Поверочный расчет котла КЕ-10-14

КЕ 10-14С_вариант2.dwg

ТГУ переделанный1.doc

Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет (Сибстрин)
Кафедра:Теплогазоснабжения
«Тепловой расчет парогенератора КЕ-10-14С».
г. Новосибирск 2012г.
Топливо. Воздух. Продукты сгорания 3
1. Основные характеристики топлива 3
2. Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов в газоходах котельного агрегата 3
3.Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания 3
4. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания 4
Тепловой баланс парогенератора 5
Расчет топочной камеры 6
1. Расчет лучевоспринимающей поверхности топки 6
2. Поверочный расчет теплообмена в топке 8
Расчет конвективных поверхностей нагрева 11
1.Расчет котельных пучков 11
2.Расчет водяного экономайзера ..15
Сводная таблица теплового расчета и расчетная невязка теплового баланса 17
Список литературы 18
Пояснительная записка
Котёл имеет унифицированные верхний и нижний барабаны с внутренним диаметром 1000мм и расстоянием между ними 2750мм а также боковые экраны и конвективный пучёк .
Боковые стены топочной камеры экранированы фронтовая и задняя стены выполнены из огнеупорного кирпича (без экранов ).Ширина топочной камеры котла 2874мм .С правой стороны задней стенки топочной камеры котла имеется окно через которое продукты сгорания поступают в камеру догорания и далее в конвективный пучёк .
Под камеры догорания наклонен таким образом чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывались на решётку .Трубы конвективного пучка развальцованные в верхнем и нижнем барабанах установленные с шагом вдоль барабана 90мм и поперечным шагом 110мм (за исключением среднего равного 120мм и боковых пазух ширина которых 195-387мм) .
В конвективном пучке разворот газов осуществляется в горизонтальной плоскости при помощи шамотной и чугунной перегородок .
Боковые экраны в области топочной камеры и ограждающих стен в конвективном пучке выполнены из труб диаметром 51×25мм с шагом 58мм.
Боковые экраны и крайние боковые ряды труб конвективного пучка имеют общий нижний коллектор .
В котлах применены схемы одноступенчатого испарения .Питательная вода из экономайзера подаётся в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе .В нижний барабан котловая вода опускается по задним трубам конвективного пучка .Передние трубы конвективного пучка являются испарительными .
Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов .Кроме того котловая вода из верхнего барабана по опускням стоякам расположенным на фронте котла поступает в нижние коллекторы боковых экранов. Пароводяная смесь выходит из испарительных труб в верхний барабан где происходит барботаж пара через слой воды.Пар отсепорированный в паровом пространстве барабана проходит через пароприёмный дырчатый потолок установленный на расстоянии 50мм от верхней образующей барабана и направляется в паропровод .
Боковые стены котлов закрыты натрубной обмуровкой состоящей из слоя шамотобетона толщиной 25мм по сетке и несколько слоёв изоляционных плит толщиной около 100мм .Натрубная обмуровка покрывается снаружи металлической обшивкой толщиной 2мм привариваемая к каркасу .
Котёл оборудуется системой возврата уноса и острым дутьём .Унос оседающий в 4-ёх зольниках котла возвращается в топку при помощи инжекторов и вводится в топочную
камеру на высоте 400мм от решотки.
Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми без поворотов что обеспечивает надёжную работу системы .
Воздух острого дутья вводится в топку через заднюю стенку в зависимости от паропроизводительности котла 5-12соплами диаметром 20мм.Сопла установлены на высоте 500мм от уровня колосникового полотна .
Воздух в систему возврата уноса и острого дутья подаётся от высоконапорного вентилятора производительностью 1000м3ч и полным напором 380мм вод.ст.
Котел для сжигания каменного угля снабжается пневмомеханическим забрасывателем и ленточной цепной решоткой обратного хода.Рама решётки служит опорой коллекторов боковых экранов котла .
Топливо.Воздух.Продукты сгорания.
1.Основные характеристики топлива
Согласно заданию на курсовое проектирование и [1 таблица I] определяем основные характеристики топлива (таб.1):
Таблица 1. Расчётные характеристики твердого топлива.
Определим приведенные характеристики топлива:
2.Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов в газоходах котельного агрегата
При тепловом расчете коэффициент избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха в отдельных элементах котлоагрегата Δα принимаются на основе обобщенных данных эксплуатации агрегатов приведенных в [1 таблица XVI].
По мере движения продуктов сгорания по газоходам коэффициент избытка увеличивается за счёт присосов воздуха в газовый тракт агрегата через неплотности в обмуровке.
