Федеральное агентство по образованию
Томский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра «Теплогазоснабжение»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине
«Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения»
Выполнил: студент гр.437/2
Антимонов А.А.
Проверил: Хуторной А. Н.
Томск 2010г.
СОДЕРЖАНИЕ
1.1 ВОДОТРУБНЫЕ ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ……………………………………………………………………………3
1.2 Котлы типа
КВ-ТС……………………………………………………………………….3
2. Определение состава и теплоты сгорания топлива
2.1 Состава топлива……………………………………………………………………………..4
2.2 Выбор коэффициентов избытка и присосов воздуха в газоходах котлоагрегата:…………………………………………………………………………….5
2.3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания:…………………………………………………………………………..5
2.4 Расчёт энтальпий воздуха, продуктов сгорания и золы:……………………………………………………………………………7
3. Тепловой баланс котельного агрегата……………………………………………………………………………..9
3.1 Расчёт потерь теплоты………………………………………………………………………....….9
3.2 Расчёт КПД котельного агрегата, расхода топлива икоэффициента сохранения теты……………………………………………………………..……….….10
4. Тепловой расчёт топочной камеры………………………………………………………………………...….11
4.1 Определение геометрических и тепловых характеристик топочной камеры…………………………………………………………………………....11
4.2 Поверочный тепловой расчёт топочной камеры……………………………………………………………………………12
5. Расчёт первого конвективного пучка……………………………………………………………………………15
5.1 Основные расчётные уравнения теплопереноса…………………………………………………………………………....15
5.2 Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева ………………………………………………………………...……………..16
5.3 Расчет второго конвективного пучка………………………………………………………………..…………..21
5.3.1 Тепловой расчёт конвективного пучка……………………………………………………………………………21
5.4. Расчетная невязка теплового баласа……………………………………………………….…………………...23
10. Список литературы………………………………………………………………….………...25
1.ВОДОТРУБНЫЕ ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ
В последнее время в России получили распространение водотрубные водогрейные котлы серии КВ. Котлы этой серии относятся к стальным прямоточным котлам, применяемым в отопительных котельных. При работе на угле котлы имеют обозначение КВ-ТС (Т- твердое топливо, С- слоевое сжигание), при работе на газе или жидком топливе они имеют обозначение КВ-ГМ (Г-газ, М-мазут). Следующая за обозначение котла цифра показывает его теплопроизводительность в Гкал/ч.Нагрузка котлов регулируется изменением температуры воды на входе и выходе из котла. Нагрев воды может при этом производиться до 150-200/>.Котлы серии КВ запроектированы без несущего каркаса. Каждый блок котла (топочный и конвективный) имеют опоры, приваренные к нижним коллекторам. Число опор зависит от теплопроизводительности котла. Опоры, расположенные на стыке конвективного блока и точной камеры, являются неподвижными. Для ограждения топочной камеры и конвективной шахты от окружающей среды служит облегченная натрубная обмуровка толщиной около 110 мм и состоящая их трех слоев — шамотобетона по металлической сетке, совелитовых плит или минераловатых матрацев и уплотнительной магнезиальной обмазки. На котле внутренние поверхности топки и конвективной шахты со стороны продуктов сгорания закрыты плотными экранами, что позволило применить облегченную натрубную обмуровку котла.
Конвективные поверхности нагрева у всех котлов типа КВ состоят из двух пакетов и выполнены одинаково –из труб размером 28*3мм. Находятся они в вертикальной конвективной шахте с полностью экранированными стенками. Задняя и передняя стенки шахты выполненные из труб диаметром 60*3 мм, при этом передняя стенка шахты является задней стенкой топочной камеры. Между трубами у этой стенки проварены металлические вставки для предотвращения перетоков дымовых газов из топочной камеры в конвективную шахту. Боковые стенки шахты выполнены из вертикальных труб диаметром 83*3,5 мм, которые для у-образных ширм из труб диаметром 28*3 мм. Ширмы расставлены таким образом, что трубы образуют шахматный пучек с шагом S1= 64 мм и S2= 40 мм. Это позволяет интенсифицировать теплоперенос в конвективных поверхностях нагрева.
1.2Котлы типаКВ-ТС
Котлы типа КВ-ТС, работающие на твердом топливе, отличаются от аналогичных котлов типа КВ-ГМ тем, что у них вместо подового экрана имеется решетка обратного хода. Таким образом, топочная камера оказывается экранированной с 5 сторон. Для примера на рис. 2 приведен эскиз котла КВ-ТС-10. Из топочной камеры продукты сгорания попадают в камеру догорания 2 и далее через четырехрядный фестон 3 они попадают в конвективные пучки 5 и 6. К конвективной шахте дымовые газы, двигаясь вертикально вверх, отдают теплоту и затем выбрасываются в атмосферу. Стены конвективной шахты полностью экранированы.Экраны промежуточной стенки 7 выполнены двухрядными.
Технические характеристики водогрейного котлаКВ-ГМ
№
Параметр
КВ-ГМ-4
1.
Теплопроизводительность котла QМВт
14.740
2.
Площадь поверхности стен топки FСТ, м2
80.4
3.
Объём топочной камеры, м3
16,4
4.
Глубина топочной камеры, мм
2496
5.
Ширина топочной камеры, мм
2040
6.
Диаметр экранных труб и толщина стенки, мм
60*3
7.
Шаг труб боковых, подового и сводового экранов, мм
64
8.
Шаг труб фронтового и заднего экранов, мм
85
9.
Пощадь поверхности 2-х конвективных пучков, м2
221.8
10.
Поперечный шаг труб конвективного пучка, мм
60
11.
Продольный шаг труб конвективного пучка, мм
40
2. Определение состава и теплоты сгорания топлива
2.1 Состава топлива:
Состав топлива определяется газопроводом, принимаемым по заданию.
Таблица 1
Расчётные характеристики природных газов
Ветка
Состав угля по объему, %
QНС, кДж/м3
ρНУ, КГ/М3
WP
AP
SP
CP
HP
NP
OP
Абаканская
Бурый уголь
33.5
8
.4
41.5
2.9
0.6
13.1
36550
0,722
2.2 Выбор коэффициентов избытка и присосов воздуха в газоходах котлоагрегата:
Для эффективного и более полного сжигания топлива в топочных камерах котельных агрегатов приходится подавать больше воздуха, чем это теоретически необходимо α
/>
где VД–объем подаваемого в топку воздуха в м3 на рассчитываемую единицу топлива.В дальнейшем за рассчитываемую единицу топлива принимается 1 />(при нормальных условиях: Р=0,1013 МПа,t=/>);
/>объем теоретически необходимого для горения воздуха в />на расчитываемую единицу топлива,/>;
αТ– коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры. Принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топочной камеры.
Для котла, работающем на угле при слоевом сжигании, αТпринимается 1,1 (Карауш С.А.Тепловой расчёт котельных агрегатов: Методические указания. ТГАСУ, 2001. – 66 с. Таблица 2.4. В дальнейшем [1]).
По мере движения продуктов сгорания по газоходам котла коэффициент избытка воздуха увеличивается за счёт присосов воздуха в газоходы через неплотности в обмуровке, гляделки, лючки и т.п. Присосы воздуха принято выражать в долях от теоретического количества воздуха />, необходимого для горения
/>
где />количество присосанного воздуха в конкретный газоход или элемент котла на рассчитываемую единицу топлива, />.
/>, j=1,…,I,
где j-номер поверхности нагрева по ходу продуктов сгорания.
Значение ∆αjдля топочной камеры принимается по таблице 2.5 [1]. ∆αj= 0,1.Зачение ∆αjдля первого котельного пучка ∆αj=0,05, для второго ∆αj=0,1.
Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топки подсчитывается прибавлением к αТсуммы коэффициентов присосов воздуха в этих поверхностях нагрева:
/>
Аналогично рассчитываются остальные коэффициенты. α2= 1,55; α3= 1,65.
Затем по известным значениям коэффициентов избытка воздуха перед поверхностью нагрева αiи за ней αi+1вычисляется среднее значение избытка воздуха для каждой поверхности нагрева:
/>;
αСР1= 1,5 αСР2= 1,525αСР3= 1,6.
2.3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания:
При тепловом расчёте котельного агрегата определяется теоретический объём воздуха V, необходимый для горения, а также действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания.
2.3.1 Определение теоретического объёма воздуха:
— при сжигании твёрдого или жидкого топлива, м3/кг:
/>/>;
Где m,n— число атомов углерода и водорода соответственно в углеводороде газового топлива;/>процентное содержание на рабочую сухую массу соответственно углерода, горючей серы, водорода, оксида углерода, сероводорода, кислорода, углеводородов, %.
.
/>
2.3.2 Определение теоретического объёма азота, трёхатомных газов и водяных паров:
Находят теоретический объем азота />и водяных паров />по формулам:
/>/>/>
2.3.3 Определение избыточного количества воздуха для каждой поверхности:
/>;
/>;
/>;
/>
2.3.4 Определение действительного объёма водяных паров:
/>;
/>;
/>;
/>
2.3.5 Вычисление действительного суммарного объёма продуктов сгорания:
/>;
/>;
/>;
/>.
2.3.6 Расчёт объёмных долей трёхатомных газов и водяных паров, а также их
суммарную долю:
/>
/>;
/>;
/>
Таблица 2
Объёмы воздуха и продуктов сгорания при горении, объёмные доли трёхатомных
газов, концентрация золы в дымовых газах
Величина
Теоретические объемы на единицу топлива.
/>;/>/>; />
Топка
Конв.пучок 1
Конв.пучок 2
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева, αi
1,5
1,55
1,65
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева, αСР
1,5
1,525
1,6
Избыточное количество воздуха на единицу топлива, VBИЗБ, м3/кг
2,0185
2,1194
2,4221
Объём водяных паров на единицу топлива, VН2О, м3/кг
0,8348
0,8364
0,8413
Полный объём продуктов сгорания на единицу топлива, VГ, м3/кг
6,8266
6,9291
7,2367
Объёмная доля трёхатомных газов, rRO2
0,1138
,1122
0,1074
Объёмная доля водяных паров, rН2О
0,1223
0,1207
0,1163
Суммарная объёмная доля, rП
0,2361
0,2329
0,2237
Зольность
1,4062
1,3852
1,3266
--PAGE_BREAK--
2.4 Расчёт энтальпий воздуха, продуктов сгорания и золы:
Вычисляем энтальпии теоретического объёма воздуха на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур по формуле:
/>;
(2.13)
Где IB– энтальпия 1 м3воздуха в кДж/м3, принимаемая для соответствующей температуры по таблице 2.7 [1].
Расчёт энтальпий теоретического объёма продуктов сгорания на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур производим по формуле:
/>;
(2.14)
Где IRO2, IN2, IH2O– энтальпии 1 м3трёхатомных газа, азота и водяных паров, принимаемые для соответствующей температуры по таблице 2.7 [1].
