ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА




 

Методические указания

к курсовому проекту для студентов специальности

290700 « Теплогазоснабжение и вентиляция»

всех форм обучения.

 

НОВОСИБИРСК 2002

 

Методические указания разработаны

к.т.н., доцентом П.Е. Хмельницким и

ст. преподавателем М.И. Ершовой.

 

Утверждены методической комиссией ИЭФ

" " мая 2002 года

 

 

Рецензент:

Т.В.Тяжкун, к.т.н., доцент кафедры ТГиВ НГАСУ

 

Новосибирский государственный

архитектурно – строительный

университет, 2002

  1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА.

 

1.1. Общие методические указания.

 

Согласно учебной программы студентами специальности 2907000 выполняется последовательно 2 проекта по курсу «Котельные установки». «Тепловой расчёт котлоагрегата» является первым и выполняется в 6-ом семестре студентами дневного отделения и в 8-ом – студентами вечернего и заочного отделений.

Проект включает в себя поверочно - конструктивный расчёт основных элементов котлоагрегата: топки, фестона, конвективных пучков и хвостовых поверхностей нагрева.

Поскольку материалы выполненного проекта будут использованы для проектирования в следующем семестре, защищённый проект хранится студентом и сдаётся на кафедру вместе со следующим проектом.

 

1.2. Расчётно-пояснительная записка.

 

Пояснительная записка представляет собой последовательное изложение расчётного материала со всеми соответствующими схемами и ссылками на использованную литературу. Объём пояснительной записки 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.

 

1.3. Графическая часть

 

Графическая часть проекта включает чертежи продольного, поперечного и горизонтального разрезов парогенератора.

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.

 

1.4. 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 Jух.
  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].

 

1.5. 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, 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.

 

1.6. 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 КВ-ГМ 10;20;30 КВ-ТС 10¸30 КВ-ТСВ 10¸30 КВ-ГМ 50
Топливо Газ Ма-зут Твёрдое топливо Твёрдое топливо Газ Ма-зут
Т-ра уходящих газов, оС 170¸ 190 220¸ 250 220¸240 180¸220

 

Рекомендуемые температуры воздуха в зависимости от типа топки, вида и тепловой мощности котла приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2

Рекомендуемые температуры воздуха tв, оС,

подаваемого в топку

 

Тип топки и вид топлива Паропроизводительность агрегата D, т/ч
<10 10¸20 >20
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¸5)     300-
Высоковлажные бурые угли (Wп>5) - - 350-400
Фрезерный торф     200-210 250-300 380-420
Продолжение таблицы 1.2.
Камерные топки с жидким щла коудалением, независимо от вида сжигаемого топлива     380-
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.

 

1.7. 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 схемы котла КВ-ТС-20 приведён на рис.1.1.

 

  1. 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.

 

 

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 процесса горения воздуха;

aт – 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 aт и присосы воздуха в отдельных элементах котлоагрегата Daт принимают на основе обобщённых данных эксплуатации агрегатов, приведённых в таблице16 [1].

Значение расчётного коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газохода a определяют суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами воздуха в газоходах, расположенных между топкой и рассматриваемым сечением, т.е.

a = aт + SDai. (2)

 

Для котла типа КВ-ТС-20 (см.рис.1.1) определение коэффициента избытка воздуха производится согласно таблице 2.1.

Таблица 2.1

Присосы воздуха по газоходам Da и расчётные коэффициенты избытка воздуха

 

Участок газового тракта Присосы Da Расчётный коэффициент избытка a Среднее значение aср=(ai-1+ai)/2
1. Топка, фестон - aт -
2. Конвективные пакеты Daкп aкп=aт+Daкп aкпср=(aт+aкп)/2
3. Воздухоподогреватель Daвп aвп=aкп+Daвп aвпср=(aкпср+aвп)/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 (табл. XI; XII). Действительные значения определяемых величин для конкретного участка газохода рассчитываем в табличной форме.

