Курсовая работа (т): Поверочный тепловой расчет водогрейного котла

,

где Q_в = α_т I_хв - количество теплоты, вносимой с притоком холодного воздуха

Q_в = 520,695 кДж/м³

Q_т = 47430,225 кДж/м³

Тогда θ_а = 1958,42ºС, Т_а = 2231,42К

Принимаем предварительно температуру уходящих газов из топки:

θ_т = 981ºС; Т_т = 1254 К, I_г = 17643,6 кДж/м³

М - параметр, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов.

М = М₀(1-0,4X_г) (r_v)^1/3, где

М₀ - коэффициент, б/р; для газомазутных топок при настенном расположении горелок 0,40;

X_г - положение горелки относительно высоты топки, м

X_г = h_г/H_т = 1167/2330 = 0,5

r_v - коэффициент забалластированности топочных газов:

r_v = V_г/( V_RO2+ V_N2)=1,272

М = 0,346

Вṹ - критерий эффективности Бугера:

Вṹ = 1,6ln(1,4 Bu²+ Bu+2/1,4 Bu²- Bu+2) = 1,6ln

(1.4*0.3572^2+0.3572+2/1.4*0.3572^2-0.3572+2 )= 0,5295 = kps_т = 0,3572,

где к - коэффициент поглощения топочной среды, 1/мМПа:

к = к_г+mк_с, к = 2,8407 (1/мМПа)

при сжигании газа m=0,1,

к_г - коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания,1/мМПа:

 =2,42

р - давление в топке, р=0,1 МПа;

s_т - эффективная толщина излучающего слоя топки, м:

s_т=3,6*V_т/F_ст =1,485 м.

к_с - коэффициент поглощения лучей частицами сажи, 1/мМПа:

 = 1,187

= 2,93

φ - коэффициент сохранения тепла, б/р:

= 0,9489

Ψ_ср - среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов:

Ψ_ср=Н_л*ζ/F_ст = 0,642

Где ζ = 0,65 - коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытия экрана изоляцией (2);

полная лучевоспринимающая поверхность нагрева (по чертежу);

Н_л = F_ст - F_л - F_амб = 30,605 м²

(VC)_CP - средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м³ топлива в интервале температур от 2231,42 К до 1254 К:

(VC)_CP = (Q_Т - I_Т^»)/(θ_а-θ_т) = (47430.225-17643.6)/(1958-981) =

= 25,83 кДж/м³

В поверочном расчете температура газов, °С, на выходе в конце топки определяется по формуле:

= 838ºС

Принимаем температуру газов на выходе из топки θ_т = 838 ºС, Т_т = 1111,004 К;

Тогда I_г = 18299 кДж/м³

Среднее удельное тепловое напряжение поверхности нагрева экранов, кВт/м²:

q_л = Y_в В Q_л/ S_ст = 34,2 кВт/м²,

Тепловосприятие топки, :

Q_л = φ(Q_т-I_т) = 27577,45 кДж/м³

3.6    Расчет конвективных пучков

Для котлов типа КВГМ после расчета топки производится поверочный расчет конвективных поверхностей. Основными уравнениями являются: уравнение теплового баланса Q_б и уравнение теплопередачи Q_т.

Геометрические характеристики

По чертежу:

Наружный диаметр d_н = 0,028 м

Внутренний диаметр d_в = 0,022 м

Поперечный шаг S₁ = 0.082 м

Относительный поперечный шаг ς₁ = S₁/ d_н = 2,929

Продольный шаг S₂ = 0,0205 м

Относительный продольный шаг ς₂ = S₂/ d_н = 0,732

Диагональный шаг S₂¹ = 0,046

Относительный диагональный шаг ς₂¹ = 1,637

Длина трубы L = 1,863 м

Длина экранных труб в конвективной части L_э = 1,655 м

Площадь экранных труб F_э = 12,307 м²

Число рядов труб по высоте Z₁ = 23 шт

Число рядов труб по горизонтали Z₂ = 60 шт

Площадь конвективной поверхности F_кп = 226,037 м²

Площадь нагрева F = 238,34 м²

Прямое излучение из топки на конвективные поверхности:

Q_л = q_л F_вых = 131,705 кВт

Количество теплоты, переданное из топки:

Q_лк = Q_л/В = 1646,31 кДж/м³

Расчет уравнения баланса тепла Q_б, :

Q_б = φ(I_г - I_ух) + α_т I_хв, где

φ - коэффициент сохранения тепла (из расчета топки);

I_г - теплосодержание дымовых газов на входе в конвективные пучки при температуре 981ºС;

I_ух - теплосодержание газов на выходе из котла при известной температуре 192 ºС.

