Тепловой расчет парогенератора

 

Федеральное агентство  по образованию

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

 

УЛЬЯНОВКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая  работа по дисциплине «котельные установки и парогенераторы»

 

 

Тепловой расчет парогенератора

 

Вариант 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               Выполнил: студент гр. ТЭд-31

                                   Назарматов Р.К.

 

               Проверил: доцент Сторожик В.Г.

                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ульяновск, 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 3

1. Постановка задачи 4

2. Расчет процесса горения топлива. Определение характеристик продуктов сгорания 5

3. Тепловой баланс теплогенератора 8

4. Конструктивный расчет топки и конвективных газоходов 9

5. Расчет теплообмена  в топке 12

6. Расчет теплообмена  в конвективных пучках 14

6.1. Расчет теплообмена  в 1^м газоходе 14

6.2. Расчет теплообмена  в 2^м газоходе 17

7. Конструктивный и  тепловой расчет низкотемпературной поверхности нагрева (водяного экономайзера) 20

8. Уточнение теплового  баланса 22

Заключение 23

Список  литературы 24

 

Введение

 

 

Теплоснабжение жилых, гражданских, промышленных зданий и  сельскохозяйственных объектов осуществляется от различных источников теплоты. Широкое  распространение в практике имеют теплогенерирующие установки на органическом топливе (котельные установки).

Безопасная, надежная и  экономичная работа их зависит от качества проектирования и монтажа  основного и вспомогательного оборудования теплогенерирующей установки.

В курсовом проекте для заданного типа теплогенератора производится поверочный тепловой расчет для указанного вида топлива, паро- или теплопроизводительности, а также параметров вырабатываемого теплоносителя. Кроме того, заданным являются конструкция и размеры теплогенератора (котельного агрегата). В указанном расчете определяют температуру воды, пара, воздуха (в случае установки воздухоподогревателя) и дымовых газов на границах между отдельными поверхностями нагрева, коэффициент полезного действия, расход топлива, расход и скорости воздуха, а также дымовых газов.

 

 

 

1. Постановка задачи

 

 

Произвести поверочный расчет котла ДКВР-6,5 для газообразного топлива: определить тепловые потери; коэффициент полезного действия котла; расход топлива, скорости теплоносителя, продуктов сгорания, температуры теплоносителя и продуктов сгорания, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи элементов поверхностей нагрева котла.

Параметры котла и  топлива указаны в табл. 1.1, 1.2

 

Табл. 1.1

Таблица исходных данных

 

№	Вид   топлива	Тип котла ДКВР	Д,  т/ч	Количество котлов в  котельной	Давление пара   pп, кгс/см2	Темп-ра пара   tп, °С	Темп-ра пит. воды  tпв, °С	Темп-ра хол. воздуха  tхв, °С	К-т непрерывной продувки  pнп, %
9	9	6,5	6,8	3	14	250	100	20	5

 

Табл. 1.2

Состав газа по объему

 

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	N2	CO2	H2
95,6	0,7	0,4	0,2	0,2	2,8	0,1	–

Низшая теплота сгорания сухого газа, кДж/м3	Плотность газа при нормальных условиях, кг/м3
35800	0,740

 

 

2. Расчет процесса  горения топлива.  
Определение характеристик продуктов сгорания

 

 

В соответствии с заданием, используя данные таблицы II приложений [1], записывается рабочий состав топлива (в процентах). На основе рабочего состава определяется теплота сгорания топлива.

Для сухого газообразного  топлива низшая теплота сгорания в кДж/м³ может быть найдена по формуле

= 107,98H₂ + 126,36CO + 234H₂S + 358,2CH₄ + 590,66C₂H₄ + 637,46C₂H₆ + 860,05C₃H₆ + 913,2C₃H₈ + 1187,36C₄H₁₀ + 1461,89C₅H₁₂,

где H₂, CO, H₂S, CH₄... – состав газообразного топлива (в %).

= 358,2 × 95,6 + 637,46 × 0,7+ 913,2 × 0,4 + 1187,36 × 0,2 + 1461,89 ^. 0,2 =

=35585,272 .

Далее определяются характеристики продуктов сгорания. Объём воздуха  и продуктов сгорания для газообразного  топлива в м³/м³ рассчитывается по следующим формулам:

• теоретическое количество воздуха для полного сгорания 1 м³ газа

= 0,0476[0,5CO + 0,5H₂ + 2CH₄ + 1,5H₂S + Σ(m+n / 4)C_mH_n – O₂];

= 0,0476[2 ^. 95,6 + 2 ^. 0,7 + 2,75 ^. 0,4 + 3,5 ^. 0,2 + 4,25 ^. 0,2] = 9,544 ;

• теоретический объём трехатомных газов в продуктах сгорания

= 0,01(CO₂ + CO + CH₄ + H₂S + ΣmC_mH_n);

= 0,01(0,1 + 95,6 + 2 × 0,7 + 3 × 0,4 + 4 × 0,2 + 5 ^. 0,2) = 1,001 ;

• теоретический объём азота в продуктах сгорания

= 0,79V° + 0,01N₂;

= 0,79 × 9,544 + 0,01 × 2,8 = 7,568 ;

• теоретический объём водяных паров в продуктах сгорания

= 0,01(H₂ + 2CH₄ + H₂S + Σ(C_mH_n) + 0,0161V°;

= 0,01(2 × 95,6 + 0,7 + 0,4 + 0,2 + 0,2) + 0,0161 × 9,544 = 2,081 .

Далее производится выбор  типа топки и определяются коэффициенты избытка воздуха в топке и  по газоходам теплогенератора.

