Расчет объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Курсовой проект

По дисциплине «Котельные установки и парогенераторы»

 

Методические указания

 

 

Йошкар-Ола

Марийский государственный технический университет

УДК 621.181.7

ББК 31.37

Х56

Рецезенты:

кафедра электромеханики Марийского государственного университета(зав. кафедройпрофессор И.И.Попов);

 

профессор кафедры машиностроения и материаловедения

Марийского государственного технического университета С.Я.Алибеков

 

 

Печатается по решению

редакционно-издательского совета МарГТУ

Хлебников В.А.

Х56 Курсовой проект по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы»:методические указания / В.А.Хлебников. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2009.- 24 с.

 

 

Для студентов специальности 140104.65 – «Промышленная теплоэнергетика». Может быть использовано студентами других специальностей, изучающими курс «Котельные установки и парогенераторы».

 

 

УДК 621.181.7

ББК 31.37

© Марийский государственный технический университет, 2009

 

 

Конструктивный тепловой расчет парового котла

1.Цель расчета: определение размеров радиационных конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную производительность котла при заданных параметрах пара.

2.Исходные данные:

	Вариант	1	2	3	4	5	6
1	Тип парогенератора	двухбарабанный,водотрубный
2	Номинальная паропроизводительность,т/ч	10	10	10	15	15	15
3	Давление насыщенного пара,МПа	1.37
4	Месторождение и марка энергетического топлива	Саратовское	Ставропольское	Дашавское	Саратовское	Ставропольское	Дашавское
5	Способ сжигания	камерный
6	Температура питательной воды,оС	100
7	Величина продувки котла,%	5
8	Допустимое тепловыделение по сечению топки, qT,кВт/м2	1150
9	Допустимое напряжение топочного объема,qv,кВт/м2	420
10	Горелка	автоматическая Weishaupt
11	Скорость газов на входе кВ конвективный газаоход ωопт,м/с	13…14

 

	Вариант
1	Тип парогенератора
2	Номинальная паропроизводительность,т/ч
3	Давление насыщенного пара,МПа
4	Месторождение и марка энергетического топлива
5	Способ сжигания
6	Температура питательной воды,оС
7	Величина продувки котла,%
8	Допустимое тепловыделение по сечению топки, qT,кВт/м2
9	Допустимое напряжение топочного объема,qv,кВт/м2
10	Горелка
11	Скорость газов на входе кВ конвективный газаоход ωопт,м/с

7	8	9	10	11	12
двухбарабанный,водотрубный
20	20	20	6.5	6.5	6.5
1.37
Саратовское	Ставропольское	Дашавское	Саратовское	Ставропольское	Дашавское
камерный
100
5
1150
420
автоматическая Weishaupt
13…14

Выбор расчетных температур

Адиабатная температура горения топлива ν_а будет рассчитана в результате теплового расчета топочной камеры.

Доли теплоты, передаваемые экраном топочной камеры, конвективным поверхностям нагрева и в экономайзере, исходя из оптимального соотношения радиационного и конвективного теплообмена в котле обычно составляют 50, 35 и 15 % соответственно.

В курсовом проекте температуры газов на выходе из топочной камеры (на входе в конвективный газоход ν^’_к), на выходе из конвективного газохода ν^”_к (на входе в экономайзер ν^’_э), на выходе из экономайзера ν^”_э (температура уходящих газов ν_ух) выбираются равными значениям для соответствующего котла-аналога по справочнику [ ].

Температура воздуха на входе в котел принимается равной 20-30^оС.

Расчетные характеристики топлива

Газовое месторождение	Состав газа, % по объёму	Теплота сгорания,Qсн,МДж/м3	Плотность ρ0,кг/м3
CH4	C2H8	C3H8	CO2	N2	H2S
Саратовское	91.9	2.1	1.8	1.2	3.0	-	36.1	0.79
Ставропольское	91.2	3.9	1.8	0.5	2.6	-	37.0	0.79
Дашавское	98.9	0.3	0.2	0.2	0.4	-	35.8	0.71

Тепловая схема котла

 

t,ν

 

 

ν_а

 

ν^”_к=ν^’_э ν^”_э=ν_ух

 

tн

Н

ν^”_т=ν^’_к

ν^”_к=ν^’_э ν^”_э=ν_ух

t”э t_{н t”э} t^’_э=t_пв

t_н t^’_э=t_пв

Н

1 2 3

≈50% ≈35 % ≈ 15%

 

 

 

 

 

 

 

 

п.в.

