Тепловосприятие пароперегревателя
Содержание.
Исходные данные………………………………………………………………………3
1. Состав и характеристика топлива……………………………………………...4
2. Определение состава и энтальпий дымовых газов…………………………....4
Расчет при коэффициенте расхода воздуха α=1…………………………...4
Расчет при коэффициенте расхода воздуха α>1…………………………...5
Расчет энтальпй……………………………………………………................9
3. Тепловой баланс………………………………………………………………..12
4. Расчет топки…………………………………………………………………….13
Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры…………………………………………………………………………….13
Расчет теплообмена в топке………………………………………………..15
5. Определение тепловосприятий………………………………………………..16
Тепловосприятие пароперегревателя……………………………………...16
Тепловосприятие котельного пучка……………………………………….16
Тепловосприятие водяного экономайзера………………………………...17
Сведение теплового баланса котла………………………………………..17
6. Поверочно-конструктивный расчет пароперегревателя…………………….18
7. Поверочно-конструктивный расчет котельного пучка……………………...21
8. Поверочно-конструктивный расчет водяного экономайзера……………….23
9. Аэродинамический расчет газового ракта котла…………………………….25
Библиографический список…………………………………………………………..27
Диаграмма зависимости энтальпий газов от температуры при α>1………………28
Исходные данные.
1. Тип котла – ДЕ-25-1.4ГМ;
2. Топливо – природный газ;
3. Коэффициент избытка воздуха – α=1,1.
4. Средний состав природного газа, его теплота сгорания, плотность обьемы воздуха и прдуктов сгорания при α=1.
| Газопровод | Состав газа % по объему | |||||||
 |  |  |  |  |  |  | ||
| Саратов – Н.Новгород | 91,9 % | 2,1 % | 1,3 % | 0,4 % | 0.1 % | 3,0% | 1,2 % |
1. Состав и характеристика топлива.
Энергетическая характеристика топлива определяется его теплотой сгорания. Различают низшую ( 
) и высшую ( 
) теплоту сгорания топлива.
Определим низшую теплоту сгорания:
Топливный эквивалент:
;
Из неравенства следует, что используемое топливо является высококалорийным.
2. Определение состава и энтальпий дымовых газов.
Расчет при коэффициенте расхода воздуха α=1:
Теоретическое количество воздуха:
;
;
Теоритическое количество трехатомных газов:
;
Теоритическое количество водяных паров:
;
;
Теоритическое количество азота:
;
Теоритическое количество дымовых газов:
;
Процентный состав дымовых газов при сжигании топлива находим по формуле:
;
; 
; 
; 
.
Расчет при коэффициенте расхода воздуха α=1:
Определяем коэффииент расхода воздуха последовательно по всему газовому такту котла по формуле:
;
а также среднее значение коэффициента избытка воздуха в соответствующем газоходе:
;
где α’,α” – начальный и конечный коэффициенты расхода воздуха.
∆α – подсос;
Топка: α’=1.1, Δα=0.05, α”=1.15, αср=1.125;
Пароперегреватель: α’=1.15, Δα=0.05, α”=1.2, αср=1.175;
Котельный пучок: α’=1.2, Δα=0.05, α”=1.25, αср=1.225;
Экономайзер: α’=1.25, Δα=0.1, α”=1.35, αср=1.3;
Количество трехатомных газов:
;
Количество водяных паров:
;
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
Количество азота:
;
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
Количество кислорода:
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
Действительное количество дымовых газов при αср:
;
при αср=1,125 Vгд =11.2237 м3/кг
при αср=1,175 Vгд =11.6653 м3/кг
при αср=1,225 Vгд =12.1067 м3/кг
при αср=1,3 Vгд =12.7689 м3/кг
Процентный состав дымовых газов:
Действительное процентное содержание дымовых газов.
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
Масса дымовых газов:
;
= 
= 10 г/м3
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3 
Плотность дымовых газов:
;
при αср=1,125 
при αср=1,175 
при αср=1,225 
при αср=1,3
Средняя объёмная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении:
при αср=1,125
при αср=1,175
при αср=1,225
при αср=1,3
Средняя массовая теплоемкость продуктов сгорания:
при αср=1,125 
;
при αср=1,175 
;
при αср=1,225 
;
при αср=1,3 
.
Для удобства все вышеприведенные расчеты сводим в таблицу 1.