Таблица 2.2

Характеристика продуктов сгорания по ходу газов

 

Величины V0= м3/кг; V0H2O= м3/кг; VRO2= м3/кг;V0N2= м3/кг.
Ед. изм. Топка, фестон Конвективные пакеты Воздухо-подогре-ватель
1. Средний коэффициент избытка воздуха aiср aт aкпср aвпср
2. Объём водя ных паров VH2O=V0H2O+(aiср-1)∙V0∙0,0161 м33 м3/кг,      
3. Полный объём продуктов сгорания Vг=VRO2+VH2O+V0N2+(aiср1)∙V0 м3/кг, м33      
4. Объемная доля водяных паров rH2O=VH2O/Vг -      
5. Объемная доля трехатомных газов rRO2= VRO2 /Vг   -      
Продолжение таблицы 2.2.
6. Суммарная доля трехатомных газов rп= rH2O+rRO2        
7. Концентрация золы в дымовых газах µ=10АРаун/Vг µ=АРаун/1,3Vг100   г/м3 кг/кг      

аун – здесь и далее доля золы в уносе[I, табл.XX, XXI].

 

2.3. 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 табл.XIV,XV [I].Энтальпию продуктов сгорания для соответствующих участков газового тракта определяют по формуле

Ii=Iгi+Iзл= Iг0+(aiср-1) Iв0+ Iзл, (3)

Расчет удобно вести в табличной форме. Количество расчетных участков должно соответствовать схеме проектируемого агрегата. Энтальпия подсчитывается в отмеченном диапазоне температур.

Таблица 2.3.

Энтальпии продуктов сгорания в газоходах

 

t Iв0 Iг0 Iзл Участки газового тракта
0C Топка фестон Конвек- тивные пакеты Воздухоподогреватель
I ΔI I ΔI I ΔI
          -   -  
          -   -  
          -   -  
Продолжение таблицы 2.3.
          -   -  
          -   -  
          -      
          -      
      -   -      
      -   -      
      -   -      
      -   -      
      -          
      -          
      -          
      -          
      -          
      -          

Iзл энтальпия золы учитывается, если

> 1,5 [%кг/кДж], где (4)

Iзл= 4,18(сJ)злАраун/100 (5)

 

(сJ)злопределяется по табл.XIII[1].

По данным табл. 2.3 на миллиметровой бумаге строится график зависимости энтальпии от температуры I-J .

 

3.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛОАГРЕГАТА.

 

3.1.Располагаемая теплота топлива.

 

Тепловой баланс котлоагрегата выражает количественное соотношение между поступившей в агрегат теплотой (располагаемой теплотой топлива Qpp) и суммой полезно использованной теплоты Q1 и тепловых потерь Q2 ,Q3 ,Q4 ,Q5 ,Q6..

 

Qpp= Qнp+ iтл, кДж/кг (6)

Qв.вн – количество теплоты, внесенное воздухомучитывается лишь в случае подогрева воздуха вне котлоагрегата.

Физическая теплота топлива iтл учитывается для жидкого топлива

iтл= см tм, где(7)

см – теплоемкость мазута, кДж/кгК, вычисляется по формуле

см = 1,74+0,0025 tм, (8)

tмтемпература подогрева мазута, принимается 120-1300С.

 

3.2. Статьи теплового баланса и КПД котлоагрегата.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

Qpp= Q1+ Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6, ,кДж/кг, (9)

или в относительных величинах (процентах от располагаемой теплоты Qpp)

100 = q1+ q2 +q3 +q4 +q5 +q6 . (10)

Расчет предлагается вести в табличной форме.

Таблица 3.1.

Тепловой баланс теплогенератора

 

  Определяемая величина   Обозначение   Ед. изм.   Расчетная формула или способ определения   Расчет   Величина
1. Располагаемая теплота Qpp ф-ла (6)    
2. Потеря теплоты от химич. неполноты сгорания q3 % табл.XVII,XXXXI [1]    
Продолжение таблицы 3.1.
3. Потеря теплоты от механич. неполноты сгорания q4   там же    
4. Температура уходящих газов Jух 0С см. раздел 1.5    
5. Энталь пия уходящих газов Iух по табл.2.3    
6. Температура воздуха в котельной tх в 0С принимается 300С    
7. Энтальпия воздуха в котельной Iх в 39,8V0    
8. Потеря теплоты с уходящими газами q2 % ф-ла(11)    
9. Потеря теплоты от наружного охлаждения q5 % рис5-7 [1] табл.4.5[2]    
10. Потеря с теплом шлака q6 %    
11.Сумма тепловых потерь Σ q %      
12. КПД агрегата ηк а % 100- Σ q    
Продолжение таблицы 3.1.
13.Козффициент сохранения теплоты φ   1-    
14.Тепло- вая мощность котлоагрегата Qк а МВт из задания    
15. Полный расход топлива В кг/с    
16. Расчетный расход топлива Вр кг/с    

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:

q2 = (11)

 

4.РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ.

