Тепловой расчет котельных агрегатов.(Часть первая) Методические указания по курсовому проектированию. В.Ш. Магадеев

Тепловой расчет котельных агрегатов.(Часть первая) Методические указания по курсовому проектированию. В.Ш. Магадеев

Федеральное Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Московский Государственный агроинженерный университет имени В.П.Горячкина

В.Ш. Магадеев

Методические указания по курсовому проектированию

Тепловой расчет котельных агрегатов

(Часть первая)

Москва 2005

Методические указания по курсовому проектированию

Тепловой расчет котельных агрегатов

(Часть первая)

Специальность: 101600 Энергообеспечение предприятий

Дисциплина: Источники и системы теплоснабжения предприятий.

Составитель: В.Ш. Магадеев

Изложена последовательность теплового расчета котельного агрегата с

необходимыми расчетными формулами, таблицами и номограммами

Рис.

Таблиц

Список библиографии

Московский Государственный агроинженерный университет имени В.П.Горячкина

1 Содержание курсового проекта

Курсовой проект «Тепловой расчет котельного агрегата» выполняют студенты

5-го курса по дисциплине «Источники и системы теплоснабжения предприятий»

энергетического факультета.

Основой для выполнения проекта является курс по специальности

«Энергообеспечение предприятий» и нормативные материалы по тепловому

расчету котельных агрегатов.

Курсовой проект имеет цель дать представление о методике тепловых расчетов

поверхностей нагрева котельного агрегата, определение габаритных размеров

поверхностей и газоходов котла, его экономических показателей.

Курсовой проект состоит из конструктивного эскиза котла для принятой

компоновки его поверхностей нагрева в масштабе 1:50 и

расчетно-пояснительной записки.

Расчетно-пояснительная записка содержит:

1. Задание на выполнение проекта;

2. Описание конструкции котла и его водопарового тракта;

3. Характеристику заданного топлива;

4. Выбор необходимых температур газов и воздуха, избытков воздуха и

присосов холодного воздуха по газовому тракту котла;

5. Таблицы исходных данных, расчетные формулы и результаты расчетов

объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания, КПД котла, расхода

топлива;

6. Таблицы исходных данных, расчетные формулы и результаты расчетов

топочной камеры и конвективных поверхностей нагрева;

7. Специальное задание.

Для выполнения проекта выбираются типовые барабанные и прямоточные котлы,

допускаются определенное упрощение конструкции типового котла.

Для возможности выполнения тепловых расчетов в единицах СИ приводится

таблица 1 соотношений между единицами (Приложение 1)

2. Топливо

2.1. Теплота сгорания твердого и жидкого топлива принимается по данным

калориметрического определения.

Теплота сгорания высшая вычисляется по величине теплоты сгорания в

калориметрической бомбе Q[б], исправленной с учетом кислотообразования при

сгорании.

Теплота сгорания низшая Q[н] находится вычитанием из теплоты сгорания

высшей Q[в] теплоты парообразования, условно принимаемой равной 2512

кДж/кг.

Q[н]=Q[в] - 25(W+9H) кДж/кг (2-1)

2.2.Различные массы топлива и пересчет характеристик с одной массы на

другую.

Характеристики топлива могут быть отнесены:

к рабочей массе топлива, т.е. к топливу в том виде, в каком оно поступает

для потребления ;

к сухой массе, т.е. к топливу не содержащему влаги (W=0);

к горючей массе, т.е. к сумме элементов, составляющих органическую массу

топлива и колчеданной серы… т.е. к топливу не содержащему (W+A)

Из определения каждой массы топлива следуют отношения:

С^р+Н^р+N^p+O^p+S[к]^р+S[ор]^р+W^p+A^p=100%

С^с+Н^с+N^с+O^с+S[к]^с+S[ор]^с+A^с=100%

С^г+Н^г+N^г+O^г+S[к]^г+S[ор]^г=100%

Пересчет состава топлива, выхода летучих и теплоты сгорания (в бомбе и

высшей) с одной массы топлива на другую производится при помощи

множителей, приведенных в табл.2.1

Таблица 2.1.

+------------------------------------------------------------------------+

| | Искомая масса топлива | |

| Заданная масса топлива |--------------------------------+--------------|

| | | Рабочая | Сухая | Горючая |

|------------------------| |---------------+--------------+--------------|

| Рабочая | | 1 | 0x01 graphic | 0x01 graphic |

|------------------------| |---------------+--------------+--------------|

| Сухая | | 0x01 graphic | 1 | 0x01 graphic |

|------------------------| |---------------+--------------+--------------|

| Горючая | | 0x01 graphic | 0x01 graphic | 1 |

+------------------------------------------------------------------------+

2.3. Классификация углей.

