Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Тепловой расчет автономного котла

2.1. Расчетные характеристики рабочей массы дизельного топлива (исходные данные

для составления материального баланса).

Состав рабочей массы:

С^р = 86,3 %; Н^р = 13,3 %; N^p + O^p = 0,1 %; А^р = 0,01 %; W^p = 0; Q = 42.700 кДж/кг;

Объем трехатомных газов: V_RO2 = 1,866 × С^р / 100 = 1,61 м³/ кг;

Теоретически необходимый объем воздуха: V^О=V_O2 ^О / 0,21 = 2, 35 / 0,21 = 11,19 м³/кг;

V_O2 ^О = 1,866 × С^р / 100 + 5,6 × Н^р / 100 - О^р / 100 ×r_О2 = 2, 35 м³/ кг;

r_О2 = 1,44 кг/ м³– плотность кислорода;

Теоретический объем азота: V_N2 ^О = 0,79 × V^О + N^р / 100 ×r_N₂ = 8, 84 м³/ кг;

Теоретический объем водяных паров:

V_H2O ^О = 0,0124 (9 × H^р + W^P+ 0,0161 × V^O + 1,24 G_пр) = 1,66 м³/ кг;

Суммарный теоретический объем газов: V_г ^О = V_RO2 + V_N2 ^О + V_H2O ^О = 12,11 м³/ кг;

Низшая теплота сгорания: Q_н^Р = 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): V_H2O ^a = 0,0161 (a - 1) × V^O = 0,036 м³/кг;

Действительный объем водяных паров: V_H2O = V_H2O ^a + V_H2O ⁰ = 1,696 м³/ кг;

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

Объемные доли продуктов сгорания:

углекислого газа: r_RO2 = V_RO2 / V_г = 0,112;

водяных паров: r_H2O = V_H2O / V_г = 0,118;

суммарная для трехатомных газов: r_п = r_RO2 + r_H2O = 0,23;

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

Парциальные давления:

углекислого газа: P_RO2 = P × r_RO2 = 0,0112 Мпа;

водяных паров: P_H2O = P × r_H2O = 0,0118 Мпа;

суммарное для трехатомных газов: P_п = P × r_п = 0,023 Мпа;

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

Таблица 1

t⁰ C	I_г ⁰, кДж/кг	I_в ⁰, кДж/кг	I_H2O ^a, кДж/кг	I_г, 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 I_г ⁰, кДж/кг:

I_г ⁰ = V_RO2 × (ct)_RO2 + V_N2 ⁰ × (ct)_N2 + V_H2O ⁰ × (ct)_H2O;

Теоретические энтальпии избыточного воздуха I_в ⁰, кДж/кг:

I_в ⁰ = V⁰ × (ct)_в;

Энтальпии водяных паров содержащихся в избыточном воздухе I_H2O ^a, кДж/кг:

I_H2O ^a = V_H2O ^a (ct)_в;

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

I_г = I_г ⁰ + (a - 1) × I_в ⁰ + V_H2O ^a;

2.4. Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива.

к.п.д. котла: h_к = 81%

Тепловые потери:

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

в окружающую среду: q₅ = 2,5 %;

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

Температура воздуха: t_х.в. = 40 ⁰С;

Количество теплоты вносимое воздухом в топку: Q_х.в. = a × V⁰ × c_х.в. × t_х.в. = 708,35 кДж/ч;

Температуры топлива: t_т = 40 ⁰С;

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

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

Количество теплоты, вносимое в топку топливом: Q_т = с_т × t_т = 858,34 кДж/кг;

Энтальпия уходящих газов: I_ух = q₂ × Q_н^Р + Q_х.в. + Q_т = 6.690,69 кДж/кг;

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

Полезное тепловыделение в топке: Q_в.т. = Q_н^Р × (100 - q₂) / 100 + Q_х.в. + Q_т = 43.967,79 кДж/кг;

