Курсовая работа (т): Поверочный тепловой расчет водогрейного котла

Поверочный тепловой расчет водогрейного котла

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО

Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

КУРСОВАЯ РАБОТА

Поверочный тепловой расчет водогрейного котла

Руководитель О.А. Раков

Студент П.А. Стадухин

группа ЭНЗ-320915с

г. Екатеринбург - 2015

Содержание:

Введение

.   Исходные данные

2.      Описание конструкции котла и топочного устройства

.        Тепловой расчет котла

3.1 Расчетные характеристики топлива

3.2    Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

.3      Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

.4      Тепловой баланс котла

.5      Тепловой расчет топки

.6      Расчет конвективных пучков

4. Расчетная невязка теплового баланса

Заключение

Список литературы

Введение

В данной работе представлен поверочный тепловой расчет водогрейного котла, предназначенного для нагрева сетевой воды при сжигании газа. Поверочный расчет производят для оценки показателей экономии и надежности котла при работе на заданном топливе, выявления необходимых реконструктивных мероприятий, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных материалов для проведения расчетов: аэродинамического, гидравлического, температуры металла и прочности труб, интенсивности износа труб, коррозии и др.

Спецификой расчета котла является неизвестность промежуточных температур газов и рабочего тела - теплоносителя, включая температуру уходящих газов; поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений, задаваясь вначале некоторым значением температуры уходящих из котла газов, а затем сравнивая его с результатами расчета. Допустимые отклонения в значениях этой температуры не должны превышать ± 5%.

1. Исходные данные

.   Марка котла: КВ-ГМ-4,65-95П.

2.      Топливо: газопровод Ярино-Пермь.

.        Теплопроизводительность котла Q_к= 4,65 МВт.

.        Начальная температура воды t₁=55^оС.

.        Максимальная температура воды на выходе из котла t₂=95^оС.

.        Давление воды на входе в котел: р₁ = 12 бар.

.        Котел вырабатывает 60% от номинальной полезной тепловой мощности.

2. Описание конструкции котла и топочного устройства

Котел водогрейный марки КВ-ГМ-4,65-95П предназначен для получения горячей воды температурой 95°С, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения.

Котел типа КВ-ГМ представляет собой устройство, несущий каркас которого отсутствует. Система трубная имеет опоры, приваренные к нижним коллекторам. Опоры, расположенные на стыке топочной камеры и конвективной шахты, неподвижны. Котлы типа КВ-ГМ-4,65-95П состоят из единой трубной системы.

Топочная камера, имеющая горизонтальную компоновку с прямоточным принудительным движением воды, экранирована трубами диаметром 51х4 мм, входящими в коллекторы диаметром 159х6 мм. К коллекторам присоединены радиационные и конвективные поверхности нагрева, имеющие облегченную натрубную изоляцию и газоплотную обмуровку.

Конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальной шахте и набирается из U-образных ширм из труб диаметром 28х3 мм.

Котел оборудован горелкой типа РГМГ. Горелка устанавливается на воздушном коробе котла, который крепиться на фронтовом экране к щиту.

Движение воды и газа в котле организовано противоточно - сетевая вода подается в конвективные поверхности нагрева и выводится из топочных экранов. Движение воды обеспечивается насосом.

На выходном коллекторе котла до запорной арматуры установлены: манометр, прибор для измерения температуры и труба с запорным устройством для удаления воздуха при заполнении котла. Оснащается предохранительными клапанами.

Котел имеет дренажные и воздушные вентили с запорной арматурой, обеспечивающие возможность удаления воды и осадков из нижних участков всех элементов котла и удаления воздуха из верхних.

Котлы КВ-ГМ оснащены лестницами-площадками для удобства обслуживания.

Таблица 1

Технические характеристики котлоагрегата КВ-ГМ-4,65-95П

3. Тепловой расчет котла

.1 Расчетные характеристики топлива

Топливо: газопровод Ярино-Пермь.

СН₄ - 38

С₂Н₆ - 25,1

С₃Н₈ - 12,5

С₄Н₁₀ - 3,3

С₅Н₁₂ - 1,30

N₂ - 18,7

Н₂S - 1,1

Низшая теплота сгорания Q_н^р = 46,890 МДж/м³

Плотность при 0ºС и 101,3 кПа ρ = 1,196 кг/м³

3.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчетах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной 30°С.

