Тепловой расчет котлоагрегата

Котел KЕ-25-14c предназначен для производства насыщенного пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Топочная камера котла шириной 272 мм полностью экранирована (степень экранирования Нл/ ст =0,8) трубами d=51х2,5мм. Трубы всех экранов приварены к верхним и нижним камерам d219x8мм. Топочная камера по глубине разделена на два объемных блока. Каждый из боковых экранов (правый и левый) переднего и заднего топочных блоков образует самостоятельный циркуляционный контур. Верхние камеры боковых экранов в целях увеличения проходного сечения на входе в пучок расположены ассиметрично отпосительно оси котла. Шаг труб боковых и фронтового экранов – 55 мм, шаг труб заднего экрана – 100 мм, трубы заднего экрана выделяют из топочного объма камеру догорания, на наклонном участке труб уложен слой огнеупорного кирпича толщиной 65мм. Объем топочной камеры -61,67 м³.

Для улучшения циркуляционных характеристик фронтового экрана на нем устанавливаются три рециркуляцинные трубы d89х4мм. Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева - 92,10м².

 

Третьим блоком котла является блок конвективного пучка с двумя барабанами (верхним и нижним) внутренним диаметром 1000мм. Длина верхнего барабана 7000мм, нижнего – 5500мм. Толщина стенки барабана котла - 13мм, материал - сталь 16ГС. Ширина конвективного пучка по осям крайних труб 2320мм. В таком пучке отсутствуют пазухи для размещения пароперегревателя, что существенно улучшает омывание конвективного пучка.

Конвективный пучок выполнен из труб d51x2,5мм. Поперечный шаг в пучке составляет 110 мм, продольный - 90мм. Площадь поверхности нагрева конвективного пучка равна 417,8м². Первые три ряда труб на входе в пучок имеют шахматное расположение с поперечным шагом S =220мм. Удвоение величины шага по сравнению с остальными рядами позволяет увеличить проходное сечение на входе в пучок, частично перекрытое потолком потолочной камеры.

 

Хвостовые поверхности состоят из одноходового по воздуху воздухоподогревателя с поверхностью нагрева 228 м², обеспечивающего нагрев воздуха до 180 ⁰С и установленного следом за ним по ходу газов чугунного экономайзера с поверхностью нагрева 646 м².

Для сжигания каменных и бурых углей под котлом устанавливается механическая топка ТЧЗ-2,7/5.6. Активная площадь зеркала горения равна 13,4 м². Решетка приводится в движение при. Помощи привода ПТ-1200, обеспечивающего 8 ступеней регулирования скорости движения в приделах 2,8 - 17,6 м/ч. Дутьевой короб под решеткой разделен на четыре воздушные зоны. Подача воздуха регулируется при помощи поворотных заслонок на воздуховодах. Котельная установка оборудована системой возврата уноса и острого дутья. Выпадающий в конвективном пучке унос оседает в четырех зольниках и возвращается в топочную камеру для дожигания при помощи воздушных эжекторов по прямым трубкам d76мм через заднюю стенку, восемь сопл острого дутья d2 мм расположены в задней стенке топки на высоте 1400мм от решетки.

 

1.7.1. Исходные данные и выбор коэффициента избытка воздуха

Ведем расчет котлоагрегата применительно к условиям проектируемого объекта: уголь марки ГР со следующими характеристиками

С^Р=55,2%, Н^Р=3,8%, О^Р=5,8%, W^Р=1,0%, S^Р=3,2%, А^Р=23%, N^P=8%, Q^P_H=22040КДж/кг, V^Г=40%,

Величины коэффициента избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева определяем последовательно

a_n=a_i+Da                                                                                                                            (1.3)

где a_i - коэффициент избытка воздуха предыдущего газохода

Da - нормативный присос воздуха

 

Таблица 1.6

Коэффициенты избытка воздуха

№ п/п	Газоход	Коэффициент избытка воздуха за топкой.	Da	an
1	Топка	1,35	0,1	1,35
2	Конвективный пучок		0,1	1,45
3	Воздухоподогреватель		0,08	1,53
4	Водяной экономайзер		0,1	1,63

 

 

1.7.2. Расчет обьемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

 

Расчет теоретического объема воздуха

V₀=0,0889*(С^р+0,375*S^р_огр+к)+0,265*Н^р-0,0333*О^р

V₀=0,0889*(55,2+0,375*3,2)+0,265*3,8-0,0333*5*8=5,83 м³/кг

Расчет теоретических обьемов продуктов сгорания при a=1 м³/кг

V^O_RO2=1,866*(C^P+0,375S^р_огр+к)/100=1,866*(55,2+0,375*3,2)/100=1,0524

V^O_NO2=0,79*V°+0,08*N^p=0,79*5,83+0,008*1=4,612

V^O_H2O=0,111Н^Р+0,0124W^Р+0,0161V⁰=0,111*3,8+0,0124*8+0,0161*5,83=0,6148

 

 

Таблица 1.7

Характеристики продуктов сгорания

№	Величина	Ед. изм.	Газоходы
1		3	4	5	6	7
1	Коэффициент избытка воздуха за топкой	aТ	1,35
2	Нормативный присос	Da	0,1	0,1	0,08	0,1
3	Коэффициент избытка воздуха за газоходом	an	1,35	1,45	1,53	1,63
4	Объем трехатомных газов. VRO2=V0RO2	м3/кг	1,0524	1,0524	1,0524	1,0524
5	Объем двухатомных газов. VN2=V0N2+0.0161*V0	-“-	6,943	7,526	8,109	8,285
6	Объем водяных паров VH2O=V0H2O+0,0161(a- -1)* V0	-“-	0,652	0,662	0,671	0,674
7	Суммарный объем дымовых газов  VГ=VRO2+VN2+VH2O	-“-	8,647	9,24	9,832	10,0114
8	Объемная доля трехатомных газов  rRO=VRO2/VГ	-“-	0,122	0,114	0,107	0,105
9	Объемная доля водяных паров rH2O=VH20/VГ	-“-	0,197	0,186	0,176	0,077
10	Концентрация золы в дымовых газах, m=Ар*aун/100*Vг	-“-	3,99	3,73	3,51	3,29

 

 

Таблица 1.8

Энтальпии теоретического объема воздуха и продуктов сгорания топлива, КДж/кг

J, °С	I0=(ctв)*V0	I0RO2=(cJ)RO2* *V0RO2	I0N2=(cJ)N2*V0N2	I0H2O=(cJ)H2O* *V0H2O	I0S
1	2	3	4	5	6
30	39*5,83=227,2
100	132*5,83=769,3	169*0,054= 187,13	4,62*130= 600,6	151*0,616= 92,87	871,596
200	286*5,83=1550,3	357*1,05= 376,3	260*4,62= 1201,2	304*0,615= 186,96	1764,44
300	403* …=2348,68	559* … 589,10	392*…1811,04	463*…284,75	2674
400	542*…=3158,76	772*…=813,69	527*…=2434,74	626*…=384,99	3633,42
500	664*…=3986,35	996*…=1049,78	664*…=3067,68	794*…=488,31	4605,89
600	830*…=4837,24	1222*…= 1287,99	804*…=3714,48	967*…=594,71	5597,18
700	979*…=5705,61	1461*…= 1539,89	946*…=4370,52	1147*…=705,41	6615,82
800	1130*…=6585,64	1704*…= 1796,02	1093*…= 5049,66	1335*…=821,03	766,71
900	1281*…=7465,67	1951*…= 2056,35	1243*…= 5742,66	1524*…=937,26	8736,27
1000	1436*…=8369,01	2202*…= 2320,91	1394*…= 6440,26	1725*…= 1060,86	9822,05
1200	1754*…=10222,31	2717*…= 2863,72	1695*…= 7890,9	2131*…= 1310,57	12005,19
1400	2076*…=12098,9	3240*…= 3414,96	2009*…= 9281,58	2558*…= 1573,17	14269,71
1600	2403*…=14004,66	3767*…= 3970,42	2323*…= 10792,28	3001*…= 1845,62	16548,3
1800	2729*…=15904,61	4303*…= 4535,36	2648*…= 12206,04	3458*…= 2126,67	18868,07
2000	3064*…=17856,9	4843*…= 5104,52	2964*…= 13963,68	3926*…= 8414,49	21212,69

Таблица 1.9

Энтальпия продуктов сгорания в газоходах

J, °С	I0в, КДж/кг	I0г, КДж/кг	Газоходы и коэф-ты избытка воздуха
			aТ=1,35	akr=1,45	aэк=1,53	aвп=1,63
			Iг	Iг	Iг	Iг
1	2	3	4	5	6	7
30	227,2
100		871,596			1007,9	1015
200		1764,44			1900,76	1964
300		2674,98			2811,3	2870
400		3633,42		3747,02	3754
500		4605,89		4719,49
600		5597,18		5710,49
700		6615,82		6729,42
800		7666,71		7780,31
900		8736,37		8849,87
1000		9822,05	9912,93	9935,65
1200		12005,19	12096,07
1400		14289,71	14360,59
1600		16548,3	16639,18
1800		18868,07	18958,95
2000		21212,69	21303,57
2200		23557,3	23648

 

Расчет теплового балнса котлоагрегата выполнен в табл. 1.10, а поверочный расчет поверхностей нагрева котлоагрегата приведен в табл. 1.11.

На основе результатов табл. 1.9 построена I-d- диаграмма продуктов сгорания, которая представлена на рис. 1.2.

 

 

Таблица 1.10

Расчет теплового баланса теплового агрегата

Наименование	Обозначения	Расчетная ф-ла, способ опр.	Единицы измерения	Расчет
1	2	3	4	5
Распологаемая теплота	Qpp	Qpp=Qpн	КДж/Кг	22040
Потеря теплоты от мех. неполн. сгорания	q3	по табл. 4.4 [4]	%	0,8
Потеря теплоты от мех. неполноты сгорания	q4	по табл. 4.4 [4]	%	5
Т-ра уходящих газов	Jух	исх.данные	oC	135
Энтальпия уходящих газов	Iух	по табл. 1.9	КДж/Кг	1320
Т-ра воздуха в котельной	tхв	по выбору	oC	30
Энтальпия воздуха в котельной	I0хв	по табл. 1.8	КДж/Кг	227,2
Потеря теплоты с уход. газами	q2		%	(1320-1,63x227)* *(100-5)/(22040)= =6,25
Потеря теплоты от нар. охлажден.	q5	по рис 3.1 [4]	%	3,8
Потеря с физ. теплом шлаков	q6	ашл*Iз*Ар/Qрн	%	0,15*1206* *23/22040=0,19
Сумма тепл. Потерь	Sq		%	6,25+0,8+5+3,8+ +0,19=16,04
КПД катлоагрегата	h	100-SQ	%	100-16,04=83,96
Коэф. Сохранения теплоты	j	1-q5/(h+ q5)		1-3,8/(83,96+3,8)= =0,957
Производительность агрегата по пару	D	по заданию	Кг/с	25/3,6=6,94
Давление раб. тела	P	по заданию	МПа	1,4
Т-ра рабочего тела	tнп	по заданию	oC	195
Т-ра питательн. воды	tпв	по заданию	oC	104
Удельная энтальпия р.т.	iнп	по табл.vi-7[4]	КДж/Кг	2788,4
Удельная энт. питат. воды	iпв	по табл.vi-7[4]	КДж/Кг	439,4
Значение продувки	n	по задан.	%	4,8
Полезно исп. теплота вагрегате	Q1	D*(iнп-iпв)+n* *D(Iкв-Iнп)	кВт	Q=6,94*(2788,4-439,4)+0,048*6,94*(830-439,4)= =16432,3
Полный расход топлива	В	Q1/hQрр	Кг/с	16432,3/0,8396* *22040=0,88
Расчетный расход	Вр	В*(1-q4/100)	Кг/с	0,88*(1-5/100)= =0,836

Таблица 1.11

Тепловой расчет котлоагрегата КЕ-25-14с

 

