Составление теплового баланса теплогенератора и определение расхода топлива.. 1. 1 Составление теплового баланса теплогенератора и определение расхода топлива

• Название: 1. 1 Составление теплового баланса теплогенератора и определение расхода топлива
• Анкор: Составление теплового баланса теплогенератора и определение расхода топлива
• Дата: 12.01.2021
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: Moy_kursyak_po_TGU.doc
• Тип: Документы; #167479

1.1 Составление теплового баланса теплогенератора и определение расхода топлива.
Целью составления теплового баланса является вычисление КПД теплогенератора и необходимого расхода топлива.

КПД (брутто) % определяется по обратному балансу:
, % (1)
Наибольшими тепловыми потерями являются потери с уходящими газами:
, (2)
где - энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, водимого в топку теплогенератора.

Потери теплоты от наружного охлаждения теплогенератора определяются из графика зависимости от его производительности.

=4%

=100 – (7,57 + 0,5 + 6 + 2,21 + 0) = 83,72%

Теплопроизводительность котлоагрегата определяется по формуле:
=

=6,5*(638,8-84)+0,01*4(189,8-84)=3,606204 кг/ч (3)
где паропроизводительность котла, т/ч

энтальпия пара и котловой воды, принимаемой из таблицы параметров водяного пара при давлении P = 1,3 МПа = 14 ата;

энтальпия питательной воды

p – величина продувки котла,

р = 4%;

Из уравнения теплового баланса расход топлива:
(4)

Фактический расход топлива на котёл меньше за счёт механического недожога:

=383,567(1-0,0194)=376,1258

Коэффициент сохранения теплоты:

= 1-2,21 / (2,21+83,72) = 0,97.


1.2 Тепловой поверочный расчёт топки.
Целью расчёта является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки при заданной радиационной площади топочных экранов.

Размеры топки:

а = 2,4м,

b = 2,2 м,

h = 2,9 м ;

• 
  активный топочный объем,
  

= а*b*h +a’*b’*h’=11,616 ,

• 
  поверхность стен, ограничивающих этот объём
  

2 * ( а*h + b*h + а*b )+2*( а’*h’ + b’*h’ + а’*b’) =

=2 * (2,1*3,91+ 16,07*1,7 +16,07*6,02)+2*(2,1*2,68966+0,435*2,68966+2,1*0,435) = 34,80 ,

• 
  площадь поверхности стен, занятых экранами
  

= 2*h*b + h*а+2*h'*b'+h'*a'=164,19 ,

• 
  эффективная площадь лучевоспринимающей поверхности теплообмена
  
• 
  
  

(5)
,

31*0,75 = 120,98 ;

Эффективная толщина излучающего слоя:

= 3,6*11,61/303,44= 0,13м.

Степень экранирования топочной камеры:

120,98/303,44= 0,39.

Коэффициент, учитывающий влияние положения факела ядра на интенсивность излучения для твердого топлива:

М = 0,38.

Коэффициент тепловой эффективности экранов:
, (7)
где = 0,65 – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения экранов.

0,39*0,65 = 0,253;

Основная задача поверочного расчёта топки состоит в определении температуры газов на выходе из топочной камеры :
(8)
где - адиабатическая температура горения, определяемая по - диаграмме в соответствие с величиной полезного тепловыделения в топке:

= 11170

Для определения средней суммарной удельной теплоёмкости продуктов сгорания и степени черноты, топки предварительно зададимся 1100 С.

Расчёт проводится методом последовательных приближений.

