Тепловой расчет теплогенератора

 

 

Конструктивные характеристики котла ДКВР–10–13

Таблица 2

Параметры	ДКВР–10–13
1	2
Паропроизводительность, т/ч	10
Давление пара на выходе из котла, Мпа	1,4
Объём топки, м³	35,7
Поверхность стен топки, м³	84,8
Площадь радиационной поверхности нагрева, м²	47,9
Площадь поверхности нагрева конвективных пучков, м²	230
Поперечный шаг труб, мм	110
Продольный шаг труб, мм	100
Площадь живого сечения для прохода топочных газов, м²	1,28
Число рядов труб по ходу продуктов сгорания	22
Тип горелки	ГМГ- 5

 

 

3.2. Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания воздуха.

Энтальпия трехатомных газов ; азота ; водяных паров ; избыточного воздуха , кДж/м3, вычисляем по формулам:

       (1)

       (2)

       (3)

      (4)

где – теоретический объем воздуха, м3/кг, м3/м3;

    – теоретические объемы продуктов сгорания трехатомных газов, азота, водяных паров;

       – энтальпия 1 м3 воздуха, трехатомного газа, азота и водяных паров; выбираются по таблице П3, кДж/м3, кДж/кг.

Энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха (кДж/м, кДж/кг) вычисляются суммированием:

                            (5)

Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу 4.

По результатам таблицы 4 строится диаграмма продуктов сгорания. Данные таблицы 3 и диаграмма позволяют в следующих расчетах по температуре топочных газов определять их энтальпию или, наоборот, по энтальпии продуктов сгорания – их температуру.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объемы продуктов сгорания    Таблица 3.

 

Параметр и размерность	Расчетная формула	Теоретические объемы, м3/м3: V0=9,51, VRO2=1,02, V0N2=7,54, V0H2O=2,13
		Поверхность нагрева
		топка	газоход	экономайзер
1	2	3	4	5
1. Присосы воздуха	Δα	-	0,15	0,1
2. Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева	αi=αT+ΣΔα	αT=1,1	αГ=1,1+0,15= 1,25	αэк=1,25+0,1= 1,35
3. Средний коэффициент избытка воздуха	αср=0,5(α'+α")	αT=1,1	0,5(αТ+αГ)=0,5(1,1+1,25)= =1,175	0,5(αГ+αэк)=0,5(1,25+ +1,35)=1,3
4.Действительный объем водяных  паров, м3/кг; м3/м3	VH2O=V0H2O+ +0,0161(αср- -1)V0	2,13 +0,0161(1,1- -1)9,51 =2,15	2,13+0,0161(1,175-1)9,51=2,16	2,13+0,0161(1,3- -1)9,51=2,18

 

 

 

 

Окончание таблицы 3.

1	2	3	4	5
5.Действительный суммарный объем продуктов сгорания, м3/кг; м3/м3	VГ=VRO2+ +V0N+VH2O+ +(αср-1)V0	1,02+7,54+2,15+(1,1- -1)∙9,51=11,64	1,02+7,54+2,16+(1,175- -1)9,51=12,38	1,02+7,54+2,18+(1,3- -1)9,51=13,59
6. Объемная доля трехатомных газов	rRO2=VRO2/VГ	1,02/11,66= 0,09	1,02/12,38= 0,08	1,02/13,59=0,075
7. Объемная доля водяных паров	rH2O=VH2O/VГ	2,15/11,66= 0,184	2,16/12,38= 0,175	2,18/13,59=0,16
8. Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров	rn=rRO2+rH2O	0,09+0,184= 0,274	0,08+0,175= 0,255	0,075+0,16=0,235

 

 

 

Энтальпия продуктов сгорания I=f(ζ), кДж/м3 или кДж/кг.   Таблица 4.

 