№	Наименование	Обозначение	Расчетная формула или способ определения	Ед. изм.		Расчет
1	2	3	4	5		6
	Поверочный теплообмен в топке
1.	Температура холодного воздуха	tв		oC		30
2.	Энтальпия холодного воздуха	Iхв	табл. 1.10	КДж/Кг		227,2
3.	Температура воздуха после воздухоподогревателя	tгв	принимается	oC		120
4.	Энтальпия воздуха после воздухоподогревателя	Iгв	диаграма	КДж/кг		925,5
5.	Количество теплоты вносимое в топку воздухом	Qв	Iг.в.(aт-1)+ I°х.в.*Daт	КДж/кг		925,5*(1,35-1,0)+227,2*0,1=346,6
6.	Полезное тепловыделение в топке	Qт	Qрр(100-q4-q3-q5)/(100-q4)+Qв	КДж/кг		22040*(100-0,8-5,0-3,8)/(100-5)+346,6=22126,4
7.	Адиабатическая температура горения	tа	табл. 1.9	oC		2170
8.	Температура газов на выходе	J	по предварительному выбору табл. 5-3[4]	oC		1050
9.	Энтальпия газов на выходе	Iт	табл. 1.9	КДж/Кг		10458,7
10.	Площадь зеркала горения	R	по чертежу	м2		13,4
11.	Суммарная поверхность стен	Fст	по чертежу	м2		115,2
12.	Диаметр экранных труб	dнб	по чертежу	мм		51*2,5
13.	Шаг труб экранов: боковых и фронтового заднего	S1 S2	по чертежу по чертежу	мм мм		55 100
14.	Эффективная лучевоспри-нимающая поверхность топки	Нлп	по чертежу	м2		92,1
15.	Объем топочной камеры	Vт	по чертежу	м3		61,67
16.	Степень экранирования топки	Y	Нэкр/Fст	-		0,8
17.	Толщина излучающего слоя	Sт	3,6*Vт/Fст	м		3,6*61,67/115,2=1,93
18.	Относительное положение максимальных температур по высоте топки	X	стр. 28[4]			0,3
19.	Параметр учитывающий распре-деление температуры в топке	М	0,59-0,5*Xт			0,59-0,5*0,3=0,44
20.	Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания	Vгс*ср		КДж/Кг		(22040-10458,7)/(2170-1050)=11,35
21.	Объемная доля: водяных паров                 трехатомных газов	гH20 гRO2	табл. 1.7 табл. 1.7			0,075 0,122
22.	Суммарная объемная доля трехатомных газов	гn	ГH20+ ГRO2			0,197
23.	Произведение	P*гn*Sт		м*МПа		0,1*0,197*1,93=0,036
24.	Степень черноты факела	А	рис. 5-4[4]			0,28
25.	Коэффициенты ослабления лучей: 3-х атомных газов золовыми частицами частицами кокса	kг kз kкокс	рис. 5-5 [4] рис. 5-6 [4] стр. 31 [4]	1/(м*Мпа)		7,2 0,048 10
26.	Безразмерные параметры: X1 X2	X1 X2	стр. 31 [4]	- -		0,5 0,03
27.	Коэффициенты ослабления лучей топочной средой	kг*гn		1/(м*Мпа)		7,2*0,197+0,04*3,99+10*0,5*0,03==1,77
28.	Суммарная сила поглощения топочного объема	kps				1,77*0,1*1,93=0,327
29.	Степень черноты топки	ат	рис. 5-3 [4]			0,57
30.	Коэффициент тепловой эффективности	Yср	S*Hтл/Fст				0,6*92,1/115,2=0,48
31.	Параметр	r	R/Fст		-		13,4/115,2=0,12
32.	Тепловая нагрузка стен топки	Qт	Вр*Qт/Fст		кВт/м2		0,836*22040/115,2=159,9
33.	Температура газов на выходе из топки	J’’т	рис. 5-7 [4]		оС		1050
34.	Энтальпия газов на выходе из топки	I’’т	IJ - диаграмма		кДж/кг		10458,7
35.	Общее тепловосприятие топки	Qт	j(Qт- I’’т)		кДж/кг		0,96*(22126,4-10458,7)=11202,9
1	2	3	4		5		6
	Расчет конвективного пучка
1.	Температура газа перед газоходом	J’кг	из расчета топки		оС		1050
2.	Энтальпия газа перед газаходом	I’кг	из расчета топки		кДж/кг		10458,7
3.	Температура газа за газоходом	J’’кп	принимается		оС		400
4.	Энтальпия газа за газаходом	I’’кп	диаграмма		кДж/кг		3747
5.	Диаметр труб шаг поперечный шаг продольный	dн*d S1 S2	из чертежа		мм мм мм		51*2,5 110 95
6.	Число труб поперек движения газа	Z1	из чертежа		шт		22
7.	Число труб вдоль потока газа	Z2	из чертежа		шт		55
8.	Поверхность нагрева	Hкп	из чертежа		м2		417,8
9.	Ширина газохода	B	из чертежа		м		2,32
10.	Высота газохода	h	из чертежа		м		2,4
11.	Живое сечение для прохода газов	F	b*h-Z*dн*е		м2		2,32*2,4-22*2,5*0,051=2,763
12.	Толщина излучающего слоя	Sкп	0,9*dн*(4*S1*S2/(3,14*d2н)-1)		м		0,9*0,051*(4*0,11*0,095/(3,14*0,05)-1)=0,189
13.	Тепловосприятие по уравнению теплового баланса	Qбкп	j*(I’-I’’+Daкп*Iхв)		кДж/кг		0,96*(10458,7-3747+0,1*227,2=7063,1
14.	Температурный напор в начале газохода	Dtб	J’кп-tнп		оС		1050-195=855
15.	Температурный напор в конце газохода	Dtм	J’’-tнп		оС		400-195=205
16.	Средний температурный напор	Dt	(Dtб-Dtм)/Ln(Dtб/Dtм)		оС		(855-195)/Ln(855/195)=459,2
17.	Средняя температура газов в газоходе	Jср	0,5*(J’+J’’)		оС		0,5*(1050+400)=725
18.	Средняя скорость газов в газоходе	w	Вр*Vг*(Jср+273)/(Fг*273)		м/с		0,836*9,24*(725+273)/(2763*273)= =9,74
19.	Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке	aк	рис. 6-6 [4]		Вт м2*оС		63*1*0,925*0,95=58,45
20.	Объемная доля водяных паров	ГH2O	табл. 1.8		-		0,072
1	2	3	4		5		6
21.	Суммарная объемная доля 3-х атомных газов	ГRO2	табл. 1.8		-		0,186
22.	Суммарная поглощающая способность 3-х атомных газов		p*Гn*Sкп		м/МПа		0,1*0,186*0,189=0,0033
23.	Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами	kг	рис. 5-5 [4]		1/(м*МПа)		29,0
24.	Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока		kг*Гп*P*Sт				29*0,186*0,1*0,189=0,1
25.	Степень черноты газов	а	рис. 5-4 [4]				0,095
26.	Температура загрязненной стенки	tз			оС		195+60=255
27.	Коэффициент теплоотдачи излучением	a1	рис. 6-12 [4]		Вт/ (м2*оС)		9,36
28.	Коэффициент использования	ò	0,9¸0,95				0,93
29.	Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке	a1	ò(aк-aл)		Вт/ (м2*оС)		0,93*(58,95+9,36)=63,53
30.	Коэффициент тепловой эффективности	y	табл. 6-2				0,6
31.	Коэффициент теплопередачи	К	y*a1		Вт/ (м2*оС)		0,6*63,53=38,5
32.	Тепловосприятие пучка	Qткп	К*Н*Dt/Вр*103		КДж/кг		38,5*417,8*459,15/(0,836*103)=7907
33.	Расхождение величин	DН	(Qткп-Qбкп)/Qткп*100%		%		(7907-7663,1)/7907*100=3,1
	Расчет воздухоподогревателя
1.	Температура газов на входе в воздухонагреватель	J’вп	из расчета конвективного пучка		оС		400
2.	Энтальпия газов на входе в воздухонагреватель	I’вп	из расчета конвективного пучка		КДж/кг		3747
3.	Температура газов на выходе из воздухонагревателя	J’’вп	по предварительному выбору		оС		270
4.	Энтальпия газов на выходе из воздухонагревателя	I’’вп	IJ - диаграмма		КДж/кг		2538
5.	Температура холодного воздуха	tх*в			оС		30
6.	Тепловосприятие по балансу	Qбвп	j(I’-I’’+Da*I*L)		КДж/кг		0,95*(3747-2538+0,08*227,2)=828,7
1	2	3	4		5		6
7.	Температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя	tгв	по предварительному выбору		оС		120
8.	Энтальпия воздуха на выходе из воздухоподогревателя	Iгв	диаграмма		КДж/кг		925,5
9.	Тип воздухоподогревателя		Прил. 1 [1]				Тип Ш, площадь поверхности нагрева 166
10.	Диаметр труб	dн	Прил. 1 [1]		мм		40*1,5
11.	Относительный шаг поперечный продольный	S1 S2	Прил. IV				1,5 2,1
12.	Отношение	r’	aвп-Daвп				1,35-0,1=1,25
13.	Энтальпия воздуха на выходе из воздухоподогревателя	I’’вп	Qбвп/(r’+Da/2)+I0вх		КДж/кг		828,7/(1,25+0,08/2)+227,3=869,7
14.	Температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя Полученная температура горячего воздуха t=115оС, отличается от выбранной t=120оС на 5оС, что находится в норме	t’’вп	по IJ - таблице		оС		115
15.	Средняя температура газов	Jср	0,5*(J’+J’’)		оС		0,5*(400+270)=335
16.	Средняя температура воздуха	tср	0,5*(t’+t’’)		оС		0,5*(115+30)=72,5
17.	Средняя скорость воздуха	wв	6¸8		м/с		8
18.	Средняя скорость газов	wг	12¸16		м/с		12
19.	Большая разность температур	Dtб	J’-t’’		оС		400-115=285
20.	Меньшая разность температур	Dtм	J’’-t’		оС		270-30=240
21.	Средний температурный напор	Dt	(Dtб-Dtм)/Ln(Dtб/Dtм)		оС		(285-240)/Ln(285/240)=262
22.	Секундный расход газа	V’г	Вр*Vг*(Jср+273)/273		м3/с		0,836*9,832*(335-273)/273=18,3
23.	Секундный расход воздуха	V’в	Вр*Vв*(J’ср+273)/273		м3/с		0,836*8,162*(725-273)/273=8,63
24.	Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны	aк	рис. 6-5 [4]		Вт/ (м2*оС)		72*0,9*0,88*1,02=62,7
25.	Коэффициент теплоотдачи от газов с стенке	aл	рис. 6-7 [4]		Вт/ (м2*оС)		35*1,03*1,02=36,8

