Тепловой расчёт парового котельного агрегата

 

Исходные данные для расчета.

1. К установке предназначен котёл ДКВР-10-13 с увеличенной до D=15т/ч паропроизводительностью, вырабатывающий насыщенный пар давлением Р=13 ати.
2. Питательная вода поступает из деаэратора при температуре t_п.в.=100°С.
3. Котёл оборудован индивидуальным водяным экономайзером системы ВТИ.
4. Топливом служит природный газ Дашавского месторождения.
5. Непрерывная продувка составляет 3%.

 

Топливо, состав и количество продуктов горения, их теплосодержание. Рабочий состав топлива из (в % по объёму): углекислота СО₂=0, 1%; метан СН₄=97, 9%; этан C₂H₆=0, 5%; пропан C₃H₈=0, 2%; бутан C₄H₁₀=0, 1%; азот N₂=1, 2%; теплота сгорания топлива ккал/м³; влагосодержание на 1 м³ сухого газа при t=10°С принимаем равным d_г=10 г/м³; плотность нормального кубометра газа ρ = 0, 73

кг/м³. Количество присасываемого воздуха выбираем в соответствии с характеристиками топки, значение коэффициента избытка воздуха в топке принимается по характеристикам топки α _т = 0, 1, а все остальные соответственно определяются равными:

 

Далее определяем объём воздуха, необходимого для горения, а также состав и объём дымовых газов при α =1; теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, подсчитываем по уравнению:

(3.1)

Теоретический объём трёхатомных газов находим по уравнению:

(3.2)

Теоретический объём двухатомных газов находим по уравнению:

, (3.3)

Теоретический объём водяных паров находим по уравнению:

(3.4)

Определяем объём избыточного воздуха для разных пунктов котельного агрегата по формуле:

(3.5)

Составляем таблицу, в которую вносим все подсчитанные величины, а также значения объёмных долей газов, находящихся в продуктах сгорания (табл. 3.1).

 

 

Таблица 3. 1

Состав и количество продуктов сгорания

Наименование величин, в м3/м3	Формула для расчёта	Коэффициент избытка воздуха
α Т=1, 1	α К=1, 2	α ’э=1, 3	α ’’э=1, 4
Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания		9, 5	9, 5	9, 5	9, 5
Величина (α = 1)		0, 1	0, 2	0, 3	0, 4
Объём избыточного воздуха		0, 95	1, 9	2, 85	3, 8
Избыточный объём водяных паров		0, 015	0, 03	0, 045	0, 061
Теоретический объём:
трёхатомных газов
двухатомных газов		7, 51	7, 51	7, 51	7, 51
водяных паров		2, 15	2, 15	2, 15	2, 15

 

 

Наименование величин, в м3/м3	Формула для расчёта	Коэффициент избытка воздуха
α Т=1, 1	α К=1, 2	α ’э=1, 3	α ’’э=1, 4
Действительный объём:
сухих газов		9, 46	10, 41	11, 36	12, 31
водяных паров		2, 17	2, 18	2, 2	2,, 21
Общий объём дымовых газов		11, 63	12, 59	13, 56	14, 52
Объёмная доля:
трёхатомных газов		0, 086	0, 079	0, 074	0, 069
двухатомных газов		0, 187	0, 174	0, 162	0, 152
Общая объёмная доля для трёхатомных газов		0, 273	0, 253	0, 236	0, 221
Температура точки росы в °С		58, 9	56, 5	55, 3	53, 5

 

