Министерство образования Российской Федерации

Белгородский государственный технологический университет

имени В.Г. Шухова

Кафедра энергетики теплотехнологии

Тепловой расчет парогенератора

Выполнил: студент гр. ЭТ-52

Осьмаков А.Ф.

Принял: Васильев Б.П.

Белгород 2008

Задание

Рассчитать котельный агрегат на следующих условиях:

1. Паропроизводительность Д, (т/ч) – 68

2. Рабочее давление пара Р_раб, (кгс/см²) – 39

3. Температура перегретого пара t_пп, ⁰С – 420

4. Температура питательной воды, ⁰С – 145

5. Топливо – природный газ из газопровода Карабулак-Грозный

Низшая теплота сгорания Q_н^с (ккал/м³) – 10950

Теоретическое количество воздуха V_в⁰ (м³/м³) – 12,21

Объем трехатомных газов V_RO2 (м³/м³) - 1,41

Объем азота V_N2 (м³/м³) - 9,68

Объем водяных паров V⁰_H2O (м³/м³) – 2,54

6. Присосы воздуха принимаем в соответствии с рекомендациями норм (табл. XVI)

в фестоне ∆α_пр^ф = 0

в паропергревателе ∆α_пр^пп = 0,03

в водяном экономайзере ∆α_пр^вэ = 0,05 (в каждой ступени)

в воздухоподогревателе ∆α_пр^вп = 0,05

7. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т =1,1

8. Коэффициент избытка воздуха за котлом:

α_ух = α_т+∆α_пр^ф+∆α_пр^пп+2∆α_пр^вэ+∆α_пр^вп=1,1+0+0,03+2∙0,05+0,05=1,28

Таблица №1

Наименование

величины

V_в⁰ (м³/м³) – 12,21 V⁰_H2O= V⁰_H2O +0,0161∙(α-1)∙V_в⁰

V_RO2 (м³/м³) - 1,41 V_Г= V_RO2 +V_N2 +V_H2O +(α-1)∙V_в⁰

V_N2 (м³/м³) - 9,68

V⁰_H2O (м³/м³) – 2,54

Топка, фестон

Паропере-греватель

Вод. эконом.

2 ступень

Вод. эконом.

1 ступень

Воздухо-подогре-ватель

За котлом

Коэф. избытка воздуха за

поверхностью

1,1

1,13

1,18

1,23

1,28

1,28

Коэф. избытка воздуха средний

1,1

1,115

1,155

1,215

1,255

1,280

V_H2O

2,560

2,563

2,570

2,582

2,590

2,595

V_Г

14,871

15,057

15,553

16,297

16,794

17,104

r _RO2= V_RO2 /V_Г

0,095

0,094

0,091

0,087

0,084

0,082

r_H2O= V_H2O /V_Г

0,172

0,17

0,165

0,158

0,154

0,152

r_п= V_RO2+V_H2O

0,267

0,264

0,256

0,245

0,238

0,234

Таблица №2

Значение энтальпий в зависимости от температур

I_г = I_г⁰ + I_в⁰∙(α-1)

t, ^оС

I_г,

ккал/м³

I_в⁰,

ккал/м³

I_г при α=1,1

I_г при α=1,115

I_г при α=1,155

I_г при α=1,215

I_г при α=1,255

I_г при α=1,280

100

449

386

488

493

509

532

547

557

200

906

777

984

995

1026

1073

1104

1124

300

1375

1175

1493

1510

1557

1628

1675

1704

400

1857

1580

2015

2039

2102

2197

2260

2299

500

2352

1995

2552

2581

2661

2781

2861

2911

600

2856

2420

3098

3134

3231

3376

3473

3534

700

3375

2857

3661

3704

3818

3989

4104

4175

800

3910

3297

4240

4289

4421

4619

4751

4833

900

4456

3736

4830

4886

5035

5259

5409

5502

1000

5010

4188

5429

5492

5659

5910

6078

6183

1100

5567

4652

6032

6102

6288

6567

6753

6870

1200

6127

5116

6639

6715

6920

7227

7432

7559

1300

6702

5580

7260

7344

7567

7902

8125

8264

1400

7288

6056

7894

7984

8227

8590

8832

8984

1500

7869

6532

8522

8620

8881

9273

9535

9698

1600

8461

7008

9162

9267

9547

9968

10248

10423

1700

9056

7484

9804

9917

10216

10665

10964

11152

1800

9653

7961

10449

10569

10887

11365

11683

11882

1900

10261

8449

11106

11233

11571

12078

12415

12627

2000

10865

8937

11759

11893

12250

12786

13144

13367

2100

11467

9426

12410

12551

12928

13494

13871

14106

2200

12090

9914

13081

13230

13627

14222

14618

14866

2300

12703

10413

13744

13900

14317

14942

15358

15619

2400

13318

10906

14409

14572

15008

15663

16099

16372

2500

13935

11401

15075

15246

15702

16386

16842

17127

№

Наименование

Обозначе-ние

Раз-

мер

ность

Формула

Расчет

Тепловой баланс котельного агрегата

1.