/>
Энтальпия избыточного количества воздуха на единицу топлива для всего выбранного диапазона температур рассчитывается по формуле:
/>;
(2.15)
/>
Вычисляем энтальпию продуктов сгорания на единицу топлива при коэффициенте избытка воздуха α>1 по формуле:
/>;
(2.16)
Где IЗЛ– энтальпия золы, в нашем случаи IЗЛне учитываем
/>
/>
Результаты расчёта энтальпий продуктов сгорания в рассматриваемых интервалах температур по поверхностям нагрева котельного агрегата сводим в таблицу 4. Эти данные позволят в последующих расчётах по известной температуре продуктов сгорания υИЗВ, лежащей между температурами υБи υМ, определить их энтальпию, используя формулу линейной интерполяции:
/>;
(2.17)
Или, наоборот, по известной энтальпии продуктов сгорания найти их температуру:
/>;
Таблица 3
Энтальпия продуктов сгорания I= ƒ(υ)
Поверхность нагрева
Температура за поверхностью нагрева.V'',C°
Iвo
Iго
Iоизм
I
Верх топочной камеры, фестон
α т =1,5
∆α т =0,1
2200
13775,036
18293,4443
6887,518
25179,961
2100
13096,3832
17364,5886
6658,1916
24022,550
2000
12417,7304
16438,6798
6208,8652
22647,545
1900
11739,0776
15526,5746
5869,5388
21396,134
1800
11060,4248
14608,0161
5530,2124
20138,228
1700
10397,9304
13703,0192
5198,9652
18901,9844
1600
9739,4756
12809,6304
4869,7378
17679,3882
1500
9076,9812
11908,2058
4538,4906
16446,6064
1400
8414,4668
11028,7166
4207,2334
15235,93
1300
7751,9952
10139,6904
3875,9962
14015,6864
1200
7109,696
9270,53
3554,848
12825,378
1100
6463,36
8419,796
3231,815
11651,611
1000
5817,024
7572,9916
2908,512
10481,5036
900
5190,886
6733,2338
2595,443
9328,6768
800
4458,9064
5906,2424
2290,4532
8196,6958
700
3966,8872
5095,9214
1983,4436
7079,365
1-ый конвективный пучок.
α кп =1,525
∆α кп =0,05
1100
6463,36
8419,796
3393,264
11813,06
1000
5817,024
7572,9916
3053,9376
10626,9212
900
5190,886
6733,2338
2725,215
9458,4488
800
4580,9064
5906,2424
2404,975
8311,2174
700
3966,8872
5095,9214
2082,6157
7178,5371
600
3360,9472
4207,1348
1764,497
6071,6318
500
2771,1656
3544,4585
1454,861
4999,3135
400
2193,5028
2792,938
1151,588
3944,522
300
1631,9984
2064,3437
856,799
2921,1427
2-ой конвективный пучок.
α кп =1,6
∆α кп =0,1
600
3360,9472
4307,1318
2016,56
6323,6918
500
2771,1656
3544,4585
1662,699
5207,1575
400
2193,5028
2792,938
1316,101
4109,039
300
1631,9984
2064,3437
973,199
3043,5427
200
1078,5732
1357,8984
647,443
2005,3414
100
537,2668
668,7643
322,36
991,1243
/>
3. Тепловой баланс котельного агрегата
3.1 Расчёт потерь теплоты:
При работе котельного агрегата вся поступившая в него теплота QРРрасходуется на выработку полезной теплоты Q1, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных тепловых потерь. Тепловой баланс котельного агрегата на единицу рассчитываемого топлива имеет вид,/>,
/>,
(3.1)
или в относительных величинах по отношению к располагаемой теплоте QPP:
/>;
(3.2)
Где QPP– располагаемая теплота, определяемая по формуле 3.3, кДж/м3
Q1, q1– полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воде, кДж/м3, %
Q2, q2– потери теплоты с уходящими газами, кДж/м3, %
Q3, q3– потери теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/м3, %
Q4, q4– потери теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/м3, %
Q5, q5– потери теплоты от наружного охлаждения агрегата, кДж/3, %
Q6, q6– потери от физической теплоты удаляемого шлака, охлаждения панелей и балок, не включённых в циркуляционный контур котла, кДж/м3, %.
Доля потерь теплоты с уходящими газами определяем по формуле:
/>;
(3.3)
Где IУХ, αУХ– энтальпия и коэффициент избытка воздуха уходящих газов за последней поверхностью нагрева котельного агрегата
IХВ– энтальпия теоретического объёма воздуха V, требующегося на горение. При расчётах котлов принимается при температуре 30 °С и рассчитывается по формуле:
/>;
(3.4)
/>
В начале расчёта котельного агрегата температуру выбираем в соответствии с таблицей 3.1 [1]. При принятии температуры уходящих газов равной 150 °С
Долю потерь теплоты от химической неполноты сгорания q3, обусловленную наличием в уходящих продуктах сгорания горючих газов СО, Н2, СН и других, берём в соответствии с типом топки и сжигаемым топливом по таблице 3.2 [1]. Для камерной топки q3= 0,5 %.
