Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13

 

На основании данных таблицы 3.4 строим Iθ-диаграмму.

 

4 Тепловой баланс котельного  агрегата

 

При тепловом расчёте котельного агрегата тепловой баланс составляется для определения  КПД брутто и расчётного расхода топлива.

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды может расходоваться пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия – для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте – нетто.

Расчет теплового баланса котла  и расхода топлива сводится в  таблицу 4.1 – тепловой баланс котла и расход топлива.

 

Таблица 4.1 – Тепловой баланс котла и расход топлива.

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или источник определения	Расчет
1	2	3	4	5
1 КПД котельного агрегата		%
2 Потеря теплоты с уходящими  газами		%
3 Температура уходящих газов		°C	Предварительно задаемся	150
4 Энтальпия уходящих газов		кДж/м3	По температуре  из Iθ – диаграммы, интерполируя из таблицы 3.2.	2686,9
5 Коэффициент избытка воздуха		-	Из расчета, таблица 3.2.	1,25
6 Энтальпия теоретического объема  холодного воздуха (θхв=30оC)		кДж/м3	Интерполируя, из таблицы 3.3.	9,451 · 38,62 = 365
7 Расчетная располагаемая теплота		кДж/м3		35530 + 1,1 · 365 = 35931,5
8 Потеря от химического недожега		%	По таблице 2.4 [1] характеристик топочных устройств	0,5
9 Потеря в ОС		%	По графику 4.1 [1] при производительности котла 4,0 т/ч	2,94
10 Действительный расход топлива		м3/с

 

 

1	2	3	4	5
11. Количество продувочной воды		кг/с
12. Энтальпия питательной воды (Ср=4,187 кДж/кг)		кДж/кг
13. Энтальпия насыщенного пара		кДж/кг	По таблице II-II [2] для P=1 МПа	2784
14. Энтальпия котловой воды		кДж/кг	По таблице II-II [2] для P=1 МПа	795
15. Расчетный расход топлива		м3/с		0,0821
16. Коэффициент сохранения теплоты		-

 

 

 

5 Расчет теплообмена в топочной камере

 

В данном разделе выполняется поверочный расчет топочной камеры по известному объему топочной камеры, степени её экранирования, площади лучевоспринимающих поверхностей нагрева, конструктивные характеристики экранных и конвективных поверхностей нагрева (диаметр труб, расстояния между осями труб и т.д.).

Поверочный расчет однокамерных топок выполняется в следующей  последовательности.

1. По чертежу котельного  агрегата составляется эскиз топочной камеры. Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой.

Полная поверхность  стен топочной камеры F_ст и объем топочной камеры вычисляется следующим путем. Поверхностью, ограничивающей топочный объем, считается поверхность, проходящая через оси экранных труб на экранированных стенах топки, через стены топки на неэкранированных участках и через под топочной камеры F_ст = 41,4 м². [7]

2. Предварительно задаемся  температурой продуктов сгорания  на выходе из топочной камеры ⁰С.

3. Для предварительно  принятой температуры  на выходе  из топки  по диаграмме определяют энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки .

4. Определяется полезное  тепловыделение в топке, кДж/м³ для промышленных котлов без воздухоподогревателя:

 

                                                      (5.1)

 

 кДж/м³

 

5. Определяем коэффициент тепловой эффективности топочных экранов

                                                                                     (5.2)

 

Угловой коэффициент  излучения x зависит от формы и расположения тел, находящимися в лучистом теплообмене  друг  с другом и определяется для однорядного гладкотрубного экрана по рис.5.1. Для s/d = 1,56, x = 0,95.

Коэффициент тепловой эффективности учитывает снижение тепловосприятия  экранных поверхностей вследствие их загрязнения наружными отложениями или покрытия огнеупорной массой.

Для открытых гладкотрубных  настенных экранов  .

 

 

Рис.5.1. Угловой коэффициент  однорядного гладкотрубного экрана.

1 – при расстоянии от стенки  ; 2 - при ;  3  - при ;    4 - при ; 5 без учета излучения обмуровки при .

 

 

По известному значению по построенной ранее I-J - диаграмме при принятом находят .

В итоге адиабатическая температура горения определится

 

 

 

6.Определим эффективную толщину излучающего слоя, м:

 

                                            ,                                                       (5.4)

 

где  V_т и F_ст – объем и площадь поверхности стен топочной камеры.

 

м

 

7. Определим коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициента ослабления лучей трехатомными газами (k_г) и сажистыми частицами (k_с):

 

                                                                                               (5.5)

 

где r_п – суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из таблицы 3.2.

Определим коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

 

          ,                                (5.6)

 

 1/(м·МПа)

 

где р_п = r_п · р = 0,1 · 0,271 = 0,0271 – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

р – давление в топочной камере котлоагрегата (для котлоагрегатов, работающих без наддува р = 0,1 МПа;

r_Н2О – объемная доля водяных паров, принимается из таблицы 3.2;

- абсолютная температура на  выходе из топки, К (предварительно принятая ).

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/(м МПа),

                k_с = ,                               (5.7)

 

где С^р и Н^р –содержание углерода и водорода в рабочей массе твердого или жидкого топлива.

При сжигании природного газа

 

                               ,                                          (5.8)

 

где С_mH_n – процентное содержание углеводородистых соединения в природном газе.

 

Рассчитаем коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

 

 1/(м·МПа)

 

Тогда коэффициент ослабления лучей будет равен:

 

 1/(м·МПа)

 

8. Определим степень черноты факела :

 

                                                                (5.11)

 

где m = 0,1 - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненную светящейся частью факела, принимается по табл. 5.2 [1];

а_св и а_г – степень черноты светящейся и несветящейся части пламени, определяются по формулам

 

                                                                (5.12)

 

                                     ,                                          (5.13)

 

 

Степень черноты факела будет равна:

 

 

9. Определяется степень  черноты топки:

для камерных топок при  сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива

 

                     .                                     (5.14)

 

 

9. Определяется параметр  М, зависящий от относительного положения максимума температуры по высоте топки х_т:

 

                             М = 0,54 - 0,2х_т;                                       (5.15)

 

                                                                                (5.16) 

 

где h_г подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок,

Н_т – как расстояние от пода топки или от середины хододной воронки до середины выходного окна топки.

 

Отсюда

М = 0,54 - 0,2 · 0,27 = 0,486

 

12. Определим среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1м³ газа, кДж/(м³ К):

 

                                  ,                                        (5.17)

 

где - теоретическая (адиабатная) температура горения, К,

- температура продуктов сгорания на выходе из топки предварительно принятая, К;

- энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки,

- полезное тепловыделение в  топке  (5.1).

 

 

13. Определяется действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки, ^оС, по формуле

 

                                   (5.18)

 

 

Так как полученное значение действительной температуры на выходе из топки  °С отличается от принятого значения равного 980°С менее чем на 100°С, то расчёт топочной камеры считаем законченным.

По действительной температуре  продуктов сгорания на выходе из топки  по Iθ – диаграммы найдем энтальпию продуктов сгорания

14. Определим количество тепла, выделенного в топке

 

                                       (5.19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Расчет конвективных  поверхностей нагрева

 

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару — конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение  теплового баланса. Расчет выполняется для 1 м³ газа при нормальных условиях. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.