Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Тепловой расчет автономного котла

 

2.1. Расчетные характеристики рабочей массы дизельного топлива (исходные данные

для составления материального баланса).

 

Состав рабочей массы:

 

Ср = 86,3 %; Нр = 13,3 %; Np + Op = 0,1 %; Ар = 0,01 %; Wp = 0; Q = 42.700 кДж/кг;

Объем трехатомных газов: VRO2 = 1,866 × Ср / 100 = 1,61 м3 / кг;

 

Теоретически необходимый объем воздуха: VО=VO2 О / 0,21 = 2, 35 / 0,21 = 11,19 м3/кг;

 

                   VO2 О = 1,866 × Ср / 100 + 5,6 × Нр / 100 - Ор / 100 ×rО2 = 2, 35 м3 / кг;

 

rО2 = 1,44 кг/ м3 – плотность кислорода;

 

Теоретический объем азота: VN2 О = 0,79 × VО + Nр / 100 ×rN2 = 8, 84 м3 / кг;

 

Теоретический объем водяных паров:

 

VH2O О = 0,0124 (9 × Hр + WP + 0,0161 × VO + 1,24 Gпр ) = 1,66 м3 / кг;

 

Суммарный теоретический объем газов: Vг О = VRO2 + VN2 О + VH2O О = 12,11 м3 / кг;

 

Низшая теплота сгорания: QнР = 42.700 кДж / кг;

 

2.2. Материальный баланс процесса горения 1 кг топлива.

 

Марка топлива: ДТ марки “Л” по ГОСТ 305-82

 

Коэффициент избытка воздуха: a = 1,2;

 

Объем водяных паров (избыточный при a > 1): VH2O a = 0,0161 (a - 1) × VO  = 0,036 м3 /кг;

 

Действительный объем водяных паров: VH2O = VH2O a + VH2O 0 = 1,696 м3 / кг;

 

Действительный суммарный объем дымовых газов: Vг =Vг 0 + (a - 1)× V0=14,35 м3/кг;

 

Объемные доли продуктов сгорания:

 

                   углекислого газа: rRO2 = VRO2 / Vг = 0,112;

 

                   водяных паров: rH2O = VH2O / Vг = 0,118;

 

                   суммарная для трехатомных газов: rп = rRO2 + rH2O = 0,23;

 

Давление в топке без наддува: P = 0,1 МПА;

 

Парциальные давления:

 

                   углекислого газа: PRO2 = P × rRO2 = 0,0112 Мпа;

 

                   водяных паров: PH2O = P × rH2O = 0,0118 Мпа;

 

                   суммарное для трехатомных газов: Pп = P × rп = 0,023 Мпа;

2.3. Определение энтальпии дымовых газов Iг, кДж/кг, в зависимости от их температуры.

 

 

Таблица 1

t0 C Iг 0, кДж/кг Iв 0, кДж/кг IH2O a, кДж/кг Iг, кДж/кг
100 1671.95 1477.08 5.436 1972.802
200 3377.81 2976.54 10.944 3984.062
300 5133.85 4509.57 16.668 6052.432
400 6940.76 6064.98 22.536 8176.292
500 8791.36 7653.96 28.584 10350.736
600 10680 9287.7 34.812 12572.35
700 12618.87 10955.01 41.292 14851.16
800 14621.66 12644.7 48.06 17198.66
900 16659.07 14334.39 54.864 19580.81
1000 18731.68 16068.84 62.1 22007.55
1100 20810.73 17848.05 69.336 24449.68
1200 22904.47 19627.26 76.716 26906.64
1300 25036.4 21406.47 84.384 29402.08
1400 27222.24 23320.44 92.088 31960.42
1500 29384.34 25054.41 100.044 34495.27
1600 31581.85 26889.57 108.036 37067.8
1700 33794.05 28713.54 116.172 39652.93
1800 36023.39 30537.51 124.488 42255.38
1900 38277.59 32417.43 132.768 44893.84
2000 40516.15 34286.16 141.336 47514.72
2100 42785.09 36166.08 149.796 50168.1
2200 45059.01 38034.81 158.364 52824.34

Строим диаграмму I – t: (на миллиметровой бумаге прилагается к данному дипломному проекту)

 

Расчеты велись по формулам:

 

Теоретические энтальпии дымовых газов Iг 0, кДж/кг:

 

Iг 0 = VRO2 × (ct)RO2 + VN2 0 × (ct)N2 + VH2O 0 × (ct)H2O;

 

Теоретические энтальпии избыточного воздуха Iв 0, кДж/кг:

 

Iв 0 = V0 × (ct)в;

 

Энтальпии водяных паров содержащихся в избыточном воздухе IH2O a, кДж/кг:

 

IH2O a = VH2O a (ct)в;

 

Энтальпии дымовых газов в зависимости от температуры Iг, кДж/кг:

 

Iг = Iг 0 + (a - 1) × Iв 0 + VH2O a;

 

2.4. Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива.