Потерю теплоты от механического недожога q4, наблюдаемую только при сжигании твёрдых топлив и обусловленную наличием в очаговых остатках твёрдых горючих частиц определяем по той же таблице, q4= 6,3 %.
/>%.
Потерю теплоты от наружного охлаждения q5, обусловленную передачей теплоты через обмуровку котельного агрегата наружному воздуху, находим по рисунку 3.1 [1], по известной паропроизводительности, q5= 1,47 %.
Потерю теплоты со шлаком и от охлаждения балок и панелей q6, не включенных в циркуляционный контур котла, определяем по формулам, %
/>;
(3.5)
/>= (1-0,06516)*8*526/14790; (3.6)
/>%
3.2 Расчёт КПД котельного агрегата, расхода топлива и
коэффициента сохранения теплоты:
Коэффициент полезного действия котла по выработанной теплоте, называемый КПД брутто, определяем по уравнению обратного теплового баланса, %
/>;
(3.7)
/>
Расход натурального топлива, подаваемого в топку котла, рассчитываем по формуле/>:
/>;
(3.9)
Где QКи QPP– должны быть в соотносимых единицах измерения.
/>
/>
Коэффициент сохранения теплоты рассчитываем по формуле:
/>;
(3.10)
/>
4. Тепловой расчёт топочной камеры
Конечной целью поверочного теплового расчёта топочной камеры является определение теоретической температуры горения υАи расчётной температуры газов на выходе из топки υТ``.
4.1 Определение геометрических и тепловых характеристик топочной
камеры:
На основании чертежа котла и его технических характеристик (Карауш С.А. Современные котлы малой и средней мощности: Методические указания. ТГАСУ, 2000 – 37с. В дальнейшем [2]), определяем: внутренние границы топочной камеры, её объём, площади поверхности стен топочной камеры, занятые экранами, и поверхности стен топочной камеры. Размеры всех поверхностей нагрева, их конструктивные характеристики: длину, ширину, высоту, диаметр, шаг, число и расположение применяемых труб, расположение решётки.
/>
Выражаем высоту (h) из формулы объёма:
/>;
/>;
(4.1)
/>
Средний коэффициент тепловой эффективности экранов топочной камеры вычисляем по формуле:
/>;
(4.2)
Где φЭК.i– угловой коэффициент экрана, зависящий от расположения экранных труб относительно обмуровки, определяем по рисунку 4.1 [1] Для рассчитываемого котла расположение экранных труб топочной камеры показано на рисунке 1.
ξЭК,i– Коэффициент загрязнения экранов топочной камеры находим по таблице 4.1 [1]
FСТ=80,4 – полная площадь внутренних поверхностей стен топочной камеры.
/>(0,98*0,6*11,2435/80,4)+2*(0,6*0,84*9,8611/80,4)+2*(0,6*0,98*13,3672/80,4)=0,402
При тепловых расчётах топочной камеры часто используют величину – тепловое напряжение топочного объёма qV, кВт//>
/>
(4.3)
Где VT– объём топочной камеры, м3
/>
продолжение
--PAGE_BREAK--4.2 Поверочный тепловой расчёт топочной камеры
4.2.1. Принятие температуры на выходе из топки
Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры υT``. Температура задаётся по таблице 4.2 [1]. Для топочной камеры сжигающей уголь принимаем 850 °С.
