Поверочный расчет котла – утилизатора



Скачать 190.8 Kb.
Дата24.04.2018
Размер190.8 Kb.
Название файлаteplomasoobmennoe_oborudovanie моё.docx

Поверочный расчет котла – утилизатора
Целью поверочного расчета является определение количества теплоты, воспринимаемой поверхностями нагрева котла-утилизатора при заданных параметрах и сравнение расчетной величины с фактическим тепловосприятием котла-утилизатора.

Исходные данные для расчета котла-утилизатора выбираются в соответствии с таблицей 1; 2.



Вариант 31.

Исходные данные:


Таблица 1 - Основные технические характеристики котлов-утилизаторов

Вариант (предпоследняя цифра шифра зачетной книжки)

Тип котла




Паропроизводи-тельность, Dпп, т/ч

Давление пара, Рб, МПа

Температура перегретого пара, tпп, ºС

Объем дымовых газов при нормальных условиях, G0, м3


Температура газов перед котлом,t′г,ºС


Температура уходящих газов, t″г, ºС

Температура питательной воды,tпв, 0С

3

КУ-60-2

19

4,5

392

60000

850

252

80

Таблица 2- Состав дымовых газов за различными технологическими агрегатами



Вариант (последняя цифра шифра зачетной книжки)

Состав газов, %

СО2

N2

SO2

CO

O2

H2

H2O

1

13

76,5

-

2

1,5

-

7

Таблица Б.1 - Расчетно-конструктивная характеристика конвективных, змеевиковых унифицированных котлов-утилизаторов




Характеристика


Типоразмер котла


Испарительные пакеты, м2

Пароперегреватель

Экономайзер

1-й

2-й

3-й

4-й

Расчетная площадь поверхности нагрева, F, м2


КУ40-1

30

109,5

122

110,5

43,5

185

КУ-60-2

46

173

92

175

70

247

КУ-80-3

60

219

244

221

87

370

КУ-100-1

85

285

315

295

110

460

КУ-125

110

370

410

380

144

615

КУ-150

133,2

415

475

436

166

725,1

Число параллельно

включенных



змеевиков, z


КУ40-1

18

38

38

-

19

12

КУ-60-2

28

60

60

-

30* 60**

16

КУ-80-3

36

76

76

-

38* 76**

24

КУ-100-1

40

80

80

-

40* 80**

24

КУ-125

52

104

104

-

52* 104**

32

КУ-150

64

120

120

-

60

32

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, Fп.с., м2


КУ40-1

4,315

3,17

3,17

2,885

3,17

3,18

КУ-60-2

7,0

5,06

5,06

4,63

5,06

4,55

КУ-80-3

8,63

6,34

6,34

5,77

6,34

6,36

КУ-100-1

10,8

8,04

8,04

7,35

8,04

7,67

КУ-125

13,2

10,3

10,3

9,4

10,3

9,8

КУ-150

16,6

12,5

12,5

11,5

12,5

9,65

Площадь живого сечения для пара и воды, f, м2

КУ40-1

0,0096

0,0202

0,0202

-

0,0101 -

0,0063

КУ-60-2

0,0148

0,0318

0,0318

-

0,0159* 0,0318**

0,0085

КУ-80-3

0,0192

0,0404

0,0404

-

0,0202* 0,0404**

0,0127

КУ-100-1

0,0212

0,0425

0,0425

-

0,0212* 0,0425**

0,0127

КУ-125

0,0276

0,0552

0,0552

-

0,0552

0,0170

КУ-150

0,0340

0,0636

0,0636

-

0,0318 -

0,0170

Диаметр труб, мм

32/26

Количество рядов по ходу газов

Для всех котлов КУ

12

20

22

8

9

Шаги по ширине, мм

172

86

90

-

Шаги по глубине, мм

70

-

-

Эффективная толщина излучающего слоя, м

0,161

-

* при давлении 4,5 МПа, ** при давлении 1,8 МПа


Расчет параметров дымовых газов
Дымовые газы рассматриваются как газовые смеси. Состав дымовых газов в объемных долях приведен в табл.2 исходных данных.

Объемная изобарная теплоемкость дымовых газов при входе в котел- утилизатор и на выходе из него подсчитывается как теплоемкость смесигазов по формуле, кДж/(м3* 0С):



(1)
где сp,i - объемные изобарные теплоемкости компонентов дымовых газов при температурах, соответственно, на входе газа в котел- и на выходе из него - , кДж/(м3*0С);

ri - объемные доли компонентов смеси (в относительных единицах).

Теплоемкость газов при и выбирается из приложения А табл. А.1
обьемные изобарные теплоемкости до и после подвода дымовых газов кДж/м3 *°С





CO2

N2

SO2

CO

O2

H2

H2O

Газ перед котлом

1,46

1,38

1,39

2,16

1,68

2,2

1,32

Газ после котла

1,35

1,31

1,31

1,83

1,53

1,92

1,3


кДж/м3 *°С

кДж/м3 *°С
Энтальпия газов на входе в котел-утилизатор, кДж/м3:

= 1,41*850 = 1195 (2)
Энтальпия газов на выходе из котла-утилизатора, кДж/м3:

По вычисленным значениям и строится график зависимости изменения энтальпии газов в газоходах котла Iг=f(tг) по двум точкам, так как зависимость практически линейная.



Расчет паропроизводительности котла-утилизатора
Для расчета паропроизводительности котла-утилизатора используется уравнение теплового баланса, согласно которому теплота, отданная дымовыми газами равна теплоте, принятой нагреваемой средой:

(4)

(5)

Qг1 = Qп,

где Qг – теплота, отданная дымовыми газами в котле - утилизаторе, кВт;

φ- коэффициент сохранения теплоты (принимается φ=0,98);

Qп – теплота, затраченная на испарение и перегрев пара, кВт;

Dпп – паропроизводительность котла-утилизатора, кг/с;

Dпррасход воды на продувку котла; кг/с: Dпр=Dппψ11 коэффициент непрерывной продувки котла, принимается не более 5%);

iпп– энтальпия перегретого пара на выходе из котла, кДж/кг;

i- энтальпия кипящей жидкости, кДж/кг

iпв– энтальпия питательной воды, кДж/кг;

Go – объемный расход газов при нормальных условиях, м3/с.

Энтальпия перегретого пара iпп при заданных значениях температуры tпп и давления Рб пара в барабане определяется по i-s диаграмме (приложение Г).

Энтальпия кипящей жидкости определяется по i-s диаграмме при давлении Рб и степени сухости х=0 или по термодинамической таблице водяного пара (приложение В). При этом давление пара в барабане определяется как сумма давления перегретого пара и гидравлического сопротивления пароперегревателя Р0,1Рпп, Па:

Рбпп+Р = 4,5+4,5*0,1 = 4,95 (6)

iпп = 3175

i' = 1151 кДж/кг

температура кипящей жидкости t' = 263.29 °C

Энтальпия питательной воды рассчитывается по выражению, кДж/кг:

iпв= срв * tпв = 4,195*80=336 (7)

где срв – теплоемкость воды при температуре tпв, кДж/кг0С (приложение А, табл. А.2).

Приравнивая правые части уравнений теплового баланса (4), (5) находится паропроизводительность котла-утилизатора Dпп.

имея уравнение

отсюда паропроизодительность котла



Поверочный расчет пароперегревателя
а) Рассчитывается теплота, идущая на перегрев пара, кВт,
Qпп =Dпп(iпп- i) = 4,88*(3175-2793) = 1864 (8)
где i - энтальпия сухого насыщенного пара = 2793 кДж/кг.

Энтальпия сухого насыщенного пара определяется по i-s диаграмме (приложение Г) при давлении Рб и степени сухости пара х=1 или по термодинамической таблице водяного пара (приложение В).

