Расчетное топливо и нагрузка

 

№	ФИО	Коэффициент пересчета	Нагрузка, %
	Трушачкина	0,962

 

6. Сроки выполнения отдельных частей семестровой работы, таблица 2.

 

Таблица 2

Календарный план

 

№	Наименование разделов курсового проекта	Срок выполнения разделов проекта	Отметка руководителя о выполнении
	Принципиальная схема котельного агрегата
	Графическая часть
	Расчет теплообмена в топке котельного агрегата
	Расчет теплообмена конвективных поверхностей нагрева

 

Руководитель __________________________________________ / К.В. Осинцев /

 

Студент _____________________________________________ / Е.А. Трушачкина /

 

1 Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

 

В качестве основного вида топлива на исследуемой котельной используется природный газ.

Состав природного газа в % по объему, приводим в таблице 1.

Таблица 1 – Состав природного газа в % по объему

Метан СН4	Этан С2Н6	Пропан С3Н8	Бутан С4Н10	Пентан С5Н12	Азот N2	Диоксид углерода СО2	Кислород О2
94,07	2,093	1,02	0,092	0,012	2,658	0,038	0,008

Плотность топлива при нормальных условиях:

В процессе теплового расчета водогрейного котла определяются теоретический и действительный объем воздуха, а так же продуктов сгорания.

Теоретический объем воздуха, который необходим для сгорания топлива в процессе сжигания газа при определяется по формуле(1):

 

, м³/м³ (1)

 

где n – число атомов водорода;

m – число атомов углерода.

 

Определим теоретический объем продуктов сгорания по формуле (1):

 

Теоретический объем водяного пара(2):

 

,м³/м³(2)

 

где d_г.тл. – влагосодержание в газообразном топливе, отнесенное к 1м³ сухого газа, г/м³; принимается d_г.тл. = 10 г/м³

,м³/м³

 

Теоретический объем содержания азота в продуктах сгорания(3):

 

, м³/м³ (3)

м³/м³

 

Теоретический объем содержания трехатомных газов в продуктах сгорания(4):

 

, м³/м³ (4)

V_RO2 = 0,01∙ [0,038+94,07+2∙2,093+3∙1,02+4∙0,092+5∙0,012] = 1,018 м³/м³

 

Общий теоретический объем продуктов сгорания(5):

 

м³/м³ (5)

 

м³/м³

 

Действительный объем продуктов сгорания рассчитывается с учетом коэффициента избытка воздуха в топке , а так же объема присосов воздуха по газоходам котельных агрегатов. Величина коэффициента избытка воздуха на выходе из топки принимается для камерной топки при сжигании газа - 1,06 [1], величина присоса воздуха в газоходах котлоагрегата при номинальной нагрузке принимается равной:

· конвективный пучок котла

· чугунный экономайзер с обшивкой

· газоход стальной (на 10м длины) .

Принципиальная схема работы котельного агрегата и коэффициент избытка воздуха показаны на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема работы котла КВ-ГМ-23,26-150: 1 – газомазутная горелка; 2 – топочная камера; 3 – экономайзер; 4 – конвективный пучок; 5 – экранные трубы.

 

Значение действительного суммарного объема продуктов сгорания природного газа определяется (для среднего коэффициента избытка воздуха в газоходе котла для поверхности нагрева) с помощью формулы(6):

 

, м³/м³ (6)

 

Нахождение величины действительного объема продуктов сгорания и его состава по газоходам приведем на примере топки. Результаты приводим в виде таблицы 2.