Таблица 1.
| № п/п | Величины | Размер- ность |  |  |  |  |
| Газоходы | ||||||
| Топка | Паро-перегрев. | Котел. пучок | Эконо-майзер | |||
| Коэффициент избытка воздуха перед газоходом, α’ | 1.1 | 1.15 | 1.2 | 1.25 | ||
| Коэффициент избытка воздуха за газоходом, α” | 1.15 | 1.2 | 1.25 | 1.35 | ||
| Присос, Δα | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.1 | ||
| Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе, αср | 1.125 | 1.175 | 1.225 | 1.3 | ||
Количество трехатомных газов,  |  | 1,035 | 1,035 | 1,035 | 1,035 | |
Количество водяных паров,  | | 2,1475 | 2,1545 | 2,1615 | 2,1719 | |
Количество азота,  | | 7,8131 | 8,1564 | 8,4996 | 9,0145 | |
Количество кислорода,  | | 0,2281 | 0,3194 | 0,4106 | 0,5475 | |
Количество продуктов сгорания,  | | 11,2237 | 11,6653 | 12,1067 | 12,7689 | |
Объемное содержание трехатомных газов,  | % | 9,22 | 8,87 | 8,55 | 8,11 | |
Объемное содержание водяных паров,  | % | 19,13 | 18,47 | 17,85 | 17,01 | |
Объемное содержание азота,  | % | 69,61 | 69,92 | 70,21 | 70,6 | |
Объемное содержание кислорода,  | % | 2,03 | 2,74 | 3,39 | 4,29 | |
Суммарное объемное содержание трехатомных газов и паров воды,  | % | 28,35 | 27,34 | 26,4 | 25,12 | |
Масса дымовых газов,  |  | 13,6 | 14,1 | 14,7 | 15,5 | |
Плотность дымовых газов,  | | 1,212 | 1,36 | 1,214 | 1,214 | |
Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания,  |  | 1,362 | 1,36 | 1,358 | 1,355 |
Расчет энтальпий:
Расчет энтальпий продуктов сгорания для всех видов топлива при α=1 проводят по формуле:
;
Энтальпии газов определяются:
;
;
;
При коэффициенте расхода воздуха α>1 расчёт энтальпий проводится по формуле:
где 
энтальпия воздуха
300 °С 
;
400 °С 
;
500 °С 
;
600 °С 
;
700 °С 
;
800 °С 
;
900 °С 
;
1000 °С 
;
1100 °С 
;
1200 °С 
;
1300 °С 
;
1400 °С 
;
1500 °С 
;
1600 °С 
;
1700 °С 
;
1800 °С 
;
1900 °С 
;
2000 °С 
;
2100 °С 
;
2200 °С 
;
При коэффициенте расхода воздуха α>1 расчет энтальпий проводят по формуле:
, кДж/м³;
800 °С 
900 °С Yг=15280,65 кДж/кг
1000 °С Yг=17182,17 кДж/кг
1100 °С Yг=19092,57 кДж/кг
1200 °С Yг=21016,2 кДж/кг
1300 °С Yг=22986,69 кДж/кг
1400 °С Yг=24992,21 кДж/кг
1500 °С Yг=26991,90 кДж/кг
1600 °С Yг=29018,57 кДж/кг
1700 °С Yг=31058,05 кДж/кг
1800 °С Yг=33106,65 кДж/кг
1900 °С Yг=35188,42 кДж/кг
2000 °С Yг=37263,48 кДж/кг
2100 °С Yг=39358,75 кДж/кг
2200 °С Yг=41462,84 кДж/кг
Пароперегреватель: 700-1200 ºС, αср=1.175:
700 °С 
800 °С Yг=13905,07 кДж/кг
900 °С Yг=15836,41 кДж/кг
1000 °С Yг=17805,13 кДж/кг
1100 °С Yг=19784,55 кДж/кг
1200 °С Yг=21777,19 кДж/кг
Котельный пучек: 500-1000 ºС, αср=1.225:
500 °С 
600 °С Yг=10520,02 кДж/кг
700 °С Yг=12432,13 кДж/кг
800 °С Yг=14395,44 кДж/кг
900 °С Yг=16392,17 кДж/кг
1000 °С Yг=18428,09 кДж/кг
Экономайзер: 300-700 ºС, αср=1.3:
300 °С 
400 °С Yг=7197,06 кДж/кг
500 °С Yг=9090,92 кДж/кг
600 °С Yг=11059,44 кДж/кг
700 °С Yг=13069,62 кДж/кг
Таблица 3.
| t, ºС | Газоход  , кДж/м³ | |||
| Топка | Пароперегреватель | Котельный пучок | Экономайзер | |
| 300 | 5330,84 | |||
| 400 | 7196,06 | |||
| 500 | 8646,86 | 9090,92 | ||
| 600 | 10520,02 | 11059,44 | ||
| 700 | 12007,13 | 12432,13 | 13069,62 | |
| 800 | 13414,69 | 13905,07 | 14395,44 | |
| 900 | 16280,65 | 15836,41 | 16392,17 | |
| 1000 | 17182,17 | 17805,13 | 18428,09 | |
| 1100 | 19092,57 | 19784,13 | ||
| 1200 | 21016,2 | 21777,19 | ||
| 1300 | 22986,69 | |||
| 1400 | 24992,21 | |||
| 1500 | 26991,90 | |||
| 1600 | 29018,57 | |||
| 1700 | 31058,09 | |||
| 1800 | 33106,65 | |||
| 1900 | 35188,42 | |||
| 2000 | 37263,48 | |||
| 2100 | 39358,75 | |||
| 2200 | 41525,71 |
3. Тепловой баланс.
