Теплоснабжение является одной из основных задач энергетики. На теплоснабжение народного хозяйства и населения расходуется около 1/3 всех используемых в Украине первичных топливно-энергетических ресурсов. Одной из важнейших задач ускорения научно-технического прогресса является внедрение новых конструкторских и технологических разработок, надёжных и эффективных, обеспечивающих существенное повышение производительности труда, экономию материальных ресурсов, охрану окружающей среды. Необходимо обновление производства, в первую очередь за счёт замены малоэффективного оборудования прогрессивным, высокопроизводительным; усовершенствование тепловых схем котельных и повышение эффективности их работы за счёт более полного использования теплоты. Развитие промышленности и широкое жилищно-коммунальное строительство вызывают непрерывный рост потребления тепловой энергии. Одновременно идёт процесс концентрации этой нагрузки в крупных городах и промышленных районах, что создаёт предпосылки для дальнейшего развития различных схем теплофикации.
1. Описание котельной
1.1Краткое описание котельной
Котельная установка предназначена для производственных целей и оборудована паровым котлом типа ДЕ-25-14ГМ. Максимальная паропроизводительность котельной
(т/ч). Конденсат возвращается в количестве 80% при температуре 70о
С. Давление пара, необходимое потребителю, равно 7ат. Обычно потребность в паре для технологических потребителей составляет: летом
» (т/ч), в зимнее время – до 8 т/ч. Т.е., как в летнее время, так и в зимнее обычно работает один котёл. Второй котёл находится в резерве. Котел оборудованы непрерывной продувкой, принимаемой равной 5%. Потери на собственные нужды котельной составляют 5% общего расхода вырабатываемого пара.
1.2 Описание тепловой схемы существующей котельной
Насыщенный пар из котла 1 с давлением
атм поступает в общую паровую магистраль котельной, из которой часть пара отбирается на привод резервного парового поршневого насоса 2. К основным производственным потребителям пар направляется с давлением 7ат после прохода через редуктор 3. С этим же давлением пар используется для нагрева питательной воды в деаэраторе 4 и исходной воды в пароводонагревателе 5. Возврат конденсата по линии 13 от потребителей осуществляется в конденсатный бак 12, откуда он при помощи конденсатных насосов 11 подаётся в деаэратор. В него поступает также предварительно обработанная водопроводная вода, восполняющая потери конденсата, а также конденсат от пароводонагревателя 5. Для уменьшения потерь тепла с продувочной водой устанавливается сепаратор непрерывной продувки 6. В сепараторе за счёт снижения давления с 7 до 1,7атм частично выделяется пар вторичного вскипания, который направляется в деаэратор, а остаточная продувочная вода охлаждается до 40Сo
в водоводяном теплообменнике 7, после чего сбрасывается в барботёр 8, а затем в дренаж. Исходная водопроводная вода с температурой 5Сo
, подаваемая насосом 9, нагревается в теплообменнике 5 до 25Сo
, затем проходит химическую водоочистку 10 и теплообменник 7, в котором нагревается до 36Сo
. После этого исходная вода проходит через охладитель выпара 11, дополнительно нагреваясь до 39Сo
, и лишь затем попадает в деаэратор. В головке деаэратора смешиваются три потока при средней их температуре 80Сo
.
Добавочная вода и конденсат в деаэраторе подогреваются до 104Сo
как острым паром
, так и паром, полученным в сепараторе непрерывной продувки. Из бака-деаэратора питательным насосом 2 (2’
) вода нагнетается в водяные экономайзеры котлов. Обычно для питания используются центробежные насосы 2'
, а паровые поршневые 2 являются резервными. Тепловая схема котельной приведена на рис.1.1.
Паропроизводительность котельной «брутто» составляет
(т/ч).
Общее количество возвращаемого в котельную конденсата
(т/ч).
Расход воды на продувку
(т/ч).
Количество пара, выделяемое в сепараторе непрерывной продувки
(т/ч).