 

Таблица 2 – Нахождение действительного объема продуктов сгорания

 

Характеристика	Аналитическое выражение формулы	Теоретический объем
Газоход
Топка	Конвективный пучок	Экономайзер
Коэффициент избытка воздушной смеси после поверхности нагрева		1,06	1,14	1,3

Средний коэффициент избытка воздушной смеси в газоходе		1,06	1,1	1,22
Избыточное количество воздушной смеси, м3/м3		0,575	0,958	2,108
Объем водяного пара, м3/м3	VН2О = + 0,0161∙ ∙(αср -1)∙ V0	2,166	2,172	2,191
Общий объем продуктов сгорания, м3/м3		11,354	11,743	12,912

Объемная доля трехатомного газа		0,089	0,087	0,079
Объемная доля водяного пара		0,190	0,184	0,167
Суммарная объемная доля		0,279	0,271	0,246

Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания

 

Энтальпия теоретических объемов воздуха для выбранного диапазона температур вычисляют по нижеприведенной формуле(7):

 

, кДж/кг (7)

 

где (ct)_в – энтальпия 1м³ воздуха,

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания (8):

 

, кДж/м³ (8)

 

где – энтальпия 1м³ трехатомного газа, объема азота и

водяного пара, кДж/м³.

Энтальпия избыточного воздуха для всего диапазона температур t определяется по формуле(9):

 

, кДж/м³ (9)

 

Энтальпия продуктов сгорания, соответствующая коэффициенту избытка воздуха ,определяется по формуле (10):

 

, кДж/м³ (10)

где Н_зл – энтальпия золы, Н_зл = 0.

Результаты расчета энтальпий воздуха, а так же продуктов сгорания по газоходам агрегата сведем в таблицу 3, которая приведена ниже.

 

 

Таблица 3 –Результаты расчетов энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата

Температура	Энтальпия воздуха	Энтальпия п.с.	Эффективное значение
Т, оС	,   кДж/м3	,   кДж/м3	, кДж/м3
Топка   1,06	Конвективный пучок	Экономайзер
	1264,56	1485,10	1560,97	-	1611,56	-	1763,30	-

	2548,28	2993,85	3146,75	1585,77	3248,68	1637,12	3554,47	1791,17
	3860,74	4544,99	4776,63	1629,89	4931,06	1682,39	5394,35	1839,88
	5192,36	6138,74	6450,28	1673,65	6657,98	1726,91	7281,06	1886,71
	6552,72	7769,67	8162,83	1712,55	8424,94	1766,97	9211,27	1930,21
	7951,40	9436,20	9913,28	1750,45	10231,34	1806,40	11185,51	1974,24
	9378,82	11146,25	11708,98	1795,70	12084,13	1852,79	13209,59	2024,08
	10825,40	12915,60	13565,12	1856,14	13998,14	1914,01	15297,19	2087,60
	12271,98	14713,97	15450,29	1885,16	15941,17	1943,03	17413,81	2116,62
	13756,88	16549,89	17375,30	1925,01	17925,58	1984,41	19576,40	2162,60
	15280,10	18389,88	19306,69	1931,38	19917,89	1992,31	21751,50	2175,10
	16803,32	20236,00	21244,20	1937,51	21916,33	1998,44	23932,73	2181,23
	18498,98	22136,33	23246,27	2002,07	23986,23	2069,90	26206,11	2273,38
	19888,08	24074,28	25267,56	2021,30	26063,09	2076,86	28449,66	2243,55
	21449,62	25996,96	27283,94	2016,37	28141,92	2078,83	30715,88	2266,22
	23020,74	27951,15	29332,39	2048,46	30253,22	2111,30	33015,71	2299,84
	24582,28	29919,06	31394,00	2061,60	32377,29	2124,06	35327,16	2311,45
	26143,82	31905,35	33473,98	2079,98	34519,73	2142,44	37656,99	2329,83
	27753,26	33912,27	35577,47	2103,49	36687,60	2167,86	40017,99	2361,00
	29353,12	35910,14	37671,33	2093,86	38845,45	2157,86	42367,83	2349,84
	31029,62	37931,91	39793,69	2122,36	41034,87	2189,42	44758,43	2390,60
	32562,42	39960,16	41913,91	2120,22	43216,40	2181,53	47123,89	2365,47

 

 

 

 

 

2 Тепловой расчет водогрейного котельного агрегатаКВГМ-23,26-150

Тепловой баланс парогенератора можно охарактеризовать равенством прихода и расхода тепла. Тепловую эффективность котлоагрегата и его качество работы описывается коэффициентом полезного действия – КПД.

