Курсовой ДКВР 10-23-370. КУРСОВАЯ РАБОТА Бахыт. Исходные данные Котел дквр1023371

• Название: Исходные данные Котел дквр1023371
• Анкор: Курсовой ДКВР 10-23-370
• Дата: 20.05.2022
• Размер: 149.04 Kb.
• Имя файла: КУРСОВАЯ РАБОТА Бахыт.docx
• Тип: Документы; #540367

Исходные данные:

Котел – ДКВР-10-23-371

Нагрузка 70%

Топливо (газ), Средняя Азия-Центр, состав:

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	N2
91.9	2.1	1.3	0.4	0.1	1.2	3.0

1 Объёмы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания
1.1 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания

Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива (коэффициент избытка воздуха α = 1) определяется по формуле :



Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (α = 1) определяется по следующим формулам:

• 
  теоретический объем азота:
  
• 
  
  
• 
  объем трехатомных газов:
  
• 
  
  
• 
  теоретический объем водяных паров:
  

где d_Г.TЛ–влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 м³ сухого воздуха, г/м³, принимаем равным 10 г на 1 кг сухого воздуха.

Сравниваем полученные объёмы газов с оными в таблице Б. Максимальная погрешность составляет 2,8% для теоретического объёма водяных паров V_Н2О.

Расчёт объёмом продуктов сгорания производится с помощью таблицы 1.1. Значение величины присосов воздуха в газоходах котла ДКВр 20-23 [1, табл. 1.4]:

;

При сжигании газообразного топлива:









Таблица 1 Расчёт объёмов газов и объёмных долей трёхатомных газов

Величины	Размерность	Vo= 0,56	VoN2 = 7,58	VoH2O = 2,19	VoRO2 = 1,03
		Газоходы
		Топка	I котельный пучок	II котельный пучок		Водяной экономайзер
1	2	3	4	5		6
Коэффициент избытка воздуха за газоходомα’’	-	α’’т = 1,1	α’’I = 1,15	α’’II = 1,25		α’’ВЭ = 1,35
Среднее значения коэффициента αср в газоходах	-	1,1	1,125	1,2		1,3
Объем водяных паров VH2O = VoH2O + 0,0161(αср-1)*Vо	м3/м3	2,19	2,19	2,19		2,19
Объем дымовых газов Vг = VoRO2 + VoN2 + VH2O + (αср-1)*Vо	м3/м3	10,85	10,86	10,89		10,96
Объемная доля сухих трехатомных газов rRO2 = VoRO2/VГ	-	0,09	0,09	0,09		0,09
Объемная доля водяных газов rH2O = VH2O/VГ	-	0,20	0,20	0,20		0,20
Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров rП = rH2O + rRO2	-	0,29	0,29	0,29		0,29

Сравниваем значение V_г, полученное из расчётов и тем же, данным в таблице Б. Погрешность 0,9%.
1.2 Определение энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Энтальпии дымовых газов на 1 м³топлива подсчитываются по формуле , кДж/м³,

где H_г⁰ - энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха =1 и температуре газов , ⁰С, кДж/м³;

H_в⁰- энтальпия теоретически необходимого воздуха при нормальных условиях, кДж/м³.

Таблица 6 Энтальпия продуктов сгорания (Н-θтаблица)

Θ, оС	Hг0, кДж/м3	HВ0, кДж/м3
			Топка		I котельный пучок			II котельный пучок		Водяной экономайзер
			Н	Н		Н	Н	Н	Н	Н	Н
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10	11
100	1487	1268						1804	3716	1931	3976
300	4553	3868						5520	3873	5907	4143
500	7781	6569				8736	3847	9393,2	4130	10050	4412
700	11172	9404				12583	4012	13523		14463
900	14750	12298	15980	3892		16954	4132
1100	18430	15313	19961	4068		20727	4221
1300	22193	18367	24030	4182		24948
1500	26061	21504	28211	4244
1700	29992	24637	32456	4316
1900	33991	27812	36772

2 Тепловой баланс котла

На основании теплового баланса вычисляем КПД котла и необходимый расход топлива. Рассчитываем тепловой баланс котла.