Где
и
– энтальпия воды соответственно при 14 ат и 1,7 ат, в ккал/кг;
– энтальпия насыщенного пара при 1,7 ат, ккал/кг;
– значение коэффициента, учитывающего потери тепла.
Количество воды непрерывной продувки, сливаемое в канализацию
(т/ч).
Количество воды, добавляемое для питания котлов
(т/ч).
Количество воды, подвергаемое химической водоподготовке, с учётом собственных нужд (gхим
=10%)
(т/ч).
Количество питательной воды, поступающей из деаэратора, с учётом непрерывной продувки
(т/ч).
Расход выпара из деаэратора
(т/ч).
Где
т/т – удельный расход выпара в т
на 1т деаэрируемой воды (по данным ЦКТИ).
Расход пара для подогрева исходной воды в теплообменнике 5
(т/ч).
Где
и
– энтальпия исходной воды при входе и выходе из теплообменника 5 (численно равные их температурам), ккал/кг;
и
– энтальпия насыщенного греющего пара и воды при давлении пара 7 ат, ккал/кг.
Количество конденсата из теплообменника 5, возвращаемое в деаэратор принимаем количество возвращаемого конденсата численно равным расходу пара, т.е.:
(т/ч). А энтальпию конденсата берём при давлении 7 ат:
ккал/кг.
Энтальпия химически очищенной воды (численно равная её температуре) после её нагрева в теплообменнике 7
(ккал/кг).
Где i”7
и i’7
– энтальпия воды при выходе и входе в теплообменние 7, ккал/кг;
i’1,7
- энтальпия продувочной воды при давлении 1,7 ат, ккал/кг.
i’др
- энтальпия сбрасываемой в барботёр воды (принимаемая численно равной температуре 40Сo
).
Энтальпия химически очищенной воды после её нагрева в охладителе выпара (теплообменник 11)
ккал/кг.
Где
и
– энтальпия воды при выходе и входе в теплообменник 11 (численно равные их температурам);
i’1,2
и i”1,2
– энтальпия пара и конденсата при давлении 1,2 ат.
Средняя энтальпия (численно равная средней температуре) потоков воды, вошедших в деаэратор
(ккал/кг)
(С
)
Расход пара на подогрев питательной воды в деаэраторе (по пару 7 ат)
(т/ч).
Где
– энтальпия греющего пара при 7 ат, ккал/кг;
– энтальпия питательной воды в деаэраторе при давлении 1,2 ат;
– средняя энтальпия водяных потоков, поступающих в деаэратор.
Количество пара, расходуемое на собственные нужды котельной
(т/ч).
Количество пара, выдаваемое потребителю
(т/ч).
или в % это составит
%.
3. Расчёт тепловой схемы котельной
Исходные данные для расчёта тепловой схемы котельной с паровым котлом, работающей на закрытую систему теплоснабжения.
Таблица 2.1.
Физическая величина
Обозначение
Обоснование
Значение величины при характерных режимах работы котельной
Максимально-зимнего
Наиболее холодного месяца
Летнего
1
2
3
4
5
6
Расход пара на технологические нужды (давление 0,6 МПа, температура 180о
С), т/ч
Задан
15
15
10
Расход теплоты на нужды отопления и вентиляции, МВт
Задан
9
-
-
Расход теплоты на ГВС, МВт
Задан
1,8
1,8
1,5
Расчётная температура наружного воздуха для г. Кременчуга, Сo
Энтальпия пара при давлении 0,6 МПа, (после РУ), кДж/кг
Табл. водяных паров
2815
2815
2815
Температура питательной воды, Сo
Задана
104
104
104
Энтальпия питательной воды, кДж/кг
.
Табл. Водяных паров
436
436
436
Непрерывная продувка котла, %
pпр
Принята
3
3
3
Энтальпия котловой воды, кДж/кг
iк.в.