Количество теплоты, полученное на перегрев пара, равно количеству теплоты, отданному дымовыми газами, Qпп = Qг1,

где Qг1 – теплота, отданная дымовыми газами в пароперегревателе, кВт (9)

Исходя из теплового баланса пароперегревателя рассчитывается энтальпия газов за ним, кДж/м3:

. (10)

По I-t - диаграмме дымовых газов, построенной ранее, определяется температура газов за пароперегревателем tг1.

tг1 = 770 °С

б) Рассчитывается температурный напор в зоне пароперегревателя как среднелогарифмическая разность температур по формуле:



(11)

где - разность температур газа и пара в том конце поверхности нагрева пароперегревателя, где она наибольшая, °С; = tг1 - t' = 765-263 = 502



- разность температур в другом конце поверхности нагрева пароперегревателя, °С.= tг' -tпп = 850-392 = 458

При определении разностей температур tб и tм необходимо учесть, что схема движения теплоносителей, газа и пара, противоточная.

в) Рассчитывается скорость движения дымовых газов по формуле, м/с:

, (13)

где G0 - объем дымовых газов при нормальных условиях на входе в котел, м3/с;

Fпс1 - живое сечение для прохода дымовых газов в зоне пароперегревателя, м2 (принимается по конструктивной характеристике котла из приложения Б);

tсрг1- средняя температура газов в зоне пароперегревателя, 0С.

Средняя температура потока дымовых газов определяется как полусумма температур газов на входе в зону пароперегревателя и выходе из нее tг1:



г) Рассчитывается средняя скорость перегретого пара по формуле, м/с:


(14)
где vпп - удельный объем перегретого пара, м3/кг (определяется по уравнению Клапейрона: рvпп=RT, где Т= tсрп+273, R- газовая постоянная перегретого пара, R=460 Дж/кгК)

Средняя температура пара определяется как полусумма температур сухого насыщенного и перегретого пара:



Температура сухого насыщенного пара определяется по i-s- диаграмме (приложение Г) при давлении Рб и степени сухости пара х=1 или по термодинамической таблице водяного пара (приложение В).

f - живое сечение трубы для прохода пара, м2 (определяется по конструктивным характеристикам котла из приложения Б).



д) Рассчитывается коэффициент теплопередачи от газов к пару по формуле, Вт/м2* 0С:



(15)

где 1 - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке, Вт/(м2*0С);

2- коэффициент теплоотдачи от стенки к перегретому пару, Вт/(м2* 0С);

 -коэффициент тепловой эффективности (принимается равным 0,61).

Коэффициент теплоотдачи 1определяется по номограммам приложения Д при известных значениях скорости газа, средней температуры, внешнего диаметра труб пароперегревателя. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару, 2, определяется по номограмме приложения Е при известных значениях давления, средней температуры, скорости пара и внутреннему диаметру труб пароперегревателя.

Определим коэффициент теплоотдачи α1 исходные данные (приложение Д)

число рядов по ходу газов - 8

тогда Cz = 0.98

внешний диаметр труб dнар = 0.032 м

скорость газа ωг1 = м/с

тогда αH = 97 Вт/м2*K

при σ1 = 1.6 σ2 = 1.6

получим Cs = 0.99

при приобъёмном влагосодержании rH2O/100=0.07

и температуре потока tсг = 808°С

Cф = 0,98

α1H*Cz*Cs*Cф=97*0.98*0.98*0,99 =91,3
определим коэффициент теплопередачи от пара к трубе
Исходные данные:

Давление пара Pб = 4.95 МПа

Средняя температура пара tср=(tпп + t')/2=(392 + 263.29)/2=325

Скорость пара ωпп = 9,36 м/с

Тогда коэффциент теплоотдачи αH2 = 900 Вт/м2 *°C

Внутренний диаметр трубы dвнут = 0.026

тогда Cd = 1.03 тогда

α2H2*Cd = 900*1.03=927Вт/м2*°C



е) Определяется тепловосприятие пароперегревателя из уравнения теплопередачи:

(16)

Qтп - теплота, воспринятая поверхностью нагрева, или тепловосприятие пароперегревателя, кВт;

k- коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому пару, Вт/(м2*0С);

F – площадь поверхности нагрева пароперегревателя, м2 (определяется по конструктивным характеристикам из приложения Б);

tср1 – средний температурный напор, °С.



