по формуле ?1 = ? (?к ?л) ?1300 =1(81 4,5)=85,5 ?1200 =1(78,2 3,6)=81,7
Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К), по формуле
К = ?1 ?
К300 = 0,85*85,5 = 72,7
К300 = 0,85*81,7 = 69,5
Определяем количество теплоты Qt, КДЖ/м3, воспринятое поверхностью нагрева по формуле где ?t - температурный напор, 0С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева, определяемый по формуле
По принятым двум значениям температуры ?? и ?? полученным двум значениям Qб и Qt производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура ?? на выходе из второго конвективного пучка равна 274.
7 Расчет экономайзера
Расчет водяного экономайзера производим по формулам в соответствии с источником [2] .
Определяем теплоту отданную продуктами сгорания Qб, КДЖ/м3 при приятой температуре уходящих газов
Qб = ? (H? - H? ?? эк * H0прс) (53) где H? - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, КДЖ/м3
H? - энтальпия уходящих газов, КДЖ/м3;
??эк - присос воздуха в экономайзер;
H0прс - энтальпия теоретического количества воздуха, Дж/м3;
? - коэффициент сохранения теплоты.
Qб =0,975 (5450-3150 0,1*399,2) =2339,9
Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды h?эк, КДЖ/кг, после водяного экономайзера
(54) где h?эк - энтальпия воды на входе в экономайзер, КДЖ/кг;
D - паропроизводительность котла, кг/с;
Dпр - расход продувочной воды, кг/с.
По энтальпии воды после экономайзера определяем температуру воды после экономайзера t?эк, 0С. t?эк = h?эк/с (55) t?эк = 575,2/4,19 = 137,3
В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определяем температурный напор ?t, 0С
Н, м
(56) где ?tб и ?tм - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, 0С
Выбираем к установке чугунный экономайзер ВТИ с длиной труб 1500мм; площадью поверхности нагрева с газовой стороны 2,18 м2; площадью живого сечения для прохода продуктов сгорания Ftp=0,088 м2.
Определяем действительную скорость ?г, м/с, продуктов сгорания в экономайзере
(57)
где ?эк - среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, 0С;
Fэк - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2. ?эк =(274 150) / 2=212
Fэк = z1 Ftp (58) где z1 - число труб в ряду.
Fэк =5*0,088 = 0,44
Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К), К = Кнс?. (59)
К = 20*1,02 = 20,4
Определяем площадь поверхности нагрева Нэк, м2, водяного экономайзера
(60)
Определяем общее число труб n, экономайзера n =Нэк / Нтр (61) где Нтр - площадь поверхности нагрева одной трубы, м2. n = 163,6/ 2,18 = 75
Определяем число рядов труб m m = n / z1 (62) где z1 - принятое число труб в ряду. m=75 / 5=15
К установке принимаем 15 рядов труб.
8 Аэродинамический расчет котельного агрегата
Аэродинамический расчет котельной установки ведем по формулам в соответствии с источником [7]
Аэродинамическое сопротивление на пути прохождения газов в газоходах котельной установки складывается из местных сопротивлений, зависящих от изменения сечений газоходов и их поворотов и из сопротивления, возникающего вследствие трения и вследствие сопротивления пучков труб.
Аэродинамическое сопротивление котельной установки ?hк.у, Па, определяется по формуле: ?hк.у = ?hт ?hкп1 ?h кп2 ?hэк ?hм.с ?hна (63) где ?hт - разряжение в топке, создаваемое дымососом, Па;
?hкп1 и ?h кп2- сопротивление конвективных пучков, Па;
?hэк - сопротивление экономайзера, Па;
?hм.с - местные сопротивления, Па;
?hна- сопротивление направляющего аппарата, Па.
?hк.у =30 553 247 162 249 11=1252
Определяем разряжение в топке ?hт, Па, принимаем равным
?hт = 30
Исходя из источника [7] стр.30.
Определяем сопротивление первого конвективного пучка ?hкп1, Па,
(64) где rг ? плотность дымовых газов в газоходе, кг/м3.
(65) где ro ? плотность дымовых газов при 0 ?С, кг/м3
?г ? средняя температура газов в первом конвективном пучке, ?С.