Продолжение табл. 3.1

Таблица 3. 2

Теплосодержание продуктов сгорания в зависимости от значений температур

и коэффициентов избытка воздуха

Температура газов в град	Трёхатомные газы	Двухатомные газы	Водяные пары	Избыточный воздух		Теплосо-держание продуктов сгорания
		0, 582	0, 582	7, 51	0, 3545	2, 6	2, 15	0, 4689		0, 95	0, 3661	0, 35	4, 53
		0, 511	0, 511	7, 51	0, 3266	2, 47	2, 15	0, 3985	0, 85	0, 95	0, 3371	0, 32	4, 15
		0, 5288	0, 529	7, 51	0, 3325	2, 5	2, 15	0, 4115	0, 885	1, 9	0, 3433	0, 65	4, 56
		0, 4608	0, 461	7, 51	0, 3146	2, 36	2, 15	0, 3739	0, 805	1, 9	0, 3235	0, 61	4, 22
		0, 4769	0, 477	7, 51	0, 3173	2, 39	2, 15	0, 3796	0, 81	2, 85	0, 3268	0, 93	4, 6
		0, 429	0, 429	7, 51	0, 3106	2, 34	2, 15	0, 3635	0, 78	2, 85	0, 3181	0, 91	4, 46
		0, 4469	0, 447	7, 51	0, 3122	2, 36	2, 15	0, 3684	0, 79	3, 8	0, 3206	1, 22	4, 82
		0, 4092	0, 409	7, 51	0, 3096	2, 33	2, 15	0, 3596	0, 77	3, 8	0, 3163	1, 2	4, 71

Для подсчёта величин теплосодержания дымовых газов и воздуха в отдельных газоходах котельного агрегата и для построения -диаграммы задаёмся следующими температурами дымовых газов и воздуха:

при коэффициенте избытка воздуха

=2000 и 800 °С;

при коэффициенте избытка воздуха

=1000 и 400°С;

при коэффициенте избытка воздуха

=500 и 200°С;

при коэффициенте избытка воздуха

=300 и 100°С.

Температуру воздуха в котельной принимаем .

Подсчёт производим по уравнению:

, ккал/кг, (3.6)

а все полученные результаты сводим в таблицу 3. 2. Значения теплоёмкостей берём из таблицы 3.3

Таблица 3.3

Средние значения объёмной теплоёмкости сухих газов, водяных паров и влажного воздуха в зависимости от температуры

				Влажный воздух
	0, 3088	0, 3805	0, 3569	0, 315
	0, 3096	0, 4092	0, 3596	0, 3163
	0, 3106	0, 429	0, 3635	0, 3181
	0, 3122	0, 4469	0, 3684	0, 3206
	0, 3146	0, 4608	0, 3739	0, 3235
	0, 3173	0, 4769	0, 3796	0, 3268
	0, 3203	0, 4895	0, 3856	0, 3303
	0, 3235	0, 5008	0, 392	0, 3338
	0, 3266	0, 511	0, 3985	0, 3371
	0, 3297	0, 5204	0, 405	0, 3403
	0, 3325	0, 5288	0, 4115	0, 3433

продолжение табл.3.3

				Влажный воздух
	0, 3354	0, 5363	0, 418	0, 3463
	0, 338	0, 5433	0, 4244	0, 349
	0, 3406	0, 5495	0, 4306	0, 3517
	0, 343	0, 5553	0, 4367	0, 3542
	0, 3453	0, 5606	0, 4425	0, 3565
	0, 3473	0, 5655	0, 4482	0, 3587
	0, 3493	0, 5701	0, 4537	0, 3067
	0, 3511	0, 5744	0, 459	0, 3625
	0, 3529	0, 5783	0, 464	0, 3644
	0, 3545	0, 582	0, 4689	0, 3661

 

По полученным значениям теплосодержаний строим диаграмму (рис.3.1).

 

 

Рис. 3.1 -диаграмма для природного газа

 

Основные характеристики воды и пара. В соответствии с заданием абсолютное давление воды в барабане котла составляет P=14 атм., температура питательной воды – t_П.В=100°C, процент продувки – P_ПР=3%.

Для этих условий определяем полное тепловосприятие воды и пара в котельном агрегате, отнесённое к 1 кг насыщенного пара:

где - энтальпия насыщенного пара;

- энтальпия котловой воды;

- энтальпия питательной воды.

Все значения взяты по таблице 3. 4.