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

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

Энтальпия питательной воды: i_пв= 640 кДж/кг;

Расчетный расход топлива: В = D_к × (i_п - i_п.в.) / Q_н^Р × h_к = 0,025 кг/с;

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

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

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

Объем топки: V_т = В × Q_н^Р / q_v = 0,93 м²;

Расчетная длина топки: L_т = 0,91 м;

Площадь стенки топочного фронта: F_т.ф. = V_т / L_т = 1,02 м²;

Средняя длина парообразующих труб, освещенных излучением из топки:

пучка: l_п = 1,61 м;

бокового экрана: l_б.э. = 1,96 м;

Угловой коэффициент лучевоспринимающих труб: х = х_п = х_б.э. = 1;

Лучевоспринимающая поверхность нагрева: Н_л = L_т × (l_п + l_б.э.) = 3,25 м²;

Полная площадь стен, ограничивающих топочный объем: F_ст = Н_л + 2 × F_т.ф. = 5,29 м²;

Степень экранирования топки: y = Н_л / F_ст = 0,614;

Эффективная толщина излучающего слоя: s = 3,6 × V_т / F_ст = 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:

q_л = В × Q_в.т. / x × Н_л = 369,74 кВТ / м²;

Теоретическая температура сгорания: t_а = 1850 ^ОС или Т_а = 2123 К; (из диагр. I-t, т.к. I_а = Q_в.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: а_ф = 1 – е ^–^kPs = 0,22;

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

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

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

Количество теплоты, переданной в топке: Q_л = (I_а - I_з.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 = L_T / S₁ = 0,91 / 0, 04 = 23 (округлено до целого);

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

Коэффициент учитывающий неравномерность омывания: x = 0,85;

Расчетная поверхность нагрева труб: H_п = П × d × l_п × Z₁ × Z₂ - l_п × L_T = 25,5 м²;

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

Площадь сечения для прохода газов: F = (L_T - Z₁ × d) × l_п = 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: t_з.т. = 950 ⁰С;

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

Температура кипения воды при рабочем давлении: t_s = 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 × (t_з.т. + t’ _п) = 1140 ^ОС или Т _г=1413 К;

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

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

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

Температура наружного загрязнения стенки труб: t_с.з. = t_s + e × Q’_п / Н_п = 164,3 ^ОС;

Поправочные коэффициенты для определения a_к: С_z = 0,96; C_s = 1,05; C_ф = 0,98;

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

Коэффициент теплоотдачи конвекцией: a_к = a_н × С_z × C_s × C_ф = 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: C_г = 0,98 (из графика);

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

Коэффициент теплоотдачи излучением: a_л = a_н × a × C_г = 23,5 Вт / (м²×К) (расчетный);

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

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

Разность температур теплообменивающихся сред: dt_б = t_з.т. - t_s = 798,16 ^ОС (бо’льшая);

Разность температур теплообменивающихся сред: dt_м = t_п - t_s = 1178,16 ^ОС (ме’ньшая);

Температурный напор: dt_п = (dt_б - dt_м) / (2,3 × lg × dt_б / dt_м) = 976,95 ^ОС;

Количество теплоты воспринимаемое поверхностью нагрева:

Q”_п = к_п × H_п × dt_п × (10^-3 / В) = 6.445,87 кДж / кг;

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

Расчетная температура газов за пучком: t_п = 1086 ^ОС;

Энтальпия газов за пучком: I_п = 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: Q_н^Р = 42.700 кДж / кг;

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

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в парообразующем пучке:

Q_п = 7.300,935 кДж / кг;

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в сумме:

åQ_к = Q_л + Q_п = 27.795,078 кДж / кг;

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

Энтальпия питательной воды: i_пв= 640 кДж/кг;

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

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

К.п.д.: h_к = (åQ_к / Q_н^Р) × 100 = 85 %;

123 4 5 6

Воспользуйтесь поиском по сайту: