Привет студент

3 Составление теплового баланса котельной

Тепловой баланс котельной составляется для определенных КПД, оценки относительной величины различных потерь, что позволяет оценить экономичность предложенной тепловой схемы.

Суммарное поступление теплоты в схему:

(30)

кВт,

Здесь:

(31)

кг/с.

Паропроизводительность котельной включает в себя:

Расход теплоты с паром на технологические нужды с учетом возврата конденсата определяется по формуле:

(32)

Так как в схеме не предусмотрен возврат конденсата от потребителей, то формула 32 примет вид:

кВт.

Процент расхода теплоты на технологические нужды:

(33)

%.

Расход острого пара поступающего в РОУ, , включает в себя расход пара на подогрев сетевой воды, на деаэрацию и на подогрев сырой воды, таким образом, расход теплоты, q₁ составит:

q₁ = 18,98 + 6,53 + 2,87 = 28,38 %.

Расход теплоты на продувку котла:

Расход теплоты с водой, подаваемой на питание котельных агрегатов:

Полезно расходуемый процент теплоты (КПД схемы):

Суммарные потери теплоты:

q_пот = 100 – 72,36 = 27,64 %.

Основные составляющие потерь теплоты:

1) Потери от утечек свежего пара:

2) Потери в окружающую среду в бойлере:

Неучтенные потери составляют:

Незначительное расхождение вызвано погрешностью расчетов. При выполнении курсового проекта допустимо расхождение, не превышающее 1%.

4 Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной

Подбирая количество устанавливаемых котлоагрегатов, условно принимаем, что максимальная нагрузка котельной соответствует суммарной производительности, и руководствуемся следующими соображениями:

1) недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их количество не должно превышать четырех – пяти;

2) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.

Может оказаться, что один из котлоагрегатов будет недогружен, в этом случае он является резервным.

На предприятиях, использующих пар на технологические нужды, рекомендуется устанавливать паровые котлоагрегаты ДКВр, КЕ, ДЕ и Е-ГМН – двухбарабанные, вертикально-водотрубные с естественной циркуляцией, низкого и среднего давления, неэнергетического назначения.

В курсовом проекте задано использование в виде сжигаемого топлива мазут, следовательно выбираем из котлоагрегатов маркировки ДЕ - газомазутные для работы на уравновешенной тяге. Количество котлоагорегатов определяем по таблице 2.

Таблица 2

Номинальная производительность котлоагрегатов

Тип котлоагрегата	Номинальная паропроизводительность, , кг/с
ДЕ-4-14ГМ	1,11
ДЕ-6,5-14ГМ	1,8
ДЕ-10-14ГМ	2,78
ДЕ-16-14ГМ	4,44
ДЕ-25-14ГМ	6,94

Определяем количество котлоагрегатов в котельной:

(34)

шт.

Принимаем 4 котлоагрегата ДЕ-25-14ГМ.

5 Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания

5.1 Исходные данные для расчета

Котлоагрегат работает на мазуте, состав которого приведен в таблице 3:

Элементарный состав топлива Таблица 3

Вид топлива	Рабочая масса топлива, %								Низшая теплота сгорания ,МДж/кг
Антрацит	1,5	0,15	-	1,5	85,1	9,5	1,75	0,5	40,5

5.2 Расчета объемов продуктов сгорания

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива:

м³/кг. (35)

м³/кг.

Объем трехатомных газов:

м³/кг. (36)

м³/кг.

Объем азота:

м³/кг. (37)

м³/кг.

Объем водяных паров:

м³/кг. (38)

м³/кг.

Коэффициент избытка воздуха уходящих газов определяем по формуле:

Для котлоагрегатов: с установкой экономайзера

без установки экономайзера

Действительный объем водяных паров:

м³/кг. (39)

м³/кг,

м³/кг,

Действительный объем продуктов сгорания:

м³/кг. (40)

м³/кг.

м³/кг.

6 Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха.

6.1 Исходные данные

Температура продуктов горения за экономайзером, t_ух =160°С.

Температура продуктов горения перед экономайзером, t_ух2 =315⁰С

Энтальпии 1 м³ газов и влажного воздуха Таблица 4

, °С	Энтальпии газов, кДж/м3
100	170	130	151	132
200	353	260	305	267
300	560	392	463	403
400	773	527	627	542

6.2 Расчет энтальпий.

Расчет энтальпий с установкой экономайзера

Температура уходящих газов t_ух2 = 160⁰С, для нее определяем энтальпии по таблице 4.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания:

(41)

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре 160ºС:

Расчет энтальпий без установки экономайзера.

Температура уходящих газов t_ух1 = 315⁰С, для нее определяем энтальпии по таблице 4

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания:

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре 315ºС:

7. Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс составляется для определения КПД котлоагрегата и расхода топлива при установившемся тепловом состоянии котлоагрегата.

Уравнение теплового баланса:

(42)

где - располагаемое тепло, кДж/кг;

- теплота, полезно воспринимаемая в котлоагрегате поверхностями нагрева, кДж/кг;

- потери тепла соответственно с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механического недожога, в окружающую среду, с физическим теплом шлаков, кДж/кг.

Приняв располагаемое тепло за 100%, выражение (46) можно записать в таком виде:

(43)

Если известны потери тепла в котлоагрегате, его коэффициент полезного действия брутто определяется из выражения:

(44)

Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:

(45)

где:

- энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³;

- коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом;

- энтальпия теоретического объема (холодного) воздуха, подаваемого в топку. В курсовом проекте условно температуру холодного воздуха принимаем равной .

После нахождения всех потерь можно определить коэффициент полезного действия котлоагрегата (брутто):

(46)

И расход топлива из уравнения:

(47)

где:

- паропроизводительность котлоагрегата, кг/с;

- энтальпия пара, выходящего из котлоагрегата, кДж/кг;

- энтальпия питательной воды, кДж/кг (условно энтальпию питательной воды принимаем равной энтальпии кипящей воды в деаэраторе);

- расход котловой воды на непрерывную продувку, %;

- энтальпия кипящей воды в котлоагрегате, кДж/кг;

- низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

С учетом потери тепла расчетный расход полностью сгоревшего топлива в топке составит:

кг/с, (48)

где:

и определяются для двух вариантов - с установкой и без установки экономайзера.

7.1 Исходные данные

В курсовом проекте условно температуру холодного воздуха принимаем равной температуре воды на ХВО, она составляет 29⁰С.

В курсовом проекте , кДж/кг, так как не учитываем при расчете тепло горячего воздуха, подаваемого в топку и подогреваемого вне котлоагрегата, а также тепло парового дутья, затраты тепла на размораживание смерзшегося топлива и т.д.

Удельная теплоемкость 1 м³ воздуха в интервале температур 0 – 100°С составляет С_х.в. = 1,3 кДж/м³*⁰С.

Потери тепла с физическим теплом шлаков в расчете не учитываются.

Расчетные характеристики камерных топок Таблица 5

Тип топки	Наименование топлива	Потери тепла
		От химической неполноты сгорания,	От механической неполноты сгорания,
Камерная	Мазут, природный газ	1,0	0

Потери тепла котлоагрегатом в окружающую среду, определяем по графику, приведенному на рисунке 1.

Рисунок - Зависимость потери тепла в окружающую среду от производительности котлоагрегата; 1 - с экономайзером; 2 - без экономайзера.

7.2 Расчет баланса котельного агрегата

Используемое топливо имеет низшую расчетную теплоту сгорания МДж/кг

Из таблицы 4 для мазута, сжигаемого в камерной топке имеем:

- потери от химической неполноты сгорания q₃ =1,0%;

- потери от механической неполноты сгорания q₄ = 0%;

- температура холодного воздуха ºС.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива:

Произведем составление теплового баланса для варианта конструкции с экономайзером.

Потери теплоты с уходящими газами:

По рисунку 1 для выбранного в результате расчета тепловой схемы котельной котлоагрегата ДЕ-25-14ГМ имеем: .

Из расчета тепловой схемы имеем:

кг/с; i^х = 2787,3 кДж/кг;

кДж/кг; кДж/кг;

Расход топлива, подаваемого в топку:

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

Так как при использовании мазута q₄ = 0, то

Произведем составление теплового баланса для варианта конструкции без экономайзера.

Потери теплоты с уходящими газами:

По рисунку 1 .

Расход топлива, подаваемого в топку в данном варианте, изменится только за счет изменения :

Расчетный расход топлива:

Так как при использовании мазута q₄ = 0, то

8 Определение годового расхода топлива в одном котельном агрегате

Для сравнения экономичности котлоагрегатов различной компоновки необходимо определить годовой расход топлива в одном котельном агрегате при номинальной нагрузке. Учитывая, что график расхода теплоты (пара) для упрощения не задан, можно принять:

(49)

где - годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом;

4848 - условное число часов работы в течение года одного котельного агрегата при номинальной нагрузке (202 дня отопительный период для г. Оренбурга);

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате не зависит от установки экономайзера и его площади.