% < 2%
Поверочный расчет испарителя
а) Рассчитывается теплота, идущая на парообразование, кВт:
Qи =Dпп(i- i′) = 4,88*(2793-1151) = 8014 (17)
Из расчета пароперегревателя известна энтальпия Iг1дымовых газов на входе в испаритель. Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт:

(18)

Согласно тепловому балансу испарителя теплота, отданная дымовыми газами, равна теплоте, израсходованной на испарение воды. Приравнивая правые части уравнений (17) и (18) определяется энтальпия дымовых газов после испарителя Iг2.




По I-t- диаграмме дымовых газов определяется температура газов после испарителя tг2.

tг2 = 450

б) Рассчитывается средний температурный напор в зоне испарителя:
(19)

где - разность температур газа и пара в том конце поверхности нагрева испарителя, где она наибольшая, °С;



- разность температур в другом конце поверхности нагрева испарителя, °С.

При определении разностей температур tб и tм необходимо учесть, что температура пара в зоне испарителя остается постоянной, равной температуре насыщения пара при давлении в барабане. Температура газа изменяется от tг1 до tг2.








в) Рассчитывается скорость движения дымовых газов в зоне испарителя по формуле, м/с:

, (20)

где Fпс2 - живое сечение для прохода дымовых газов в зоне испарителя, м2 (принимается по конструктивной характеристике котла из приложения Б как среднеарифметическое значение в рядах труб испарителя);

tсрг2- средняя температура газов в зоне испарителя, 0С.

Средняя температура потока дымовых газов определяется как полусумма температур газов на входе в зону испарителя tг1 и выходе из нее tг2:










г) Рассчитывается коэффициент теплопередачи от газов к водяному пару, Вт/(м2*0С):

(21)
где 1- коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке, Вт/(м2*0С) (определяется по номограммам приложения Д).

Коэффициент  берут в пределах 0,650,8.

Определим коэффициент теплоотдачи α1

исходные данные (приложение Д)

Cz = 0.99

внешний диаметр труб dнар = 0.032 м

скорость газа ωг2 = 10,67 м/с

тогда αH = 84 Вт/м2*K

при σ1 = 1.6 σ2 = 1.6

получим Cs = 0.99

при объёмном влагосодержании rH2O/100 = 0.07 и температуре потока tср2 = 678 °С

Cф =0,98

α1H*Cz*Cs*Cф=84*0,99*0,92*0,98=75

Рассчитываем коэффициент теплопередачи от газов к водяному пару


k=ζ*α1=0,65*75=48,7
д) Определяется тепловосприятие пароперегревателя из уравнения теплопередачи:

(22)
Qти - теплота, воспринятая поверхностью нагрева, или тепловосприятие испарителя, кВт;

k- коэффициент теплопередачи от дымовых газов к пару, Вт/(м2*0С);

F - площадь поверхности нагрева испарителя, м2 (определяется по конструктивным характеристикам из приложения Б как суммарная площадь всех рядов труб испарителя);

tср – средний температурный напор, °С.




% < 2%
Поверочный расчет водяного экономайзера
а) Рассчитывается количество теплоты, переданное на нагрев воды в экономайзере, кВт:

(23)

где - энтальпия кипящей воды, кДж/кг, определяется по i-s – диаграмме (приложения Г) при давлении Рб и степени сухости пара х=0 или по термодинамической таблице водяного пара (приложение В).

iпв – энтальпия питательной воды, кДж/кг.

б) Рассчитывается средний температурный напор в зоне экономайзера:
(24)

где - разность температур газа и воды в том конце поверхности нагрева экономайзера, где она наибольшая, °С;



- разность температур в другом конце поверхности нагрева экономайзера, °С.

При определении разностей температур tб и tм необходимо учесть, что схема движения теплоносителей, газа и воды, противоточная.

Температура воды на входе в экономайзер равна температуре питательной воды, tпв, на выходе из него, температуре насыщения при давлении пара в барабане. Температура газов на входе на поверхность экономайзера равна температуре газов на выходе из испарительной части tг2, температура газов на выходе из экономайзера равна температуре газов на выходе из котла-утилизатора t″г.





В) Рассчитывается скорость движения дымовых газов в зоне экономайзера по формуле, м/с:

(25)
где Fпс3живое сечение для прохода дымовых газов в зоне экономайзера, м2 (принимается по конструктивной характеристике котла из приложения Б);

tсрг3- средняя температура газов в зоне экономайзера, 0С.