Затем по данным таблицы  ХVI [1] принимаются присосы воздуха  в газоходах теплогенератора. Запись этих данных приведена ниже.

Присосы воздуха в топке Δα_т = 0,05;

Присосы воздуха в 1 газоходе Δα_I = 0,05;

Присосы воздуха в 2 газоходе Δα_II = 0,1;

Присосы воздуха в водяном экономайзере Δα_вэ = 0,2.

Далее определяется коэффициент избытка  воздуха за каждым газоходом теплогенератора  и записывается в следующем виде:

– в топке и за топкой α_т = 1,1;

– за 1^м газоходом α_I = α_т + Δα_I = 1,1 + 0,05 = 1,15;

– за 2^м газоходом α_II = α_I + Δα_II = 1,15 + 0,1= 1,25;

– за водяным экономайзером α_вэ = α_II + Δα_вэ = 1,25 + 0,2 = 1,45.

Средний коэффициент избытка воздуха:

= =1,1

Расчет характеристик  продуктов сгорания по газоходам  теплогенератора приводится в виде таблицы 2.1.

Определение теплосодержаний  продуктов сгорания по газоходам  теплогенератора дается в виде таблицы 2.2. Расчет теплосодержаний по газоходам  производится для отмеченных интервалов температур, а величины и принимаются по данным таблицы XV [1].

 

Таблица 2.1

Характеристика продуктов  сгорания

 

Характеристика	Размерность	= 9,295 м3/м3; = 1,023 м3/м3;   = 2,06 м3/м3; = 7,369 м3/м3
		Топка	1й газоход	2й газоход	Водяной экономайзер
Коэффициент избытка  воздуха за газоходом α	—	1,1	1,15	1,25	1,45
Средний коэффициент  избытка воздуха αср	—	1,1	1,125	1,2	1,35
Действительный объем  водяных паров  = + 0,0161(αср – 1) ×	м3/м3	2,096	2,102	2,112	2,135
Действительный объем  продуктов сгорания + (αср - 1)	м3/м3	10,569	11,864	12,590	14,044
Объёмная доля трехатомных  газов	––	0,095	0,084	0,080	0,071
Объемная доля водяных паров	––	0,198	0,177	0,168	0,152
Суммарная объемная доля трехатомных газов	––	0,293	0,261	0,248	0,223

 

Таблица 2.2

Теплосодержание продуктов  сгорания

 

J,   °С	,	,
			топка		I газоход		II газоход		водяной   экономайзер
100	1467	1259							1908
										1948
200	2968	2539					3475		3856
								1784		1980
300	4490	3846			4971		5259		5836
						1740		1839
400	6064	5173			6710		7098
						532		633
500	6426	6528			7242		7732
						3069		3173
600	9320	7922			10310		10905
						1866
700	11009	9344			12177
						1947
800	12776	10785	13584		14124
				1900		1936
900	14531	12226	15754		16060
				1960
1000	16344	13705	17714
				1968
1100	18160	15223	19682
				1974
1200	19982	16740	21656
				1997
1300	21828	18258	23653
				2098
1400	23771	19813	25751
				2053
1500	25668	21369	27805
				2085
1600	27596	22934	29890
				2098
1700	29538	24490	31987
				2095
1800	31498	26046	34082
				2161
1900	33479	27649	36243
				2130
2000	35449	29243	38374
				2155
2100	37444	30846	40529
				2161
2200	39445	32440	42689

 

3. Тепловой баланс теплогенератора

 

 

В этом разделе приводится расчет теплового баланса теплогенератора  в виде таблицы 3.1

 

Таблица 3.1

Тепловой баланс теплогенератора

 

№	Расчетная величина	Обозначение	Размерность	Формула или  обоснование	Расчет
	1	2	3	4	5
1	Располагаемое тепло  топлива		кДж/м3	(из расчета)	35585
2	Температура уходящих газов	Jух	0С	Принята	125
3	Энтальпия уходящих газов	Hух	кДж/м3	Таблица 2.2	2395
4	Температура холодного  воздуха	tХВ	0С	Задана	20
5	Энтальпия холодного воздуха		кДж/м3	Таблица 2.2	252
6	Потери тепла от химического  недожога	q3	%	Таблица ХХ, [1]	0,5
7	Потери тепла от механического  недожога	q4	%		0
8	Потери тепла с уходящими  газами	q2	%		5,7
9	Потери тепла в окружающую среду	q5	%	[1, c. 21, рис. 5.1]	2,3
10	Потери тепла с физическим теплом шлаков	q	%		0
11	КПД теплогенератора	ηтг	%	100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)	91,5
12	Давление пара, вырабатываемого котельным агрегатом	pпп	МПа	Задано	1,4
13	Энтальпия вырабатываемого  пара	hпп		[2]	2788,4
14	Температура пара	tпп	°С	[2]	195,04
15	Температура питательной  воды	tпв	˚С	Задано	100
16	Энтальпия питательной  воды	hпв		[2]	419,06
17	Паропроизводительность  котла	Д	кг/ч	Задано	6800
18	Величина непрерывной  продувки	P	%	Задано	5
19	Энтальпия котловой воды	hкв		[2]	830,1
20	Тепло, полезно используемое в теплогенераторе	Qтг	кДж/ч		16111940
21	Полный расход топлива	В	м3/ч		495
22	Расчетный расход топлива		м3/ч	В(1 – q4 / 100)	495
23	Коэффициент сохранения тепла	j	—	1 – q5 / (ηтг + q5)	0,976