Годовой расход теплоты:

(50)

Годовой расход топлива:

(51)

В общем случае применение экономайзера приводит к увеличению и, следовательно, снижению затрат топлива. Годовая экономия может быть условно определена при сравнении годового расхода топлива варианта без экономайзера и варианта с экономайзером.

8.1 Расчет годового расхода топлива в одном котельном агрегате

Годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом при D_к = 6,94 кг/с:

кг/год,

кг/год.

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате:

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива для вариантов с установкой экономайзера и без экономайзера:

9 Тепловой и конструкционный расчет экономайзера

9.1 Тепловой расчет экономайзера

Исходные данные:

Согласно схеме вода в экономайзер подается из деаэратора, соответственно °С. Коэффициент сохранения тепла определяем по формуле:

(52)

Тепловосприятие экономайзера определяем по формуле:

(53)

Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера определяется:

(54)

где - энтальпия воды при входе в водяной экономайзер, кДж/кг.

В курсовом проекте допускается условно определять температуру воды на выходе из экономайзера по ее энтальпии через теплоемкость ( ). Имеем:

Температурный напор в экономайзере определяется из выражения:

(55)

где - разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наибольшая, °С; - разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности, где она наименьшая, °С.

Поверхность экономайзера определяем по формуле:

(56)

где - коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/м²∙К;9.2 Конструктивные характеристики экономайзера и его расчет.

В парогенераторах малой и средней мощности применяют экономайзеры двух типов: чугунные ребристые и стальные гладкотрубные.

Стальные гладкотрубные экономайзеры выполняют в виде горизонтальных змеевиков и бесшовных труб с наружным диаметром 28, 32, 38 мм и толщиной стенки 3-3,5 мм.

Основные величины и подбор компоновки труб, которыми следует руководствоваться при разработке конструкций стальных экономайзеров, приведены в таблице 6 и на рисунке 2.

Таблица 6

Рисунок 2 - Расположение труб экономайзера

Исходные данные для расчета:

Подбираем основные параметры для расчета:

d_нар = 0,028 м;

l = 3 м;

S₁ = 2,4*0,028 = 0,0672 м;

S₂ = 1,3*0,028 = 0,0364 м;

Н_э =286,199 м²;

А = 0,8 м;

b = 1,5 м.

Скорость дымовых газов находят по отношению объемного секундного расхода газов к площади живого сечения газохода .

м³/с, (57)

, (58)

⁰С

м³/с

Определяем количество труб в горизонтальном сечении экономайзера:

(59)

шт.

Определяем площадь живого сечения газохода по формуле:

(60)

м²

Определяем скорость дымовых газов по формуле:

(61)

По таблице 6 скорость дымовых газов находится в пределах допустимого.

Скорость движения воды в трубах рассчитывают по формуле:

(62)

где:

– количество воды, проходящей через экономайзер котлоагрегата, кг/с;

- удельный объем воды, м³/кг;

- внутренний диаметр трубы, м;

- общее количество параллельно включенных труб по воде, шт.

При шахматном расположении труб в пучке:

Z₀ =

Расход воды через экономайзер определяем:

W_эк=W_пв=W_d – W_тс

W_эк= 29,294 – 1,326 = 27,968 кг/с

Удельный объем воды – это обратная величина плотности воды, принимаем ее при температуре кипения воды, что составляет: 1, 043 м³/кг.

Внутренний диаметр трубы принимаем из расчета толщины стенки трубы 3 мм, что составляет 22 мм.

м/с

Скорость воды в трубах больше рекомендуемой по табличному значению, но это не противоречит условиям эксплуатации экономайзера.

Количество петель в одном змеевике рассчитывают по формуле:

(63)

где - расчетная площадь поверхности экономайзера, м²;

- длина одной петли, м;

- наружный диаметр трубы, мм;

- количество змеевиков, установленных в газоходе, шт.

Принимаем одноходовой экономайзер, тогда:

Расчетная высота экономайзера равна:

(64)

Так как высота экономайзера составила более 1,5 метра, то экономайзер делят на отдельные пакеты высотой 0,8-1,2 м с разрывом для ремонта и обслуживания экономайзера.