Средняя температура потока дымовых газов определяется как полусумма температур газов на входе в зону экономайзера tг2 и выходе из нее t″г:






г) Рассчитывается коэффициент теплопередачи от газов к воде, Вт/(м2*0С):

(26)
где 1- коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке, Вт/(м2*0С) (определяется по номограммам приложения Д).

Коэффициент  берут в пределах 0,650,8.


Определим коэффициент теплоотдачи α1

исходные данные (приложение Д)

Cz = 0.98

внешний диаметр труб dнар = 0.032 м

скорость газа ωг2 = 8,4 м/с

тогда αH = 72,5 Вт/м2*K

при σ1 = 1.6 σ2 = 1.6

получим Cs = 0.99

при объёмном влагосодержании rH2O/100 = 0.07 и температуре потока tср3 = 351°С

Cф =1,05

α1H*Cz*Cs*Cф=72,5*0,98*0,99*1,05=74

Рассчитываем коэффициент теплопередачи от газов к водяному пару

k=ζ*α1=0,8*74=59


д) Определяется тепловосприятие экономайзера из уравнения теплопередачи:

(27)

Qтэ – теплота, воспринятая поверхностью нагрева, или тепловосприятие экономайзера, кВт;

k- коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде, Вт/(м2*0С);

F – поверхность нагрева экономайзера, м2 (определяется по конструктивным характеристикам из приложения Б);

tср3 – средний температурный напор, °С.


% < 2%


Основная литература

1. Бакластов А.М. Промышленные теломассообменные процессы и установки: Учебник для вузов/ А.М.Бакластов, В.А.Горбенко, О.Л.Данилов и др.-М.: Энергоатомиздат,1986.- 328с.

2. Делягин Г.Н., Теплогенерирующие установки/ Делягин Г.Н., Лебедев В.И. и др. - М.: БАСТЕТ, 2010. - 622с

3. Назмеев Ю.Г. Теплообменные аппараты ТЭС/Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. – Издательство МЭИ, 2002. – 260с.

4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник / Под общ.ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991.-588с.

5. Теплообменники энергетических установок: Учебник для вузов/Под общ. ред. Ю.М.Бродова – Екатеринбург: Изд-во «Сократ», 2002.- 968с.

6. Цветков, Ф.Ф.    Тепломассообмен: Учеб. пособие. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Издательство МЭИ, 2005. - 548с.

Дополнительная литература

1. Бакластов А.М., Горбенко В.А.,Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. М.: Энергоиздат, 1981.-336с.



2. Расчет тепломассообмена в промышленных установках, системах и сооружениях: Учеб. пособие / Л. И. Архипов, А. Б. Горяев, А. Л. Ефимов и др.; Под общ. Ред.А. Л. Ефимова.- М.: Издательство МЭИ, 2001. - 52 с.

3. Сборник примеров и задач по тепломассообменным процессам, аппаратам и установкам /Л.И. Архипов, В.А.Горбенко, О.Л. Данилов, А.Л.Ефимов, С.И.Коновальцев; под ред.А.Л.Ефимова.-М.: Издательство МЭИ,1998.-116с.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©2docus.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Рабочая программа
Методические указания
Пояснительная записка
Методические рекомендации
Учебное пособие
Практическая работа
Общая характеристика
Теоретические основы
Теоретические аспекты
Дипломная работа
Самостоятельная работа
Федеральное государственное
Физическая культура
Теоретическая часть
Технологическая карта
Выпускная квалификационная
Техническое задание
Гражданское право
государственное бюджетное
квалификационная работа
Краткая характеристика
История развития
Производственная практика
Общие положения
прохождении производственной
Учебная программа
Методическая разработка
Управление образования
Экономическая теория
Техническое обслуживание
Общие требования
Правовое регулирование
Операционная система
Методическое пособие
Организация производства
Теория вероятностей
Экономическая безопасность
Управление персоналом
Единая система
Системное программирование
Основная часть
Экологическая обстановка
Математическое моделирование
Конституционное право
Отечественная история
создания отчетов
Управление техносферной
Теория государства