Тепловой расчет котла КЕ 6.5-13

Министерство высшего и средне специального образования
Республики Узбекистан
Ташкентский Архитектурно – строительный Институт
Факультет Инфраструктуры Инженерного Строительства
по дисциплине:
«Теплогенерирующие установки»
на тему:
Тепловой расчет котла КЕ 6.5-13
Выполнила:
студентка гр.6а-08(ИК)
Саттарова А.
Проверил:
Мамажанов Т.М.
Тошкент – 2012г.
Министерство высшего и средне специального образования
Республики Узбекистан
Ташкентский Архитектурно – строительный Институт
Факультет Инфраструктуры Инженерного Строительства
по дисциплине:
«Теплогенерирующие установки»
на тему:
Тепловой расчет котла КЕ 6.5-13
Выполнила:
студентка гр.6а-08(ИК)
Саттарова А.
Проверил:
Мамажанов Т.М.
Тошкент – 2012г.
СОДЕРЖАНИЕ
1.
Задание на курсовой проект. Введение
2.
Описание котельного агрегата
3.
Определение действительных объемов и энтальпий продуктов
сгорания.
4.
Определение коэффициентов избытка воздуха.
5.
Энтальпии воздуха и продуктов сгорания топлива.
6
Тепловой баланс теплогенератора.
7.
Расчет теплообмена в топке
8.
Расчет теплообмена в конвективных пучках
9.
Расчет теплообмена в 1 газоходе
10. Расчет теплообмена во II газоходе
11. Тепловой расчет водяного экономайзера
12. Уточнение теплового баланса
13. Список литературы
Задание на курсовой проект
Тип котла КЕ-6,5-13
тип топки ТЧ прямого хода
производительность D = 6,5 т/ч = 1,8 кг/с
давление пара в барабане Р = 1,3 МПа
температура уходящих газов tух = 186о
температура питательной воды tп.в. = 100о
температура питательной воды tп.п. = 30о
состав топлива:
Wp = 32%
Ap = 25,2%
Sрор+к = 0,5%
Cp = 28,7%
Hp = 2,2%
Np = 0,6%
Op = 8,6%;
низшая теплота сгорания: Qнр = 10 582 кДж/кг
теоретически необходимое кол-во воздуха для сжигания 1 кг топлива:
Vо = 2,94 м3/кг
VоRO2 = 1,24
VоH2O = 0,74
VоN2 = 5,45
Введение
Паровые котлы типа КЕ производительностью от 2,5 до 10 т/ч
Паровые котлы с естественной циркуляцией КЕ производительностью от 2,5 до 10
т/ч со слоевыми механическими топками типа ТЧ предназначены для выработки
насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды
промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего
водоснабжения.
Котел типа КЕ состоит из котла, топочного устройства, экономайзера, арматуры,
гарнитуры, устройства для подвода воздуха в топку, устройства для удаления
отходящих газов.
Топочная камера образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками.
Топочная камера котлов паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч разделена
кирпичной стенкой на топку глубиной 1605-2105 мм и камеру догорания глубиной
360-745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического
недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла
асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная
масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.
В котлах применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует
следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан
под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по
задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта
котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам
поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также
из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.
Котлы с решеткой и экономайзером оборудуются системой возврата уноса и острым
дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при
помощи эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от решетки.
Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что
обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для
осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. В
местах установки люков трубы крайнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в
нижний барабан.
За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с
приведенной влажностью Wпр < 8 устанавливаются водяные экономайзеры, а при
сжигании бурых углей с приведенной влажностью Wпр = 8 — трубчатые
воздухоподогреватели.
Площадки котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания
арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая площадка для обслуживания
водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных
клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла
для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний
барабан при ремонте котла. На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю
площадку — спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.
Каждый котел типа КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч оснащен
контрольно-измерительными приборами и арматурой. Котлы оборудованы двумя
предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с
пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на
выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане каждого котла
установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на
выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане устанавливается
следующая арматура: главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без
пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные
нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным
проходом 50 мм.
У котлов производительностью от 2,5 до 10 т/ч через патрубок периодической
продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях
периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные
вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода
конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному
прибору.
На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные
клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен регулирующий
клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики
котла.
Котлы типа КЕ обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100%
номинальной паропроизводительности. Надежность котлов характеризуется
следующими показателями:
Средняя наработка на отказ:
3000 ч
Средний ресурс между капитальными ремонтами:
3 года
Средний срок службы до списания:
20 лет
Испытания и опыт эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их
надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С
уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что
подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и
пониженном давлении. В котельных, предназначенных для производства
насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении
обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.
При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и
дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании,
должны регулироваться на фактическое рабочее давление.
Определение действительных объемов и энтальпий продуктов сгорания
Табл. 1
Наименование
определяющей
величины
Коэффициент
избытка воздуха α
Размерность
Vо = 2,94 м3/кг; VоRO2 = 1,24; VоH2O = 0,74; VоN2 = 5,45; Ap = 25,2%
Газоходы
топка
кон. I
кон. II
вэк
уход.
–
1,5
1,525
1,6
1,7
1,75
м3/кг
0,742
0,743
0,75
0,751
0,754
м3/кг
5,1
5,2
5,4
5,7
5,8
–
0,15
0,14
0,14
0,13
0,13
Парциальное
давление
трехатомных газов
–
0,11
0,11
0,10
0,10
0,09
Сумма парциальных
давлений
–
0,26
0,25
0,54
0,23
0,22
кг/м3
39,53
38,77
37,33
35,37
34,76
Действительный
объем водяных
паров
Действительный
объем продуктов
сгорания
Парциальное
давление водяных
паров
Концентрация
золовых частиц
продуктов сгорания
1) Коэффициент избытка воздуха α – есть отношения действительного объема воздуха к
теоретически необходимому:
При слоевом сжигании топлива
– присос воздуха:
2) Действительный объем водяных паров:
топка:
VH2O
0,718 0,0161 1,5 1 2,94 0,742 м3 / кг
VH2O
0,718 0,0161 1,525 1 2,94 0,743 м3 / кг
VH2O
0,718 0,0161 1,6 1 2,94 0,75 м3 / кг
VH2O
0,718 0,0161 1,7 1 2,94 0,751 м3 / кг
VH2O
0,718 0,0161 1,75 1 2,94 0,754 м3 / кг
кон. I:
кон. II:
вэк:
уход:
3) Действительный объем продуктов сгорания:
топка:
VГ
0,55
2,33
0,742
VГ
0,55 2,33 0,743
VГ
0,55 2,33 0,75
VГ
0,55 2,33 0,751
1,7 1 2,94
VГ
0,55 2,33 0,754
1,75 1 2,94
5,1 м 3 / кг
1,5 1 2,94
кон. I:
1,525 1 2,94
5,2 м3 / кг
кон. II:
1,6 1 2,94
5,4 м3 / кг
вэк:
5,7 м3 / кг
уход:
4) Парциальное давление водяных паров:
rH2O
топка:
rH 2O
0,742
5,1
0,15
rH 2O
0,743
5,2
0,14
rH 2O
0,75
5,4
rH 2O
0,751
5,7
кон. I:
кон. II:
0,14
вэк:
0,13
VH2O
VГ
5,8 м3 / кг
уход:
rH 2O
0,754
5,8
0,13
5) Парциальное давление трехатомных газов:
rRO2
VRO2
VГ
топка:
rRO2
0,55
5,1
0,11
rRO2
0,55
5,2
0,11
rRO2
0,55
5,4
0,10
rRO2
0,55
5,7
0,10
rRO2
0,55
5,8
0,09
кон. I:
кон. II:
вэк:
уход:
6) Сумма парциальных давлений
rп
rH 2O
rRO2
топка:
rп
0,15
0,11
0,26
rп
0,14
0,11
0,25
rп
0,14
0,10
0,24
rп
0,13 0,10
0,23
rп
0,13 0,09
0,22
кон. I:
кон. II:
вэк:
уход:
7) Концентрация золовых частиц продуктов сгорания
p
ун A
зл
VГ
топка:
зл
0,8 25,2
5,1
39 ,53 кг/м3
зл
0,8 25,2
5,2
38,77 кг/м3
зл
0,8 25,2
5,4
37 ,33 кг/м3
кон. I:
кон. II:
вэк:
зл
0,8 25,2
5,7
35,37 кг/м3
зл
0,8 25,2
5,8
34 ,76 кг/м3
уход:
Табл. 2
t , C
I г0
I в0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
504,818
1024,57
1557,392
2106,844
2673,476
3248,74
3873,888
4455,75
5079,68
5714,43
6354,43
6997,71
7655,52
8327,72
8992,03
9672,13
10353,53
11039,60
391,02
784,98
1187,98
1596,42
2016,84
2446,08
2887,08
3333,96
3777,9
4233,6
4704,0
5174,4
5641,86
6124,02
6606,18
7088,34
7567,56
8049,72
Iг
топка
6122,73
6968,63
7831,23
8706,43
9584,91
10476,45
11386,73
кон. I
3732,32
4532,93
5389,61
6206,08
7063,08
I г0
кон. II
1495,56
2270,05
3064,70
3883,58
4716,39
5606,14
1 I в0
вэк
778,532
1574,06
2388,82
3224,04
4085,26
уход.