Расчет представлен в таблице 2.
Таблица 2. Присосы воздуха по газоходам Δα и расчетные коэффициенты избытка воздуха
Участок газового тракта
Расчетный коэффициент избытка воздуха α
Среднее значение αср =(αi-1+αi)2
αкп=αт+Δαкп=13+01=14
Экономайзер (водяной)
αэк=αкп+Δαэк=14+01=15
αзл=αэк+Δαзл=15+005=155
3.Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива
Расчётные значения теоретически необходимого количества воздуха V0 и объема образующихся продуктов сгорания V0г принимаем в соответствии с [1 таблица XI]. Результат расчета представлен в виде таблицы 3:
Таблица 3. Характеристики продуктов сгорания по поверхностям нагрева
характеристики топлива
V0 =472 м3кг; VRO2=086 м3кг;V0N2=374 м3кг; V0H2O=061 м3кг;
Средний коэф-т избытка воздуха (из табл 2)
Объем водяных паров
VH2O=VoH2O+0016(αср-1)Vo
Полный объем продуктов сгорания Vг= VRO2+ V0N2+ VH2O+(αср-1)Vo
Объемная доля водяных паров Н2О= VH2O Vгг
Объемная доля трехатом ных газов RO2= VRO2 Vг
Суммарная объемная доля 3-ех атомных газов п = RO2+ Н2О
Концентрация золы в продуктах сгорания З=10 Ар α ун Vг
4.Энтальпия воздуха и продуктов сгорания
Энтальпия теоретического объёма воздуха и продуктов сгорания отнесённые к 1кг (м3) топлива при соответствующих температурах принимается согласно [1 таблица XIV].
Энтальпия продуктов сгорания для соответствующих участков газового тракта определяется по формуле:
Энтальпия золы учитываетсяесли
αун=005(согласно [1 таблица XXI])
Расчет энтальпий приведен в таблице 4:
Таблица 4. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания
Участки газового тракта
Тепловой баланс парогенератора
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты содержащейся в паре или горячей воде и на покрытие различных потерь теплоты. Расчет представлен в таблице 5
Таблица 5. Тепловой расчет парогенератора
Определяемая величина
Располагаемая теплота
Потеря теплоты от хим. недожога
Потеря теплоты от мех. неполноты сгорания
Температура уходящих газов
Энтальпия уход. газов
Iух=156230 (путем интерполяции)
Температура воздуха в котельной
Энтальпия воздуха в котельной
Потеря теплоты с уходящими газами
Потеря теплоты от наружного охлаждения
Потеря с теплом шлака
Сумма тепловых потерь
Коэффициент сохранения теплоты
Полный расход топлива
Расчетный расход топлива
Расчёт топочной камеры
1. Расчет лучевоспринимающей поверхности топки
Для выполнения поверочного расчета топки составим ее расчетную схему на основании чертежа котла:
Далее выполняется расчет лучевоспринимающей поверхности топки (площадь непрерывной плоскости эквивалентной по тепловосприятию действенной незагрязненной площади поверхности экрана):
Fпл= b*l – площадь занятая лучевоспринимающей поверхностью
b=S*(z-1) – расчетная ширина экрана
z- количество труб в экране
l- средняя освещенная длина труб экрана определяется по чертежу
х- угловой коэффициент определяется по [1 номограмма I]
S- шаг труб определяется по чертежу
Для определения площади суммарной лучевоспринимающей поверхности топки учитывают площади всех лучевоспринимающих участков.
Расчет представлен в таблице 6.
Таблица 6. Расчет полной площади стен топочной камеры и суммарной лучевоспринимающей поверхности стен топки
бок. стена кам. дог.
зад. стена кам. дог.
фронт. стена кам. дог.
Полная площадь стены
Расстояние между осями крайних труб
Освещенная длина труб
Площадь занятая лучевоспринимающей поверхностью
Наружный диаметр труб
Расстояние от оси труб до стены
Площадь лучевоспринимающей поверхности экранов
Площадь лучевоспринимающей поверхности топки
Степень экранирования топки
= Hлт fст =4048738220=1059
Коэффициент загрязнения экранов
Коэффициент тепловой эффективности экрана
Коэффициент тепловой эффективности топки
ср = * i =1059*0550=0583
2.Поверочный расчет теплообмена в топке
При поверочном расчете температуру газов на выходе из топки т определяют по серии монограмм представленных в [1]. Для этого необходимо знать:
Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки т =1000
Адиабатную температуру горения а =1664012
Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки ср = 0583
Параметр М характеризующий распределение температур в топке М = 0386
Тепловую нагрузку стен топки BрQт Fст (кВтм2) qF =221576
Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки т
Для твердого топлива принимается 900 - 1000 °С на 60-100°С меньше температуры деформации золы. В результате расчета топки эта температура уточняется затем проверяется на условие устойчивого горения (нижний предел температур) и на предотвращение шлакования (верхний предел).