Располагаемое тепло Q^Р_Р на 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³, для котла ДКВр 20-23-370ГМ, как котла со сравнительно низким давлением, определяется по формуле:



Потери тепла с уходящими газамиq₂, %, определяется по формуле:



где - энтальпия уходящих газов, кДж/м³, при соответствующем коэффициенте избытка воздуха (см. таблицу 1.1) и температуре = 146⁰С [1, табл. 2.1], определяется по Н- диаграмме:

кДж/м³; - энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха, кДж/м³, определяется по формуле:

,

где - теплоемкость воздуха, равная 1,3408 ;

- температура воздуха, принимаем равной 30 ;

V^O- теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м³ топлива при (см. п. 1.1), V^O =9,56 м³/м³.

;

–потери от механической неполноты сгорания, %, равны нулю для газообразного топлива.

Итого считаем:

.

Для газообразного топлива потери теплоты от химической неполноты сгорания принимаем q₃, %, принимаем равными 0,5%.

Потери теплоты от наружного охлаждения q₅, %, для номинальной нагрузке котла принимаем равными 1,7% [1, табл. 2.2].

Потери теплоты с физическим теплом горячего шлака q_6шл, %, для газообразного топлива равны нулю.

Коэффициент полезного действия котла (брутто) определяется по формуле:



Коэффициент сохранения тепла φнаходится по формуле:

.

Полезно отданное в котле тепло Q_к.а., кВт, для котла, производящего насыщенный пар [2], определяется по формуле:



где - количество выработанного насыщенного пара, 2,78 кг/с, отданного помимо пароперегревателя с энтальпией ;

- энтальпия насыщенного пара, , определяемая по давлению в барабане котла:

h_нп = р_нп*t_нп = 4,19*666,4 = 279,2 кДж/кг;

- энтальпия питательной воды, определяемая по формуле:

h_пв = р_пв*t_пв = 4,19*100 = 419,0 кДж/кг;

- расход воды на продувку котла, кг/с:

,

П-процент продувки, зависит от качества воды, принимаем равным 3%; D-производительность котла, 10 т/ч = 2,78 кг/с;



- энтальпия воды при кипении, определяется по формуле:

h_кип = р_кип*t_кип = 4,19*194,7 = 815,8 кДж/кг.

Итого считаем:



Расход топлива Саратов-Горький B, м³/с, подаваемого в топку:




3 Тепловой расчёт топки

Производим поверочный тепловой расчет топки, заключающийся в определении температуры газов на выходе из топки для существующей конструкции топки котла.

Температура газов на выходе из топки определяется по формуле



По пунктам разобьём определение составляющих поверки.

Определение адиабатической температуры горения

Предварительно определяется полезное тепловыделение в топке для котлов низкого давленияQ_Т, кДж/кг:

,

где - теплота, вносимая в топку воздухом, , рассчитывается по формуле:

кДж/кг;



По вычисленному значению , по построенной H-θдиаграммеполинииα_Т графически определяем .

Итого адиабатическая температура горения определится по формуле;

.

Определение средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания

Определение средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания 1кг топлива производится по формуле:

,

где - принятая температура газов на выходе из топки, , с учетом условий возможного шлакования последующих поверхностей нагрева при сжигании твердых топлив, ;

- энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, соответствующая , определяется из H-θдиаграммы по линии α_Т, равна 18890 кДж/м³.

Итого считаем:

Определение параметра М

Параметр М определяется в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки . Для случая сжигания газа параметр М определяется по формуле:

,

Где - отношение высоты расположения осей горелок = 1,39 м (от пола топки) к общей высоте = 2,027 м (от пола топки до середины выходного окна из топки):

.

Итого считаем:

.