Табл. Водяных паров
829
829
829
Степень сухости пара
X
Принята
0,98
0,98
0,98
Энтальпия пара на выходе из расширителя непрерывной продувки, кДж/кг
i²расш
Табл. водяных паров
2691
2691
2691
Температура подпиточной воды, Сo
tподп
Принята
70
70
70
Энтальпия подпиточной воды, кДж/кг
iподп
Табл. водяных паров
336
336
336
Температура конденсата, возвращаемого от потребителей, Сo
tк
Задана
80
80
80
Энтальпия конденсата, возвращаемого от потребителей, кДж/кг
iк
Табл. водяных паров
336
336
336
Температура воды после охладителя непрерывной продувки, Сo
tпр
Принята
50
50
50
Энтальпия конденсата при давлении 0,6 МПа, кДж/кг
iроук
Табл. водяных паров
669
669
669
Температура сырой воды, Сo
tс.в.
Принята
5
5
15
Температура химически очищенной воды перед охладителем деаэрированной воды, Сo
t¢х.о.в.
Принята
20
20
20
Расчёт тепловой схемы котельной ведётся для трёх наиболее характерных режимов работы:
А. Максимально зимний режим;
В. Режим работы для наиболее холодного месяца;
С. Летний режим работы котельной.
Коэффициент снижения расходов теплоты на отопление и вентиляцию для режима наиболее холодного месяца
Расход воды на подогреватели сетевой воды
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца (Qо.в.
=7,29 МВт):
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Расход пара на подогреватели сетевой воды
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Расход редуцированного пара внешними потребителями
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Суммарный расход свежего пара внешними потребителями
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Количество впрыскиваемой воды
Расход пара на собственные нужды котельной
где
– Расход пара на собственные нужды в % расхода пара внешними потребителями (рекомендуется принимать 5-10 %).
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Расход пара на покрытие потерь в котельной∙
где
– Расход пара на покрытие потерь (рекомендуется принимать 2-3 %).
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Суммарный расход пара на собственные нужды
Dсн
= D¢сн
+Dп
А. Для максимально зимнего режима:
Dсн
= 1,553+0,978 = 2,531 т/ч
В. Для режима наиболее холодного месяца:
Dсн
= 1,425+0,898 = 2,323 т/ч
С. Для летнего режима работы:
Dсн
= 0,61+0,385 = 0,995 т/ч
Суммарная паропроизводительность котельной
D = Dвн
+Dсн
А. Для максимально зимнего режима:
D = 31,06+2,531 = 33,591 т/ч
В. Для режима наиболее холодного месяца:
D = 28,5+2,323 = 30,823 т/ч
С. Для летнего режима работы:
D = 12,23+0,995 » 13,23 т/ч
Потери конденсата в оборудовании внешних потребителей и внутри котельной
где
– Потери конденсата в цикле котельной установки.
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Расход химически очищенной воды
где
– Потери воды в теплосети.
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Расход сырой воды
где
– Коэффициент, учитывающий расход сырой воды на собственные нужды химводоочистки.
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Количество воды, поступающей в расширитель с непрерывной продувкой
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Количество пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки
где i¢расш
= 436 кдж/кг – Энтальпия воды, получаемой в расширителе непрерывной продувки.
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Количество воды на выходе из расширителя непрерывной продувки
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Температура сырой воды после охладителя непрерывной продувки
Здесь
– Энтальпия воды после охладителя непрерывной продувки, принимается 210 кдж/кг.
А. Для максимально зимнего режима:
C
В. Для режима наиболее холодного месяца:
С
С. Для летнего режима работы:
Расход пара на подогреватель сырой воды
где
– Энтальпия сырой воды после подогревателя, определяется для температуры воды 20 Сo
;
– Энтальпия сырой воды после охладителя непрерывной продувки, определяется по температуре
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Температура хим. очищенной воды в подогревателе перед деаэратором
где
– Температура деаэрированной (питательной) воды после охладителя.
