Расчет котла типа ДЕ-4-14-225ГМ

ТГУ.docx

Состав и характеристика топлива6
Определение состава и энтальпий дымовых газов8
1. Расчёт при коэффициенте расхода воздуха α =19
2. Расчет при коэффициенте расхода воздуха α >110
3. Расчёт энтальпий17
1. Определение конструктивных размеров и характеристик топочной
2. Расчёт теплообмена в топке33
Определение тепловосприятий40
1. Тепловосприятие пароперегревателя40
2. Тепловосприятие котельного пучка41
3. Тепловосприятие водяного экономайзера41
4. Сведение теплового баланса котла43
Поверочно-конструктивный расчёт пароперегревателя44
Поверочно-конструктивный расчёт котельного пучка54
Поверочно-конструктивный расчёт водяного экономайзера59
Аэродинамический расчёт газового тракта котла63
Библиографический список67
Паровой котел ДЕ-40-14-ГМ-О – газомазутный вертикально-водотрубный паровой котел с естественной циркуляцией основными элементами которого являются барабан верхний барабан нижний а также экранированная топочная камера и конвективный пучок. Данный котел предназначен для выработки насыщенного или перегретого до 225 °С пара используемого для технологических нужд в системы отопления вентиляции и горячего водоснабжения.
Расшифровка наименования котла ДЕ-4-14-ГМ-О (ДЕ-4-14-225-ГМ-О)*:
– паропроизводительность тч;
– абсолютное давление пара кгссм2;
ГМ - котел для сжигания газообразного топлива жидкого топлива (дизельное и печное бытовое топливо мазут нефть);
5 – температура перегретого пара °С (в случае отсутствия цифры – пар насыщенный);
О - котел поставляемый в обшивке и изоляции.
Котлы типа ДЕ (Е) состоят из верхнего и нижнего барабанов трубной системы и комплектующих. В качестве хвостовых поверхностей нагрева применяются стальные или чугунные экономайзеры. Котлы могут комплектоваться как отечественными так и импортными горелками. Котлы типа ДЕ могут оборудоваться системой очистки поверхностей нагрева.
Для всех типоразмеров котлов внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов составляет 1000 мм. Поперечное сечение топочной камеры также одинаково для всех котлов. Однако глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности котлов.
Топочная камера котлов ДЕ размещается сбоку от конвективного пучка оборудованного вертикальными трубами развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Топочный блок образуется конвективным пучком фронтовым боковым и задним экранами. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Для поддержания необходимого уровня скорости газов в конвективных пучках устанавливаются продольные ступенчатые перегородки изменяется ширина пучка. Дымовые газы проходя по всему сечению конвективного пучка выходят через переднюю стенку в газовый короб который размещён над топочной камерой и по нему проходят к расположенному сзади котла экономайзеру.
В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба и труба для ввода сульфатов в паровом объёме – сепарационные устройства. В нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды перфорированные трубы непрерывной продувки.
В котлах типа ДЕ применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная подогретая вода подается в верхний барабан под уровень воды. В нижний барабан вода поступает по экранным трубам. Из нижнего барабана вода поступает в конвективный пучок под нагревом превращаясь в пароводяную смесь поднимается в верхний барабан.
На верхнем барабане котла устанавливается следующая арматура: главная паровая задвижка клапаны для отбора проб пара отбора пара на собственные нужды. Каждый котел снабжен манометром двумя пружинными предохранительными клапанами один из которых является контрольным клапаном. Для удобства обслуживания котлы ДЕ оснащаются лестницами и площадками.
Давление пара на выходе из котла МПа
насыщенного параперегретогопит. воды
Конструктивные характеристики чугунных водяных экономайзеров
типа ВТИ для котлов типа ДЕ – 4 – 14-ГМ.
Наименование величин
Внутренний диаметр труб
Число труб по ходу газа
Живое сечение трубы со стороны дымовых газов
Площадь нагрева одной трубы
Конструктивные размеры котельного пучка котла ДЕ – 4 - 14 ГМ.
Средняя высота газохода
Площадь нагрева котельного пучка (предварительная)
Конструктивные размеры пароперегревателя котла ДЕ – 4 – 14 ГМ.
Наименование величины
Наружный диаметр труб
Число рядов по ходу газа
Средний поперечный шаг труб
Средний продольный шаг труб
Длина трубы змеевика
Количество змеевиков включенных параллельно по пару
Конструктивные размеры топки котла типа ДЕ – 4 – 14 ГМ.