При выбранной температуре газов на выходе из топочной камеры 6560
= 6,8 ккал/кг* C (9)

В соответствие с полученным значением выбираем m;

Коэффициент ослабления лучей газовой топочной средой определяется:

• 
  для светящегося пламени
  

(11)

• 
  для несветящегося пламени
  

=0,251853155 (12)


при = 0,085 + 0,1626 = 0,2476 ;

0,2476*1*0,13 = 0,2 ;

Соответственно, по монограмме определяем степень черноты топочной среды:

0,1,

Зная которые, находим эффективную степень черноты факела:m=0
= 0.1 (13)




По формуле (8) найдём температуру газов на выходе из топочной камеры:
= 2023/1.357-273=1230.2

Примем 1230 С;

Пересчитаем:

При выбранной температуре газов на выходе из топочной камеры 6560 С

= 5.3ккал/кг* C;

= 0,2258;

0,2;

= 0,2;

= 1051,11С.

Определим тепловосприятие топочных экранов по формуле:

= (15)

= 0,97*(11170-3850) = 7100,4/кг.


1.3 Тепловой поверочный расчёт кипятильных пучков
Целью поверочного теплового расчёта кипятильных пучков является определение температуры газов за каждой конвективной поверхностью нагрева.

Для расчёта кипятильных пучков, располагаемых в газоходах, кроме температур, объёмов, состава газов, необходимо знать конструктивные данные о размерах самого газохода и труб конвективного пучка.

Так как газоход имеет различную высоту по ходу газов, то необходимо установить эквивалентную ( усреднённую ) высоту газохода:



где - минимальная и максимальная высота газохода.

Из чертежа для первого кипятильного пучка:

• 
  ширина газохода 1,25 м,
  
• 
  усреднённую длину кипятильной трубы в газоходе 2,25 м,
  
• 
  число труб поперёк потока дымовых газов 14,
  
• 
  число кипятильных труб в газоходе по ходу дымовых газов 20.
  

По этим параметрам подсчитываем живое сечение для прохода дымовых газов в газоходе:
; (16)
= 2,25*1,25-14*1,25*0,051 = 1,92 .

Площадь поверхности теплообмена кипятильного пучка:

, (17)
где - диаметр труб кипятильных пучков (для КЕ равен 51 2,5 мм).

=100,88 ;

Тепловой расчёт конвективной поверхности нагрева ведётся по средней температуре продуктов сгорания в пределах этой поверхности:



Где и - температура газов соответственно на входе и выходе из рассматриваемой поверхности нагрева.

,

- искомая величина и, вместе с тем, её необходимо знать для расчёта. Найдём её методом последовательных приближений.

Зададимся двумя значениями температур дымовых газов на выходе из газохода с интервалом 100 С.
Для первого кипятильного пучка примем:

С С

=0,5*(1051-500) = = 0,5*(1051-600) =

= 275,5 С = 225,5С

Тепловосприятие кипятильного пучка по уравнению теплового баланса ,

(где - энтальпия дымовых газов на выходе в рассчитываемый кипятильный пучок, определяемая по температуре =879 С,

- два значения энтальпий дымовых газов на выходе из рассчитываемого пучка для заданных температур на выходе из него и ,

- увеличение коэффициента избытка воздуха за счёт присосов холодного воздуха в газоход кипятильного пучка,

- энтальпия теоретически необходимого воздуха для горения топлива.)

вычисляется для двух температур:
= =

= 0,97*(722 0– 3225 + 0,1*115,22) = = 0,97*(7220– 3725 + 0,1*115,22) =

= 3886,32 кДж/кг; = 3401,32 кДж/кг;

Рассчитаем величины, необходимые для вычисления значений тепловосприятий кипятильного пучка по уравнению теплообмена для двух температур и ;

Температурный напор:

, (18)
где , (19)
, (20)
- температура насыщения при P = 14 ата.