По ГОСТу ископаемые угли делятся на три основных типа: бурые, каменные и

антрацит. Переходным типом между каменными углями и антрацитом является

полуантрацит.

К бурым углям (марка Б) относят угли с высшей теплотой сгорания рабочей

массы беззольного угля менее 23,86 МДж/кг. Бурые угли по содержанию в них

рабочей влаги разделяют на три группы:

Б1 содержащие рабочую влагу более 40%

Б2 содержащие рабочую влагу от 30,0 до 40,0%

Б3 содержащие рабочую влагу до 30%

К каменным углям относят угли с высшей теплотой сгорания рабочей массы

беззольного угля более 23,86 МДж/кг и с высоким выходом летучих веществ

u^г>9%. Каменные угли делятся на марки в основном по выходу летучих.

К полуантрацитам (ПА) и антрацитам (А) относят угли, имеющие выход летучих

веществ в условной горючей массе менее 9%. Полуантрациты обладают более

высокой теплотой сгорания Q[б]^г >34,96 МДж/кг, тогда как средняя теплота

антрацитов Q[б]^г=33,91 МДж/кг.

2.4. Классификация жидких топлив.

В соответствии с действующим ГОСТом в качестве жидкого котельного топлива

применяется остаточный продукт нефтепереработки - мазут трех марок - 40,

100 и 200.

Марка топлива определяется предельной вязкостью, составляющей при 80°С для

мазута М40 - 8,0 и для М100 - 15,5 для М200 - 6,5-9,5 градусов условной

вязкости (°УВ) при 100°С.

Мазут 200 поставляется только по трубопроводам непосредственно с

нефтеперерабатывающих заводов. Запрещается разогрев его острым паром.

Предельная зольность мазутов 40 и 100 установлена равной 0,15, мазута 200

- 0,30 %

По содержанию серы мазуты разделяются на малосернистые (до 0,5%),

сернистые (до 2,0%) и высокосернистые (до 3,5%).

В ряде случаев в качестве котельного топлива используется

низкокачественная сырая или обессоленная и отбензиненная нефть. Эти жидкие

топлива резко отличаются от мазута по содержанию легких фракций, в связи с

чем они требуют специально оборудованного мазутного хозяйства.

2.5. Газообразное топливо

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов,

содержащую некоторое количество примесей в виде водяных паров, смолы и

пыли.

Состав газообразного топлива задается в процентах по объему и все расчеты

относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных условиях (760 мм

рт.ст. и 0°С). Содержание примесей (водяных паров, смолы, пыли) выражается

в г/м^3 сухого газа.

В природных газах, подаваемых потребителю, практически нет пыли,

влагосодержание их зависит от способа обезвоживания до поступления в

газопровод и на местах добычи может сильно колебаться. При подаче газа на

дальние расстояния влага из него удаляется.

2.6. Расчетные характеристики топлива

Для расчета котельного агрегата основные характеристики топлива следует

принимать по таблице 2.3 (Приложение 1).

При проверке соответствия заданного элементарного состава теплоте сгорания

горючей массы, вычисленной по формуле Менделеева:

Q[н]^г=339С^г+1030Н^г-109(O-S)^г кДж/кг (2-2)

расхождение с калориметрическим определением не должно превышать 628

кДж/кг для топлива зольностью =< 25% и 837 кДж/кг для топлив с А^с>25%.

Эти расхождения при А^с=25% результаты подсчета по формуле Менделеева

должны быть выше, чем по калориметру.

3. Объемы воздуха и продуктов сгорания

3.1. Все объемы воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 кг

топлива (твердого, жидкого) или на 1 м^3 сухого газообразного топлива при

нормальных условиях.

Все формулы даны применительно к случаю отсутствия химической теплоты

сгорания топлива «q[3]», но с достаточной точностью могут быть

использованы и при незначительной химической неполноте горения.

Потери тепла от механического недожога «q[4]» учитываются при определении

расчетного расхода топлива:

0x01 graphic

кг/ч, (3-1)

где В - полный расход топлива на котельный агрегат, кг/ч.

3.2. Теоретический объем сухого воздуха, необходимый для полного сгорания

твердого, жидкого топлива (коэффициент избытка воздуха a=1)

V^0=0,0889(С^р+0,375 DOT S[ор]^р[+к])+0,265 DOT Н^р-0,033 DOT О^р м^3/кг

(3-2)

3.3. Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном

сгорании твердого, жидкого топлива с теоретически необходимым количеством

воздуха (a=1).