 

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств, при этом считаются известными конструктивные характеристики топки и экранных поверхностей. В результате расчета оределяются : температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, удельные нагрузки колосниковой решетки и топочного объема. Полученные значения сравниваются с допустимыми, рекомендуемыми в нормативном методе.

 

4.1. Основные конструктивные и тепловые характеристики топки.

1. По чертежам котла следует выполнить эскиз топки с указанием границ внутреннего объема, конструктивных характеристик поверхностей нагрева: длины, диаметра, шага труб, расположения горелки или размеров решетки.

2. Определяется объем топки и полная поверхность стен топки как сумма площадей ограждающих ее стен:

Fст= Fфр.ст. + Fзадн.ст. +2Fбок.ст. +2Fпов.кам. +Fкол.реш (12)

Определяется тепловое напряжение топочного объема и площади зеркала горения согласно п.3.2,3.2 [1] и сравниваются с максимально допустимыми, приведенными в [1].

 

4.2.Полная и лучевоспринимающая поверхность топки.

 

Под площадью лучевоспринимающей поверхности участка Нл2) понимают площадь непрерывной поверхности, эквивалентной по тепловосприятию действительной незагрязненной площади поверхности экрана

Нл= Fпл х, где: (13)

Fпл=bl – площадь, занятая лучевоспринимающей поверхностью, м2 (14)

b =s( z-1) – расчетная ширина экрана,м (15)

s – шаг труб,м

z – количество труб в экране

1 – средняя освещенная длина труб,м

х – угловой коэффициент, зависящий от конструкции экрана, определяется по номограмме Iа [1].

Для определения площади суммарной лучевоспринимающей поверхности топки Hлт учитывают площади всех лучевоспринимающих участков топки

Hлт = ΣHлi. (16)

 

Расчет ведется в табличной форме.

 

Таблица 4.1.

Расчет полной площади стен и суммарной

лучевоспринимающей поверхности топки.

 

    Определяемая величина Обозначение Единица измерения Фронтальная стена Боковая стена Задняя стена Поворотная камера Суммарное значение
1. Полная площадь стены Fст. м2          
2. Расстояние между осями крайних труб b м          
3. Освещенная длина труб l м          
4. Площадь, занятая лучевоспринимающей поверхностью (ф-ла 14) Fпл м2          
5. Наружный диаметр труб d мм          
6. Шаг труб s мм          
7. Расстояние от оси труб до стены е мм          
8. Отношение s/d              
9.Отношение e/d              
Продолжение таблицы 4.1.
10. Угловой коэффициент х            
11. Площадь лучевоспринимающих поверхностей экранов (ф-ла 13) Hл i м2          
12. Площадь лучевоспринимающей поверхности топки (ф-ла 16) Hлт м2  
13. Степень экранирования топки ǽ = Hлт/ Fст.  
14. Коэф-т загрязнения экранов [I, табл. 6-2] ζi            
15.Коэффициент тепловой эффективности экрана ψi            
16. Средний коэффициент тепловой эффективности топки ψср = Σ ζi Hл i / Fст.  
                   

 

4.3. Расчет теплообмена в топке.

 

При поверочном расчете температуру газов на выходе из топки Jт//определяют по серии номограмм, представленных в нормативном методе. Для этого необходимо знать:

  1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки Jт// .
  2. Адиабатную температуру горения Jа .
  3. Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки ψср.
  4. Параметр М, характеризующий распределение температур в топке.
  5. Тепловую нагрузку стен топки ВрQт/Fст (кВт/м2).
  6. Степень черноты факела аф.
  7. Параметр ρ = R/Fст.

Расчет теплообмена в топке ведется в табличной форме.

4.3.1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки Jт//.

Для твердого топлива принимается 900 – 1000 0С (на 60 – 100 0С меньше температуры начала деформации золы), для жидкого топлива 950 – 1050 0С, для газа 1000 – 11000С[1,2,6].В результате расчета топки эта температура уточняется, затем проверяется на условие устойчивого горения

( нижний предел) и на предотвращение шлакования (верхний предел температур).

4.3.2. Полезное тепловыделение в топке. Адиабатная температура горения.