798,08
1613,31
Тепловой баланс и определение расхода тепла
Табл. 3
Наименование
определяемой
величины
Располагаемое тепло
топлива
Температура
уходящих газов
Энтальпия
уходящих газов
Температура
холодного воздуха
Энтальпия
холодного воздуха
Потеря тепла
а) с уходящими
газами
б) с химическим
недожегом
в) с механическим
недожегом
г) в окружающую
среду
д) со шлаком
Сумма тепловых
потерь
КПД
Давление
перегретого пара
Температура
перегретого пара
Температура
питательной воды
Энтальпия
перегретого пара
Энтальпия
питательной воды
Производительность
теплогенератора
Расход на продувку
Энтальпия кипящей
воды
Тепло, полезно
использованное в
котельном агрегате
Полный расход
топлива
Обозначение
Размерность
Qрр
кДж
кг
t ух
С
по заданию
186
I ух
кДж
м3
по табл. 2
1 516,33
t х.в.
С
принимаем
30
I х.в.
кДж
м3
по табл. 2
117,31
q2
%
Формула,
обоснование
Qрр
I ух
ух
Расчет
Qнр
10 582
I х.в. 100 q4
Q рр
1516,33 1,75 117,31 100 5
10582
11,77
q3
%
по таблице 1,4
1
q4
%
по таблице 1,4
5
q5
%
по таблице 1,4
2,4
q6
%
по таблице 1,4
0,27
q
%
%
q2
q3
q4
100
q5
q
q6
11,77 1 5 2,4 0,27
100 20,44
79,56
Pп
МПа
по заданию
1,3
tп.п.
С
по заданию
190,7
tп.в.
С
по заданию
100
iп.п.
кДж
м3
по табл. 19
2 787
iп.в .
кДж
м3
по табл. 19
420
Д т.г .
кг
с
по заданию
1,8
Д пр
кг
с
Р Д т.г .
100
iкип
кДж
м3
по табл. 1,8
811
Qт.г .
кДж
м3
по заданию
4 281,71
B
кг
с
Qт.г .
100
Q рр
3 1,8
100
20,44
0,054
4281 ,71
100
10552 79 ,56
0,51
Расчетный расход
топлива
Bср
Коэффициент
сохранения тепла
кг
с
B 1
%
1
q4
100
q5
q5
5
100
2,4
1
79 ,56 2,4
0,51 1
0,48
0,97
Поверочный расчет топочной камеры
Табл. 4
Наименование
определяемой
величины
Полезное
тепловыделение в
топочной камере
Теоретическая
температура горения
Температура газов
на выходе из топки
Энтальпия газов на
выходе из топки
Средняя суммарная
теплоемкость
продуктов сгорания
Относительное
положение max.
температур по
высоте топки
Коэффициент
Произведение
Эффективная
толщина
излучающего слоя
Коэффициент
ослабления лучей
трехатомными
газами
Оптическая толщина
Степень черноты
факела
Степень черноты
топочной камеры
Коэффициент
тепловой
эффективности
Температура газа на
выходе из топочной
камеры
Обозначение
Размерность
Формула,
обоснование
Qт
кДж
кг
tа
С
по табл. 2
1 249
tг
С
принимаем
900
Iг
кДж
кг
по табл. 2
6 968,63
Vс .ср
кДж
кг C
Qт I г
tа tг
xт
–
hг
Hт
М
Pп S
–
м мПа
S
м
Q рр
100
q3
100
q4
q3
Расчет
q6
10582
100 1 5 0,27
100 1
10019 6968,63
1249 900
8,74
0,14
0,56 0,5 xт
0,56 0,5 0,14
0,49
P rп S
0,1 0,26 2,15
0,056
Pп S
-
-
10 019
Для твердых топлив
Для жиких/мазута
Для газа
0.26
Энтальпия газов на
выходе из топочной
камеры
Количество тепла
воспринятое
топочной камерой
I-t табл.
7736.34
Расчѐт конвективной поверхности нагрева
(конвективная поверхность 1)
Табл. 5
Наименование,
определение
величины
Температура
газов на входе
Обозначение
Размерность
Из расчѐта
предыдущей
поверхности
Из расчѐта
предыдущей
поверхности
принимаем
Энтальпия
газов на входе
Температура
газов на выходе
из поверхности
нагрева
Энтальпия
газов на выходе
из поверхности
нагрева
Количество
тепла,
воспринятое
поверхностью
нагрева по
балансу
Средняя
температура
продуктов
сгорания /газов/
Живое сечение
для проходов
газа
Скорость
продуктов
сгорания
Средняя
температура
теплоносителя
Эффективная
толщина
излучающего
слоя
Произведение
Коэффициент
ослабления
лучей
трехатомными
газами
Суммарная
способность
поглощения
Формула или
обоснование
I-t табл.