Теоретический объем азота

0x01 graphic

м^3/кг (3-3)

Объем трехатомных газов

0x01 graphic

м^3/кг (3-4)

Теоретический объем водяных паров

0x01 graphic

м^3/кг (3-5)

При наличии парового дутья или парового распыливания мазута при расходе

пара G[ф] кг/кг в величину 0x01 graphic

включают член 1,24 DOT G[ф].

При избытке воздуха a>1 расчет ведется по следующим формулам:

Объем водяных паров

0x01 graphic

м^3/кг (3-6)

Объем дымовых газов

0x01 graphic

м^3/кг (3-7)

Объемные доли трехатомных газов

0x01 graphic

; 0x01 graphic

;

Безразмерная концентрация золы в дымовых газах

0x01 graphic

кг/кг

где а[ун] - доля золы топлива, уносимой газами, определяется как

а[ун]=0,95

G[г] - масса дымовых газов, кг

0x01 graphic

кг/кг (3-8)

При наличии парового дутья или парового распыливания мазута к величине

G[г] добавляется член G[ф].

3.4. Объемы воздуха и продуктов сгорания при сжигании 1 м^3 сухого

газообразного топлива определяются по следующим формулам:

Теоретический объем воздуха

0x01 graphic

м^3/м^3 (3-9)

Теоретический объем азота

0x01 graphic

м^3/м^3 (3-10)

Объем трехатомных газов

0x01 graphic

м^3/м^3 (3-11)

Теоретический объем водяных паров

0x01 graphic

м^3/м^3 (3-12)

где d[г.тп] - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м^3

сухого газа, г/м^3

В формулах для определения объема водяных паров влагосодержание воздуха d

принято равным 10г на 1кг сухого воздуха.

Расчет объемов рекомендуется вести согласно таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Объемы газов, объемные доли трехатомных газов, концентрации золы

+------------------------------------------------------------------------+

| | | V^0= 0x01 graphic | |

| | | 0x01 graphic | |

| Величина | Размерность | 0x01 graphic | |

| | | A^р= | |

| | |---------------------|

| | | | | газоходы |

|------------------------------------+-------------| | |-------------|

| Среднее значение коэффициента | | | | | | |||

| избытка воздуха a в газоходах | | | | | | |||

| | | | | | | |||

| Объемы водяных паров | | | | | | |||

| | - | | | | | |||

| 0x01 graphic | | | | | | |||

| | м^3/кг | | | | | |||

| Объемы газов | | | | | | |||

| | м^3/кг | | | | | |||

| 0x01 graphic | | | | | | |||

| | - | | | | | |||

| Объемная доля трехатомных газов | | | | | | |||

| | - | | | | | |||

| 0x01 graphic | | | | | | |||

| | - | | | | | |||

| Объемная доля водяных паров | | | | | | |||

| | кг/кг | | | | | |||

| 0x01 graphic | | | | | | |||

| | | | | | | |||

| 0x01 graphic | | | | | | |||

| | | | | | | |||

| 0x01 graphic | | | | | | |||

|--------------------------------------------------| | |-------------|

+------------------------------------------------------------------------+

Вес продуктов сгорания кг/кг (кг/м^3)

0x01 graphic

- для твердого и жидкого топлива (3-13)

0x01 graphic

- для газообразного топлива (3-14)

0x01 graphic

кг/м^3 (3-15)

4. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

4.1. Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при нормальных

условиях

0x01 graphic

кДж/кг или кДж/м^3 (4-1)

4.2. Энтальпия дымовых газов

0x01 graphic

кДж/кг или кДж/м^3 (4-2)

0x01 graphic

кДж/кг или кДж/м^3 (4-3)

4.3. К энтальпии дымовых газов следует добавлять энтальпию золы

0x01 graphic

кДж/кг (4-4)

(C0x01 graphic

)[зл] - энтальпия 1 кг золы (таблица 4.1)

a[ун] - доля золы топлива, уносимой газами. При приведенной величине уноса

золы из топки 0x01 graphic

значением энтальпии золы можно пренебречь.

Таблица 4.1.