4.2.2. Расчёт полезного тепловыделения
Подсчитываем полезное тепловыделение в топочной камере на единицу количества топлива:
/>
(4.4)
Где QВ– теплота, вносимая в топку воздухом. Для промышленных или водогрейных котлов без воздухоподогревателя определяется так:
/>
(4.5)
/>
/>
4.2.3. Определение эффективной толщины излучающего слоя газа в топке, м
/>
(4.6)
/>
4.2.4. Определение коэффициента ослабления лучей в топочной камере
Для этого сначала определяем коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:
/>
(4.7)
Где РП= rП·Р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа
Р – давление в топочной камере котельного агрегата (для котлов без наддува типа ДЕ, КЕ, КВ и др. принимается Р = 0,1 МПа)
/>
Затем рассчитываем коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами при сжигании природного газа:
/>
(4.8)
/>
Тогда коэффициент ослабления лучей в топочной камере определяем как:
/>
8(4.9)
/>
4.2.5. Определение степени черноты факела
При сжигании твердого топлива:
/>(4.11)
4.2.6. Определение степени черноты топочной камеры
При сжигании твердого топлива в слоевых топках:
/>(4.13)
Где ψСР– средний коэффициент тепловой эффективности экранов топочной камеры, формула 4.2
/>
4.2.7. Вычисление параметра М
Параметр М характеризует положение максимальной температуры пламени по высоте топочной камеры:
/>
(4.14)
Где ХТ= hГ/НГ– отношение высоты размещения горелки к высоте топочной камеры. Для котлов ДЕ ХТ= 0,4
/>
4.2.8. Вычисление средней суммарной теплоёмкости продуктов сгорания
Определяем среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания на расчётную единицу сжигаемого топлива:
/>
(4.15)
Где υА– теоретическая (адиабатная) температура горения топлива, определяемая по таблице 4 по известной величине QТ= I, по формуле пересчёта 2.20.
I``T– энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, определяемая по этой же таблице по принятой ранее в пункте 4.2.1. температуре газов υT``(пункт 4.2.2.)
/>
/>
4.2.9. Определение расчётной температуры продуктов сгорания на выходе из топки
/>
(4.16)
/>
4.2.10. Определение общего тепловосприятия экранами в топочной камере
/>
Где I``T– энтальпия продуктов сгорания на выходе из топочной камеры вычисленная по расчётной температуре газов υT``
/>
/>
5. Расчёт первого конвективного пучка
К конвективным поверхностям нагрева (теплообменникам) котельного агрегата относят пароперегреватели, конвективные пучки, экономайзеры, воздухоподогреватели. Теплоперенос в таких поверхностях осуществляется в основном за счёт конвективного теплообмена.
5.1 Основные расчётные уравнения теплопереноса
При расчёте конвективных поверхностей нагрева используют два основных уравнения теплопереноса:
— уравнение теплового баланса для поверхности нагрева на единицу используемого топлива:
/>
(5.1)
— уравнение теплопередачи:
/>
(5.2)
Где φ – коэффициент сохранения теплоты (3.10)
I`, I``— энтальпии продуктов сгорания на входе в конвективную поверхность и выходе из неё
∆α – величина присоса воздуха в конвективную поверхность
IХВ– энтальпия присасываемого в конвективную поверхность холодного воздуха
К – коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности, отнесённый к расчётной поверхности нагрева
F– расчётная площадь поверхности нагрева
∆Т – среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева.
5.2 Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева
Расчёт конвективных пучков начинаем с уточнения их конструкций и определения всёх необходимых размеров и характеристик, приведённых в [2]: длины, высоты, ширины, числа труб, площади сечения для прохода продуктов сгорания, общей площади поверхности теплообмена и т.п.
Далее с использованием чертежа котла и его технических характеристик определяем способ омывания труб конвективной поверхности нагрева продуктами сгорания: поперечный, продольный, смешанный. Находим продольный и поперечный шаги труб пучка, диаметр и число вдоль и поперёк потока.
5.2.1. Определение общей площади для пучка
Площадь для поверхностей нагрева задана.
/>
5.2.2. Определение площади для прохода продуктов сгорания в пучок
Для этого находим среднюю высоту труб в рассматриваемом проходном сечении конвективной поверхности lCP. Устройство котла ДЕ-6,5 таково, что правая стенка конвективного пучка является левой стенкой топки, т.е. средней высотой труб: lCP=С= 2,58 м.
Ширина проходного сечения (В): В = 500 мм. Наружный диаметр труб (d) берём из [2]: d= 51 мм. Число труб в проходном сечении определяем как отношение длины этого сечения к поперечному шагу конвективных труб, т.е.:
/>шт.