 

 

1	2	3	4	5	6
26.	Коэффициент использования воздухоподогревателя	ò	табл. 6-3		0,7
27.	Коэффициент теплопередачи	К	ò*(aк*aл)/ (aк-aл)	Вт/ (м2*оС)	0,7*(62,7*36,8)/(62,7-36,8)=16,2
28.	Тепловосприятие по уравнению теплообмена	Qтвп	К*Н*Dt/(Вр*103)	КДж/кг	16,2*262*166/(0,836*103)=842,7
29.	Расхождение	DQ		%	100*(842,7-828,7)/842=1,6% 2%
	Расчет водяного экономайзера
1.	Температура газов перед экономайзером	J’эк	из расчета воздухоподогревателя	оС	270
2.	Энтальпия газов перед экономайзером	I’эк	из расчета воздухоподогревателя	КДж/кг	2538
3.	Температура газов за экономайзером	J’’эк	принимаем	оС	135
4.	Энтальпия газов за экономайзером	I’’эк	диаграмма	КДж/кг	1320
5.	Тепловосприятие экономайзера	Qбэк	j(I’-I’’+a*I*L)	КДж/кг	0,96*(2538-1320+0,1*277,4)=1241
6.	Температура питательной воды	tпв	по заданию	оС	104
7.	Энтальпия питательной воды	Iпв	по заданию	КДж/кг	439,2
8.	Энтальпия воды за экономайзером	Iэк	Iпв+Qбэк*Вр/D	КДж/кг	439,2+1241*0,876/6,94=568,5
9.	Тип экономайзера		прил. V1 [4]		ЭП-646
10.	Температура воды за экономайзером	t’’в	табл. V1-6 [4]	оС	136
11.	Большая разность температур	Dtб	J’-t’’в	оС	270-135=134
12.	Меньшая разность температур	Dtм	J’’-tпв	оС	135-100=35
13.	Средний температурный напор	Dt	(Dtб-Dtм)/Ln(Dtб/Dtм)	оС	(134-35)/Ln(134/35)=62,8
14.	Средняя температура газов	Jср	0,5*(J’+J’’)	оС	0,5*(270+135)=202,5
15.	Длина труы	L	табл. 1V-2 [4]	м	2
16.	Средняя скорость газов	w	принимается 6¸12	м/с	11
17.	Секундный расход газов	Vсек	Вр*Vг*(Jср+273)/273	м3/с	0,836*10,011*(202+273)/273=14,24
1	2	3	4	5	6
18.	Живое сечение всего экономайзера	¦	Vсек/wэк	м2	14,24/8=1,78
19.	Коэффициент теплопередачи	k	рис. 6-4 [4]	Вт/ (м2*оС)	25,8
20.	Типовая поверхность нагрева экономайзера	Нэк	табл.1У-2 [4]	М2	646
21.	Расчетная поверхность нагрева экономайзера	Нэк	Q*Вр*103/(К*Dt)	м2	1241*0,816*103/(62,8*25,8)=640
22.	Тепловосприятие ступени по уравнению теплообмена	Qт	К*Н*Dt/(Вр*10-3)	КДж/кг	25,8*646*62,8/(0,836*103)=1252
23.	Расхождение			%	(1252-1241)/1252*100=0,0882%
			Расчет окончен