А. Для максимально зимнего режима:
В. Для режима наиболее холодного месяца:
С. Для летнего режима работы:
Расход пара на подогрев химически очищенной воды в подогревателе перед деаэратором
Здесь
определяется по найденной
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Суммарное количество воды и пара, поступающие в деаэратор, за вычетом греющего пара деаэратора
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Средняя температура воды в деаэраторе
А. Для максимально зимнего режима:
В. Для режима наиболее холодного месяца:
С. Для летнего режима работы:
расход греющего пара на деаэратор
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч
Расход редуцированного пара на собственные нужды котельной
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Действительная паропроизводительность котельной с учётом расхода пара на собственные нужды и потерь пара в котельной
А. Для максимально зимнего режима:
(т/ч)
В. Для режима наиболее холодного месяца:
(т/ч)
С. Для летнего режима работы:
(т/ч)
Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью котельной
А. Для максимально зимнего режима:
В. Для режима наиболее холодного месяца:
С. Для летнего режима работы:
Полученная в результате расчёта тепловой схемы невязка с предварительно принятой производительностью менее 3 %, точность расчёта достаточна.
Сводная таблица результатов расчёта тепловой схемы котельной
Таблица 2.2.
Физическая величина
Обозначение
Значение величины при характерных режимах работы
Максимально-зимнем
наиболее холодного месяца
летнем
1
2
3
4
5
Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию
1
0,81
-
Расход воды на подогреватели сетевой воды, т/ч
116,1
97,7
16,125
Расход пара на подогреватели сетевой воды, т/ч
16,06
13,5
2,23
Расход редуцированного пара внешними потребителями, т/ч
31,06
28,5
12,23
Суммарный расход пара внешними потребителями, т/ч
31,06
28,5
12,23
Расход пара на собственные нужды, т/ч
1,553
1,425
0,61
Расход пара на покрытие потерь в котельной, т/ч
0,978
0,898
0,385
Суммарный расход пара на собственные нужды, т/ч
2,531
2,323
0,995
Суммарная паропроизводительн. котельной, т/ч
33,591
30,823
13,23
Потери конденсата у внешних потребителей и внутри котельной, т/ч
4,008
3,92
2,4
Расход химически очищенной воды, т/ч
7,491
6,758
2,88
Расход сырой воды, т/ч
9,36
8,45
3,6
Количество воды, поступающей в расширитель с непрерывной продувкой, т/ч
1,008
0,92
0,4
Количество пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки, т/ч
0,179
0,164
0,07
Количество воды на выходе из расширителя непрерывной продувки, т/ч
0,829
0,756
0,33
Температура сырой воды после охладителя непрерывной продувки, о
С
9,6
9,63
9,74
Расход пара на подогрев сырой воды, т/ч
0,194
0,176
0,074
Температура химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды, Сo
35,5
34,45
25,6
Расход пара на подогрев химически очищенной воды в подогревателе перед деаэратором, т/ч
0,667
0,62
0,313
Суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор, за вычетом греющего пара деаэратора, т/ч
36,591
33,218
13,567
Средняя температура воды в деаэраторе, Сo
84,6
84,67
85,15
Расход греющего пара на деаэратор, т/ч
1,266
1,145
0,456
Расход редуцированного пара на собственные нужды, т/ч
2,127
1,941
0,843
Действительная паропроизводительн. котельной с учётом расхода на собственные нужды и потери пара в котельной, т/ч
34,587
31,736
13,617
Невязка с предварительно принятой паропроизв., %
2,88
2,88
2,84
4. Тепловой расчёт парового котла ДЕ-25-14ГМ
4.1 Исходные данные для расчёта
Котёл ДЕ-25-14ГМ паропроизводительностью 25 т/ч вырабатывает насыщенный пар с абсолютным давлением
ата. Питательная вода поступает из деаэратора при
. Котёл оборудован индивидуальным водяным экономайзером системы ВТИ. Непрерывная продувка котла составляет 3%. Топливом служит природный газ.