Расчетная ширина экранной стены
Освещенная длина стены
Площадь участка стены не закрытого экраном
Расстояние от оси трубы до обмуровки
Средняя высота топки Нт = 1375 м 2184 м2
Состав и характеристика топлива.
Определяем низшую теплоту сгорания.
Топливо – это горючее вещество выделяющее при сжигании значительное количество теплоты которая используется непосредственно в технологических процессах и для обогрева либо преобразуется в другие виды энергии. Главным показателем энергетической ценности топлива является его теплота сгорания.
Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя и сопровождающийся выделением большого количества тепла света и дыма. Окислителем при этом чаще всего является кислород воздуха (в атмосфере его содержится по объему около 21%).
Теплота сгорания топлива - это количество теплоты выделяемое при полном сгорании единицы объема (кДжм3) топлива.
Низшая теплота сгорания топлива - количество теплоты выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообразного топлива при условии что вода образующаяся при сгорании топлива будет в парообразном состоянии.
Для газообразного топлива используем формулу:
Формула принимает вид:
Топливный эквивалент:
Топливный эквивалент - это величина показывающая во сколько раз теплота сгорания данного топлива больше или меньше теплоты сгорания условного топлива (у.т.).
Высококалорийным топливо считается если . Так как топливный эквивалент больше 1 значит топливо высококалорийное.
Определение состава и энтальпий дымовых газов.
Расчет сводится к определению количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива продуктов горения а также температуры и энтальпии дымовых газов. Расчет ведем по объемным соотношениям. При полном сгорании топлива дымовые газы содержат углекислый газ сернистый газ азот топлива и воздуха неиспользованный при горении кислород воздуха водяной пар полученный за счет окисления водорода топлива испарения влаги содержащейся в топливе.
Для полного горения газового топлива необходимы:
достаточное количество воздуха;
хорошее перемешивание воздуха с топливом;
высокая температура в топке (не менее 1000 – 1250 °С на выходе); достаточное время пребывания топлива и окислителя в топке;
постоянный отвод продуктов сгорания из топки.
При неполном сгорании топлива образуются вредные для человека и окружающей среды оксиды азота () серы () углерода (угарный газ) а также сажа которая осаждается на экранных и конвективных трубах снижает теплопередачу от топочных газов к теплоносителю что приводит к уменьшению к.п.д. и перерасходу топлива. Кроме того сажа может самовозгораться что приводит к авариям.
Коэффициент избытка воздуха в топке α принимаем в зависимости от вида топлива и способа его сжигания – камерное он должен обеспечить практически полное сгорание топлива. Избыток воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это вызвано тем что котел марки ДЕ работает под разрежением давление продуктов сгорания в топке и газоходах меньше барометрического давления окружающего воздуха. Поэтому через обмуровку происходит присос атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. При расчетах температуру этого воздуха принимаем 30 °С а значения присосов воздуха – по нормативным данным [2].
1. Расчёт при коэффициенте расхода воздуха α=1.
Теоретическое количество воздуха:Теоретическое количество трёхатомных газов:
Теоретическое количество водяных паров:
где - влагосодержание газообразного топлива:
на сухого газа при [3.стр.7 табл.1.1.]
Теоретическое количество азота:
Теоретическое количество дымовых газов:
Процентный состав дымовых газов находим по формуле:
2. Расчёт при коэффициенте расхода воздуха α>1.
Поскольку на практике не удается полностью сжечь топливо при подаче в топку только теоретического объема воздуха то воздуха на горение подают несколько больше (с некоторым избытком) чем это рассчитано по формуле. Эта величина оценивается коэффициентом избытка воздуха который зависит от вида топлива способа его сжигания и конструкции топочной камеры определяем по [1 табл. 3.2 стр.15].
Следующие значения коэффициентов избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается путем прибавления к соответствующих присосов воздуха в этих поверхностях [1 табл. 3.3стр.16].
где – номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания.
Определяем коэффициенты расхода воздуха последовательного по всему газовому тракту котла по формуле:а также среднее значение коэффициента избытка воздуха в соответствующем газоходе:
где- начальный и конечный коэффициенты расхода воздуха в соответствующем газоходе.
Из-за изменения количества воздуха в газоходе котла изменяется и соотношение компонентов в дымовых газах.
Количество трёхатомных газов остается постоянным т.е.:
Количество трехатомных газов:
Количество водяных паров:
Количество кислорода:
Действительное количество дымовых газов в газоходе:
Действительное процентное соотношение дымовых газов:
Масса дымовых газов:
где - плотность газового топлива (Приложение 1.);
- влажность газового топлива. (Приложение 1. табл.1);
- теоретическое количество воздуха.