= 1051-187,1 = 863,9 С , = 1051-187,1 = 863,9С,

= 500 – 187,1 = 312,9 С, = 600 – 187,1 = 412,9 С;

=556,9 =653,62
Средние скорости дымовых газов в газоходах кипятильных пучков рассчитываются по формуле:
(21)

где удельный объём продуктов сгорания в газоходах кипятильных пучков.
= =

= 1,8 =1,6
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании коридорных гладкотрубных пучков рассчитывают по формуле:
, (22)
где - находится по номограмме при скорости газов W и диаметре труб =51 мм;

- поправочный коэффициент, определяемый по вспомогательному графику той же номограммы, по числу рядов труб по ходу газов ;

- поправочный множитель, определяемый по вспомогательному графику той же номограммы по средней температуре газов потока и объёмной доли водяных паров ;
= 20 , = 20,5 ,

= 1, =1,

=1,03, =1,09;

=20*1*1,03 = = 20,5*1*1,09 =

=20,6 , = 22,34 ;
Эффективная толщина излучающего слоя

(23)



= 0,051 м;

= 0,2,

Коэффициенты ослабления лучей газовой средой:

= =

=0,31 =0,28

Коэффициент теплоотдачи излучением:
, (24)
где - находится по номограмме по средней температуре газов и температуре загрязнённой стенки, равной:
, (25)
= 219,1С , = 219,1С;

= 26 , = 21 ;
- поправочный множитель, определяемый по вспомогательному графику той же номограммы по средней температуре газов потока и температуре загрязнённой стенки :
=0,94 , =0,92 ;
- степень черноты газового потока, определяемая по номограмме с учётом эффективной толщины излучающего слоя.

= 0,2, = 0,19;


=4,88 = 3,67

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб конвективного пучка с учётом коэффициента омывания ( для КЕ =1 ) равен:
(26)


= 4,88+1*20,6=25,48, = 3,67+1*22,34=26,01;
Коэффициент теплопередачи:
(27)
( для угля возьмём = 0,85);

= 0,85*25,48 = 21,65, = 0,85*26,01=22,1;

(28)

=3168,75 =5021,35

=520 °С

Из чертежа для второго кипятильного пучка:

• 
  ширина газохода 0,725 м,
  
• 
  усреднённую длину кипятильной трубы в газоходе 2,25 м,
  
• 
  число труб поперёк потока дымовых газов 14,
  
• 
  число кипятильных труб в газоходе по ходу дымовых газов 20.
  

По этим параметрам подсчитываем живое сечение для прохода дымовых газов в газоходе:

;

= 2,25*0,725 – 7*2,25*0,051= 0,828 .

Площадь поверхности теплообмена кипятильного пучка:

,

где - диаметр труб кипятильных пучков (для КЕ равен 51 2,5 мм).

=107,66 ;
С С

=0,5*(520 + 300) = = 0,5*(520 + 400) =

= 410 С = 460 С
Тепловосприятие кипятильного пучка по уравнению теплового баланса ,

(где - энтальпия дымовых газов на выходе в рассчитываемый кипятильный пучок, определяемая по температуре = 520 С,

- два значения энтальпий дымовых газов на выходе из рассчитываемого пучка для заданных температур на выходе из него и ,

- увеличение коэффициента избытка воздуха за счёт присосов холодного воздуха в газоход кипятильного пучка,

- энтальпия теоретически необходимого воздуха для горения топлива.)

вычисляется для двух температур:

= =

= 0,97*(3570-2220+0,1*115,22) = = 0,97*(3570-2575+0,1*115,22) =

= 1361,52 кДж/кг; = 1006,52 кДж/кг;
Рассчитаем величины, необходимые для вычисления значений тепловосприятий кипятильного пучка по уравнению теплообмена для двух температур и ;

Температурный напор:

,

где ,

,

- температура насыщения при P = 12 ата.