 

 

Таблица 1.12

Сводная таблица теплового расчета котлоагрегата КЕ-25-14с

№	Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Расчетное значение
1	2	3	4	5
	Тепловой баланс
1.	Распологаемая теплота топлива	Qрр	КДж/Кг	22040
2.	Температура уходящих газов	Jух	oC	135
3.	Потеря теплоты с уходящими газами	q2	%	6,25
4.	К.П.Д.	h	%	83,96
5.	Расход топлива	Bр	Кг/с	0,836
	Топка
1.	Температура воздуха	tв	oC	120
2.	Теплота, вносимая воздухом	Qв	КДж/Кг	346,6
3.	Полезное тепловыделение	Qт	КДж/Кг	22126,4
4.	Температура газов на выходе	Jт	oC	1050
5.	Энтальпия газов на выходе	Iт	КДж/Кг	10458,7
6.	Тепловосприятие	Qт	КДж/Кг	11202,9
	Конвективный пучок
1.	Температура газов: на входе на выходе	J’ J’’	oC oC	1050 400
2.	Энтальпия газов: на входе на выходе	I’ I’’	КДж/Кг КДж/Кг	104587 3747
3.	Тепловосприятие поверхности нагрева	Qбкп	КДж/Кг	7663,1
	Воздухоподогреватель
1.	Температура газов: на входе на выходе	J’ J’’	oC oC	400 270
2.	Энтальпия газов: на входе на выходе	I’ I’’	КДж/Кг КДж/Кг	3747 2538
3.	Температура воздуха: на входе на выходе	t’в t’’в	oC oC	30 115
4.	Энтальпия воздуха: на входе на выходе		КДж/Кг КДж/Кг	227,2 869,7
5.	Тепловосприятие поверхности нагрева	Qбвп	КДж/Кг	828,7
	Экономайзер
1.	Температура газов: на входе на выходе	J’ J’’	oC oC	270 135
2.	Энтальпия газов: на входе на выходе	I’ I’’	КДж/Кг КДж/Кг	2538 1320
3.	Тепловосприятие поверхности нагрева	Qбэк	КДж/Кг	1241

 

Расчетная невязка теплового баланса парогенератора, КДЖ/кг

Q=Q^р_р*h-(Q^т_л+Q_кп+Q_эк)*(1-Q₄/100)

Q = 22040*0,8396-(11202,9+7663,1+1241)*(1-5/100)=59,7

Q/Q^р_р = 59,7/22040*100 = 0,27% 0,5%

 

1.8. АЭРОДИНАМИЧЁСКИЙ РАСЧЕТ

ТЯГОДУТЬЕВОГО ТРАКТА

 

В условиях проектируемого объекта каждый котлоагрегат должен иметь свой дутьевой вентилятор и дымосос. Основными параметрами тягодутьевых машин являются их производительность и создаваемый напор. Дымососы и вентиляторы поставляются комплектно к котлоагрегату. Нам необходимо произвести аэродинамический расчет тягодутьевого тракта и определиться: достаточно ли будет рабочих давлений вентилятора и дымососа для преодаления аэродинамических сопротивлении тракта.

В этом расчете определяются также сечения воздуховодов и газоходов. Аксонометрические схемы дутьевого тракта и тракта для удаления продуктов сгорания представлены на рис. 1.3 и рис. 1.4.

Схема дутьевого тракта

 

Рис. 1.3.

1-вентилятор, 2-воздухозаборник, 3-воздухоподогреватель, 4-зоны дутья

 

Схема тракта для продуктов сгорания

 

рис.1.4.