Плотность дымовых газов:
Средняя плотность дымовых газов:
Средняя объёмная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении:
где средние объемные теплоемкости при постоянном давлении соответствующих газов
объемные доли газов в процентах.
где из курса термодинамики:
количество вещества 1 моль при нормальных условиях;
Средняя объемная теплоёмкость:
Средняя массовая теплоёмкость:
Результаты расчетов сводим в таблицу 1.
Коэффициент избытка воздуха перед газоходом
Коэффициент избытка воздуха за газоходом
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе
Количество трехатомных газов
Количество водяных паров
Количество кислорода
Количество продуктов сгорания (дымовых газов)
Объемное содержание трехатомных газов
Объемное содержание водяных паров
Объемное содержание азота
Объемное содержание кислорода
Суммарное объемное содержание трехатомных газов и паров воды
Масса дымовых газов
Плотность дымовых газов
Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания
Энтальпия - это свойство вещества указывающее количество энергии которую можно преобразовать в теплоту приопределенныхпараметрах температурыидавления а энтальпия продуктов сгорания – это количество теплоты которое содержат продукты сгорания при сжигании единицы объёма или массы топлива и заданной температуре.
Расчёт энтальпий продуктов сгорания для всех видов топлива при проводят по формуле:
Энтальпии газов вычисляются:
При коэффициенте расхода воздуха расчет энтальпий производят по формуле:
Топка: 800-2200 °С при αср=1125
Пароперегреватель: 700-1200 °С при αср=1175
Котельный пучок: 500-1000 °С при αср=1225
Экономайзер: 100-700 °С при
Расчет энтальпий продуктов сгорания по газоходам котла сводим в табл.2.
Распределение температур и энтальпий по газоходам котла.
Расход сжигаемого топлива должен обеспечивать получение необходимого количества полезной теплоты а также восполнение тепловых потерь сопровождающих работу котельной установки. Полезно используемая теплота в котельной установке идет на подогрев воды ее испарение получение и перегрев пара. Соотношение связывающее приход и расход теплоты называется тепловым балансом. Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котла марки ДЕ и сжигаемого топлива - газа.
Тепловой баланс составляют на газообразного топлива в виде:
Для газообразного топлива располагаемая теплота равна его теплоте сгорания:
Разделим левую и правую части уравнения теплового баланса на получим уравнение теплового баланса в виде:
коэффициент полезного действия котла:
- потери теплоты с уходящими газами при сжигании газообразного топлива:
Потеря теплоты с уходящими газами возникает из-за того что физическая теплота (энтальпия) газов покидающих котел превышает физическую теплоту поступающих в котел воздуха и топлива.
- энтальпия воздуха теоретически необходимого для горения;
- теоретическое количество воздух.
При сжигании природного газа предварительный подогрев воздуха не производится и соответствует температуре воздуха в котельной.
Пользуясь [1 табл.3.5. стр.21] составим пропорцию для нахождения
В современных котлах малой мощности
теплота потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива [1 табл.4.1. стр. 25];
потери теплоты котлом в окружающую среду (от наружного охлаждения) [1 Рис.4.1. стр.23];
потери теплоты с физическим теплом шлака и золы;
потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;
Расход топлива на котельный агрегат
- расход топлива полезно сгоревшего называется расчетным.
Для газообразного топлива
– паропроизводительность котла; ;
– энтальпия перегретого пара при
– энтальпия питательной воды
энтальпия кипящей воды
процент непрерывной продувки равный обычно 25 %
расход топлива на котельный агрегат
Коэффициент сохранения тепла:
Топка – устройство предназначенное для сжигания топлива с целью получения теплоты. Топка выполняет функцию горения и теплообменного аппарата - теплота одновременно передается от факела горения излучением и от продуктов сгорания конвекцией к экранным поверхностям по которым циркулирует вода. Доля лучистого теплообмена в топке где температура топочных газов более 1300 °С больше чем конвективного поэтому эти поверхности нагрева в топке чаще всего называют радиационными. Для сжигания природного газа топлива используются камерные топки в конструкции которых можно выделить три основных элемента: топочную камеру экранную поверхность горелочное устройство.
1. Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры.