Полезное тепловыделение в топке. Адиабатная температура горения
Полезное тепловыделение в топке Qn т кДжкг (кДжм3)
где: Qрр - располагаемая теплота топлива;
Qв - количество теплоты вносимой в топку воздухом;
-при отсутствии воздухоподогревателя
q3 – потеря теплоты от химического недожега (см. таб.5)
q4 – потеря теплоты от механич.неполноты сгорания (см.таб.5)
q6 – потеря с теплом шлака (см.таб.5)
Адиабатная температура горения определяется по I – - диаграмме если за энтальпию принять полезное тепловыделение Qnт.
Адиабатная температура (теоретическая) - максимально возможная температура которой обладали бы продукты сгорания в топке при отсутствии теплообмена с поверхностями нагрева.
Учет характера распределения температуры в топке
Для учета характера распределения температуры в топке служит параметр М:
М = 056 - 05хm - при камерном сжигании тощих углей и антрацитов а также углей с повышенной зольностью;
хm – относительное положение в топке максимума температуры принимается в соответсвии и [1 стр26-27]
Степень черноты факела
При сжигании твердого топлива эффективная степень черноты факела зависит от излучательной способности трехатомных газов и твердых частиц золы и кокса и определяется в соответствии с [1 номограмма 2]
Определение температуры газов на выходе из топки
Расчетная температура на выходе из топки определяется по [1 номограмма 7]. Последовательность определения т обозначена штриховой линией.
Расчет предствавлен в таблице 7. По окончании расчета проводится проверка правильности определения т. Если рассчетная температура отличается от предварительно принятой не более чем на 100 0С то она принимается за действительную температуру на выходе из топки. Если отличие превышает 100 0С то найденную в результате расчета температуру принимают за исходную уточняют значение αф и определяют новое значение т. Полученную из расчета температуру на выходе из топки проверяют на устойчивость горения и отсутствие шлакования поверхностей расположенных в выходном окне топки согласно [3 таблица 4.2 4.3]
Таблица 7. Поверочный расчет теплообмена в топке
Эффективная толщина излучающего слоя
Параметр учитывающий распределение температуры в топке
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки
Присос воздуха в топке
Энтальпия холодного воздуха
Количество теплоты вносимое в топку воздухом
Полезное тепловыделение в топке
Адиабатическая температура горения
Температура газов на выходе из топки
по предварительному выбору
Энтальпия газов на выходе из топки
Объемная доля водяных паров
Объемная доля трехатомных газов
Суммарная объемная доля трехатомных газов
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами
Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами
Концентрация золы в газах
Коэффициент ослабления лучей топочной средой
Суммарная сила поглощения топочного объема
Тепловая нагрузка стен топки
Отношение площади зеркала горения к площади стен
Общее тепловосприятие топки
Расчетная температура отличается от предварительно принятой на 100 ºС поэтому принимаем температуру газов на выходе из топки полученную в результате расчета за действительную.
Расчёт конвективных поверхностей нагрева
К конвективным поверхностям нагрева следует отнести котельные пучки и водяной экономайзер. Расчет конвективных поверхностей нагрева осуществляется по законам конвективного теплообмена.
При установившемся тепловом состоянии кол-во теплоты отданное греющим теплоносителем Qг равно кол-ву теплоты воспринятому нагреваемым теплоносителем Qт .
Тепло отданное продуктами сгорания определяется уравнением теплового баланса:
где φ – коэффициент сохранения теплоты
I' I" – энтальпия газов на входе в рассчитываемую поверхность нагрева и на выходе из нее
Δα – присос воздуха на рассчитываемом участке газохода
I°прс – энтальпия присасываемого воздуха определяется по формуле
Тепло воспринятое рассчитываемой поверхностью определяется уравнением теплопередачи:
где К – коэффициент теплопередачи
Н – расчетная площадь поверхности нагрева
Δt – средний температурный напор
Вр – расчетный расход топлива
Расчет конвективных поверхностей нагрева может быть конструктивным и поверочным. В результате конструктивного расчета определяется величина поверхности нагрева и выбираются ее конструктивные элементы. Поверочный расчет является более общим и выполняется для определения температур по тракту продуктов сгорания.