 

1-дымосос, 2-котлоагрегат, 3-воздухоподогреватель, 4-экономайзер,

5-циклон, 6-дымовая труба

 

 

1.8.1. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ДУТЬЕВОГО ТРАКТА

1. Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, м³/с.

 V_в =V^o*В_р*a_т*(t_в+273)/273=5,83*0,836*1,35*(115+273)/273=9,35

где В_р - расчетный расход топлива. В_р=0,836 кг/с - из теплового расчета

V^o - теоретический расход воздуха для сгорания 1кг топлива

V^o=5,83 м³/кг - из теплового расчета

a_т - коэффициент избытка воздуха в топке, a_т=1,35

2. Скорость воздуха по тракту, м/с

w=10 (принимаем)

3. Сечение главного тракта, м²

F=V_в/w_в=9,35/10 = 0,935 ахв=0,95*0,95

4. Сечение рукавов к дутьевым зонам, м²

f ^‘=f /4 =0,935/4=0,234 ахв=0,4*0,6

5. Плотность воздуха при данной температуре, кг/м³

r_в=r^о_в*273/(273+115)=1,293*273/(273+115)=0,91

6. Сумма коэффициент местных сопротивлений по тракту воздуха:

патрубок забора воздуха ¦=0,2; плавный поворот на 90°(5 шт.) ¦=0,25*5=1,25; резкий поворот на 90° ¦=l,l; поворот через короб f =2, направляющий аппарат ¦=0,1; диффузор ¦=0,1; тройник на проход - 3 шт. ¦=0,35*3=1,05

S¦=5,8

7. Потеря давления на местные сопротивления, Па

Dh_ме=S¦*w/2*r = 5,8*10²/2*0,91=263,9

8. Сопротивление воздухоподогревателя, Па

Dh_вп=400

9. Аэродинамическое сопротивление топочного оборудования, Па

Dh_то=500

10. Полное аэродинамическое сопротивление воздушного тракта, Па

Dh_в=Dh_ме+Dh_вп+Dh_то=263,9+400+500=1163,9

11. Производительность вентилятора, м³/с (м³/ч)

Q_в=1,1*V_в=1,1*9,35=10,285 (37026) кг/с (м³/ч)

12. Полный напор вентилятора, Па

Н_в=1,2*Dh_в=1,2*1163,9=1396,68

 

13. Тип и маркировка вентилятора выбирается из табл. 1.4.1 [3]. Принимаем дутьевой вентилятор ВДН-12,5 с характеристиками: производительность 39,10 тыс. м³/ч; полное давление 5,32 кПа, максимальный К.П.Д. 83%, мощность электродвигателя А02-92-4

N=100 кВт.

 

1.8.2. АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

ТРАКТА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

 

1. Действительное количесгво продуктов сгорания, м³/с

Vr=V_п*В_р=l0,0ll*0,836=8,37

где V_п - суммарный объем продуктов сгорания 1кг топлива = 10,011м³/кг(табл.1.7)

2. Температура продуктов сгорания за экономайзером, ^oC

J_ух=135 ^oC (табл.1.10)

3. Объем продуктов сгорания перед дымососом, м³/с

V^д_г= V_г *(273+J_ух)/273=8,37*(273+135)/273=12,51

4. Плотность пропуктов сгорания при соответствующих температурах, кг/м³

       r=273/(273+J_i)

- перед дымососом r_д=1,34*273/(273+132)=0,897

- перед дымовой трубой r_дт=1,34*273/(273+132)=0,903

5. Средняя скорость продуктов сгорания по тракту, м/с

w= 10 (принимается)

6. Сечение газоходов, м²

F=12,51/10=1,25  ахв=1,1*1,1

7. Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

- плавный поворот на 90°(2 шт.) ¦=7*0,25=1,75; поворот на 90° через короб ¦=2; направляющий аппарат ¦=0,1; диффузор ¦=0,1; поворот на 135°(3шт.) ¦=3*1,5=4,5; тройник на проход ¦=0,35; выход в дымовую трубу ¦=1,1

S¦ =9.9

8. Потери напора в местных сопротивлениях, Па

Dh_ме=S¦*w/2*r=9,9*10²/2*0.9 =445,5

9. Высота дымовой трубы, м

H=8О

 

 

10. Скорость газов в дымовой трубе, м/с

w_д=16

11. Внутренний диаметр устья трубы, м

       d_у=SQRT(12,51*2*4/(3,14*16))=2

12. Диаметр основания трубы, м

d_осн=d_у+0,02*H_тр=2+0,02*80=3,6

13. Средний диаметр трубы, м

       d_ср=d_у+d_осн=(2+3,6)/2=2,8

14. Потеря напора на трение в дымовой трубе, Пa

       Dh_тр=¦*H/d_ср*w²/2*r=0,02*80/2,80*16²/2*0,903=92,47

15. Сопротивление котлоагрегата, Па

Dh_к=1227

16. Самотяга в дымовой трубе, Па

Dh_сам=H*(r_в-r_г)*g=80(l,16-0,903)*9,8l=20l,7

17. Полное аэродинэмическое сопротивление тракта продуктов сгорания, Па

Dh=Dh_мс+Dh_тр+Dh_к-Dh_сам=445,5+92, 47+1227-201,7=1563,27

18. Расчетная производительность дымососа, м³/с (М³/2)