Тогда площадь для прохода продуктов сгорания в конвективную поверхность нагрева определяет по формуле:
ƒПР= В · lCP– n1·d·lCP
(5.3)
ƒПР= 0,768*2,88-12*2,88*0,028=1,2м2
5.2.3.Задание граничных температур
Задаёмся двумя температурами продуктов сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева υ``1 и υ``2. Для удобства и простоты расчётов эту разницу принимаем в 100 °С. В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта.
5.2.4. Определение средней температуры продуктов сгорания
Находим средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева:
/>; />
(5.4)
/>; />
5.2.5. Определение средней скорости движения продуктов сгорания
Определяем среднюю скорость движения продуктов сгорания в проходном сечении конвективной поверхности нагрева по формуле:
/>/>
(5.5)
Где VГ– полный объём продуктов сгорания для рассчитываемой поверхности нагрева, таблица 2.
/>/>
5.2.6. Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам
Сначала по найденным скоростям, типу пучка труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по рисунку 5.1 [1] находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб: αН400= 140 Вт/м2К; αН500= 135 Вт/м2К;
Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле:
/>/>
(5.6)
Где СS, CФ, Cn2– поправочные коэффициенты на компоновку поверхности нагрева, влияние изменения теплофизических свойств продуктов сгорания по длине поверхности нагрева, на число труб в вдоль потока продуктов сгорания. Все они определяются по номограммам изображённым на рисунке 5.1 [1]. При использовании номограмм используем следующие обозначения:
S1, S2– поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева, м;
d– наружный диаметр труб поверхности нагрева, м;
σ1= S1/d, σ2= S2/d– относительные поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева.
σ1= 0,064/0,028=2,286, σ2=0,040/0,028=1,429
/>; />
5.2.7. Определение коэффициента теплоотдачи излучением
Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле для запылённого потока:
/>/>
(5.7)
где αЛН– коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по рисунку 5.4 [1]. Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах по формуле:
/>,
(5.8)
где t= 0,5(/>)=0,5(120+90)=105/>;
Δt= 60 °С при сжигании угля.
/>
аФ– степень черноты продуктов сгорания, определяемая по формуле 4.12. При расчёте аФиспользуем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева:
/>
(5.9)
/>
/>
Так же в формуле 4.7 используем своё парциальное давление водяного пара для данной поверхности нагрева, взятое из таблицы 2. Вместо температуры υ``Tв этой формуле подставляем среднюю температуру продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева:
/>;
/>/>
/>
/>
/>
/>
/>
Тогда коэффициент теплопередачи излучением будет равен:
/>
/>
/>
5.2.8. Определение коэффициента теплопередачи
Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности нагрева:
/>; />
(5.10)
Где χ1– коэффициент тепловой эффективности, взятый из таблицы 5.1 [1].
ζН– коэффициент, учитывающий неравномерность омывания продуктами сгорания конвективной поверхности нагрева. Для сложно омываемых ζН= 0,95
/>
/>
5.2.9. Определение среднелогарифмического температурного напора
Находим среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева, учитывая схему движения теплоносителей. Для противоточной и прямоточной схемы движения теплоносителя температурный напор определяется по формуле:
/>
(5.11)
Где ΔtБ, ΔtМ– наибольшая и наименьшая разности температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой. Для нахождения этих разностей температур вычерчиваем условную схему движения теплоносителей для рассчитываемой поверхности нагрева, и обозначить имеющиеся температуры с их значениями. Тогда по разности температур на концах схемы находим разности температур:
/>/>
5.2.10. Расчёт количества теплоты переданного к поверхности нагрева
Определяем по уравнению теплопередачи количество теплоты, переданного в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде:
/>/>
/>
/>
/>
5.2.11. Построение графика определения расчётной температуры
С использованием данных найденных теплот и заданных ранее в 5.2.3. температур сгорания строим график. Пересечение линий QТП= ƒ(υ``) и QБ= φ(υ``) даёт искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева υP``, т.е. когда QТП= QБ.
/>
/>
/>
продолжение
--PAGE_BREAK--5.3 Расчет второго конвективного пучка
Расчёт ведётся аналогично.