 

к.п.д. котла: hк = 81%

 

Тепловые потери:

       от химической неполноты сгорания: q3 = 0,7 %;

 

       в окружающую среду: q5 = 2,5 %;

 

       с уходящими газами: q2 = 100 - (hк + q3 + q5) = 12 %;

 

Температура воздуха: tх.в. = 40 0С;

 

Количество теплоты вносимое воздухом в топку: Qх.в. = a × V0 × cх.в. × tх.в. = 708,35 кДж/ч;

 

Температуры топлива: tт = 40 0С;

 

Теплоемкость топлива: ст = 2,742 кДж/кг × К;

 

Коэффициент сохранения: j = (100 - q5) / 100 = 0,975

 

Количество теплоты, вносимое в топку топливом: Qт = ст × tт = 858,34 кДж/кг;

 

Энтальпия уходящих газов: Iух = q2 × Qн Р + Qх.в. + Qт = 6.690,69 кДж/кг;

 

Температура уходящих газов: tух = 300 ОС (из диаграммы I-t);

 

Полезное тепловыделение в топке: Qв.т. = Qн Р × (100 - q2) / 100 + Qх.в. + Qт = 43.967,79 кДж/кг;

 

Полная паропроизводительность: Dк = 0,44 кг/с;

 

Энтальпия влажного насыщенного пара: iп = 2749 кДж/кг;

 

Энтальпия питательной воды: iпв = 640 кДж/кг;

 

Расчетный расход топлива: В = Dк × (iп - iп.в.) / Qн Р × hк = 0,025 кг/с;

 

Испарительность топлива: u = Dк / В = 0,005 кг/с;

 

 

2.5. Определение основных элементов топки, характеризующих общую компоновку котла.

 

Тепловое напряжение топочного объема: qv = 1150 кВт / м2;

 

Объем топки: Vт = В ×  Qн Р / qv = 0,93 м2;

 

Расчетная длина топки: Lт = 0,91 м;

 

Площадь стенки топочного фронта: Fт.ф. = Vт / Lт = 1,02 м2;

Средняя длина парообразующих труб, освещенных излучением из топки:

 

       пучка: lп = 1,61 м;

 

       бокового экрана: lб.э. = 1,96 м;

 

Угловой коэффициент лучевоспринимающих труб: х = хп = хб.э. = 1;

 

Лучевоспринимающая поверхность нагрева: Нл = Lт × (lп + lб.э.) = 3,25 м2;

 

Полная площадь стен, ограничивающих топочный объем: Fст = Нл + 2 × Fт.ф. = 5,29 м2;

 

Степень экранирования топки: y = Нл / Fст = 0,614;

 

Эффективная толщина излучающего слоя: s = 3,6 × Vт / Fст = 0,632 м;

 

 

2.6. Расчет теплообмена в топке.

 

Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева:x=0,9;

 

Произведение: y × x = 0,553;

 

 

Тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева:

 

qл = В × Qв.т. /  x × Нл = 369,74 кВТ / м2;

 

Теоретическая температура сгорания: tа = 1850 ОС или Та = 2123 К; (из диагр. I-t, т.к. Iа =  Qв.т.)

 

Температура газов на выходе из топки: t’ з.т. = 950 ОС или Т’з.т. = 1223 К;

 

Энтальпия газов на выходе из топки: I’з.т. = 22.134 кДж/кг;

 

Коэффициент ослабления лучей топочной средой: k = 4,14 (Мпа × м) –1 (из номограммы);

 

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания: kPs = 0,26 при (P = 0,1 Мпа);

Степень черноты факела: аф = 1 – е kPs = 0,22;

 

Степень черноты топки: ат = 0,36 (из номограммы по аф y x);

 

Расчетная температура газов на выходе из топки: tз.т. = 1030 ОС;

 

Энтальпия газов на выходе из топки: Iз.т. = 23.986 кДж/кг;

 

Количество теплоты, переданной в топке: Qл = (Iа - Iз.т.) × j = 20.494,143 кДж/кг;

2.7. Расчет теплообмена в пучке парообразующих труб

 

Строение трубного пучка – шахматный

 

Наружный диаметр труб: d = 0,029 х 0, 0025 м;

 

Число рядов труб: Z2 = 8;

 

Поперечный шаг труб: S1 = 0,04 м;

 

Продольный шаг труб: S2 = 0,04 м;