Характеристика топлива:
;
;
;
;
(и более тяжёлые) – 0,1%;
;
.
Теплота сгорания низшая сухого газа:
кДж/м3
.
Плотность газа при 0 Сo
и 760 мм.рт.ст.:
кг/м3
.
Влагосодержание на 1 м3
сухого газа при
принимаем равным
г/м3
.
4.2 Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по газоходам
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки:
.
– присос воздуха в первый конвективный пучок;
– присос воздуха во второй конвективный пучок;
– присос воздуха в экономайзер.
Таким образом:
4.3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания
Теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания
:
Где
– число атомов углерода;
– число атомов водорода.
м3
/м3
Теоретический объём азота в продуктах сгорания (a = 1):
м3
/м3
Теоретический объём трёхатомных газов (a = 1):
м3
/м3
Теоретический объём водяных паров
:
м3
/м3
Определяем объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных газов и другие характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева. Результаты сводим в таблицу 4.1.
Таблица 4.1.
Наименование величины
Расчётная формула
Топка
1конв.
пучок
2конв.
пучок
Эко-номайзер
Коэффициент избытка воздуха за газоходом, a
Пункт 5.2.
1,1
1,15
1,25
1,35
Коэффициент избытка воздуха средний, aср
1,1
1,125
1,2
1,3
Избыточное количество воздуха, Vоизб
, м3
/кг
0,973
1,22
1,95
2,9
Действительный объём водяных паров,
, м3
/м3
2,2
2,21
2,22
2,237
Действительный суммарный объём продуктов сгорания,
, м3
/м3
11,913
12,166
12,91
13,9
Объёмная доля трёхатомных газов, rRO2
VRO2
/ Vг
0,087
0,085
0,08
0,075
Объёмная доля водяных паров, rH2O
VH2O
/ Vг
0,185
0,182
0,172
0,164
Суммарная объёмная доля, rп
rRO2
+ rH2O
0,272
0,267
0,252
0,236
4.4 Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Используем для расчёта следующие формулы:
Энтальпия теоретического объёма воздуха:
,
где (сv)в
– энтальпия 1 м3
воздуха, кДж/м3
, принимается из таблицы 3.4. литературы [1].
Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания:
,
где
;
;
– также, по таблице 3.4. [1]
Энтальпия избыточного количества воздуха:
Энтальпия продуктов сгорания при
:
Результаты расчёта сводим в таблицу 4.2.
Таблица 4.2.
Поверх-
ность
нагрева
Темпера-
тура после поверхнос-
ти нагрева, Co
Iов
,
кДж/м3
Iог
,
кДж/м3
Iвизб
,
кДж/м3
I,
кДж/м3
Топка,
aт
= 1,1
2000
29910
36572
2991
39563
1900
28275
34540
2828
37368
1800
26640
32492
2664
35156
1700
25045
30475
2505
32980
1600
23459
28474
2346
30820
1500
21863
26480
2187
28666
1400
20267
24523
2027
26540
1300
18671
22547
1867
24414
1200
17124
20615
1712
22327
1100
15568
18730
1557
20287
1000
14011
16851
1401
18252
1конвект.
пучок
aк
= 1,15
1200
17124
20615
2569
23184
1100
15568
18730
2335
21065
1000
14011
16851
2102
18953
900
12503
14986
1875
16861
800
11033
13151
1655
14806
2конвект.
пучок
aк2
= 1,25
1100
15568
18730
3892
22622
1000
14011
16851
3503
20354
900
12503
14986
3123
18109
800
11033
13151
2758
15909
700
9554
11353
2389
13742
600
8095
9606
2024
11630
500
6674
7913
1669
9582
400
5283
6246
1321
7567
300
3931
4626
983
5609
Экономай-
зер
aэ
= 1,35
400
5283
6246
1849
8095
300
3931
4626
1376
6002
200
2598
3051
909
3960
100
1294
1508
453
1961
4.5 Расчёт потерь теплоты, КПД и расхода топлива
Тепловой баланс котла (общий вид):
,
где
кДж/м3
– полезно использованное тепло, кДж/м3
;
– потери с уходящими газами, кДж/м3
;
– потери от химической неполноты сгорания, кДж/м3
;
– потери от механической неполноты сгорания, кДж/м3
;
– потери от наружного охлаждения, кДж/м3
;
– потери от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке, кДж/м3
.
Давление в котле:
ата;
Температура питательной воды:
Cо
;
Процент продувки:
.
Для этих условий определяем полное тепловосприятие воды и пара в котельном агрегате, отнесённое к 1 кг насыщенного пара:
,
где
кДж/кг – энтальпия насыщенного пара;
кДж/кг – энтальпия питательной воды;
кДж/кг – энтальпия котловой воды.
кДж/кг
Температуру уходящих газов принимаем равной
, тогда потери тепла с уходящими газами:
,
где
(при сжигании газа);
кДж/м3
– определяется по таблице 4.2. при
Со
и
;
– энтальпия теоретического объёма холодного воздуха
, определяется по формуле:
кДж/м3
- при сжигании газа (таблица 4.4 [1])
– (таблица 4.4 [1])
– (таблица 4.4 [1]).
Определяем величину коэффициента сохранения тепла
:
КПД брутто парового котла (из уравнения теплового баланса):
определение расхода топлива:
м3
/ч = 0,485 м3
/с
Основные конструктивные характеристики котла ДЕ-25-14ГМ, необходимые для теплового расчёта топки и газоходов
Таблица 4.3.
ВЕЛИЧИНА
КОТЁЛ ДЕ-25-14ГМ
Объём топки, м3
29
Площадь поверхности стен топки, м2
64,22
Диаметр экранных труб, мм
51 х 2,5
Шаг труб боковых экранов, мм
55
Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева, м2
60,46
Площадь поверхности нагрева конвективных пучков, м2
:
- 1 конвективный пучок
– 2 конвективный пучок
16,36
196,0
Диаметр труб конвективного пучка, мм
51 х 2,5
Расположение труб конвективного пучка
1 пучок - шахматное;
2 пучок - коридорное
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2
1 пучок – 1,245;
2 пучок – 0,851
Поперечный шаг труб, мм
110
Продольный шаг труб, мм
110
4.6 Тепловой расчёт топки
Полезное тепловыделение в топке:
,
где
, т.к. рециркуляция продуктов сгорания отсутствует;
, т.к. воздух вне агрегата не подогревается.
Теплота, вносимая с воздухом в топку для котлов без воздухоподогревателя:
кДж/кг
По таблице 4.2. при значениях
и полезном тепловыделении в топке
,3 кДж/м3
методом интерполирования находим теоретическую температуру горения в топке:
Сo
. Для определения температуры на выходе из топки строим таблицу 4.4.
Таблица 4.4.
Величина
Обозначен.
Расчётная формула
Расчёт
Результат
1
2
3
4
5
Объём топочного пространства, м3
По
конструктивным
характеристикам
котла.
-
29
Общая площадь ограждающих поверхностей
-
64,22
Эффективная толщина излучающего слоя, м
1,626
Лучевоспринимающая поверхность нагрева, м2‑
По констр.
характеристикам.
-
60,46
Степень экранирования топки
Fл
/ Fст
60,46 / 64,22
0,94
Температура газов на выходе из топки, Сo
Принимается
-
1240
Энтальпия газов на выходе из топки, кДж/м3
Таблица 4.2.
-
23071
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов
Таблица 4.1.
-
0,272
Давление в топочной камере, МПа
Принимается Рт
=0,1 МПа для котлов без наддува
0,1
Парциальное давление трёхатомных газов, МПа
0,0272
Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов,
0,044
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами,
Номограмма 5.4.