Определение среднего коэффициента тепловой эффективности экранов

Определение среднего коэффициента тепловой эффективности экранов Ψ_ср происходит по формуле:

;

где ψ_i = X_i*ξ_i,

где X_i- угловой коэффициент по рисунку 3.1 при S/d=1;X_i=1;

ξ_i- коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или закрытия изоляцией поверхности [1, табл. 3.1], для газа ξ_i=0,65;

ψ_i=1·0,55=0, 55;

F_ст–ограждающая поверхность стен топочной камеры, F_ст = 43,15 м²;

F_стi = 40 м².

Итого считаем:

.

Определение степени черноты топки α_т

Степень черноты экранированных камерных топок α_т определяется по формуле:

.

При сжигании газообразного топлива эффективная степень черноты определяется по выражению:

,

где и - степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки, соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами; величины и определяются по формулам:

;

,

где S–эффективная толщина излучающего слоя в топке, м, вычисляется по формуле:



- коэффициент ослабления лучей сажистыми частицам, определяется по формуле:



где С^Р/Р^Р- соотношение содержаний углерода и водорода в рабочей массе топлива:

С^Р/Р^Р = 0,12∑ C_mH_n = 0,12*(1/4*91,9 + 2/6*2,1 + 3/8*1,3 + 4/10*01,4 + 5/12*0,1) = 0,12*(24,36) = 2,924;

T_T’’–температура газов на выходе из топки, T_T’’ = 149⁰С = 419 К;

k_c = 0,03*(2-1,1)*(1,6*419/1000 – 0,5)*С^Р/Н^Р = 0,013451 1/(мМПа);

k_гr_п–коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, 1/(мМПа), определяется по формуле:



где Р_п = P*r_п = 0,1*r_п, МПа;

k_г∙r_п = (7,8+16*0,20/(3,16*(0,1*0,29*1,51)^1/2) – 0,1) * (1–0,37*419/1000)*0,29 = 4,6438 1/(мМПа);

α_св = 1- е^{-(4,6438+0,013451)*0,1*1,51} = 0,5050; α_г = 1- е^{-4,64380,1*1,51} = 0,5040;

m–коэффициент усреднения, зависящий от теплонапряжения топочного объема q, определяющегося по формуле:

q = B*Q^P_H/V_т = 0,209*36160/10,85 = 417 кВт/м³;

m находится через интерполяцию с использованием известных значений:

q = 407 кВт/м³→m = 0,1;

q = 1000 кВт/м³→m = 0,6; m = 0,1072;

α_ф = m*α_св + (1-m)α_г = 0,1*0,5050 + (1-0,1072)*0,5040 = 0,5041.

В итоге считаем:

α_Т = 0,5041/(0,5041 + (1 – 0,5041)*0,6026) = 0,6278.

Итоговое определение температуры газов на выходе из топки

.

Рассчитываем погрешность: (1043,56-1050)/1050 °С *100% = 0,6%. Максимально допустимая погрешность составляет +/-5%. Укладываемся.


4 Поверочный тепловой расчёт конвективных поверхностей котла
Основными уравнениями при расчете конвективного теплообмена являются:

- уравнение теплопередачи:

;

- уравнение теплового баланса:

.

Расчет считается завершенным при выполнении равенства:

,

где - расчетная поверхность нагрева газохода, м².

Расчёт производится с помощью программы для работы с электронными таблицами MicrosoftEcxel, сводится в таблицу 2