Площадь стен экранов:
Угловой коэффициент экрана х определяем по [1 Рис.5.3 стр.31] для кривой 4 при е=0;
Суммарная площадь всех поверхностей:
Коэффициент тепловой эффективности экрана:
Коэффициент учитывающий загрязнение экрана определяем по [1 Табл.5.2 стр.28] для газового топлива
Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом:
Активный объём топочной камеры:
где - площадь боковой стены топки
Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры.
Площадь участка стены не закрытого экранами
Относительный шаг труб
Относительные расстояния до обмуровки
Угловой коэффициент экрана
Коэффициент учитывающий загрязнение
Коэффициент тепловой эффективности экрана
Эффективная толщина изучаемого слоя газов в топке:
2. Расчёт теплообмена в топке.
Топка представляет собой замкнутую камеру для сжигания топлива и одновременно теплообменный аппарат для передачи теплоты парообразующим поверхностям нагрева расположенным в ней. Передача теплоты в топке осуществляется излучением (радиацией). Телом излучающим теплоту является факел (пламя) а телом воспринимающим лучистую теплоту - парообразующие трубки расположенные по боковым стенкам топки. В процессе передачи теплоты парообразующим трубам факел состоящий из горячих продуктов сгорания и мельчайших частичек сажи и золы охлаждается. При этом его температура снижается от максимальной (теоретической) обозначаемой до температуры на выходе из топки (за топкой) обозначаемой .
Рис. 1 Условная схема топки парового котла:
– лучевоспринимающая поверхность экранного ряда (экрана);
– кирпичная обмуровка переднего фронта;
– лучевоспринимающая поверхность испарительного притопочного пучка труб;
– кирпичная обмуровка.
Перенос теплоты в топке от факела горящего топлива и высокотемпературных продуктов сгорания к экранным поверхностям нагрева как было сказано выше осуществляется в основном излучением. Поэтому расчёт теплообмена в топке проводится с условием преобладающего влияния в сложном теплообмене радиационной составляющей. Задачей расчета теплообмена в топочной камере является определение тепловосприятия экранов топки и температуры газов на выходе из нее . В связи с тем что значительное число характеристик радиационного теплообмена зависят от значения температуры газов на выходе из топки то в основу поверочного расчета топочной камеры парового котла положена методика последовательного приближения. Принимается что в пламени газа основными излучающими компонентами являются трёхатомные газы и и взвешенные в них мельчайшие сажистые частицы. Согласно данной методике необходимо предварительно задаться значением температуры газов на выходе из топки исходя из характеристик топлива и условия предупреждения шлакования последующих поверхностей нагрева. Ориентировочно температура газов на выходе из топки может быть задана как где - температура начала деформации золы при сжигании природного газа принимают равной .
Используя теорию теплового подобия температуру на выходе из топки вычисляем по формуле:
Из [1 Табл.5.3 стр.33] задаёмся температурой для природного газа
Полезное тепловыделение в топке:
так как нет воздухоподогревателей температура равна температуре воздуха в котельной принимаем 30 0С.
Количество тепла вносимое в топку с воздухом :
– энтальпии холодного воздуха поступающего в топку в результате подсосов;
- величин подсоса в топке [1 Табл.3.3 стр.16] для камерного способа сжигания;
Параметр для факельного сжигания топлива:
где и - опытные коэффициенты зависящие от способа и типа сжигаемого топлива.[1табл.5.4стр.35]
– относительное положение максимума температур факела в топке.
где - поправка на отклонение максимума температур;
- относительный уровень расположения горелок:
где - высота расположения горелок от пода принимаем 03 м;
=1375 м высота топки (из исходных данных);
Для камерного способа сжигания степень черноты топки вычисляется по формуле:
- эффективная степень черноты факела для камерного сжигания газообразного топлива определяем:
где - степень черноты которой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящимся пламенем;
- степень черноты которой обладал бы факел при заполнении всей топки только трёхатомными газами;
- коэффициент усреднения зависящий от теплового напряжения топочного объёма для газового топлива.
Величины находятся по формулам:
где – основание натурального логарифма;
– эффективная толщина излучающего слоя в топке;
– коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;
– давление в топке равно атмосферному давлению;
– коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами.