Полезное тепловыделение в топке Qп т, кДж/кг (кДж/м3)

Qп т = , где: (17)

Qрр- располагаемая теплота топлива;

Qвколичество теплоты, вносимой в топку воздухом

- при наличии воздухоподогревателя

Qв = (αт - Δ αт - Δ αпл)Iг в0 + (Δ αт + Δ αпл)Iх в0 (18)

-при отсутствии воздухоподогревателя

Qв = αт Iх в0 . (19)

Значения присосов воздуха в топке и пылеприготовительной установке определяются по табл.XVI[1].

Адиабатная температура горения определяется по I J –диаграмме, если за энтальпию принять полезное тепловыделение Qп т. Адиабатная температура (теоретическая) – максимально возможная температура, которой обладали бы продукты сгорания в топке при отсутствии теплообмена с поверхностями нагрева.

4.3.3. Учет характера распределения температуры в топке.

Для учета характера распределения температуры в топке служит параметр М:

М = 0,54 – 0,2хт – при сжигании газа и мазута,

М = 0,59 – 0,5хтпри камерном сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех топлив,

М = 0,56 – 0,5хт – при камерном сжигании тощих углей и антрацитов, а также каменных углей с повышенной зольностью;

хтотносительное положение в топке максимума температуры:

хт = 0,1 –для слоевых топок с пневмомеханическим забрасывателем,

хт = хг + Δ х – для камерных топок с горизонтальным расположением горелок, где

хг = hг / Нтотносительный уровень расположения горелок, hгуровень расположения оси горелки от пода топки, Нтобщая высота топки от пода (середины холодной воронки) до середины выходного окна, (м),

Δ х – поправка, учитывающая смещение максимума температуры в топке относительно уровня расположения горелок.

Для газомазутных топок при Qк а >20 Гкал/ч Δ х=0, при

Qк а <20 Гкал/ч Δ х=0,15.

При сжигании угольной пыли рекомендуется Δ х=0,1для прямоточных горелок и Δ х=0 для вихревых.

Величина М не должна приниматься больше 0,5 для камерных топок

4.3.4.Степень черноты факела.

При сжигании твердого топлива эффективная степень черноты факела зависит от излучательной способности трехатомных газов и твердых частиц золы и кокса. Расчет ведется в последовательности, указанной в таблице 4.3 с учетом данных таблицы 4.2.

 

 

Таблица 4.2.

Значения ккокс для различныхспособов сжигания углей.

 

  Вид топлива   Величина ккокс при:
слоевом сжигании камерном сжигании
Тощий уголь, полуантрацит, антрацит 0,3 1,0
Бурый, каменный уголь, торф 0,15 0,5  

 

При сжигании газа и мазута происходит частичное термическое разложение углеводородов с образованием сажистых частиц. Суммарная излучательная способность газомазутного факела определяется излучательной способностью светящейся части пламени (раскаленные сажистые частицы и трехатомные газы) и не светящейся части пламени (трехатомные газы).

Эффективная степень черноты газомазутного факела

афасв + (1-т) аг, где: (20)

асв , аг -степень черноты которой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящимся пламенем или только несветящимися газами,

т – коэффициент, учитывающий заполнение объема топки светящимся пламенем.

При тепловом напряжении топки qv = ВрQpp≤ 400 кВт/м3 независимо от нагрузки т = 0,1 для газа и т = 0,55 для мазута. При qv1000 кВт/м3, т = 0,6 для газа и т = 1,0 для мазута.

При 400< qv < 1000, значение т находят линейной интерполяцией.

Степень черноты светящейся асв и несветящейся аг,частей факела находят по формулам:

асв = 1 – еcвРS , аг, = 1 – е-Кн сРS . (21)

Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами

кн с = кг rП., (22)

а коэффициент ослабления лучей светящейся частью пламени

кс в = кн с + кс , (23)

где кс - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами,

кс =0,3 (2-αт)(1,6 Тт / 1000 – 0,5) (24)

Сррсодержание углерода и водорода в топливе, для газообразного топлива:

, (25)

4.3.5. Определение температуры газов на выходе из топки.

Расчетная температура на выходе из топки определяется по номограмме 7[1] или рис.5.7 [2]. Последовательность определения Jт// обозначена штриховой линией.

Таблица 4.3.

Поверочный расчет теплообмена в топке.





©2015-2017 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!