Таблица 2 Поверочный тепловой расчёт конвективных поверхностей котла

				1 к.п.		2 к.п.
Уравнение теплопередачи, полезное тепловыделение в топке	кВт	QT= kFΔtср	9884,17		258,23
Расчётная поверхность нагрева газохода	м2	F	79,75		79,75
Средняя температура газов	⁰С	θср	925,00		234,50
Температура газов на выходе	⁰С	θ	800,00		200,00
Температура газов на входе	⁰С	θ	1050,00		269,00
Объёмная доля r(H20) для данного газохода	-	rH20	0,20		0,20
Средняя скорость газов в газоходе	м/с	Wср=Bp*Vг(273+θср)/273Fж	13,83		9,84
Расчётный расход топлива	м3/с	Bp	0,209		0,209
Объём дымовых газов	м3/м3	Vг	10,86		10,89
Живое сечение газохода	м2	Fж	0,72		0,43
Эффективнаятолцина излучающего слоя	м	S=(S1+S2)/d	3,92		3,92
Диаметр труб	м	d	0,051		0,051
Шаг труб конвектичного пучка, прод.	м	S1	0,09		0,09
Шаг труб конвектичного пучка, попер.	м	S2	0,11		0,11
Коэффициент теплопередачи от газов нагреваемой среде	Вт/(м2⁰С)	k=ψα1	170,34		87,28
Коэффициент теплопередачи от газов стенке	Вт/(м2⁰С)	α1=ξ(αк+αл)	200,40		102,68
Коэффициент использования	-	ξ	1		1
Конв. коэффициент теплоотдачи от газов к стенке	Вт/(м2⁰С)	αк=αнсsсzсф	86,40		70,68
	Вт/(м2⁰С)	αн	80,00		62,00
	-	σ1=S1/d	1,76		1,76
	-	σ2=S2/d	2,16		2,16
	-	cs	1,00		1,00
	-	cz	1,00		0,95
	-	cф	1,08		1,20
Луч.коэффициент теплоотдачи от газов к стенке	Вт/(м2⁰С)	αл=αнaсг	70,14		18,08
	Вт/(м2⁰С)	αн	114,00		32,00
Степень черноты потока	-	a	0,6278		0,6278
	-	сг	0,98		0,90
Температура загрязнённой стенки	⁰С	tз=tн+Δt	222,40		222,40
Температура охлаждающей среды	⁰С	tн	197,40		197,40
	⁰С	Δt [1, с.53]	25,00		25,00
Коэффициент тепловой эффективности	-	ψ [1, табл. 4.2]	0,85		0,85
Температурный напор	⁰С	Δtср=θср-tн	727,60		37,10
Уравнение теплового баланса	кВт	Qб=	1095,63		386,79
Расход топлива	м3/с	B	0,209		0,209
Коэффициент сохранения тепла	-	φ	0,98		0,98
Энтальпия газов на выходе	кДж/м3	H	14570,00		3150,00
Энтальпия газов на входе	кДж/м3	H	19900,00		5000,00
Величина присоса холодного воздуха в газоход	-	Δα[1, табл.1.4]	0,05		0,10
Энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха	кДж/м3	H⁰хв	384,54		384,54

Для быстрейшей стабилизации равенств, для первого конвективного пучка задаёмся двумя произвольными значения температур газов на выходе из него. Это 800^оС и 400^оС. Для второго аналогично 200^оС и 150^оС. Из таблицы 4.1. видно, что равенство ни при одной из них не стабилизировалось, посему определяем температуру на выходе графоаналитически с помощью чертежа 1 и 2

Чертёж 1. Графоаналитическое определение искомой температуры для первого конвективного пучка.



Чертёж 2. Графоаналитическое определение искомой температуры для второго конвективного пучка.


Итого, температура на выходе из первого конвективного пучка – 269^оС, из второго – 180^оС.

5 Расчёт водяного экономайзера
Назначение экономайзера кроется в самом его названии. Водяной экономайзер устанавливается на выходе из газоходов для забора энергии уходящих газов и пуска её во вторичный оборот. Это повышает эффективность котельной установки, а значит и её КПД.

В данном курсовом проекте используется чугунный водяной экономайзер системы ВТИ, он собирается из чугунных оребрённых труб различных длин, соединённых специальными фасонными частями –калачами.

Расчёт экономайзера производим с помощью MicrosoftExcel, результаты сводим в таблицу 3.