Энтальпии 1 м^3 воздуха, газов и 1 кг золы, кДж/кг

+------------------------------------------------------------------------+

| 0x01 | 0x01 | 0x01 | 0x01 | 0x01 | 0x01 | 0x01 |

| graphic | graphic | graphic | graphic | graphic | graphic | graphic |

| , °С | | | | | | |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 100 | 170 | 130 | 132 | 151 | 133 | 80,8 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 200 | 359 | 261 | 267 | 375 | 267 | 169,1 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 300 | 561 | 393 | 407 | 464 | 404 | 264 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 400 | 774 | 524 | 551 | 628 | 543 | 360 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 500 | 999 | 664 | 699 | 797 | 686 | 458 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 600 | 1236 | 804 | 850 | 970 | 832 | 560 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 700 | 1486 | 946 | 1005 | 1151 | 982 | 662 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 800 | 1709 | 1092 | 1160 | 1340 | 1134 | 767 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 900 | 1951 | 1243 | 1319 | 1105 | 1281 | 875 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1000 | 2202 | 1394 | 1478 | 1725 | 1436 | 984 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1100 | 2458 | 1545 | 1637 | 1926 | 1595 | 1097 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1200 | 2717 | 1696 | 1800 | 2131 | 1754 | 1206 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1300 | 2977 | 1851 | 1964 | 2345 | 1913 | 1361 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1400 | 3240 | 2010 | 2127 | 2558 | 2077 | 1583 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1500 | 3504 | 2164 | 2294 | 2780 | 2604 | 1758 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1600 | 3768 | 2324 | 2462 | 3002 | 2403 | 1876 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1700 | 4036 | 2483 | 2629 | 3228 | 2566 | 2064 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1800 | 4304 | 2642 | 2797 | 3458 | 2730 | 2186 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 1900 | 4572 | 2805 | 2968 | 3688 | 2897 | 2386 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 2000 | 4844 | 2964 | 3140 | 3927 | 3065 | 2512 |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 2100 | 6252 | 3128 | 3056 | 4137 | 3232 | - |

|----------+----------+----------+---------+---------+---------+---------|

| 2200 | 5388 | 3291 | 3483 | 4400 | 3400 | - |

+------------------------------------------------------------------------+

Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания рекомендуется выполнять

согласно таблице 4.2.

Таблица 4.2.

Энтальпия продуктов сгорания (Н - Vтаблица)

+--------------------------------------------------------------------------------+

| | | | | 0x01 | |

| 0x01 | 0x01 | 0x01 | 0x01 | graphic | |

| graphic | graphic | graphic | graphic |---------+------------+ |

| , °С |, кДж/кг |, кДж/кг |, кДж/кг | | | | | a[1 | ]a[2 | |

| | | | | | | | |-----+------+-----------------|

| | | | | | | | | | | | | ]Н | DН | Н | D |

|---------+---------+---------+---------| | | | | | | | |----+----+---+---|

|---------------------------------------| | | | | | | | |-----------------|

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

+--------------------------------------------------------------------------------+

5. Коэффициент избытка воздуха и присосы в котельном агрегате

5.1. Коэффициент избытка воздуха в топке , соответствующий составу газов

топки, принимается в зависимости от типа топочного устройства и вида

сжигаемого топлива по данным таблиц 5.1.,5.2.,5.3.,5.4.

5.2. Величина коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газового

тракта котельного агрегата с уравновешенной тягой определяется путем

суммирования коэффициента избытка воздуха в топке с присосами в газоходах,

расположенных между топкой и рассматриваемым сечением.

Для котлов, работающих под наддувом, коэффициент избытка воздуха на

участке тракта от топки до воздухоподогревателя принимается постоянным.

Величина перетечки воздуха из воздушной в газовую сторону

воздухоподогревателя учитывается при работе под наддувом так же, как и при

уравновешенной тяге.

5.3. Присосы воздуха в газоходах котла следует принимать по данным таблицы

5.5.

5.4. При определении расхода воздуха через воздухоподогреватель

учитываются присосы в топке и системе пылеприготовления

b\'\'[вп]=a[т] - Da[т] - Da[пл]. (5-1)

на выходе из воздухоподогревателя

b\'[вп]=b\'\'[вп]+Da[вп] (5-2)

на входе в воздухоподогреватель при отсутствии рециркуляции, в том числе и

при работе под наддувом.

где Da[пл] - присос в системе пылеприготовления. (Таблица 5.6.)

Da[вп] - перетечка воздуха с воздушной стороны в газовую, принимается

равной присосу воздуха в воздухоподогревателе.

Таблица 5.1.

Расчетные характеристики камерных топок с твердым шлакоудалением для

котельных агрегатов производительностью 75 т/ч и выше при сжигании

пылевидного топлива

+---------------------------------------------------------------------------------+

| | Коэфф. | Допустимое |Потери| | |

| | избытка | тепловое |тепла | Доля золы | |

Страницы: 1, 2, 3