= 560 – 194,1 = 365,9 С , = 560– 194,1 = 365,9 С,

= 300 – 194,1 = 105,9 С, = 400 – 194,1 = 205,9 С;

=207 =272
Средние скорости дымовых газов в газоходах кипятильных пучков рассчитываются по формуле:



где удельный объём продуктов сгорания в газоходах кипятильных пучков.
= 4,59 =4,93
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании коридорных гладкотрубных пучков рассчитывают по формуле:

,

где - находится по номограмме при скорости газов W и диаметре труб =51 мм;

- поправочный коэффициент, определяемый по вспомогательному графику той же номограммы, по числу рядов труб по ходу газов ;

- поправочный множитель, определяемый по вспомогательному графику той же номограммы по средней температуре газов потока и объёмной доли водяных паров ;
= 40 , =41 ,

= 1, =1,

=1,03, =1,03;

=24,68*1*1,07 = = 25,97*1*1,06 =

= 41,2 , = 42,23 ;
Эффективная толщина излучающего слоя:



= 0,051 м;

=0,9 = 0,2,

Коэффициент теплоотдачи излучением:

,

где - находится по номограмме по средней температуре газов и температуре загрязнённой стенки, равной:

,

( для газа =25 С).

= 194,1 + 25 = 212 °С , = 194,1 + 60 = 212 °С;

= 25 , = 23 ;
- поправочный множитель, определяемый по вспомогательному графику той же номограммы по средней температуре газов потока и температуре загрязнённой стенки :

=0,92 , =0,9 ;
- степень черноты газового потока, определяемая по номограмме с учётом эффективной толщины излучающего слоя.



0,174 0,165

= 0,12 = 0,11;

= 0,12*0,92*25 = = 0,1*0,92*23=

= 2,76, = 2,116;

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб конвективного пучка с учётом коэффициента омывания ( для КЕ =1 ) равен:


= 2,76+1,42=43,96 = 2,11+42,23=44,34;

Коэффициент теплопередачи:



( для угля возьмём = 0,85 );

= 0,85*43,96=37,366 = 0,85*44,34 = 37,68;

=2171,09 = 2877,27

_=220С.


2.Конструктивный расчёт водяного экономайзера.

По имеющимся температурам продуктов сгорания на входе и на выходе из экономайзера: _{=220 С} С

1800 , 1450 ;
, (29)
= 0,9*(1800– 1450 + 0,1*115,22) = 361,52;

Температура питательной воды на выходе из экономайзера:
, (30)
где = 5 % - величина продувки котла,

= 104,5°С;

Примем скорость дымовых газов в загромождённом сечении газохода экономайзера примем: = 7 м / с.

Площадь живого сечения для прохода дымовых газов в межтрубном пространстве:
, (31)
где = 0,5*( 220+160 ) =190 С– средняя температура продуктов сгорания в экономайзере,

= 18,851 – удельный объём дымовых газов в газоходе экономайзера.

= 0,48;

Температурный напор в экономайзере:
, (32)
где = 0,5*(84+104,5) = 94,25; (33)
= 190-94,25=95,75 С;

Конвективная поверхность теплообмена в экономайзере рассчитывается из уравнения теплопередачи:

, (34)
=90,5;


Общее число труб экономайзера:
. (35)

= 90,95/2,18 = 40;

Оребренные трубы экономайзера размещаются в горизонтальной плоскости. Продукты сгорания перемещаются сверху вниз, а питательная вода противотоком движется снизу вверх. Для котлоагрегатов устанавливается экономайзер одноходовой по газу. При компоновке труб экономайзера необходимо предусмотреть на каждые четыре ряда труб установку одного обдувочного устройства, устанавливаемого в строительном проёме экономайзера между блоками труб.

Число труб в горизонтальном ряду:
(36)
= 0,48/0,088=5,;

Число труб в вертикальном ряду:
(37)
=40/5 = 8;




3. Проверка теплового баланса котлоагрегата.
В заключении расчёта проводят проверку теплового баланса всего котлоагрегата путём определения величины невязки:
; (40)
Пароперегревателя и водоподогревателя нет, следовательно, = 0;
=

= 11230*1 – (7100,4+361,52+3200+1200) = -16,3;
Для кипятильных пучков значения тепловосприятий можно принимать по графикам в точке пересечения прямых линий по оси ординат.

Относительная величина невязки равна
; (41)

= 0,13%.
0,13<0.5 , условие выполнено верно.