По известным энтальпиям газов на входе H'вэ,кДж/м³, и выходе Hух,кДж/м³, определяем тепловосприятие экономайзера по уравнению теплового баланса. По формулам определяем температуру нагреваемой воды на выходе из экономайзера t''э, ^оС, среднюю разность температур Δtср, ^оС. Затем подставляем формулу скорости газов в экономайзере W_cp, м/с, такую площадь живого сечения F_Э, чтобы скосроть была в пределах 6-9 м/с. По формуле из площади живого сечения с помощью данных таблицы 7.2 определяем число труб в горизонтальном ряду m, шт. Далее для определения расчётной поверхности нагрева экономайзера F_ВЭ, м², с помощью схемы 7.1 выясняется коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров k_э,Вт/(м²⁰С). Высчитывается расчётная поверхность нагрева экономайзера.

Таблица 3 Расчёт водяного экономайзера

Тепловосприятие экономайзера	кВт	QВЭ=Bpφ(H'ВЭ-Hух+ΔHв)	259,0
Коэффициент сохранения тепла	-	φ	0,98
Расчётный расход топлива	м3/с	Bp	0,21
Энтальпия газов на входе в экономайзер	кДж/м3	H'вэ	4120
Энтальпия газов на выходе из экономайзера	кДж/м3	Hух	2900
	кДж/м3	ΔHв	38,46
Температура воды на выходе из экономайзера	⁰С	t''э=t'э+Qвэ/(cв*Dвэ)	121,5
Температура воды на входе в экономайзер	⁰С	t'э	100
Теплоёмкость воды	кДж/кг	св	4,20
Количество воды, проходящей вечер экономайзер	кг/с	DВЭ	2,86
Расход насыщенного пара	кг/с	DНП	2,78
Расход продувочной воды	кг/с	DПР	0,08
Средняя разность температур	⁰С	Δtср=(θ'э+θ''э)/2-(t'э+t''э)/2	65,73
Температура газов на входе в экономайзер	⁰С	θ	207
Температура газов на выходе виз экономайзера	⁰С	θЭ	146
Средняя скорость газов в экономайзере	м/с	W=Bp*Vг(273+θэср)/273Fэ	4,61
Объёмы дымовых газов	м3/м3	Vг	10,96
Средняя температура газов в экономайзере	⁰С	θэср	176,5
Живое сечение экономайзера	м2	Fэ=fэ*m	1,22
Живое сечение для прохода газов	м2	fэ	0,152
Число труб в горизонтальном ряду	шт.	m	8
Расчётная поверхность нагрева экономайзера	м2	Fвэ=Qвэ*1000/(kэΔtср)	262,7
Коэффициент теплопередачи	Вт/(м2⁰С)	kэ	15
Число горизонтальных рядов	шт.	n=Fвэ/hэ*m	9
Поверхность нагрева одной трубы	м2	hэ	3,72

Таблица 4 Основные данные некоторых ребристых труб экономайзера ВТИ

Длина трубы, мм	Число ребер в трубе, шт.	Масса одной трубы, кг	Поверхность нагрева с газовой стороны hВЭ, м2	Живое сечение для прохода газов fВЭ, м2
2500	95	83,6	3,72	0,152

Список использованных источников

1. 
   Орехов, А.Н. Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной: метод.указания к выполнению курсовой работы. –Архангельск: АГТУ, 2005. – 40 с.
   
2. 
   Каталог двигателей серии АИР http:www.evromash.ru/engine/air/airtech/
   
3. 
   Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод). Издание 3-е, переработанное и дополненное. Изд-во НПО ЦКТИ, СПб, 2001. –256 с.
   
4. 
   Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. Справочно-методическое пособие / под ред. С.К.Сергеева; НГТУ, НИЦЭ –Н. Новгород, 2001. –296 с.
   
5. 
   Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Под ред. Н.В. Кузнецова и др. –М.: Энергия, 1973г.
   
6. 
   Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки. –М.: Стройиздат, 1986.
   
7. 
   Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок. 2-е издание. М.: Стройиздат, 1973г.