5.3.1 Тепловой расчёт конвективного пучка
5.3.1 .Задание граничных температур
Задаёмся двумя температурами продуктов сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева υ``1 и υ``2. Для удобства и простоты расчётов эту разницу принимаем в 100 °С. В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта.
По этим заданным температурам по таблице 3 определяем энтальпии продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева I1``и I2``, и рассчитываем по уравнению теплового баланса (5.1) количество теплоты, переданное в поверхность нагрева QБ1и QБ2.
/>
/>
/>
/>
/>
5.3.2 Определение средней температуры продуктов сгорания
/>Находим средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева по формуле 5.4:
/>; />
5.3.3. Определение средней скорости движения продуктов сгорания
Определяем среднюю скорость движения продуктов сгорания в проходном сечении конвективной поверхности нагрева по формуле 5.5:
/>/>/>
5.3.4 Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам
Сначала по найденным скоростям, типу пучка труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по рисунку 5.1 [1] находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб: αН250= 92 Вт/м2К; αН150= 87 Вт/м2К;
Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле 5.6:
/>; />.
5.3.5 Определение коэффициента теплоотдачи излучением
Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле 5.7 для запылённого потока, так как сжигаем твёрдое топливо.
Где αЛН– коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по рисунку 5.4 [1]. Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах по формуле 5.8
/>
аФ– степень черноты продуктов сгорания, определяемая по формуле 4.11. При расчёте аФиспользуем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева:
/>
/>;
/>; />;
/>
/>
/>
/>
/>
/>/>
5.3.6. Определение коэффициента теплопередачи
/>; />.
5.3.7 Определение среднелогарифмического температурного напора
Находим среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева, учитывая схему движения теплоносителей. Для противоточной и прямоточной схемы движения теплоносителя температурный напор определяется по формуле 5.11:
/>
/>=239 К
/>
5.3.8 Расчёт количества теплоты переданного к поверхности нагрева
Определяем по уравнению теплопередачи количество теплоты, переданного в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде:
/>/>
5.3.9 Построение графика определения расчётной температуры
С использованием данных найденных теплот и заданных ранее в 6.1.1. температур сгорания строим график. Пересечение линий QТП= ƒ(υ``) и QБ= φ(υ``) даёт искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева υP``, т.е. когда QТП= QБ.
5.4. Расчетная невязка теплового баланса
Результатом теплового расчета водогрейного агрегата является определение технико-экономических характеристик котла (КПД, расход топлива и т.п.), температур продуктов сгорания на входе и выходе для каждой поверхности нагрева
При тепловом расчете водогрейного котла после расчета последней поверхности нагрева необходимо добиться выполнения условия, чтобы принятая в формуле (3.7) температура уходящих газов />отличалась от найденной температуры для продуктов сгорания при выходе их из последней конвективной поверхности нагрева />не более чем на 10
/>
/>
Список литературы
Карауш С.А., Хуторной А. Н., Смердина О. Ю. Тепловой расчёт котельных агрегатов: Методические указания. ТГАСУ, 2005., [1].
Карауш, С.А. Современные котлы малой и средней мощности: Методические указания.-Томск: Изд-во ТГАСУ, 2002., [2].
ГОСТ 2.105–95. Общие требования к текстовым документам. – М.: Изд-во стандартов, 1995.–37с.
ГОСТ 7.32-91. Отчет о научно-исследовательской работе-. М.: Изд-во стандартов, 1991.-18с.
Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод).-М.: Энергия, 1973.-295с.
Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности/Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н.; под ред. К.Ф. Роддатиса.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-488с.
Делягин, Г.Н. Теплогенерирующие установки: Учеб. Для вузов/Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А.-М.: Стройиздат, 1986.-559с.
Эстеркин, Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование.-Л.: Недра, 1989.-160с.
Воликов, А.Н. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности.- Л.: Недра, 1989.-160с.
Лебедев, В.И. Расчет и проектирование теплогенерирующих установок для систем теплоснабжения/Лебедев В.И., Пермяков Б.А., Хаванов П.А.-М: Стройиздат,1992.-360с.