Для газообразного топлива распологаемая теплота равна:
, кДж/м³;
кДж/кг
Уравнение теплового баланса:
, %;
q3=0.5%, q4=0% - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, зависят от вида топлива и способа его сжигания;
q5=1.2% - потери теплоты на наружное охлаждение котельного агрегата;
q6=0% - потери теплоты с физическим теплом шлака и золы.
Потери теплоты при сжигании попутного газа определяются по формуле:
%;
q1=100-15-0,5-0-1,2=83,3%
Расход топлива на котельный агрегат:
кг/ч;
Расчетный расход топлива:
кг/ч;
Коэффициент сохранения тепла:
.
4. Расчет топки.
Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры:
Для удобства результаты определения конструктивных размеров топки оформим в виде таблицы 3.
Таблица 4.
| № п/п | Наименование величин | Обозначение | Ед. Изм. | Топочные экраны | |||||
| Фронтальный | Задний | Левый боковой | Правый боковой | Потолочный | На поду | ||||
| Расчетная ширина экранной стены |  |  | 1.79 | 1.79 | 5,91 | 6,85 | 6,85 | 6,85 | |
| Освещенная длинна стены |  | | 1.80 | 2.3 | 1.75 | 2.00 | 1.8 | 1.8 | |
| Площадь стены |  |  | 3.22 | 4.12 | 10,34 | 13,7 | 12,33 | 12,33 | |
| Площадь участка стены, не закрытого экранами |  | | 5.10 | - | - | - | - | - | |
| Наружный диаметр труб |  | | 0.051 | 0.051 | 0.051 | 0.051 | 0.051 | 0.051 | |
| Шаг экранных труб |  | | 0.055 | 0.055 | 0.0525 | 0.055 | 0.055 | 0.055 | |
| Отнасительный шаг труб |  | 1.07 | 1.07 | 1.03 | 1.07 | 1.07 | 1.07 | ||
| Расстояние от оси трубы до обмуровки |  | | 0.076 | 0.076 | 0.076 | 0.076 | 0.076 | ||
| Относительное расстояние до бмуровки |  | 1.49 | 1.49 | 1.49 | 1.49 | 1.49 | |||
| Угловой коэффициент экрана |  | 0.98 | 0.98 | 0.99 | 0.98 | 0.98 | 0.98 | ||
| Коэффициент, учитывающий загрязнение |  | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | ||
| Коэффициент тепловой эффективности экрана |  | 0,686 | 0,686 | 0,693 | 0,686 | 0,686 | 0,686 |
Площадь стен экранов:
,м² ;
Суммарная площадь стен экранов:
;
Угловой коэффициент экранов:
Коэффициент тепловой эффективности экранов:
;
Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом:
;
;
Активный объем топочной камеры:
где 
- площадь боковой стены топки, м2
- ширина топки, 
Эффективная толщина излучающего слоя газов в топке:
Расчет теплообмена в топке.
Температура на выходе из топки:
, ºС;
Количество тепла, вносимое в топку с воздухом QB:
Yхв – энтальпии холодного воздуха, поступающего в топку в результате подсосов, кДж/кг
- коэффициенты расхода воздуха за топкой и величин подсоса.
Полезное тепловыделение в топке:
;
;
По диаграмме находим Та: Та=2063, К,
Параметр М для факельного сжигания топлива:
где А и В –опытные коэффициенты, зависящие от способа и типа сжигаемого топлива:
А=0,52 В=0,3
хт – относительное положение максимума температур факела в топке:
где 
- поправка на отклонение максимума температур, равна 0,15;
- относительный уровень расположения горелок;
где 
-высота расположения горелок от пода.
- высота топки.
Определяем степень черноты топки:
где 
, 
- степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящихся пламенем или только трёхатомными газами;
m – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма, равен 0,1
Величины асв и аг находят по формулам:
где е – основание натуральных логарифмов;
ST – эффективная толщина излучающего слоя в топке(2,526)
Кг – коэффициент ослабления лучей топочной средой, Кг=3,875
Р – давление в топке, равно атмосферному 1кг/см2
КС – коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
Коэффициент Кс определяют по формуле:
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания 1кг топлива в интервале температур от tа до t’’т вычисляют:
Вычисляем 
: 
Количество теплоты, переданное излучением в топке, определяют по формуле:
5. Определение тепловосприятий.
Тепловосприятие пароперегревателя.
Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:
;
;
где 
-энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара, 
, при давлении 1,4 МПа;
-паропроизводительность котла, т/ч;
-расчетный расчет топлива на котел, кг/ч.
Энтальпия дымовых газов за пароперегревателем определяют по формуле:
;
;
При найденной энтальпии по графику определяем температуру:
.