1. Расчет котельных пучков
1.1 Определение конструктивных характеристик и расчетной скорости продуктов сгорания
Для выполнения поверочного расчета котельных пучков составляется расчетная схема:
Рассчитывается площадь поверхности нагревам2:
где d – наружный диаметр трубы м;
z – общее число труб расположенных в газоходе.
Площадь живого сечения F м2 при поперечном омывании гладкотрубных пучков рассчитывают по формуле:
где а и в – поперечные размеры газохода между его внутренними стенками м;
z1 – количество труб в одном ряду поперек хода газов;
l – омываемая длина трубм.
Расчетная скорость рабочего тела определяется по формуле:
где F – площадь живого сечениям2;
Vc – средний объемный секундный расход среды м2 определяемый для продуктов сгорания
где Вр - расчетный расход
Vг – объём газов в пределах рассчитываемого участка определяемый по среднему значению коэффициента избытка воздуха м3кг (м3м3);
Jгср– средняя температура газов в рассчитываемом участке вычисляется как средняя арифметическая величина.
1.2. Определение коэффициента теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи К (Втм2К) для поперечного омывания коридорных пучков при сжигании твердого топлива определяется по следующей формуле:
где – коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева изменяется от 05 до 08 в зависимости от вида топлива способа его сжигания и характеристики поверхности нагрева принимается в соответствии с [1 таб.7-1 7-3]
α 1 - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяется по формуле:
где – коэффициент использования конвективного пучка учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания её газами. Для поперечного омывания пучков =1.
αк – коэффициент теплоотдачи конвекцией Втм2К определяется по номограммам в зависимости от конструкции пучков способа омывания скорости газового потока и от физических свойств теплоносителя; для поперечного омывания коридорных пучков определяется по формуле:
где αн – номинальный коэффициент теплоотдачи определяемый по скорости потока w и диаметру труб пучка d принимается согласно [1 номограмма 12]
Сs – поправка на геометрию пучка зависящая от относительного продольного 1=S1d и поперечного 2=S2d шагов;
Cz – поправка на количество рядов труб (Z2) по ходу газов;
Сф– поправка на физические характеристики потока при изменении температуры и состава теплоносителя. При определении Сф принимается среднеарифметическая температура потока в пределах рассчитываемой поверхности: J = 05(J+ J).
αл – коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания учитывается при температуре газового потока выше 350оС. При слоевом сжигании рассчитывается по формуле:
где αн – номинальная величина коэффициента теплоотдачи излучением Втм2К зависящий от температуры стенки и средней температуры газового потока;
Сг – поправка вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания
tст – средняя температура загрязнённой стенки0С
где tср – средняя температура среды протекающей в трубах оС;
Δt – температурный перепад между температурой загрязнённой стенки и температурой среды в трубе оС значение которого зависит от вида сжигаемого топлива типа поверхности нагрева и температуры газового потока.
При сжигании твёрдых топлив для конвективных пакетов Δ t= 60оС.
а – степень черноты излучающей среды определяется по формуле а = 1 - е-KPS или по номограмме [1 номограмма 2]
1.3. Определение температурного напора.
Температурный напор – есть средняя по всей поверхности нагрева разность температур сред участвующих в теплообмене. Для прямотока и противотока а также при постоянстве температуры одной из сред температурный напор определяется по формуле:
где Δtб – разность температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости на том конце поверхности нагрева где она наибольшая;
Δtм – разность температур сред на том конце поверхности нагрева где она наименьшая оС.
1.4. Рекомендации к расчёту конвективных поверхностей водогрейных котлов.
Целью поверочного расчёта как выше указывалось является определение температуры на выходе из рассчитываемого участка. Температура на входе J известна из расчёта предыдущей поверхности.
Расчёт конвективных поверхностей нагрева выполняют совместным решением 2-х уравнений – уравнения теплового потока от газов к рассчитываемой поверхности Qг и уравнения теплопередачи Qт методом последовательных приближений. Для решения указанных уравнений предварительно задаются искомой температурой J на выходе из рассчитываемого участка. Её можно принять исходя из рекомендуемого значения температурного перепада газового потока ΔJ = J-J:
для конвективных пакетов – ΔJ = 500700 oC
Правильность расчёта оценивают по величине расхождения процента тепловосприятий:
Если расхождение не превышает 2% то расчет считается выполненным правильно. При больших расхождениях принимают новое значение температуры на выходе из рассчитываемой поверхности и расчет повторяют.