м2
Конструктивные
данные
Расчѐт
989
7736.34
500
800
3732.32
6206.08
0.95
0.95
м/c
S
м
м·мПа
32
Pп S
-
27
излучения
Степень
черноты факела
Коэффициент
теплоотдачи
излучения
Температура
стенки труб
Коэффициент
теплоотдачи
конвекции
Коэффициент
омывания
пучка
Суммарный
коэффициент
теплоотдачи
Коэффициент
теплопередачи
Количество
тепла,
воспринятое
поверхностью
нагрева по
уровню
теплопередачи
Температурный
напор
-
-
По справочной
литературе
0.9
По графику
585
К
Действительная
температура на
выходе из
поверхности
Действительная
энтальпия
Количество
тепла,
воспринятое
поверхностью
нагрева
I-t табл.
4591.47
Расчѐт конвективной поверхности нагрева
(конвективная поверхность 2)
Табл. 6
Наименование,
определение
величины
Температура
газов на входе
Энтальпия
газов на входе
Температура
газов на выходе
из поверхности
нагрева
Энтальпия
газов на выходе
Обозначение
Размерность
Формула или
обоснование
Из расчѐта
предыдущей
поверхности
Из расчѐта
предыдущей
поверхности
принимаем
I-t табл.
Расчѐт
585
4591.47
200
400
1495.56
3064.70
из поверхности
нагрева
Количество
тепла,
воспринятое
поверхностью
нагрева по
балансу
Средняя
температура
продуктов
сгорания /газов/
Живое сечение
для проходов
газа
Скорость
продуктов
сгорания
Средняя
температура
теплоносителя
Эффективная
толщина
излучающего
слоя
Произведение
Коэффициент
ослабления
лучей
трехатомными
газами
Суммарная
способность
поглощения
излучения
Степень
черноты факела
Коэффициент
теплоотдачи
излучения
Температура
стенки труб
Коэффициент
теплоотдачи
конвекции
Коэффициент
омывания
пучка
Суммарный
коэффициент
теплоотдачи
Коэффициент
теплопередачи
Количество
тепла,
воспринятое
поверхностью
нагрева по
уровню
теплопередачи
Температурный
напор
м2
Конструктивные
данные
0.95
0.95
м/c
S
м
м·мПа
22.29
21.19
Pп S
-
-
По справочной
литературе
0.9
53.51
К
55.26
Действительная
температура на
выходе из
поверхности
Действительная
энтальпия
Количество
тепла,
воспринятое
поверхностью
нагрева
По графику
I-t табл.
358
2730.95
Расчѐт водяного экономайзера
Табл. 7
Наименование,
определение
величины
Температура
газов на входе в
водяной
экономайзер
Энтальпия
газов на входе в
водяной
экономайзер
Температура
газов на выходе
из водяного
экономайзера
Энтальпия
газов на выходе
из водяного
экономайзера
Количество
тепла,
воспринятое
водяным
экономайзером
Количество
труб в одном
ряду
Поверхность
нагрева одной
трубы
Живое сечение
для проходов
газа
Средняя
температура
газов
Скорость
продуктов
сгорания
Коэффициент
теплопередачи
Температура
воды на входе в
водяной
экономайзер
Обозначение
n
Размерность
шт
Формула или
обоснование
Расчѐт
Из расчѐта
предыдущей
поверхности
358
Из расчѐта
предыдущей
поверхности
2730.95
Задание
186
I-t табл.
1462.69
Принимаем 4 9
6
м2
Справочная
литература
2.95
м2
Справочная
литература
0.120
м/с
номограмма
20.8
100
Энтальпия
воды на входе в
водяной
экономайзер
Энтальпия
воды на выходе
из водяного
экономайзера
Температура
воды на выходе
из водяного
экономайзера
Температурный
напор
Поверхность
нагрева
водяного
экономайзера
Количество
труб
H
z
шт
Количество
рядов труб
m
шт
Термодинамическая
таблица
420
Термодинамическая
таблица
178
78
z/n
78/6=13
УТОЧНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
Список литературы
1. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Издание 2-е, переработанное / Под
редакцией Кузнецова Н.В. и др.- М.: Энергия, 1973.-296с.
2. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара.- М.: Энергия,
1960.- 424с.
3. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок.- М.: Стройиздат, 1973.- 248с.
4. Эстеркин Ю.М. Промышленные парогенерирующие установки.: Энергия,-1980 г.
5. Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парового котла.-М.: Энергоатомоиздат,-1988 г.