2020-01-14
81
2.1. Расчетные характеристики рабочей массы дизельного топлива (исходные данные
для составления материального баланса).
Состав рабочей массы:
Ср = 86,3 %; Нр = 13,3 %; Np + Op = 0,1 %; Ар = 0,01 %; Wp = 0; Q = 42.700 кДж/кг;
Объем трехатомных газов: VRO2 = 1,866 × Ср / 100 = 1,61 м3 / кг;
Теоретически необходимый объем воздуха: VО=VO2 О / 0,21 = 2, 35 / 0,21 = 11,19 м3/кг;
VO2 О = 1,866 × Ср / 100 + 5,6 × Нр / 100 - Ор / 100 ×rО2 = 2, 35 м3 / кг;
rО2 = 1,44 кг/ м3 – плотность кислорода;
Теоретический объем азота: VN2 О = 0,79 × VО + Nр / 100 ×rN2 = 8, 84 м3 / кг;
Теоретический объем водяных паров:
VH2O О = 0,0124 (9 × Hр + WP + 0,0161 × VO + 1,24 Gпр ) = 1,66 м3 / кг;
Суммарный теоретический объем газов: Vг О = VRO2 + VN2 О + VH2O О = 12,11 м3 / кг;
Низшая теплота сгорания: QнР = 42.700 кДж / кг;
2.2. Материальный баланс процесса горения 1 кг топлива.
Марка топлива: ДТ марки “Л” по ГОСТ 305-82
Коэффициент избытка воздуха: a = 1,2;
Объем водяных паров (избыточный при a > 1): VH2O a = 0,0161 (a - 1) × VO = 0,036 м3 /кг;
Действительный объем водяных паров: VH2O = VH2O a + VH2O 0 = 1,696 м3 / кг;
|
|
|
Действительный суммарный объем дымовых газов: Vг =Vг 0 + (a - 1)× V0=14,35 м3/кг;
Объемные доли продуктов сгорания:
углекислого газа: rRO2 = VRO2 / Vг = 0,112;
водяных паров: rH2O = VH2O / Vг = 0,118;
суммарная для трехатомных газов: rп = rRO2 + rH2O = 0,23;
Давление в топке без наддува: P = 0,1 МПА;
Парциальные давления:
углекислого газа: PRO2 = P × rRO2 = 0,0112 Мпа;
водяных паров: PH2O = P × rH2O = 0,0118 Мпа;
суммарное для трехатомных газов: Pп = P × rп = 0,023 Мпа;
2.3. Определение энтальпии дымовых газов Iг, кДж/кг, в зависимости от их температуры.
Таблица 1
| t0 C | Iг 0, кДж/кг | Iв 0, кДж/кг | IH2O a, кДж/кг | Iг, кДж/кг |
| 100 | 1671.95 | 1477.08 | 5.436 | 1972.802 |
| 200 | 3377.81 | 2976.54 | 10.944 | 3984.062 |
| 300 | 5133.85 | 4509.57 | 16.668 | 6052.432 |
| 400 | 6940.76 | 6064.98 | 22.536 | 8176.292 |
| 500 | 8791.36 | 7653.96 | 28.584 | 10350.736 |
| 600 | 10680 | 9287.7 | 34.812 | 12572.35 |
| 700 | 12618.87 | 10955.01 | 41.292 | 14851.16 |
| 800 | 14621.66 | 12644.7 | 48.06 | 17198.66 |
| 900 | 16659.07 | 14334.39 | 54.864 | 19580.81 |
| 1000 | 18731.68 | 16068.84 | 62.1 | 22007.55 |
| 1100 | 20810.73 | 17848.05 | 69.336 | 24449.68 |
| 1200 | 22904.47 | 19627.26 | 76.716 | 26906.64 |
| 1300 | 25036.4 | 21406.47 | 84.384 | 29402.08 |
| 1400 | 27222.24 | 23320.44 | 92.088 | 31960.42 |
| 1500 | 29384.34 | 25054.41 | 100.044 | 34495.27 |
| 1600 | 31581.85 | 26889.57 | 108.036 | 37067.8 |
| 1700 | 33794.05 | 28713.54 | 116.172 | 39652.93 |
| 1800 | 36023.39 | 30537.51 | 124.488 | 42255.38 |
| 1900 | 38277.59 | 32417.43 | 132.768 | 44893.84 |
| 2000 | 40516.15 | 34286.16 | 141.336 | 47514.72 |
| 2100 | 42785.09 | 36166.08 | 149.796 | 50168.1 |
| 2200 | 45059.01 | 38034.81 | 158.364 | 52824.34 |
Строим диаграмму I – t: (на миллиметровой бумаге прилагается к данному дипломному проекту)
Расчеты велись по формулам:
Теоретические энтальпии дымовых газов Iг 0, кДж/кг:
|
|
|
Iг 0 = VRO2 × (ct)RO2 + VN2 0 × (ct)N2 + VH2O 0 × (ct)H2O;
Теоретические энтальпии избыточного воздуха Iв 0, кДж/кг:
Iв 0 = V0 × (ct)в;
Энтальпии водяных паров содержащихся в избыточном воздухе IH2O a, кДж/кг:
IH2O a = VH2O a (ct)в;
Энтальпии дымовых газов в зависимости от температуры Iг, кДж/кг:
Iг = Iг 0 + (a - 1) × Iв 0 + VH2O a;
2.4. Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива.