Низшая теплота сгорания топлива

Q_н^с

задана

10950

2.

Температура холодного воздуха

t_хв

п. 5.03 норм

30

3.

Теплосодержание холодного воздуха

I_хв

по диаграмме

115,8

4.

Располагаемое тепло топлива

Q_р^р

Q_н^с +Q_ввш +Q_тл

10950+0+0=10950

5.

Температура уходящих газов

ν_ух

принимаем

130

6.

Теплосодержание уходящих газов

I_ух

по диаграмме

727,1

7.

Потери от механ-го недожога

q₄

%

табл. 20

0

8.

Потери от хим-го недожога

q₃

%

табл. 20

0,5

9.

Потеря тепла с уходящими газами

q₂

%

10.

Потери тепла в окружающую среду

q₅

%

п. 5-10 рис. 5.1 норм

0,72

11.

Сумма тепловых потерь

Σq

%

q₂ + q₃ + q₄ + q₅

5,29+0,5+0+0,72=6,51

12.

КПД котельного агрегата

η_ка

%

100- Σq

100-7,54=93,49

13.

Коэф. сохранения тепла

φ

-

1-(q₅/(η_ка+q₅))

1-(0,72/(93,49+ 0,72))=0,992

14.

Давление перегретого пара

P

кгс/см²

задана

39

15.

Температура перегретого пара

t_пп

задана

420

16.

Теплосодержание перегретого пара

i_пп

табл. 25 воды и водяного пара

779,6

17.

Температура питательной воды

t_пв

задана

145

18.

Давление питательной воды

P_пв

кгс/см²

принимаем

46

19.

Теплосодержание питательной воды

i_пв

табл. 24 норм

146,6

20.

Тепло затрачиваемое на получение пара

Q_пп

ккал/ч

D∙(i_пп- i_пв)

68000·(779,6-146,6)=43044000

21.

Тепло затрачиваемое на нагрев продувочной воды

Q_пр

ккал/ч

0,01∙q_пр∙D∙(i_пп- i_пв)

0,01∙5∙68000∙(779,6-

-146,6)=2152200

22.

Сумм. количество полезно использ. тепла

Q_ка

ккал/ч

Q_пп +Q_пр

43044000+2152200=45196200

23.

Полный расход топлива

В_к

м³/ч

Q_ка∙100/ Q_р^р∙ η_ка

45196200 ∙100/10950∙ 9,49=4415

24.

Расчетный расход топлива

В_р

м³/ч

В_к∙(100-q₄)/100

4415∙(100-0)/100=4415

Расчет теплообмена в топке

1.

Объем топочной камеры

V_т

м³

по конструктив. характеристикам

130

2.

Полная лучевоспринимающая поверхность

Н_л

м²

по конструктив. характеристикам

110

3.

Полная поверхность топки

F_ст

м²

по конструктив. характеристикам

120

4.

Степень экранирования

х

-

рекоменд. норм

0,993

5.

Эффективная толщина излучающего слоя

S

м

3,6 V_т/ F_ст

3,6∙130/120=3,9

6.

Температура горячего воздуха

t_гв

^оС

рекоменд. норм

255

7.

Теплосодержание горячего воздуха

I_гв

по табл. №2 по i-ν

995,9

8.

Тепло, вносимое воздухом в топку

Q_в

(α_т-∆α_пл-∆α_т)I_гв+

+(∆α_пл+∆α_т) I_хв

(1,1-0-0,05)∙995,9+

+(0+0,05)∙115,8=1051,5

9.

Тепло, выделяемое в топке на 1 м³

Q_т

10.

Теоретическая температура горения

^оС

по табл. №2 по i-ν

2029

11.

Температура газов на выходе из топки

^оС

принята

1077

12.

Теплосодержание газов на выходе из топки

по табл. №2 по i-ν

5893

13.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

VC_p

ккал/м³∙^оС

14.

Коэфф. ослабления лучей 3-хатомными газами

К_г

ном. III норм

0,51

15.