Приходную часть теплового баланса котельного агрегата определяют по формуле(4.11):

, кДж/м³(ккал/м³) (11)

 

где Q_р^р– располагаемая теплота;

Q_н^р– наименьшая теплота сгорания топлива для газа;

Q_н^с– наименьшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³; принимаем для газа Q_н^с= 33603,8 кДж/м³ (8020 ккал/м³);

Q_ф.т.– физическая теплота топлива, принимаем Q_ф.т.= 0, потому что топливом является газ;

Q_т.в.– физическая теплота воздуха, которая подается в топку котельного агрегата в процессе подогрева его вне котлоагрегата, принимаем Q_т.в.= 0, потомучто воздух перед подачей в котел дополнительно не подогревается;

Q_пар.– теплота, которая вносится в котлоагрегат в процессе парового распиливания жидкого топлива, кДж/кг – принимаем Q_пар.= 0, потому что в качестве топлива используется газ.

Располагаемая теплота для котла КВГМ-23,26-150 составит:

 

Расходная часть теплового баланса котельного агрегата складывается из нижеприведенных составляющих:

 

(12)

 

Тепловой баланс котельного агрегата формируется применительно к установленному тепловому режиму, при этом потеря теплоты выражается в процентах располагаемой теплоты:

 

(13)

 

Разделив уравнение (11)на Q_р^р получаем его в ниже представленном виде:

(14)

где q₁– полезная использованная в котельном агрегате теплота;

q₂– потери теплоты с уходящим газом;

q₃– потери теплоты от химической неполноты сгорания газа;

q₄– потери теплоты от механической неполноты сгорания газа;

q₅– потери теплоты от наружного охлаждения;

– потери от физической теплоты, которая содержится вудаляемом шлаке и от потерь от охлаждения панелей;

q_6шл.= 0, так как в качестве топлива используется газ;

q_6охл= 0, так как охлаждение элементов котельного агрегата КВГМ-23,26-150

не предусмотрено его конструкцией.

КПД котельного агрегата рассчитывается с помощью уравнения обратного баланса(15):

 

, % (15)

 

Потери теплоты с уходящими газами q₂ определяется по формуле(16):

 

, % (16)

 

где Н_ух– энтальпия уходящих газов из котельного агрегата, определяющаяся из таблицы 3 по температуре уходящих газов 155 ˚С: Н_ух = 2748,44 кДж/м³;

Н_х.в.^о– энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре

30 ^оС. Данная величина определяется по формуле(17):

 

 

, кДж/м³ (17)

 

кДж/м³

Потери теплоты из-за химического недожога q₃ для применяемого топлива –природного газа–равны примерно 0,5 %.

Потери теплоты из-за механического недожога q₄ для применяемого топлива принимаем q₄ = 0.

 

.

 

Потеря теплоты из-за наружного охлаждения q₅(18):

 

(18)

 

где q_5ном – потеря теплоты из-за наружного охлаждения при номинальной нагрузке

котельного агрегата КВГМ-23,26-150: q_5ном=0,9512%;

N_ном– номинальная нагрузка котла, т/ч;

N– расчётная нагрузка котла, т/ч.

 

Рассчитаем значение коэффициента полезного действия котла(15):

 

Суммарная потеря тепла в котле определяется по формуле(19):

 

, % (19)

 

 

Для дальнейших расчетов определяется коэффициент потери теплоты(20):

 

, (20)

 

 

Величина полного количества теплоты, которая полезно отдается в котлоагрегате, определяется по формуле(21):

 

, кВт (21)

 

где – номинальная мощность котла КВГМ-23,26-150, 23,26 МВт

 

 

кВт

 

Расход топлива, которое подается в топку котлоагрегата, определяется по выражению(22):

 

, м³/ч (м³/с) (22)

 

 

Расчетный расход топлива (23):

В_р = В∙(100-q₄)/100, (23)

В_р = 0,634∙(100-0)/100 = 0,634 м³/ с