Коэффициент определяют по формуле:
Задаёмся температурой газов за топкой
Коэффициент ослабления трёхатомными газами определим по формуле:
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания 1 м 3 газа при нормальных условия кДжм3 0К в интервале температур от до вычисляют:
Опредеим энтальпию дымовых газов на выходе из топки при вновь полученной расчетным путём температуре:
Температура является результатом лучистого теплообмена между факелом и лучевоспринимающими поверхностями нагрева расположенными в топке (поверхностями нагрева труб обращенных в топку). Эффективность лучистого теплообмена определяется многими факторами главные из которых - излучательные свойства факела поглощательные свойства стенок парообразующих труб расположенных в топке размеры факела и размеры лучевоспринимающих поверхностей нагрева труб обращенных в топку средняя температура факела и стенок труб воспринимающих теплоту в топке.
Количество теплоты переданное излучением в топке определяют по формуле:
Определение тепловосприятий.
1. Тепловосприятие пароперегревателя.
В пароперегревателе идёт процесс перегрева сухого насыщенного пара до состояния перегретого.
Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:
- энтальпии перегретого пара;
энтальпия насыщенного пара
– паропроизводительность котла;
– расчётный расход топлива на котёл.
Это же количество теплоты отбирается от дымовых газов и поэтому их температура и энтальпия падают:
2. Тепловосприятие котельного пучка.
В котельном пучке идёт процесс кипения котловой воды и образование насыщенного пара.
Тепловосприятие котельного пучка определяем по уравнению теплового баланса. Уравнение теплового баланса показывает какое количество теплоты отдают продукты сгорания (дымовые газы) воде или пару через конвективную поверхность нагрева.
Выбираем температуру дымовых газов за котельным пучком для природного газа тогда
3. Тепловосприятие водяного экономайзера.
Водяной экономайзер служит для подогрева питательной воды поступающей в котёл для восполнения котловой воды. Температура уходящих топочных газов считается рентабельной и во многом зависит от состояния внутренней и внешней поверхности нагрева труб котла экономайзера.
Тепловосприятие экономайзера вычисляется по формуле:
Энтальпия воды после экономайзера:
Пересчитаем уже с температурой воды на выходе из экономайзера
где средняя массовая теплоемкость питательной воды при постоянном давлении;
- температура питательной воды соответственно на входе и выходе из экономайзера .
4. Сведение теплового баланса котла.
Для сведения теплового баланса котла определяют его невязку по формуле:
Невязка Q теплового баланса должна составлять неравенство:
Рис. 2 Схематичное движение газов в топке.
Поверочно – конструктивный расчёт поверхностей нагрева теплогенерирующей установки.
Целью поверочно - конструктивного расчета поверхностей ТГУ является определение их поверхностей нагрева при известных тепловосприятиях и конструктивных размерах.
Задача конструктивного теплового расчета котла заключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла определении размеров поверхностей нагрева обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных поминальных параметрах пара надежность и экономичность его работы. При этом обеспечение надежности работы поверхностей нагрева предполагает получение расчетных тепловых характеристик исключающих увеличение максимальной температуры стенки труб сверх допустимых пределов.
Выполнение конструктивного теплового расчета производим на основании исходных данных составляющих задание к курсовой работе.
1. Поверочно-конструктивный расчет поверхности нагрева пароперегревателя.
Целью поверочно - конструктивного расчета пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известном тепловосприятии и конструктивных размерах.
Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя.
Средний относительный поперечный шаг труб
Средний относительный продольный шаг труб
Площадь живого сечения для прохода газов
Количество змеевиков включенных параллельно на пару
Живое сечение для прохода пара
Площадь нагрева пароперегревателя
Характер взаимного движения сред
Среднюю скорость пара в трубах выбираем так чтобы она находилась в пределах 15-25 мс.
Живое сечение для прохода пара определяют по формуле:
По заданию внутренний диаметр труб если мы возьмем такой диаметр то скорости будут превышать эти пределы а если скорость пара будет превышать эти пределы то увеличивается вероятность гидравлического сопротивления. Так как у нас поверочно-конструктивный расчет то мы можем изменить диаметр труб пароперегревателя или количество рядов по ходу газа попробуем изменить диаметр труб возьмем
Средний объёмный расход газа в пароперегревателе определяют по формуле:
- количество дымовых газов на 1 топлива (газа) в пароперегревателе;
Средняя скорость пара вычисляется по формуле:
- живое сечение для прохода пара.
Живое сечение для прохода газов вычисляют по формуле: при расчете нужно учитывать что скорость продуктов сгорания в пароперегревателе обычно принимают 9-14 мс но не меньше 5 мс для избежания заноса его поверхности нагрева летучей золой. Если мы возьмем ширину газохода как в задании то скорость газов будет намного больше этих пределов попробуем изменить ширину газохода примем
Средняя скорость газов в пароперегревателе определяют по формуле:
Так как в газовом топливе отсутствует зола в расчете энтальпий дымовых газов принимали тогда возьмем скорость газов чуть больше этих пределов.