Коэф. ослабления сажистыми частицами

К_с

формула 6-10 норм

0,13

16.

Степень черноты светящегося пламени

а_св

-

17.

Степень черноты несветящихся трехатомных газов

а_нсв

-

18.

Коэфф. усреднения

m

-

п. 6-14 норм

0,1

19.

Эффективность черноты факела

а_ф

-

m∙а_нсв+(1- m)∙а_св

0,1∙0,41+(1- 0,1)∙0,65=0,623

20.

Средний коэфф. тепл. эффективности

ψ_ср

-

п. 6-20 норм

0,5

21.

Степень черноты топочной камеры

а_ф

-

22.

Высота топки

Н_т

м

по конструктив. характеристикам

8

23.

Высота расположения оси горелок

h_т

м

п. 6-14 норм

1,1

24.

Величина отношения

Х

-

h_т/Н_т

1,1/8=0,138

25.

Параметр

м

-

0,54-0,2∙Х

0,54-0,2∙0,138 =0,513

26.

Температура газов на выходе из топки

^оС

Пересчета не требуется, так как расчетная температура отличается от ранее принятой менее чем на 100 ^оС. Далее расчет производим по температуре 1172 ^оС

27.

Теплосодержание газов на выходе из топки

по табл. №2 по i-ν

6469

28.

Количество тепла воспринимаемое в топке

Q₁

29.

Теплонапряжение топочного объема

q_v

ккал/м³∙ч

B_p∙ Q_н^с/ V_т

4415∙ 10950/ 130=371879

Расчет фестона

1.

Полная поверхность нагрева

Н_ф

м²

по конструктив. характеристикам

20,4

2.

Диаметр труб

d

мм

принимаем

57х5

3.

Относительный поперечный шаг

δ₁

-

S₁/d

225/57=3,95

4.

Относительный продольный шаг

δ₂

-

S₂/d

150/57=2,63

5.

Число рядов труб по ходу газов

Z

шт.

принимаем

3

6.

Живое сечение для прохода газов

F_Г

м²

см. п. 16

7,95

7.

Эффективная толщина излучающего слоя

S

м

8.

Температура газов перед фестоном

^оС

из расчета топки

1172

9.

Теплосодержание газов перед фестоном

I ^’

ккал/м³

из расчета топки

6469

10.

Температура газов за фестоном

^оС

принимаем разницу (50-80 ^оС)

1100

11.

Теплосодержание газов за фестоном

I ^’’

ккал/м³

по табл. №2 по i-ν

6032

12.

Тепловосприятие по балансу

Q_б

ккал/м³

φ(I ^’- I ^’’)

0,992(6469- 6032)=433,5

13.

Средняя температура газов

^оС

14.

Температура кипения воды

t_кип

^оС

табл. воды и водяного пара

250

15.

Средний температурный напор

∆t

^оС

1136-250=886

16.

Средняя скорость газов

17.

Коэфф. теплоотдачи конвекцией

α_к

ккал/м²∙ч∙гр

α_н∙С_t∙C_s∙C_φ

ном. XIII норм

68∙1,05∙1,05∙1=74,97

18.

Суммарная поглоща- тельная способность трехатомных газов

Р_п∙S

атм∙м

р∙V_п∙S

1∙0,267∙0,63=0,168

19.

Коэфф. ослабления лучей трехатомными газами

К_г

1/атм∙м

ном. III

1,4

20.

Суммарная опти- ческая толщина слоя

kps

-

К_г∙р∙V_п∙S

1,4∙1∙0,267∙1∙0,63=0,235

21.

Степень черноты продуктов сгорания

а

-

ном. II

0,21

22.

Температура загрязнен-ной поверхности трубы

t₃

^оС

t_кип+∆t

250+50=300

23.

Коэфф. теплоотдачи излучением

α_л

ккал/м²∙ч∙гр

α_н∙а∙C_г

ном. XIX норм

200∙0,21∙0,98=41,16

24.

Коэфф. теплоотдачи по газовой стороне

α₁

ккал/м²∙ч∙гр

ξ(α_к+α_л)

1,0∙(74,97+41,16)=116,13

25.

Коэфф. теплопередачи

К

ккал/м³∙ч∙гр

ψ∙α₁ п. 7.54

0,85∙116,13=98,71

26.

Тепловосприятие по уравнению теплообмена

Q_т

ккал/м³

27.

Отношение тепловосприятий

∆Q

%

Расчет теплообмена пароперегревателя

1.

Диаметр труб

по конструктивным характеристикам

2.

Расположение труб

-

-

рекомендации норм [3]

Коридорное

3.