к.п.д. котла: hк = 81%
Тепловые потери:
от химической неполноты сгорания: q3 = 0,7 %;
в окружающую среду: q5 = 2,5 %;
с уходящими газами: q2 = 100 - (hк + q3 + q5) = 12 %;
Температура воздуха: tх.в. = 40 0С;
Количество теплоты вносимое воздухом в топку: Qх.в. = a × V0 × cх.в. × tх.в. = 708,35 кДж/ч;
Температуры топлива: tт = 40 0С;
Теплоемкость топлива: ст = 2,742 кДж/кг × К;
Коэффициент сохранения: j = (100 - q5) / 100 = 0,975
Количество теплоты, вносимое в топку топливом: Qт = ст × tт = 858,34 кДж/кг;
Энтальпия уходящих газов: Iух = q2 × Qн Р + Qх.в. + Qт = 6.690,69 кДж/кг;
Температура уходящих газов: tух = 300 ОС (из диаграммы I-t);
Полезное тепловыделение в топке: Qв.т. = Qн Р × (100 - q2) / 100 + Qх.в. + Qт = 43.967,79 кДж/кг;
Полная паропроизводительность: Dк = 0,44 кг/с;
Энтальпия влажного насыщенного пара: iп = 2749 кДж/кг;
Энтальпия питательной воды: iпв = 640 кДж/кг;
Расчетный расход топлива: В = Dк × (iп - iп.в.) / Qн Р × hк = 0,025 кг/с;
Испарительность топлива: u = Dк / В = 0,005 кг/с;
2.5. Определение основных элементов топки, характеризующих общую компоновку котла.
Тепловое напряжение топочного объема: qv = 1150 кВт / м2;
Объем топки: Vт = В × Qн Р / qv = 0,93 м2;
Расчетная длина топки: Lт = 0,91 м;
Площадь стенки топочного фронта: Fт.ф. = Vт / Lт = 1,02 м2;
Средняя длина парообразующих труб, освещенных излучением из топки:
пучка: lп = 1,61 м;
бокового экрана: lб.э. = 1,96 м;
Угловой коэффициент лучевоспринимающих труб: х = хп = хб.э. = 1;
Лучевоспринимающая поверхность нагрева: Нл = Lт × (lп + lб.э.) = 3,25 м2;
Полная площадь стен, ограничивающих топочный объем: Fст = Нл + 2 × Fт.ф. = 5,29 м2;
Степень экранирования топки: y = Нл / Fст = 0,614;
Эффективная толщина излучающего слоя: s = 3,6 × Vт / Fст = 0,632 м;
2.6. Расчет теплообмена в топке.
Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева:x=0,9;
Произведение: y × x = 0,553;
Тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева:
qл = В × Qв.т. / x × Нл = 369,74 кВТ / м2;
Теоретическая температура сгорания: tа = 1850 ОС или Та = 2123 К; (из диагр. I-t, т.к. Iа = Qв.т.)