Поверхность нагрева	Температура газов, оС	Энтальпия газов
		IRO2	I0N2	I0H2O	ΔIв	IГ
Топка, αT=1,1	2000	1,02∙4859=4956,2	7,54∙2973=22416,4	2,13∙3939=8390,1	(1,1-1)9,51∙3074=2923,4	38686,1
	1500	1,02∙3515=3585,3	7,54∙2171=16369,3	2,13∙2789=5940,6	(1,1-1)9,51∙2247=2136,9	28032,1
	1000	1,02∙2209=2253,2	7,54∙1398=10540,9	2,13∙1729=3682,8	(1,1-1)9,51∙1440=1369,4	17846,3
	800	1,02∙1709=1743,2	7,54∙1096=8263,8	2,13∙1340=2854,2	(1,1-1)9,51∙1134=1078,4	13939,6
Конвективные пучки, газоходы, αГ=1,25	900	1,02∙1957=1996,1	7,54∙1247=9402,4	2,13∙1529=3256,8	(1,25-1)9,51∙1285=3055,1	17710,4
	800	1,02∙1709=1743,2	7,54∙1096=8263,8	2,13∙1340=2854,2	(1,25-1)9,51∙1134=2696,1	15557,3
	500	1,02∙999= 1019	7,54∙665=5014,1	2,13∙797=1697,6	(1,25-1)9,51∙686= 1631	9361,7
	200	1,02∙359= 366,2	7,54∙261=1967,9	2,13∙305=649,7	(1,25-1)9,91∙267= 634,8	3618,6
Водяной экономайзер, αэк=1,35	300	1,02∙561= 572,2	7,54∙393=2963,2	2,13∙464=988,3	(1,35-1)9,51∙404= 1344,7	5868,4
	200	1,02∙359= 366,2	7,54∙261=1967,9	2,13∙305=649,7	(1,35-1)9,51∙267= 888,7	3872,5
	100	1,02∙170= 173,4	7,54∙130=980,2	2,13∙151=321,6	(1,35-1)9,51∙133= 442,7	1917,9

 

 

3.3 Тепловой баланс и расход топлива

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 Q1 идет на подогрев воды. Соотношение, связывающее приход и расход теплоты в котле, носит название теплового баланса.

Тепловой баланс составляется на 1кг твердого или жидкого топлива либо на 1 м3 газообразного топлива, или в % от введенной теплоты. В паровом теплогенераторе общее количество введенной в топку теплоты называется располагаемой теплотой – .

Тепловой баланс сводится в таблицу 5. В исходных данных и расчетах теплового баланса необходимо учитывать вид топлива, тип теплогенератора, параметры пара и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4. Расчет топочных камер

При расчете топки по чертежам или конструктивным данным необходимо определить:

– объем топочной камеры,

– степень ее экранирования,

– площадь поверхности стен,

– площадь радиационных поверхностей нагрева,

– конструктивные характеристики труб экранов.

Последовательность поверочного расчета топки:

1. Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Для промышленных паровых котлов рекомендуется принимать эту температуру, при сжигании газа – 950…1150 °С.
2. Для принятой температуры энтальпия сгорания на выходе из топки определяется по диаграмме I - J.
3. Вычисляются коэффициенты и параметры топочной камеры:

• коэффициенты загрязнения и тепловой эффективности экранов;

• эффективная толщина излучающего слоя;

• суммарная поглощательная способность трехатомных газов и водяных паров;

• коэффициент ослабления лучей;

• степень черноты светящейся и несветящейся части факела;

• видимое теплонапряжение топочного объема;

• эффективная степень черноты факела;

• степень черноты топки;

• полезное тепловыделение в топке;

• теоретическая температура горения;

• средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания.

4) Вычисляется  действительная температура газов  на выходе из топки.

5) Полученная  температура сравнивается с принятой ранее. Расхождение не должно превышать более ± 50°С.

Расчет сводится в таблицу 6.

 

 

 

 

 

3.5. Расчет конвективных поверхностей нагрева

Конвективные поверхности нагрева играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах - это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 м3 газа при нормальных условиях.

Для парового котла расчет выполняется для каждого (или общего) газохода

Последовательность расчета:

1. Определяются конструктивные характеристики.
2. Предварительно принимаются два значения температур продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева.
3. По уравнению теплового баланса определяется количество теплоты в кипятильном пучке парового котла - Qк. Затем вычисляют средний температурный напор и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания.
5. По номограммам определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, вычисляется коэффициент теплопередачи и тепловосприятия поверхностью нагрева  -  QT.
6. Расчеты конвективных поверхностей нагрева сводят в таблицу 7.

 

 

 3.7.Расчет невязки теплового баланса

Тепловой расчет парового котельного агрегата заканчивается определением относительной погрешности невязки теплового баланса. При правильном расчете относительная погрешность невязки не должна превышать 0,5 % , при этом должно выполняться условие: ±0,5 %.

Расчет невязки теплового баланса сводится в таблицу 9.

 

5. Литература

1. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности, 1989 г;
2. Фокин В.М., Тепловой расчет теплогенератора: учебное пособие – Волгоград: ВолгГАСА, 2000 г;
3. Фокин В.М., Эксплуатация теплогенерирующих установок: учебное пособие – Волгоград: ВолгГАСА, 1999г:
4. Фокин В.М., Котельные агрегаты: учебное пособие – Волгоград:            ВолгГАСА, 1997г.
5. Фокин В. М., Тепловые схемы котельных: учебное пособие – Волгоград: ВолгГАСА,1998г