Тепловой расчет поверхности нагрева пароперегревателя не отличается от расчёта поверхности нагрева теплообменных аппаратов. Основными уравнениями при расчете пароперегревателя в газоходе являются следующие уравнения.
Исходные данные для теплового расчета пароперегревателя.
Температура газов перед пароперегревателем
Температура газов за пароперегревателем
Средняя температура газов в пароперегревателе
Температура пара перед пароперегревателем
Температура пара после пароперегревателя
Температура пара в пароперегревателе
Средний удельный объем пара в пароперегревателе
Средний объемный расход газов в пароперегревателе
Средняя скорость пара в пароперегревателе
Средняя скорость газов в пароперегревателе
Объемная доля водяных паров
Объемная доля трехатомных газов и водяных паров
Уравнение количества тепла переданного поверхности нагрева в результате изменения теплосодержаний газов до входа в газоход и на выходе из нег (тепловая мощность пароперегревателя):
Уравнение теплопередачи
Должно выполняться равенство
Определим тепловую мощность пароперегревателя:
Затем определяем средний логарифмический температурный напор в пароперегревателе по формуле. (Принимаем движение газов и пара по противоточной схеме).
где - большая разность температур между дымовыми газами и паром;
- меньшая разность температур между дымовыми газами и паром;
– коэффициент учитывающий характер движения газов и пара в пароперегревателе.
Рис.3 Температурный напор в газоходе пароперегревателя (движение сред пар - дымовые газы противоточное).
Поверхность теплопередачи в пароперегревателе определяют из уравнений теплообмена:
В пароперегревателе происходи сложный теплообмен учитывающий все виды теплообмена радиацией (лучистое тепло) и конвекцией.
Количественной характеристикой процесса теплообмена от горячего дымовых газов к стенке трубы пароперегревателя и от стенки трубы пароперегревателя к пару является коэффициент теплоотдачи.
Общая формула для определения коэффициента теплоотдачи
Передача тепла от наружной стенки трубы к внутренне передается теплопроводностью – это способность материалов (в данном случае металла трубы) проводить тепло.
Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества тепловая энергия переходит от более горячей части стенки к более холодной.
Для количественной оценки теплопроводности существуеткоэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала тем лучше он проводит тепло.
Коэффициент теплопередачи от газов к пару в пароперегревателе определяют по формуле
- коэффициент загрязнения наружной стенки трубы пароперегревателя
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы пароперегревателя вычисляется по формуле:
– коэффициент омывания или степень заполнения газохода (принимается 09-1).
- коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке трубы при поперечном омывании коридорных пучков гладких труб определяем по формуле:
- коэффициент теплопроводности дымовых газов при средней их температуре в пароперегревателе tср=114969 0С;
- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при средней их температуре в пароперегревателе tср=114969 0С;
- коэффициент учитывающий число рядов труб в пучке по ходу дымовых газов (коридорное расположение).
Коэффициент теплоотдачи излучением для чистого газового потока вычисляют по формуле:
- абсолютная температура дымовых газов;
абсолютная температура наружной поверхности трубы пароперегревателя;
- степень черноты потока газов (аналогично расчету топки);
- степень черноты слоя загрязнений осевших на трубы.
Для определения величины и находим из условий для пароперегревателя а толщину излучающего слоя определяем по формуле:
Коэффициент ослабления трёхатомными газами определим по номограмме Приложение 1 Рис.1:
Из таблицы. 1. выбираем данные для пароперегревателя
Коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы к пару находится по формуле.
- коэффициент теплоотдачи определяем [1 Рис.7.5 стр.58];
- коэффициент учитывающий влияние величины внутреннего диаметра трубы на коэффициент теплоотдачи [1. Рис.7.5.стр.58].
Поверхность теплопередачи в пароперегревателе определяем:
Количество труб поверхности нагрева:
Тогда число рядов по ходу газа будет равно:
Поверочно – конструктивный расчёт котельного пучка.
Конструктивные размеры и характеристики котельного пучка.
Площадь нагрева котельного пучка
Площадь живого сечения для прохода газов определяют по формуле:
Средний объёмный расход газов вычисляется по формуле:
- количество дымовых газов на 1 топлива в котельном пучке ;
Средняя скорость газов в котельном пучке рассчитывается по формуле:
Исходные данные для теплового расчета котельного пучка.