[1]
-
7,5
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами,
,
где
Для газа:
1,56
Коэффициент ослабления лучей топочной средой,
3,6
Параметр m
Таблица 5.2.[1]
-
0,25
Степень черноты светящейся части факела
0,89
Степень черноты трёхатомных газов
0,23
Степень черноты факела
0,4
Коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева
Таблица 5.1.[1]
-
0,65
Угловой коэффициент
Рисунок 5.3.[1]
-
0,95
Коэффициент тепловой эффективности экранов
0,62
Степень черноты топки
0,52
Параметр
0,5
0,39
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 м3
газа при н.у.,
21,746
Действительная температура газов на выходе из топки, Со
По номограмме рисунка 5.7. [1]
-
1240
Удельная нагрузка топочного объёма, кВт/м3
qv
614,5
Тепло,переданное излучением в топке
13750,3
4.7 Расчёт первого конвективного пучка
Для проведения расчёта задаёмся двумя значениями температур на выходе из первого конвективного пучка:
Со
и
Со
. Проводим для этих температур два параллельных расчёта. Расчёт данного газохода проводится при
. Все данные расчёта сводим в таблицу 4.5.
Таблица 4.5.
Величина
Обознач.
Расчётная формула
Результат
1000
900
1
2
3
4
5
Площадь поверхности нагрева, м2
По
конструктивным характеристикам
котла
ДЕ-25-14ГМ
16,36
Расположение труб 1 конвективного пучка
-
Шахматное
Площадь живого сечения для прохода газов, м2
1,245
Поперечный шаг труб, мм
110
Продольный шаг труб, мм
110
Диаметр труб конвективного пучка
51 х 2,5
Температура дымовых газов перед газоходом, Со
Из теплового
расчёта
топки
1240
Энтальпия дымовых газов перед газоходом, кДж/м3
23071
Энтальпия дымовых газов после газохода, кДж/м3
Таблица 4.2.
18953
16861
Тепловосприятие газохода, кДж/м3
где
4088
6154
Расчётная температура потоков продуктов сгорания в газоходе, Со
1120
1070
Температурный напор, Со
, где
Со
– температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле (температура насыщения).
925
875
Средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с
20,8
19,9
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева
и
Сz
=1; Сs
=0,92;
Сф
=1,05 и 1,03
Номограмма 6.2. [1]
115,9
109
Параметр kps
и 11,5;
МПа;
(Таблица 5.1.);
0,066
0,069
Степень черноты газового потока
Номограмма 5.6. [1]
0,12
0,125
Температура загрязнённой стенки, Сo
t+Dt, где t=195 о
С;
Dt=25 о
С (при сжигании газа)
220
220
Коэффициент
при средней температуре газов
Номограмма 6.4. [1]
0,99
0,98
Коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективной поверхности нагрева,
и
Номограмма 6.4. [1]
19,6
19,0
Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева,
135,5
128
Коэффициент тепловой эффективности
Таблица 6.2. [1]
0,85
0,85
Коэффициент тепло-
передачи,
115,18
108,8
Температурный напор, Со
920
864
Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, кДж/м3
3574
3174
По двум принятым значениям температур (1000 и 900 Сo
), а также полученным двум значениям
и
производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева.
Полученная температура 1015 Сo
незначительно отличается от предварительно принятой (1000 Сo
). Уточняем расчёт
для полученной температуры.
Энтальпия
кДж/м3
(при полученной температуре).
Температурный напор:
Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева:
4.8 Расчёт второго конвективного пучка
Задаёмся двумя значениями температур на выходе из второго конвективного пучка.
;
. Проводим для этих температур два параллельных расчёта. Расчёт проводим при
. Результаты расчёта сводим в таблицу 4.6.
Таблица 4.6.
Величина
Обознач.