Относительный поперечный шаг

-

, рекомендации норм [3]

4.

Относительный продольный шаг

-

, рекомендации норм [3]

5.

Число рядов труб

по конструктивным характеристикам

6.

Живое сечение для прохода газов

по конструктивным характеристикам

7,2

7.

Живое сечение для прохода

пара

по конструктивным характеристикам

0,048

8.

Поверхность нагрева пароперегревателя

по конструктивным характеристикам

282,1

9.

Эффективная толщина излучающего слоя

10.

Температура газов на входе

из расчета фестона

1100

11.

Теплосодержание газов на входе

по диаграмме

6032

12.

Температура пара на выходе

задана

420

13.

Теплосодержание пара на выходе

табл. воды и пара

779,6

14.

Температура пара на входе

255

15.

Теплосодержание пара на входе

табл. воды и пара

675,2

16.

Тепловосприятие пароперегревателя

17.

Теплосодержание газов на выходе

18.

Температура газов на выходе

по диаграмме

821

19.

Средняя температура газов

20.

Средняя скорость газов

21.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

, ном. 12 [3]

22.

Средняя температура пара

23.

Удельный объем пара

табл. воды и пара

0,068

24.

Средняя скорость пара

25.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару

, ном. 15 [3]

26.

Суммарное парциальное давление трехатомных газов

ата

27.

Поглощательная способность трехатомных газов

28.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

ном. 3 [3]

2,3

29.

Оптическая толщина газового потока

-

30.

Степень черноты дымовых газов

а

-

ном. 2 [3]

0,16

31.

Температура загрязненной стенки

принята

500

32.

Коэффициент теплоотдачи межтрубного излучения

ном. 19 [3]

33.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

1∙(77+26,66)=103,66

34.

Коэффициент тепловой эффективности

-

табл. 7-3 [3]

0,6

35.

Коэффициент теплопередачи

36.

Средние разности температур

1100-255=845

821-420=401

37.

Средний температурный напор

38.

Тепловосприятие по уравнению теплообмена

39.

Отношение тепловосприятий

%

Расчет водяного экономайзера (2-я ступень по ходу воды)

1.

Диаметр труб

по конструктивным

характеристикам

2.

Расположение труб

-

-

рекомендации норм

шахматное

3.

Относительный поперечный шаг

-

, рекомендации норм [3]

4.

Относительный продольный шаг

-

, рекомендации норм [3]

5.

Число рядов труб по ходу газов

по конструктивным характеристикам

>10

6.

Живое сечение для прохода газов

по конструктивным характеристикам

4,75

7.

Живое сечение для прохода

воды

по конструктивным характеристикам

0,025

8.

Поверхность нагрева

по конструктивным характеристикам

115

9.

Эффективная толщина излучающего слоя

10.

Температура газов на входе

из расчета ПП.

821

11.

Теплосодержание газов на входе

из расчета ПП.

4414

12.

Температура газов на выходе

принимаем

500

13.

Теплосодержание газов на выходе

по диаграмме

2661

14.

Тепловосприятие ступени по балансу

15.

Температура воды на входе

из расчета первой ступени ВЭ по ходу воды

207

16.

Теплосодержание воды на входе

табл. воды и пара

211

17.

Теплосодержание воды на выходе

18.

Условная температура воды на выходе

19.

Процент кипения воды в экономайзере

%

20.

Средняя температура газов

21.

Средняя температура воды

22.

Средние разности температур

23.

Средний температурный напор

24.

Средняя скорость газов

25.

Удельный объем воды

табл. III-I [3]

0,0012

26.

Средняя скорость воды

27.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

, ном. 13 [3]

28.

Температура загрязненной стенки

29.

Поглощательная способность трехатомных газов

30.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

ном. 3 [3]

4

31.

Оптическая толщина газового потока

-

32.

Степень черноты дымовых газов

а

-

ном. 2 [3]

0,1

33.

Коэффициент теплоотдачи излучением

ном. 19 [3]

34.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

35.

Коэффициент тепловой эффективности

-

табл. 7-3 [3]

0,7

36.

Коэффициент теплопередачи

37.

Тепловосприятие по уравнению теплообменa

38.

Отношение тепловосприятий

%

Расчет водяного экономайзера (1-я ступень по ходу воды)

1.

Диаметр труб

по конструктивным

характеристикам

2.

Расположение труб

-

-

рекомендации норм

шахматное

3.

Относительный поперечный шаг

-

, рекомендации норм [3]

4.

Относительный продольный шаг

-

, рекомендации норм [3]

5.