Температура газов перед котельным пучком
Температура газов за котельным пучком
Средняя температура газов в котельном пучке
Температура насыщения при рабочем давлении в котле
Средний объемный расход газов в котельном пучке
Средняя скорость газов в котельном пучке
Тепловая мощность передаваемая в котельном пучке рассчитывается по формуле:
Поверхность нагрева котельного пучка:
Средний логарифмический температурный напор вычисляется:
Рис. 4 Температурный напор в газоходе котельного пучка для всех движений сред одинаково (противоточное и прямоточное).
Коэффициент теплоотдачи конвекций при поперечном омывании коридорных пучков гладких труб определяют по формуле:
- коэффициент теплопроводности дымовых газов при средней их температуре в котельном пучке tср=70932 0С;
- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при средней их температуре в котельном пучке tср=70932 0С;
- коэффициент учитывающий число рядов труб в пучке по ходу дымовых газов (коридорное расположение);
Коэффициент теплоотдачи конвекций при поперечном омывании коридорных пучков гладких труб определяем по формуле:
Коэффициент теплоотдачи излучением для чистого газового потока вычисляем:
Из таблицы 1 выбираем данные для котельного пучка:
- степень черноты слоя загрязнений осевших на трубы;
- абсолютная температура дымовых газов в котельном пучке;
- абсолютная температура наружной поверхности трубы пароперегревателя
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1 вычисляют по формуле:
Для газового топлива коэффициент загрязнения наружной стенки котельного пучка
Количество труб в котельном пучке находят по формуле:
Число рядов по ходу газа определяем по формуле:
Поверочно – конструктивный расчёт водяного
Конструктивные характеристики чугунных водяных экономайзеров типа ВТИ для котла типа ДЕ – 4 – 14 ГМ.
Площадь нагрева экономайзера
Хвостовыми поверхностями нагрева являются водяные экономайзеры и воздухоподогреватели. В котлах малой производительности как правило устанавливают только один вид хвостовых поверхностей нагрева: экономайзер или воздухоподогреватель. Но в случае сжигания газообразного топлива к установке рекомендуют принимать водяные экономайзеры использование теплоты дымовых газов в котлах завершается в этих поверхностях нагрева. В экономайзере питательная вода подогревается а иногда происходит и частичное её испарение. Наличие экономайзера обеспечивает охлаждение продуктов сгорания и тем самым повышает к.п.д. котла. Отложение накипи на внутренней поверхности стенок труб котла а также сажи (летучей золы) на внешней поверхности нагрева существенно ухудшают коэффициент теплопередачи от топочных газов к воде и пару.
Увеличение поверхности экономайзера для более глубокого охлаждения дымовых газов не является целесообразным так как при этом уменьшается температурный напор и увеличивается металлоемкость. Экономайзер воспринимает от 18% до 20% теплоты дымовых газов. В чугунных экономайзерах - недопустимо кипение воды т.к. это приведёт к гидравлическим ударам и разрушению. Плюсы чугунных экономайзеров: не подвержены коррозии; долговечны.
Живое сечение для прохода воды определяют по формуле:
Вычисляем среднюю скорость воды в экономайзере:
Вычисляем среднюю скорость газов в экономайзере:
Площадь нагрева одной трубы
- действительное количество дымовых газов при в газоходе с экономайзером (посчитано ранее);
Исходные данные для теплового расчета экономайзера.
Температура воды перед экономайзером
Температура воды за экономайзером
Средняя температура воды в экономайзере
Температура газа перед экономайзером
Температура газа за экономайзером
Средняя температура газа в экономайзере
Средняя скорость газов в экономайзер
Средний логарифмический температурный напор в водяном экономайзере.
- большая разность температур между дымовыми газами и паром;
- меньшая разность температур между дымовыми газами и паром.
Рис. 5 Температурный напор в экономайзере (движение сред (вода – газ) противоточное).
Коэффициент теплопередачи для чугунного ребристого экономайзера определяется по [1 Рис.9.2 стр. 68].
Площадь нагрева экономайзера определяется из уравнений теплообмена:
Количество ребристых труб:
Число рядов по ходу газа определяем по формуле:
Аэродинамический расчёт газового тракта котла.
Целью аэродинамического расчета газового тракта котельной установки является определение сопротивления всех элементов (газоходов) котла расположенных по ходу дымовых газов начиная от топки и заканчивая водяным экономайзером.