(66)
(67)
?к.2 - скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с
(68)
?к - коэффициент сопротивления конвективного пучка. ?к= ?0* z2 (69) где ?0 - коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб. ?0=С?*CRE* ?гр (70) где С?, CRE, ?гр - значения, определяемые по номограмме, рис VII-6 [7].
Определяем сопротивление второго конвективного пучка ?hкп, Па, по формуле
(71) где rг ? плотность дымовых газов в газоходе, кг/м3, по формуле
(72) где ro ? плотность дымовых газов при 0 ?С, кг/м3;
?г ? средняя температура газов в конвективном пучке, ?С, по формуле
(73)
?к.2 - скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с, по формуле
. (74)
?к - коэффициент сопротивления конвективного пучка, по формуле (69) ?к= ?0* z2
где ?0 - коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб по формуле (70) ?0=С?*CRE* ?гр где С?, CRE, ?гр - значения, определяемые по номограмме, рис VII-6 [7].
(75) где n ? число рядов труб по ходу газов; n=15;
rг ? плотность дымовых газов в экономайзере, кг/м3.
(76)
Определяем сопротивление двух поворотов под углом 900 и двух поворотов под углом 1800 ?hм.с, Па
(77) где ?м - коэффициент местных сопротивлений; под углом 900 ?м=1 под углом 1800 ?м=2. ?м =1*2 2*2 =6
- скорость местных сопротивлений , которая определяется
(78)
rг ? плотность дымовых газов местных сопротивлений, кг/м3
(79) где ?м.с ? средняя температура газов местных сопротивлений, ?С, по формуле
(80)
Определяем сопротивление направляющего аппарата, Па
(81) где ?на - скорость продуктов сгорания в направляющем аппарате, м/с
(82)
F- площадь направляющего аппарата, м2
(83)
?н.а ? средняя температура газов в конвективном пучке, ?С,
9 Выбор тягодутьевых устройств
Выбор дымососа
Для котлов паропроизводительностью 1 тонна и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дымососы. Выбор дымососа производится по формула источника [7].
Определяем производительность дымососа прямого действия по формуле
(84) где - расчетное количество сжигаемого топлива, кг/ч;
объем дымовых газов перед дымососом, м3/кг;
?дым - температура дымовых газов перед дымососом, ?С. м3/с м3/ч.
Определяем расчетный полный напор дымососа Hp, мм вод.ст.,
(85) где суммарное сопротивление по газовому тракту всех элементов, мм вод.ст.;
разряжение, создаваемое дымовой трубой, мм рт.ст. Принимаем равное 0.
Пересчитываем напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге, Ндым, мм вод.ст,
(86)
Определяем мощность электродвигателя для привода дымососа N, КВТ
(87) где ? производительность, м3/ч;
? напор, мм вод.ст.;
КПД дымососа, %.
По таблице 14.4 [4] выбираем подходящий по производительности Vp и напору дымосос; выписываем его основные характеристики: марка дымососа ДН?9 производительность 14,65*103 м3/ч напор 1,78 КПА
КПД 83 % масса без электродвигателя 536 кг. марка электродвигателя 4А160S6 мощность 11 КВТ.
Выбор вентилятора
Для котлов паропроизводительностью от 1 тонны и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дутьевые вентиляторы. Расчет ведется по источнику[7].
Из источника [4] выбираем горелку. К установке применяется ГМ-4,5
Определяем полный расчетный напор вентилятора Hp, Па
(88) где ? сопротивление горелки ист. [4];
? сопротивление воздуха, ист. [4].
Па
Определяем производительность вентилятора (количество холодного воздуха забираемого вентилятором) Vд.в, м3/ч по формуле
(89) м3/с м3/ч
Пересчитываем напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге, Ндым, мм вод.ст по формуле
Определяем мощность для привода вентилятора Nдв, КВТ по формуле
По таблице 14.1 [4] выбираем подходящий по производительности Vp и напору вентилятор; выписываем его основные характеристики: марка вентилятора ВДН?8 производительность 10,20*103 м3/ч напор 2,19 КПА
КПД 83 % масса без электродвигателя 417 кг. марка электродвигателя 4А-16036 мощность 11 КВТ.
10 Расчет дым
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