Q_б = 17869,29 кДж/м³

Расчет уравнения теплопередачи Q_Т, :

Расчет коэффициента теплопередачи k, :

 = 0,8 - коэффициент тепловой эффективности пучка, зависит от: топлива и средней температуры газов  ( принимается по табл. 7.1(2));

α₁ = ζ(α_к+ α_л),

где ζ = 1 - коэффициент использования для КП, омываемых поперечным потоком;

 - коэффициент теплоотдачи конвекцией для гладких труб, расположенных в шахматном порядке при поперечном омывании дымовыми газами, ;

α_к=0,36∙(λ_г/d_н)∙(ω_г∙d_н/γ_г)^0,6∙Pr_г^0,33∙С_S∙C_z =

= 0.36*(7.3*10^(-2)/0.028)*(3.57*0.028/87.2*10^(-6)) ^ 0.6 * 0.611 ^ 0.33

* 1.061*1 = 48,979 Вт/м² К

 - среднее значение температуры газов в пучке, °С:

; Т_г = 859,5 К

по определим λ_г, γ_г, Pr_г - вязкость и теплопроводность (табл.6 стр.141 92)):

λ_г = 7,3 ∙ 10^-2 Вт/мК

γ_г = 87,2∙ 10^-6 м²/с

Pr_г = 0,611

Поправки (табл. стр 19):

М_γ = 1, М_λ = 1,025, М_Pr = 1,05

 -живое сечение для прохода дымовых газов в пучке, м², рассчитывается по формуле:

h_г*b_г - d_н*l*Z₁ = 2,253 м²

F_диаг = F*2*( ς₂¹-1)/( ς₁-1) =

.34*2*3.03= 1,489 м²

С_z = 1 - коэффициент, учитывающий количество рядов по ходу газов;

С_s - поправка на расположение труб в пучке, зависит от продольного и диагонального шагов:

С_s = 0,95∙φ_ς^0,1 = 1,061,

φ_ς^0,1 = ( ς₁-1)/( ς₂¹ -1) = 3,03

Расчет скорости газов , м/с, в конвективном пучке считается по формуле:

 = 3.57

 - коэффициент теплоотдачи излучением трехатомных газов (по рис. П.6(2)), .

В расчете учитывается излучение трехатомных газов, для чего определяется температура наружной стенки трубы с учетом загрязнений , степень черноты газов  при средней температуре газов .

Степень черноты загрязненных стенок а_з = 0,8.

Температура загрязненной стенки , °С, определяется по формуле:

 = 114

Т_з = 387 К

где:  = (t₁+t₂)/2 = (65+113)/2 = 89 - средняя температура воды в конвективном пучке, °С;

 - поправка на загрязнение, ^oС: при сжигании газа: = 25 ^oС;

Степень черноты определяется по формулам:

= 0,073

= 0,076

р = 0,1 МПа;

 - эффективная толщина излучающего слоя, м:

 = 0,044 м,

где:  и  - продольный и поперечный шаги труб КП, м;

 - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, :

 и  - объемные доли водяных паров и трехатомных газов (принимаются как для топки).

=2,1234

α₁ =41,41 Вт/м² К

α₂ = 4828 Вт/м² К

Коэффициент теплопередачи:

м² К

Расчет температурного напора по формуле, °С:

,

; ;

где: = 65 и = 71- температура воды перед и после конвективного пучка, °С; = 288 и = 885 - температура дымовых газов перед и после конвективного пучка.

4. Расчетная невязка теплового баланса

Тепловой баланс:

Ошибка в расчете баланса котла составила не более 5%.

Заключение

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.

Список литературы

1. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Издание 3, переработанное и дополненное СПб.: Изд. НПОЦКТИ, 1998. - 256 с.

2.      Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / под редакцией Кузнецова С.Л. М.: Энергия, 1973. - 295 с.

.        Голдобин Ю.М., Витт О.К., Гальперин Л.Г. Теплофизические свойства топлив, продуктовые сгорания и воздуха. Приложение к методическим указаниям. Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 1994. - 26 с.

.        Котлы малой и средней мощности. Каталог-справочник. М.: НИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972. - 207 с.

.        Котлы малой и средней мощности и топочные устройства: Отраслевой каталог. М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1987. - 208 с.

.        Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 487 с.

.        Делягин Г.И., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 586 с.

8. Стырикович В.А. и др. Котельные агрегаты. М., - Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 487 с.

. Лумми А.П., Филипповский Н.Ф., Черепанова Е.В. Расчет котла. Екатеринбург: изд. дом «Время», ризограф УГТУ-УПИ, 2006. - 50 с.