Аэродинамическое сопротивление газового тракта котла вычисляется по формуле:
По условию эксплуатации котельных установок в топках котла поддерживается разряжение в пределах 15-20 Па. Такое разряжение не позволяет дымовым газам выходить за пределы топки и попадать в помещение котельных и также не позволяет легко подсасываться в топку воздуху из окружающей среды и тем самым снижать в ней температуру: Принимаем сопротивление топки:
Сопротивление газоходов где расположены конвективные поверхности нагрева котла определяем по формуле:
При движении дымовых газов от топки до выхода из котельной установки (после экономайзера) их температура непрерывно меняется к ним подсасывается воздух из помещения и поэтому в каждом газоходе котла будет своя средняя скорость и своя плотность газов.
- средняя скорость газов в соответствующем газоходе;
- коэффициент аэродинамического сопротивления газохода;
- средняя плотность газов в газоходе;
1. Расчёт сопротивления пароперегревателя.
Эквивалентный диаметр газохода dэ:
2. Расчёт сопротивления котельного пучка.
3. Расчёт сопротивления газохода соединяющего котел и водяной экономайзер.
4. Расчёт сопротивления экономайзера.
Т.к. сумма сопротивлений меньше табличного значения для котла ДЕ-4-14-ГМ: 22003500 то удаление дымовых газов обеспечивается за счет естественного давления.
В курсовом проекте был произведен расчет котла типа ДЕ-4-14-ГМ. Котел работает на природном газе. Состав топлива приведен в исходных данных. Исходя из состава топлива были рассчитаны характеристики топлива которые сведены в таблицу 1. Так же был произведен расчет энтальпии дымовых газов. Результаты расчета энтальпий сведены в таблицу 2. В ходе расчета теплового баланса котла были определены: расход топлива Вр=26781 кгч и тепловой баланс кДжм3.
В ходе расчета топки было определено полезное тепловыделение в топке равное Qт=3718451 кДж м3.
Так же было определено тепловосприятие пароперегревателя и конвективных поверхностей нагрева котла с целью уточнения распределения температур газов по газоходам котла а так же сведение теплового баланса по паровому котлу в целом.
Тепловосприятие пароперегревателя QПП=11747 кДж м3.
Тепловосприятие котельного пучка QКП=1545294 кДж м3.
Тепловосприятие водяного экономайзера QЭК=31589 кДж м3.
В данном курсовом проекте так же был произведен поверочно-конструктивный расчет пароперегревателя. Исходя из этого расчета площадь поверхности нагрева пароперегревателя равна Fпп=282 м2.
Аналогичным образом были произведены поверочно-констркутивные расчеты котельного пучка и водяного экономайзера. Их площади поверхности нагрева равны Fкп=5892 и Fэк=594 м2.
Последним был произведен аэродинамический расчет газового тракта котла целью которого является определение сопротивления всех элементов котла расположенных по ходу дымовых газов. Аэродинамическое сопротивление газового тракта котла равно
Список использованной литературы.
Тепловой расчет паровых котлов малой мощности: Учебное пособие В.К. Курилов. Иван. инж.-строит. ин-т. Иваново.1994.-80с.
Тепловой расчет котлов. (Нормативный метод). Издание 3-е. переработанное и дополненное. Издательство НПО ЦКТИ СПб 1998.256с.
Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). Под ред.С. И Мочана. Изд. 3 - е. Л. «Энергия» 1977. 256с. с ил.
Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки: Уч. для вузовГ.Н. Делягин В.И. Лебедев Б.А. Пермяков.- М.: Стройиздат 1986.-559с.ил.
Сапожников С.З. Китанин Э.Л. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебник для вузов. СПб.: Изд-во СПбГТУ.1999.319 с.
СНиП II-35-76 Котельные установки. Нормы проектирования.

DE-4-kotel.dwg

ФГБОУ ВО ИВГПУ 08.03.01
Тепловой расчёт паровых котлов малой мощности
Верхний пред. уровень
Нижний пред. уровень
Паровой котёл ДЕ-4-14-225ГМ
Область опускных труб КП
Указатель уровня воды
Пароприемный сепаратор
Подвод питательной воды
Непрерывная продувка
Периодическая продувка
Нижний коллектор пароперегревателя
Верхний коллектор пароперегревателя
Предохранительный клапан
Паропроизводительность
Конвективная поверхность нагрева
Радиационная поверхность нагрева
Обозначение котла заводское
Типоразмер котла по ГОСТ3619-89
Масса в объеме заводской поставки
Котёл паровой ДЕ-4-14-225 ГМ
Пар на собственные нужды