Расчет котельных пучков представлен в виде таблицы 8
Таблица 8. Расчет котельных пучков
Площадь поверхнасти нагрева
H=3.14*0.051*2.53*540
Характер омывания труб
Расположение труб в пучке
Поперечный шаг между трубами
Продольный шаг между трубами
Относительный поперечный шаг
Относительный продольный шаг
Число труб на боковой стенке
Площадь поверхности нагрева
Hст=3.14*0.051*47*3.9
Площадь поверхности нагрева потолка
Нпот=3.14*0.051*43*2.2
Площадь поверхности нагрева пола
Нпл==3.14*0.051*2.2*35
Площадь живого сечения первого газохода
F1=(a1*b)-(d*z1*lcp)
F1=(1.5*2.9)-(0.051*20*2.53)
Площадь живого сечения второго газохода
F2=(a2*b)-(d*z1*lcp)
F2=(1*2.9)-(0.051*20*2.53)
Площадь живого сечения стенки
Площадь живого сечения потолка
Площадь живого сечения пола
Среднее живое сечение
Температура газов на входе
Энтельпия газов на входе
Температура газов на выходе
По предварительному выбору
Энтельпия газов на выходе
Рассчетная температура потока
Теплота отдаваемая газами
Средняя скорость газов
Коэффициент теплоотдачи конвекцией
Эфективная толщина излучаемого слоя
Суммарный коэффициент поглоцения
Степень черноты продуктов сграния
Температура загрязненной стенки
Коэффициент теплоотдачи излучением
Коэффициент использования поверхности нагрева
Коэффициент теплоотдаци от газов к стенке
Коэффициент тепловой эффективности
Коэффициент теплопередачи
Теплота воспринимаемая поверхностью нагрева
2.Расчет водяного экономайзера
Экономайзер предназначен для предварительного подогрева питательной воды после дэаэратора. Для котлов малой и средней мощности работающих при давлении менее 24 МПа применяются как правило чугунные некипящие экономайзеры.
Расчет экономайзера сводится к увязыванию четырех уравнений:
Количество теплоты которым могут располагать газы кДжкг
Количество теплоты отданной газами кДжкг
Количество теплоты по уравнению теплопередачи кДжкг
Количество теплоты по рабочему телу кДжкг
2.1. Порядок расчета
Согласно методическим указаниям принимаем температуру газов на выходе из экономайзера равной 140°С.
Определение количества теплоты которым могут располагать газы
Для данного расчета нам требуются следующие данные:
Qpp=178486 кДжкг (по таб. 5)
ка=08471 (по таб. 5)
Qл= 8329586 (по таб. 7)
Qкп= 591454 кДжкг (по таб.8)
Определение количества теплоты отданного газами:
I' = 31768 кДжкг (по таб.4)
I" =146332 кДжкг(по таб.4)
I°прс = 7819108 кДжкг (по таб. 5)
Определение количества теплоты по уравнению теплопередачи
К=1785 Втм °С [1 номограмма 20]
Н=1851895м2 [3 формула 52]
Δt =784 °С [3 п. 5.3]
Вр =1476 кгч (по таб.5)
Определение количества теплоты по рабочему телу
Д=10000 кгч (по заданию)
Исходя из результатов расчета принимаем окончательно конструктивные характеристики экономайзера :
Число труб в одном ряду z1= 5шт
Общее число по расчету z=21612шт
Число рядов труб z2'= 43 шт
Общее число конструктивно z'= 215шт
Действительная поверхность нагрева должна отличаться от расчетной не более чем на 2%:
Н'= z'*Нтр= z'*Нz=215*185189521612=1842335 м2
Δ= (Н'-Н)*100 Н'=0519%
Расхождение составило 05% поэтому расчет водяного экономайзера можно считать верным.
Сводная таблица теплового расчёта
Распологаемая теплота топлива
Теплота вносимая воздухом
Полезное тепловыделение
Энтальпия газов на выходе
Энтальпия газов на входе
Тепловосприятие поверхности нагрева
Список используемой литературы
Тепловой расчёт котельных агрегатов (нормативный метод). М.:Энергия 1973.-295с.
Эстеркин Р.И.”Котельные установки курсовое и дипломное проектирование”:
учебное пособие для техникумов .-Л.:Энергоатомиздат.Ленингр.отделение1989.-280 с.ил.
Методические указания к курсовому проекту «Тепорвой расчет парогенератора». Новосибирск. НГАСУ (Сибстрин) 2003.-52с.
Котлы малой средней мощности и топочные устройства . Каталог – справочник .-М.:1983-200с.