 

 

рис.1

1-экраны топочной камеры(в том числе испарительные поверхности);

2-поверхности нагрева конвективного газохода(в том числе испарительные поверхности);

3-водяной экономайзер.

 

 

6.Общий эскиз котла:

 

экономайзер

окно короб

 

νаmax

 

 

воздух горелка

 

уходящие газы

 

 

дутьевой дымосос

вентилятор газ

 

 

Топочная камера Двухходовой

конвективный

газоход

 

Верхний барабан

 

 

Конвективный газоход

Топочная

камера

 

Нижний барабан

 

Рис.2

6.1.Водопаровой тракт котла:

 

 

 

 

 

t^”_пв

ν”т= ν’г 1а   1б 1д 1г 1в

ν”г=ν’э

топливо ухо

6а дя-

щие

газы

4 ν_ух

 

 

Воздух

ν_хв

2 t^’_пв

3

 

 

 

t_пв

 

рис.3

1-топочная камера котла;

1а-подовый экран;

1б-левый боковой экран;

1в-потолочный экран;

1г-задний экран;

1д-фронтовой экран;

2-3-двухходовой конвективный газаход;

4-газовй короб, соединяющий котел и экономайзер;

5-водяной экономайзер;

6а-необогреваемые опускные трубы.

 

 

Расчет объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

7.1.Теоретический расход воздуха при О⁰С и 760 мм рт ст

V^o =0.0476 [∑(m+ )C_mH_n +0.5(CO+H₂O) +1.5H₂S-O₂], м³/м³ (7.1)

7.2 При сжигании природного газа образуются следующие объёмы продуктов сгорания:

V^o_N2 =0.79 V^o+0.01N₂, м³/м³ (7.2)

V_RO2 =0.01(∑mC_mH_n+СO₂+CO+H₂S), м³/м³ (7.3)

V^о_H2O=0.01(∑ C_mH_n+H₂S+H₂+0.124d_г+0.0161 V^o) , м³/м³ (7.4)

V⁰_г = V^o_N2 +V_RO2+V^о_H2O, м³/м³ (7.5)

При температуре газа t_г =10^оС, d_г=10.1 г/м³.

Действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания при коэффициенте избытка α:

Vв=αV^o, м³/м³ (7.6)

V_H2O= V^о_H2O+0.0161(α-1) V^o, м³/м³ (7.7)

V_г= V⁰_г+0.0161(α-1) V^o, м³/м³ (7.8)

 

Объёмы продуктов сгорания в поверхностях нагрева представлены в таблице 7.1

Таблица 7.1

Наименование величин и обозначение	Размерность	Топочная камера	Конвективный газоход	Водяной экономайзер
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева α”		1.05	1.1	1.2
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева αср		1.05	1.075	1.15
Объём водяных паров VH2O	м3/м3
Полный объём газов Vг	м3/м3
Объёмная доля 3хатомных газов,r RO2=VRO2/Vг
Объёмная доля водяных паров rH2O=VH2O/Vг
Суммарная объёмная доля rп=rRO2+rH2O

7.3.Энтальпии воздуха и продуктов сгорания:

H^o_в=V^oC_вν, кДж/м³ (7.9)

H^o_г=( V_RO2 С_RO2+ V^о_H2O С_H2O+ V^o_N2 С_N2)ν, кДж/м³ (7.10)

H_г= H^o_г + (α-1) Н^o_в , кДж/м³ (7.11)

 

 

Средние теплоёмкости воздуха и газов,кДж/(м³*К) приведены в таблице 7.2

 

 

Таблица 7.2

ν,оС	Св	СCO2	СN2	CH2O
	1.3	1.70	1.30	1.49
	1.32	1.86	1.31	1.54
	1.34	1.98	1.33	1.59
	1.36	2.08	1.35	1.64
	1.39	2.17	1.38	1.69
	1.42	2.23	1.41	1.74
	1.44	2.28	1.43	1.80
	1.46	2.33	1.44	1.85
	1.48	2.37	1.46	1.90
	1.49	2.41	1.47	1.94
	1.50	2.44	1.48	1.98
	1.51	2.46	1.50	2.02

Результаты расчёта энтальпий газов при действительных (средних) избытках воздуха представлены в табл. 7.3

Таблица 7.3

Поверхность нагрева	Температура за поверхностью нагрева υ, оС	, кДж/м3	, кДж/м3	(α-1) , кДж/м3	Нг, кДж/м3
Топочная камера, зона ядра факела αт=1,05
Конвективный газоход αк=1,075
Водяной экономайзер αэ=1,15
Уходящие газы αух=1,2