 

Число труб в одном ряду: Z1 = LT / S1 = 0,91 / 0, 04 = 23 (округлено до целого);

 

Средняя расчетная длина труб: lп = 1,61 м (из эскиза);

 

Коэффициент учитывающий неравномерность омывания: x = 0,85;

 

Расчетная поверхность нагрева труб: Hп = П × d × lп × Z1 × Z2 - lп × LT = 25,5 м2;

 

Полная поверхность нагрева пучка: H = П × d × lп × Z1 × Z2 = 26,975 м2;

 

Площадь сечения для прохода газов: F = (LT - Z1 × d) × lп = 0,39 м2 ;

 

Эффективная толщина излучающего слоя: s = 0,9 × d × (4 / П × S1 / d × S2 / d –1)=0.065м;

 

Температура газов на выходе из топки: tз.т. = 950 0С;

 

Энтальпия газов на выходе из топки: Iз.т. = 23.986 кДж/кг;

 

Температура кипения воды при рабочем давлении: ts = 151,84 0С;

 

Температура газов на выходе из первого пучка: t’ п = 1330 ОС;

 

Энтальпия на выходе из первого пучка: I’п = 30.500 кДж/кг;

 

Средняя температура газового потока: t’ г = 0,5 × (tз.т. + t’ п ) = 1140 ОС или Т г=1413 К;

 

Расчетная средняя скорость газов: w = В × Vг / F × Тг / 273 = 4,76 м/сек;

 

Количество теплоты, отданное газами: Q’п = (Iз.т. - I’п) × j = 8.156 кДж/кг;

 

Коэффициент загрязнения: e = 0,039 (м2 × К) / Вт;

 

Температура наружного загрязнения стенки труб: tс.з. = ts + e × Q’п / Нп = 164,3 ОС;

 

Поправочные коэффициенты для определения aк: Сz = 0,96; Cs = 1,05; Cф = 0,98;

 

Коэффициент теплоотдачи конвекцией: aн = 42,5 Вт / (м2 × К) (из номограммы);

 

Коэффициент теплоотдачи конвекцией: aк = aн × Сz × Cs × Cф = 41,98 Вт / (м2 × К) (расчетный);

 

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами: к = 4,14 1/(МПа × м) (из номограммы);

 

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания: кPs = 0.0069 (при P = 0,1 МПа);

 

Степень черноты газового потока: a = 0,96 (из номограммы);

 

Коэффициент, определяющий температурный режим: Cг = 0,98 (из графика);

 

Коэффициент теплоотдачи излучением: aн = 25,1 Вт / (м2 × К) (из номограммы);

 

Коэффициент теплоотдачи излучением: aл = aн × a × Cг = 23,5 Вт / (м2 × К) (расчетный);

 

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке: a1 = x × aк + aл = 59,183 Вт / (м2 × К);

 

Коэффициент теплопередачи: кп = a1 / (1+ x × a1) = 15,7 Вт / (м2 × К);

 

Разность температур теплообменивающихся сред: dtб = tз.т. - ts = 798,16 ОС (бо’льшая);

Разность температур теплообменивающихся сред: dtм = tп - ts = 1178,16 ОС (ме’ньшая);

 

Температурный напор: dtп = (dtб - dtм) / (2,3 × lg × dtб / dtм) = 976,95 ОС;

 

Количество теплоты воспринимаемое поверхностью нагрева:

 

Q”п = кп × Hп × dtп × (10-3 / В) = 6.445,87 кДж / кг;

 

Расчетное количество теплоты переданное в пучке: Qп = 7.300,935 кДж / кг;

 

Расчетная температура газов за пучком: tп = 1086 ОС;

 

Энтальпия газов за пучком: Iп = 24.940 кДж / кг (из диаграммы I – t);

 

 

2.8. Балланс по паропроизводительности и к.п.д.

 

Расход топлива: В = 0,025 кг / сек;

 

Низшая теплота сгорания топлива: QнР = 42.700 кДж / кг;

 

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в топке: Qл =20.494,143 кДж/кг;

 

 

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в парообразующем пучке:

 

Qп = 7.300,935 кДж / кг;

 

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в сумме:

 

åQк = Qл + Qп = 27.795,078 кДж / кг;

 

Энтальпия влажного насыщенного пара: iп = 2749 кДж/кг;

 

Энтальпия питательной воды: iпв = 640 кДж/кг;

 

Испарительность топлива: u = åQк / (iп  - iп.в. ) = 16,8 кг / кг;

 

Паропроизводительность: Dк = u × В = 0,42 кг / сек;

 

К.п.д.: hк = (åQк / QнР) × 100 = 85 %;

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...