Температура газов на выходе из топки: t’ з.т. = 950 ОС или Т’з.т. = 1223 К;
Энтальпия газов на выходе из топки: I’з.т. = 22.134 кДж/кг;
Коэффициент ослабления лучей топочной средой: k = 4,14 (Мпа × м) –1 (из номограммы);
Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания: kPs = 0,26 при (P = 0,1 Мпа);
Степень черноты факела: аф = 1 – е –kPs = 0,22;
Степень черноты топки: ат = 0,36 (из номограммы по аф y x);
Расчетная температура газов на выходе из топки: tз.т. = 1030 ОС;
Энтальпия газов на выходе из топки: Iз.т. = 23.986 кДж/кг;
Количество теплоты, переданной в топке: Qл = (Iа - Iз.т.) × j = 20.494,143 кДж/кг;
2.7. Расчет теплообмена в пучке парообразующих труб
Строение трубного пучка – шахматный
Наружный диаметр труб: d = 0,029 х 0, 0025 м;
Число рядов труб: Z2 = 8;
Поперечный шаг труб: S1 = 0,04 м;
Продольный шаг труб: S2 = 0,04 м;
Число труб в одном ряду: Z1 = LT / S1 = 0,91 / 0, 04 = 23 (округлено до целого);
Средняя расчетная длина труб: lп = 1,61 м (из эскиза);
Коэффициент учитывающий неравномерность омывания: x = 0,85;
Расчетная поверхность нагрева труб: Hп = П × d × lп × Z1 × Z2 - lп × LT = 25,5 м2;
|
|
|
Полная поверхность нагрева пучка: H = П × d × lп × Z1 × Z2 = 26,975 м2;
Площадь сечения для прохода газов: F = (LT - Z1 × d) × lп = 0,39 м2 ;
Эффективная толщина излучающего слоя: s = 0,9 × d × (4 / П × S1 / d × S2 / d –1)=0.065м;
Температура газов на выходе из топки: tз.т. = 950 0С;
Энтальпия газов на выходе из топки: Iз.т. = 23.986 кДж/кг;
Температура кипения воды при рабочем давлении: ts = 151,84 0С;
Температура газов на выходе из первого пучка: t’ п = 1330 ОС;
Энтальпия на выходе из первого пучка: I’п = 30.500 кДж/кг;
Средняя температура газового потока: t’ г = 0,5 × (tз.т. + t’ п ) = 1140 ОС или Т г=1413 К;
Расчетная средняя скорость газов: w = В × Vг / F × Тг / 273 = 4,76 м/сек;
Количество теплоты, отданное газами: Q’п = (Iз.т. - I’п) × j = 8.156 кДж/кг;
Коэффициент загрязнения: e = 0,039 (м2 × К) / Вт;
Температура наружного загрязнения стенки труб: tс.з. = ts + e × Q’п / Нп = 164,3 ОС;
Поправочные коэффициенты для определения aк: Сz = 0,96; Cs = 1,05; Cф = 0,98;
Коэффициент теплоотдачи конвекцией: aн = 42,5 Вт / (м2 × К) (из номограммы);
Коэффициент теплоотдачи конвекцией: aк = aн × Сz × Cs × Cф = 41,98 Вт / (м2 × К) (расчетный);
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами: к = 4,14 1/(МПа × м) (из номограммы);
Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания: кPs = 0.0069 (при P = 0,1 МПа);
Степень черноты газового потока: a = 0,96 (из номограммы);
Коэффициент, определяющий температурный режим: Cг = 0,98 (из графика);
Коэффициент теплоотдачи излучением: aн = 25,1 Вт / (м2 × К) (из номограммы);
Коэффициент теплоотдачи излучением: aл = aн × a × Cг = 23,5 Вт / (м2 × К) (расчетный);
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке: a1 = x × aк + aл = 59,183 Вт / (м2 × К);
Коэффициент теплопередачи: кп = a1 / (1+ x × a1) = 15,7 Вт / (м2 × К);
Разность температур теплообменивающихся сред: dtб = tз.т. - ts = 798,16 ОС (бо’льшая);
Разность температур теплообменивающихся сред: dtм = tп - ts = 1178,16 ОС (ме’ньшая);
Температурный напор: dtп = (dtб - dtм) / (2,3 × lg × dtб / dtм) = 976,95 ОС;
|
|
|
Количество теплоты воспринимаемое поверхностью нагрева:
Q”п = кп × Hп × dtп × (10-3 / В) = 6.445,87 кДж / кг;
Расчетное количество теплоты переданное в пучке: Qп = 7.300,935 кДж / кг;
Расчетная температура газов за пучком: tп = 1086 ОС;
Энтальпия газов за пучком: Iп = 24.940 кДж / кг (из диаграммы I – t);
2.8. Балланс по паропроизводительности и к.п.д.
Расход топлива: В = 0,025 кг / сек;
Низшая теплота сгорания топлива: QнР = 42.700 кДж / кг;
Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в топке: Qл =20.494,143 кДж/кг;
Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в парообразующем пучке:
Qп = 7.300,935 кДж / кг;
Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в сумме:
åQк = Qл + Qп = 27.795,078 кДж / кг;
Энтальпия влажного насыщенного пара: iп = 2749 кДж/кг;
Энтальпия питательной воды: iпв = 640 кДж/кг;
Испарительность топлива: u = åQк / (iп - iп.в. ) = 16,8 кг / кг;
Паропроизводительность: Dк = u × В = 0,42 кг / сек;
К.п.д.: hк = (åQк / QнР) × 100 = 85 %;