Q_д=1,1*V^г_д=1,1*12,51=13,81 (49702)

19. Расчетный напор дымососа, Па

H_д=l,2*Dh=1,2*1563,27=1876

20. Тип и маркировка дымососа выбирается по табл. 14.4 [3]. Принимаем к установке дымосос ДН-15 с характеристиками: производительность 50 тыс. м³/ч; полное давление 2,26 кПа; максимальный К.П.Д. 82%; мощность электродвигателя А02-92-6 N= 75 кВт.

 

 

СПЕЦЧАСТЬ

 

РАЗРАБОТКА БЛОЧНОЙ СИСТЕМЫ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ

       В связи с реконструкцией котельной, которая заключается в переводе паровых котлоагрегатов КЕ-25 с производственного назначения на отопительно-производственное назначение, водогрейные котлы ТВГ-3 консервируются, а для получения тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение административно-бытовых зданий шахтоуправлеия и жилых домов поселка шахты «Кочегарка» в специальной части дипломного проекта разрабатывается блочная система подогревателей сетевой воды на отопление и подогревателей горячего водоснабжения, состаящая из пароводяных и водоводяных теплообменников.

Надежность работы поверхностей нагрева котельных агрегатов и систем теплоснабжения зависит от качества питательной и подпиточной воды.

Основной задачей подготовки воды в котельных является борьба с коррозией и накипью. Коррозия поверхностей нагрева котлов подогревателей и трубопроводов тепловых сетей вызывается кислородом и углекислотой, которые проникают в систему вместе с питательной и подпиточной водой.

Качество питательной воды для паровых водотрубных котлов с рабочим давлением 1,4МПа в соответствии с нормативными документами должно быть следующим:

- общая жесткость 0,02мг.экв/л,

- растворенный кислород 0,03мг/л,

- свободная углекислота - отсутствие.

При выборе схем обработки воды и при эксплуатации паровых котлов качество котловой (продувочной) воды нормируют по общему солесодержанию (сухому остатку): величина его обуславливается конструкцией сепарационных устройств, которыми оборудован котел, и устанавливается заводом изготовителем. Солесодержание котловой воды для котлов КЕ-25-14с не должно превышать 3000 мг/л.

 

2. 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Источником водоснабжения котельной служит канал Северский Донец-Донбасс. Вода поступает в котельную с t=5°С в зимний период.

Исходная вода имеет следующий состав, который представлен в таблице 2.1.

 

 

Таблица 2.1.

Анализ исходной воды

		Обозна	Единица измерения
№	Наименование	чение	мг.экв/л	мг/л
1.	Сухой остаток	Cв	-	1017
2.	Жесткость общая	Жо	8,6	-
3.	Жесткость карбонатная	Жк	4,0	-
4. 5. 6.	Катионы:   кальций                    магний                    натрий	Ca2+ Mg2+ Na+	4,8 3,8 1,16	96,2 46,2 32,6
7.	Сумма катионов	Кат	9,76	175
8. 9. 10.	Анионы:   хлориды            сульфаты                   бикарбонаты	Cl SO42- HCO3-	- - -	124 390 -
11.	Сумма анионов	АН	-	-
12.	Pн=7,5

 

2.2. ВЫБОР СХЕМЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДЫ

Выбор схемы обработки воды для паровых котлов проводится по трем основным показателям:

- величине продувки котлов;

- относительной щелочности котловой воды;

- по содержанию углекислоты в паре.

Сначала проверяется, допустима ли наиболее простая схема обработки воды натрий катионирования по этим показателям.

Продувка котлов по сухому остатку, % определяется по формуле

Р_п=(С_х*П_к*100)/(С_к.в*x*П_к)=1072*0,123/(3000-1072*0,123)*100=4,6%

где С_x - сухой остаток химически очищенной воды, мг/л,

C_x=С_в+2,96Н-10,84Н=1017+2,96*4,8+10,84*3,8=1072 мг/л

Пк - суммарные потери пара; в долях паропроизводительности котельной

С_к.в - сухой остаток котловой воды, принимается по данным завода изготовителя котлов

Относительная щелочность котловой воды равна относительной щелочности химически обработанной воды, %, определяется по формуле

Щ’=40*Ж_к*100=40*4*100/1072=14,9% < 20%

где 40 - эквивалент Щ мг/л

 

Щ_i- щелочность химически обработанной воды, мг.экв/л, принимается для метода Na -катионирования, равной щелочности исходной воды (карбонатной жесткости).

Количество углекислоты в паре определяется по формуле:

С_уг=22*Ж_к*a₀*(a'-a")=22*4,0*0,19(0,4+0,7)=18,39 мг/л

18,39мг/л < 20мг