2.3 Тепловой баланс и расход топлива
Таблица 3
Тепловой баланс теплогенератора
Наименование параметра и размерность
|
Расчет
|
1
|
2
|
1. Расход воды, номинальный, кг/ч
|
Gном=370,000
|
2. Мощность номинальная, кВт
|
Qном=35,000
|
3. Температура воды, °С
на входе/на выходе
|
|
4. Энтальпия воды, кДж/кг:
На входе
На выходе
|
|
5. Расчётный расход воды, кг/с
|
Gвк=Gном=102,78
|
6. Расчётная, полезная мощность котла, кВт
|
|
7. Низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3
|
Qнс=
|
8. Располагаемая теплота, кДж/кг
|
Qрр = =
|
9.Температура уходящих газов, °С
|
 =195
|
10.Энтальпия уходящих топочных газов, кДж/кг
|
Iух=3300
|
11.Температура холодного воздуха, поступающего в топку, °С
|
Tx.в=25
|
12. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов
|
𝜶ух=1.15
|
13. Энтальпия воздуха, кДж/м3
|
 =39,8·9,85=381,284
|
14. Потеря теплоты с уходящими топочными газами, %
|
q2= 9,26
|
15. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания, %
|
q3=0,5
|
16. Потеря теплоты от наружного охлаждения при номинальной мощности котла, %
|
q5ном=0,95
|
17. Потеря теплоты от наружного охлаждения ограждающих конструкций, %
|
q5=q5ном(Qном/Qв.к)=0,96
|
18. Суммарные потери теплоты, %
|
 =q2+q3+q5=10,72
|
19. Коэффициент полезного действия (КПД), брутто, %
|
ηбр=100 – =100-10,72=89,28
|
|
|
|
|
20. Натуральный расход топлива, м3/с
|
|
21. Расчетный расход топлива, м3/с
|
Вр=Вн=1,069
|
22. Условный расход топлива, м3/с
|
|
23. Коэффициент сохранения теплоты
|
φ=1 – 0,01q5=0,991
|
2.4 Расчет топочных камер
При проектировании и эксплуатации теплогенератора выполняют поверочный расчет топочных устройств. При расчете топки по чертежам или конструктивным данным определяются: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих (радиационных) поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр и шаг труб).
Таблица 4
Тепловой расчет топки
Наименование параметра и размерность
|
Расчетная формула и расчет
|
1
|
2
|
1. Объем топочной камеры, м3
|
VT=77,6
|
2.Лучевоспринимающая (радиационная) поверхность нагрева, м2
|
Нл=126,9
|
3. Поверхность стен, м2
|
Fст=137,2
|
4. Коэффициент загрязненности экранов
|
для газа=0,65
|
5. Коэффициент тепловой эффективности экранов
|
ψср= =0,601
|
6. Эффективная толщина излучающего слоя, м
|
S= =
|
7. Абсолютное давление газов в топке, 105∙Па
|
р=1
|
8. Температура топочных газов на выходе из топки, °С
|
 =1160
|
9. Энтальпия газов на выходе из топки, кДж/м3
|
 =20600, по диаграмме I- согласно
|
10. Объемная доля водяных паров
|
 =0,191
|
11. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров
|
 =0,282
|
12. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов и водяных паров, м∙Па∙105
|
 = =0,5723
|
13. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами,
1/( м∙Па∙105)
|
Кг=0,63
|
14. Коэффициент ослабления лучей для несветящейся части пламени, 1/(м∙Па∙105)
|
Кнс= Кг =0,75·0,282=0,1771
|
15. Сила поглощения потока
|
KpS=Кг∙ ∙p∙S = Кнс ∙p∙S=0,2115·1·1,19=0,3606
|
16. Степень черноты топочной среды для несветящихся газов
|
анс=0,3
|
17. Соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива
|
 =
|
18. Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами,
1/( м∙Па∙105)
|
|
19. Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени, 1/(м∙Па∙105)
|
Ксв= Кгrn+ Kc = Кнс + Кс=0,3271
|
20. Сила поглощения потока для светящегося пламени
|
KpS=(Kгrn+ Kc)pS = КсвpS=0,21
|
21. Степень черноты топочной среды для светящегося пламени
|
асв=0,3
|
22. Видимое тепловое напряжение топочного объема, кВт/м3
|
|
23. Коэффициент заполнения пламенем топочного объема
|
m=0,15
|
24. Эффективная степень черноты факела
|
аф= mасв + (1 – m)анс=0,15∙0,3+(1-0,15) ∙0,3=0,3
|
25. Степень черноты топки
|
|
26. Теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/м3
|
Qв=39,8 ·αтV0=400,34
|
27. Полезное тепловыделение в топке, кДж/м3
|
|
28. Теоретическая (адиабатическая) температура горения, °С
|
а=1990 , по диаграмме I- согласноQт
|
29. Средняя суммарная теплоемкость топочных газов, кДж/м3∙К
|
|
30. Параметр топки М
|
М=0,52, табл. П1,П2
|
31. Тепловыделение в топке на 1 м2 стен, Вт/м2
|
 =
|
32. Температура газов на выходе из топки действительная, °С
|
nт.д.=1150
|
33. Энтальпия газов на выходе из топки действительная, кДж/м3
|
Inт.д.=18700, по диаграммы I- согласно nт.д.
|
34. Теплота, передаваемая излучением в топке, кДж/м3
|
Qл= φ(Qт–I”т.д.)=15859
|
35. Тепловая нагрузка радиационной поверхности нагрева, кВт/м2
|
(ВрQЛ)/НЛ = 133,6
|
36. Расход воды, кг/с
|
GК=102,78
|
37. Приращение энтальпии воды в топке водогрейного котла,кДж/кг
|
ΔiT=(BpQЛ)GK=164,95
|
38. Температура воды на входе в котёл,°С
|
tKˑ=70
|
39. Температура воды на выходе из экранных труб топки, °С
|
tTˑˑ=109,37
|
2.5 Расчет конвективных поверхностей
нагрева паровых теплогенераторов
Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получении пара. В водогрейных котлах - это трубы фестона и конвективного пучка (шахты).
Продукты сгорания, проходят по газовому тракту котла, 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 пару. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи – передачи теплоты от продуктов сгорания к воде через разделяющую стенку.
При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для одного кг жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях. Для водогрейного котельного агрегата расчёт выполняется вначале для фестона, а затем для конвективного пучка шахты.
Таблица 5
Расчет фестона водогрейного котла
Наименование параметра и размерность
|
Расчетная формула
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1. Наружный диаметр труб и их расположение, м
|
dн конструктивные данные
|
dн=0,066
|
2. Попе6речный шаг труб, м
|
s1
|
s1=0,256
|
3. Относительный поперечный шаг труб
|
σ1=s1/dн
|
σ1=3,88
|
4. Продольный шаг труб, м
|
s2
|
s2=0,18
|
5. Относительный продольный шаг труб
|
σ2= s2/ dн
|
σ2=2,73
|
6. Число рядов труб по ходу продуктов сгорания
|
z
|
z=4
|
7. Расчетная поверхность нагрева фестона, м2
|
НФ
|
НФ=14,2
|
8. Сечение для прохода топочных газов, м2
|
Fг
|
Fг=5,68
|
9. Эффективная толщина излучающего слоя, м
|
ˑS=
|
S=0,7386
|
10. Температура газов перед фестоном, ºС
|
 = , где - из расчета топки
|
=1142(1142)
|
11. Энтальпия газов перед фестоном, кДж/кг, кДж/м3
|
 = , где - из расчета топки
|
=20307
(20307)
|
12. Температура топочных газов за фестоном, ºС
|
 =
|
=1098
|
=1098
|
|
13. Энтальпия газов за фестоном, кДж/кг, кДж/м3
|
 , по диаграммы
I- согласно
|
=19900
|
 19900
|
|
14. Тепловоспри- ятие фестона по уравнению теплового баланса, кДж/кг, кДж/м3
|
|
QФ=408,36
|
QФ=408,36
|
|
15. Средняя температура газов в фестоне, ºС
|
 =0,5( + )
|
=1120
|
=1120
|
|
|
16. Температура воды на входе в фестон, ºС
|
|
|
17. Расход воды через водогрейный котёл,кг/с
|
|
|
18.Приращение энтальпии воды в фестоне,кДж/кг
|
Δiф=
|
Δiф=4,25
|
Δiф=4,25
|
|
19. Температура воды на выходе из фестона, ºС
|
|
 =110,38
|
=110,38
|
|
20. Средняя температура воды в фестоне, ºС
|
|
 109,88
|
21. Средний температурный напор, ºС
|
Δt= -
|
Δt=1010,12
|
22. Объем топочных газов,м3/кг,м3/м3
|
Vr=
|
Vr= 11,48
|
23. Объемная доля водяных паров
|
|
0,1864
|
|
|
24. Суммарная объемная доля трёхатомных газов и водяных паров
|
|
0,2753
|
|
|
25. Средняя скорость газов, м/с
|
|
|
26. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к трубам, Вт/м2·К
|
|
|
|
|
27. Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов и водяных паров, м·Па·105
|
pS=prnS
|
pS=0,2
|
pS=0,2
|
|
28. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами и водяными парами
|
Kr=
|
Kr=1,1
|
Kr=1,1
|
|
29.Сила поглощения лучистого потока газов
|
KpS=KrrnpS
|
KpS=0,224
|
30. Степень черноты газового потока
|
|
|
|
|
31. Температура загрязненной стенки труб, ºС
|
tст=
|
tст=134,88
|
32. Коэффициент теплопередачи излучением, Вт/м2·К
|
|
|
|
|
33. Коэффициент тепловой эффективности фестона
|
|
0,85
|
0,85
|
|
34. Коэффициент теплопередачи в фестоне, Вт/м2·К
|
|
К=30
|
К=30
|
|
35. Тепловоспри- ятие фестона по уравнению тепло- передачи,кДж/кг, кДж/м3
|
|
 401,2
|
|
|
36. Невязка расчёта , %
|
Δф=
|
1,75%
|
1,75%
|
|
2.6 Расчёт конвективного пучка – шахты водогрейного котла
Таблица 6
Наименование параметра и размерность
|
Обозначение и расчётная формула
|
Расчёт
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1. Наружный диаметр труб и их расположение, м
|
dн
|
dн =0,034
|
2. Попе6речный шаг труб, м
|
s1
|
s1=0,064
|
3. Относительный поперечный шаг труб
|
σ1=s1/dн
|
σ1=1,882
|
4. Продольный шаг труб, м
|
s2
|
s2 =0,042
|
5. Относительный продольный шаг труб
|
σ2= s2/ dн
|
σ2=1,235
|
6. Число рядов труб по ходу продуктов сгорания
|
z
|
Z = 64
|
7. Расчетная поверхность нагрева пучка-шахты, м2
|
Нш
|
Нш = 592,6
|
8. Сечение для прохода топочных газов, м2
|
Fг
|
Fг = 3,7
|
9. Эффективная толщина излучающего слоя, м
|
ˑS=
|
ˑS = 0,0598
|
10. Температура газов перед пучком, ºС
|
 = , где - из расчета фестона
|
 1098
|
1098
|
|
11. Энтальпия газов перед пучком, кДж/кг, кДж/м3
|
 , где - из расчета фестона
|
 19900
|
19900
|
|
12. Температура топочных газов за пучком, ºС
|
 =
|
=250
|
=250
|
|
13. Энтальпия газов за пучком, кДж/кг, кДж/м3
|
 , по диаграммы
I- согласно
|
=4492
|
=4492
|
|
14. Тепловоспри- ятие пучка по уравнению теплового баланса, кДж/кг, кДж/м3
|
|
|
|
|
15. Средняя температура газов в пучке, ºС
|
|
|
|
|
16. Температура воды на входе в пучок, ºС
|
|
|
|
|
17. Температура воды на выходе из пучка, ºС
|
|
|
|
|
18. Средняя температура воды в пучке, ºС
|
|
 130,2
|
130,2
|
|
19.Температурный напор на входе в пучок (больший),°С
|
|
 967,8
|
967,8
|
|
20. Температурный напор на выходе из пучок (меньший),°С
|
|
 119,8
|
119,8
|
|
21. Средний температурный напор, ºС
|
Δt=
|
Δt=405,89
|
Δt=405,89
|
|
22.Расход воды через водогрейный котёл, кг/с
|
|
|
|
|
23.Приращение энтальпии воды в конвективном пучке – шахте, кДж/кг
|
Δiш=
|
Δiш=159,15
|
Δiш=159,15
|
|
24. Объем топочных газов в пучке, м3/кг,м3/м3
|
Vr=
|
Vr=12,2
|
Vr=12,2
|
|
25. Объемная доля водяных паров
|
|
|
|
|
26. Суммарная объемная доля трёхатомных газов и водяных паров
|
|
|
|
|
27. Средняя скорость газов, м/с
|
|
|
|
|
28. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к трубам пучка, Вт/м2·К
|
|
85,43
|
85,43
|
|
29. Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов и водяных паров, м·Па·105
|
pS=prnS
|
pS=0,0155
|
pS=0,0155
|
|
30. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами и водяными парами
|
Kr=
|
Kr=4,9
|
Kr=4,9
|
|
31.Сила поглощения лучистого потока газов
|
KpS=KrrnpS
|
KpS=0,0761
|
KpS=0,0761
|
|
32. Степень черноты газового потока
|
|
0,1
|
0,1
|
|
33. Температура загрязненной стенки труб пучка-шахты, ºС
|
tст=
|
tст=155,2
|
tст=155,2
|
|
34. Коэффициент теплопередачи излучением, Вт/м2·К
|
|
6,94
|
6,94
|
|
35. Коэффициент тепловой эффективности пучка
|
|
|
|
|
36. Коэффициент теплопередачи в пучке, Вт/м2·К
|
|
 66,7
|
66,7
|
|
37. Тепловоспри- ятие фестона по уравнению тепло- передачи,кДж/кг, кДж/м3
|
|
15008
|
15008
|
|
38. Невязка расчёта , %
|
Δш=
|
Δш= 2,06%
|
Δш= 2,06%
|
|
2.7. Невязка теплового баланса теплогенератора
Тепловой расчет водогрейного котельного агрегата заканчивается определением относительной погрешности невязки теплового баланса. При правильно выполненном расчете относительная погрешность невязки не должна превышать 0,5 %, при этом должно выполняться условие: Δ≤±0,5 %.
Таблица 7
Невязка теплового баланса
Наименование параметра и размерность
|
Расчетная формула и расчет
|
1. Приращение энтальпии воды в топке, кДж/кг
|
 164,95
|
2. Приращение энтальпии воды в фестоне , кДж/кг
|
 4,25
|
3. Приращение энтальпии воды в конвективном пучке-шахте, кДж/кг
|
|
4. Сумма приращений энтальпий воды в котле , кДж/кг
|
|
5. Тепловосприятие теплоносителя (воды) , кДж/кг
|
|
5. Невязка теплового баланса, кДж/м3
|
|
6. Относительная погрешность невязки, %
|
|
Библиографический список
Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения. /В.М. Фокин/ М.: «Издательство Машиностроение -1», 2006. 240с.
Справочник по котельным установкам малой производительности /Под редакцией К.Ф. Роддатиса/ М.: «Энергоатомиздат», 1989. 488с.
|
Скачать 235.95 Kb.