 

Таблица 3. 4

Параметры для насыщенного водяного пара

Давление P, атм.	Температура насыщения , град	Удельный объём воды , м3/кг	Удельный объём насыщен- ного пара , м3/кг	Энтальпия в ккал/кг
жидкости	пара
0, 02	17, 2	0, 001001	68, 25	17, 25	604, 9
0, 03	23, 8	0, 001003	46, 52	23, 81	607, 8
0, 04	28, 6	0, 001005	36, 46	28, 67	609, 8
0, 05	32, 6	0, 001006	28, 72	32, 57	611, 5
0, 06	35, 8	0, 001008	24, 19	35, 83	612, 9
0, 08	41, 2	0, 00101	18, 45	41, 16	615, 2
0, 1	45, 6	0, 001014	14, 95	45, 35
0, 15	53, 6	0, 001017	10, 2	53, 59	620, 5
0, 2	59, 7	0, 001017	7, 789	59, 65	623, 1
0, 25	64, 6	0, 00102	6, 318	64, 54
0, 3	68, 7	0, 001022	5, 324	68, 66	626, 8
0, 4	75, 4	0, 001026	4, 066	75, 41	629, 5
0, 5	80, 9	0, 00103	3, 299	80, 86	631, 6
0, 6	85, 5	0, 001033	2, 782	85, 47	633, 5
0, 7	89, 5	0, 001036	2, 408	89, 49	635, 1
0, 8		0, 001038	2, 125	93, 05	636, 1
0, 9	96, 2	0, 001041	1, 903	96, 25	637, 6
	99, 1	0, 001043	1, 725	99, 19	638, 8
	119, 6	0, 00106	0, 9018	119, 94	646, 3
	132, 9	0, 001073	0, 6169	133, 4	650, 7
	142, 9	0, 001083	0, 4709	143, 7	653, 9

Продолжение табл. 3.4.

Давление P, атм.	Температура насыщения , град	Удельный объём воды , м3/кг	Удельный объём насыщен- ного пара , м3/кг	Энтальпия в ккал/кг
жидкости	пара
	151, 1	0, 001092	0, 3817	152, 1	656, 3
	158, 1	0, 0011	0, 3214	159, 3	658, 3
	164, 2	0, 001107	0, 2778	165, 7	659, 9
	169, 6	0, 001114	0, 2448	171, 4	661, 2
	174, 5	0, 00112	0, 2189	176, 5	662, 3
		0, 001126	0, 198	181, 3	663, 3
	183, 2	0, 001132	0, 1808	185, 7	664, 1
	187, 1	0, 001137	0, 1663	189, 8	664, 9
	190, 7	0, 001143	0, 154	193, 6	665, 6
	194, 1	0, 001148	0, 1434	197, 3	666, 2
	197, 4	0, 001153	0, 1342	200, 7	666, 9
	200, 4	0, 001157	0, 1261		667, 1
	206, 1	0, 001166	0, 1125	210, 2	667, 8
	211, 4	0, 001175	0, 1015	215, 9	668, 5
	220, 8	0, 001194	0, 0849	226, 2	669, 2
	232, 8	0, 001224	0, 06787	239, 6	669, 6
	249, 2	0, 001249	0, 5078	258, 4

 

Составление баланса котельного агрегата. Температуру уходящих газов принимаем равной °C°, тогда потеря тепла с уходящими газами определяется по уравнению:

, (3.7)

Значение берётся из -диаграммы (рис 3.1) при значении коэффициента избытка воздуха, равном . Для данного случая при °C

ккал/м³.

Теплосодержание поступающего воздуха

следовательно,

Величины потерь тепла от химического и механического недожога берутся из таблицы (3.5):

Рисунок 3. 2. График зависимости потери тепла в окружающую

среду от теплопроизводительности котла

1- с экономайзером

2- без экономайзера

 

 

(3.8)

Таким образом, величина коэффициента полезного действия котельной установки:

, (3.9)

 

Таблица 3. 5

Расчётные характеристики топки для сжигания природного газа

Топки	Тип горелки	Значение коэффициента избытка воздуха α Т	Тепловое напряжение топочного объёма , тыс. ккал/м3ч	Потеря	Разрежение в топке S, мм вод.ст.
Экранированные	Подовые	1, 1-1, 15			3-6
Смесительные	1, 1-1, 15		1, 5	3-4
Эжекционные	1, 1-1, 15		1, 5	3-4
Неэкранированные	Подовые	1, 25			3-5
Смесительные	1, 2		1, 5
Эжекционные	1, 2		1, 5

 

Определение расхода топлива. Расчётный часовой расход топлива определяют из уравнения (3.13), так как поправка на механический недожог отсутствует:

(3.10)