Для котлов, работающих под наддувом, коэффициент избытка воздуха на участке тракта от топки до воздухоподогревателя принимается постоянным.

Примем коэффициент расхода воздуха в топке α_т = 1,05 (2), коэффициент расхода воздуха за конвективной поверхностью α_кп = α_т + Δα, где Δα = 0,05 - присос воздуха в конвективном пучке (2): α_ух = 1,1 . Среднее значение коэффициента расхода воздуха α_ср = (α_т+ α_кп)/2 = 1,075 (в конвективной части).

Теоретическое количество воздуха: V^н_о=12,37 м³/ч

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания:

V^н _оRO2=1,47 м³/м³

V^н_оN2=9,96м³/м³

V^н _оН2О=2,47 м³/м³

V^н_о,г=13,9 м³/м³

Действительный объем водяных паров:

V^н_Н2О= V^н _оН2О + 0,0161(α_i-1) V^н _о

Действительный объем дымовых газов:

V^н_г = V^н _оRO2+ V^н_оN2+ V^н _Н2О+( α_i-1) V^н _о

Объемная доля водяных паров:

R_H2O = V^н_Н2О/ V^н_г

Объемная доля трехатомных газов:

R_RO2 = V^н _оRO2/ V^н_г

Суммарная доля водяных паров и трехатомных газов:

R_п = R_H2O+ R_RO2

Таблица 2

Расчет объёмов воздуха и продуктов сгорания

3.3    Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Таблица 3

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

3.4    Тепловой баланс котла

При работе водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q_р. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, существует равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 м³ газа при нормальных условиях имеет вид:

Q_р = Q₁+Q₂+Q₃+Q₅, где

_р - располагаемая теплота, кДж/м³;₁ - полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воды, кДж/м³;₂ - потери теплоты с уходящими газами, кДж/м³ ;₃ - от химической неполноты сгорания, кДж/м³;₅ - от наружного охлаждения, кДж/м³ .

q_i = (Q_i/Q_р)100, отсюда следует

η = 100-(q₂+q₃+q₅)

Потери тепла с уходящими газами , %, - зависят от температуры газов, покидающих котел, их энтальпии, типа топлива и от расхода воздуха:

,

I_ух = I_г + I_в(α_ух-1) = 1459,344кДж/м³

Q_Р=Q_р^н= 46,98*10³ кДж/м³

q₂ = 1,96%

Потери тепла с химическим недожогом , %: для газа . Примем q₃ = 0,1%.

Потери тепла от наружного охлаждения (через обмуровку) , %: принимаются при заданной тепловой производительности Q_к. При производительности котла отличной от номинальной более, чем на 25%, величина , подсчитывается по формуле:

,

где:  = 3% при Q_ном

Q_к =4,65*60% = 2,79 МВт

q₅ = 5,00%

= 100-(1,96+5+0,1) = 92,94 %

Расход топлива, м³/c, на котел определяется по формуле:

=  = 0,064 м³/c

3.5    Тепловой расчет топки

Топка котла служит для сжигания топлива и получения продуктов сгорания с высокой температурой, а также для организации теплообмена между высокотемпературной средой и поверхностями нагрева. Теплообмен в топке - сложный процесс, который осложняется еще и тем, что в топке происходят одновременно горение и движение топлива. Источником излучения в топке является горящее топливо. Процесс излучения складывается из излучения топлива, газов и обратного излучения тепловоспринимающих и других ограждающих поверхностей. В топочном объеме наблюдается пространственное несимметричное поле температур излучающей среды; максимальная температура, близкая к теоретической, располагается в зоне ядра факела, а минимальная - на выходе из топки. Целью расчета топки является определение температуры газов на выходе из топки. тепловой конвективный топка топливо

Определение геометрических размеров топки.

Объем: V_т = 12,776 м³ (по чертежу).

Площадь стен: S_ст =30,966 м² (по чертежу).

Параметры экранных труб:

Наружный диаметр d_н = 0,051 м;

Внутренний диаметр d_в= 0,043 м;

Шаг S = 0,082 м;

Относительный шаг ς = S/d_н = 1,6

Площадь люка F_л = 0,191 м²;

Площадь амбразуры F_амб = 0,17 м²;

Т_а - абсолютная адиабатическая температура горения топлива, определяется из Таблицы 3 по Q_т - полезному тепловыделению в топке, кДж/м³ при α_т.