Расчётная формула
Результат
1000
900
1
2
3
4
5
Площадь поверхности нагрева, м2
По
конструктивным характеристикам
котла
ДЕ-25-14ГМ
196
Расположение труб 2 конвективного пучка
-
Коридорное
Площадь живого сечения для прохода газов, м2
0,851
Поперечный шаг труб, мм
110
Продольный шаг труб, мм
110
Диаметр труб конвективного пучка
51 х 2,5
Температура дымовых газов перед газоходом, Сo
Из теплового
расчёта
первого
конвективного
пучка.
1015
Энтальпия дымовых газов перед газоходом, кДж/м3
19270
Энтальпия дымовых газов после газохода, кДж/м3
Таблица 4.2.
7175
6196
Тепловосприятие газохода, кДж/м3
,
где
;
12134
13113
Расчётная температура потоков продуктов сгорания в газоходе, Сo
697,5
672,5
Температурный напор, Сo
, где
– температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле (температура насыщения).
502,5
477,5
Средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с
26,15
25,5
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева
и
и
Номограмма 6.1. [1]
126
123
Параметр
и
(Таблица 5.1.);
0,099
0,103
Степень черноты газового потока
Номограмма 5.6. [1]
0,1
0,105
Температура загрязнённой стенки, Сo
, где
;
(при сжигании газа)
220
220
Коэффициент
при средней температуре газов
Номограмма 6.4. [1]
0,8
0,79
Коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективной поверхности нагрева,
и
Номограмма 6.4. [1]
7,36
7,22
Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева,
133,36
130,22
Коэффициент тепловой эффективности
Таблица 6.2. [1]
0,85
0,85
Коэффициент тепло-
передачи,
113,36
110,69
Температурный напор, Сo
427
380
Количество теплоты, воспринятое поверхностьюнагрева,
19562
16998
По двум принятым значениям температур и полученным двум значениям
и
производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания на выходе из второго конвективного пучка.
Полученная температура
, она отличается от принятой на 50 Сo
, что в соответствии с [1] допустимо. Для полученной температуры производим перерасчёт
Энтальпия
кДж/м3
.
Температурный напор:
Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева второго конвективного пучка:
4.9 Расчёт водяного экономайзера
Таблица 4.7.
НАИМЕНОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ
Обозн
РАСЧЁТНАЯ ФОРМУЛА
Результат
1
2
3
4
Температура газов на входе в экономайзер, Сo
Из расчёта второго конвективного пучка.
280
Энтальпия газов на входе в экономайзер, кДж/м3
Таблица 4.2.
5594
Температура уходящих газов, Сo
Принята
140
Энтальпия уходящих газов, кДж/м3
Таблица 4.2.
2760,6
Количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания, кДж/м3
где
2838
Энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг
[6]
436
Энтальпия воды после экономайзера, кДж/кг
кг/с;
кг/с
628,8
Температура воды после экономайзера, Сo
[6]
149
Перепад температур между температурой насыщения и температурой воды на выходе из экономайзера, Сo
-
,
т.е. необходимое условие выполняется.
46
Средний температурный напор, Co
Средняя температура дымовых газов, Сo
210
Число труб в ряду, шт.
Принято
10
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2
,
где
Таблица 6.3. [1]
1,84
Число параллельно включенных змеевиков в пакете, шт.
6
Действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с
Целью аэродинамического расчёта котла является проверка правильности выбора тягодутьевых машин на основе определения производительности тяговой и дутьевой систем и перепада полных давлений в газовом и воздушном трактах.
Газовоздушный тракт включает в себя воздухопровод, запорные и регулирующие органы, газопроводы, элементы собственно парогенератора, тягодутьевые машины и дымовую трубу.
Аэродинамический расчёт ведётся по схеме газовоздушного тракта с разделением его на участки.
Расчёт выполнен для парового котла ДЕ-25-14ГМ, работающем на природном газе. Паропроизводительность котла - 25 т/ч. Котёл оснащён одной газомазутной горелкой типа ГМП-16. Забор воздуха производится из помещения котельной. Воздух, подаваемый вентилятором к горелке, не подогревается.