Число рядов труб по ходу газов

по конструктивным характеристикам

>10

6.

Живое сечение для прохода газов

по конструктивным характеристикам

4,75

7.

Живое сечение для прохода

воды

по конструктивным характеристикам

0,025

8.

Поверхность нагрева

по конструктивным характеристикам

256,6

9.

Эффективная толщина излучающего слоя

10.

Температура газов на входе

из расчета ВЭ2.

500

11.

Теплосодержание газов на входе

из расчета ВЭ2.

2661

12.

Температура газов на выходе

принимаем

300

13.

Теплосодержание газов на выходе

по диаграмме

1628

14.

Тепловосприятие ступени по балансу

15.

Температура воды на входе

задана

145

16.

Теплосодержание воды на входе

табл. воды и пара

147

17.

Теплосодержание воды на выходе

18.

Условная температура воды на выходе

табл. воды и пара

207

19.

Средняя температура газов

21.

Средняя температура воды

22.

Средние разности температур

23.

Средний температурный напор

24.

Средняя скорость газов

25.

Удельный объем воды

табл. III-I [3]

0,00112

26.

Средняя скорость воды

27.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

, ном. 13 [3]

28.

Температура загрязненной стенки

Радиационный теплообмен в этой ступени не считаем из-за низкой температуры газов. Принимаем

29.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

30.

Коэффициент тепловой эффективности

-

табл. 7-3 [3]

0,7

31.

Коэффициент теплопередачи

32.

Тепловосприятие по уравнению теплообменa

33.

Отношение тепловосприятий

%

Расчет воздухоподогревателя

1.

Диаметр труб

по конструктивным

характеристикам

2.

Расположение труб

-

-

рекомендации норм

шахматное

3.

Относительный поперечный шаг

-

, рекомендации норм [3]

4.

Относительный продольный шаг

-

, рекомендации норм [3]

5.

Число рядов труб по ходу газов

по конструктивным характеристикам

>10

6.

Живое сечение для прохода газов

по конструктивным характеристикам

2,9

7.

Живое сечение для прохода воздуха

по конструктивным характеристикам

3,4

8.

Поверхность нагрева

по конструктивным характеристикам

1692

9.

Температура газов на входе

из расчета В.Э.

300

10.

Теплосодержание газов на входе

из расчета В.Э.

1628

11.

Температура воздуха на входе

задана

30

12.

Теплосодержание воздуха на входе

I_хв

по диаграмме

115,8

13.

Температура воздуха на выходе

принята

255

14.

Теплосодержание воздуха на выходе

I_гв

по диаграмме

995,9

15.

Кол-во воздуха на выходе отнесенное к теоретически необ.

-

α_Т- ∆α_Т - ∆α_пл

1,1-0,1-0=1

16.

Кол-во воздуха на входе отнесенное к теоретически необ.

-

α_Т-∆α_Т-∆α_пл+∆α_вп

1,1-0,1-0+0,05=1,05

17.

Тепловосприятие по балансу

18.

Средняя температура воздуха

19.

Теплосодержание воздуха при средней температуре

I_ср

по диаграмме

554,1

20.

Теплосодержание газов на выходе

21.

Температура газов на выходе

по диаграмме

128

22.

Средняя температура газов

23.

Средняя скорость газов

24.

Коэф. теплоотдачи с газовой стороны

, ном. 14

25.

Средняя температура стенки

26.

Средняя скорость воздуха

27.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху

, ном. 13 [3]

28.

Средние разности температур

29.

Параметры

Р

-

R

-

τ_б/ τ_м

225/128=1,3

τ_м

300-128=172

τ_б

255-30=225

ψ

-

ном. XXXI

0,98

30.

Средний температурный напор

31.

Коэффициент теплопередачи

32.

Тепловосприятие по уравнению теплообмена

33.

Отношение тепловосприятий

Уточнение теплового баланса

1.

Температура уходящих газов

из расчета В. П.

128

2.

Теплосодержание уходящих газов

из расчета В. П.

727,1

3.

Потеря тепла с уходящими газами

q₂

%

4.

Сумма тепловых потерь

Σq

%

q₂ + q₃ + q₄ + q₅

5,29+0,5+0+0,72=6,51

5.

КПД котельного агрегата

η_ка

%

100- Σq

100-6,51=93,49

6.

Расчетный расход топлива

В_р

м³/ч

Q_ка∙(100- q₄)/ Q_р^р∙ η_ка

45196200∙(100- 0)/ 10950∙ 93,49= =4415

7.

Полный расход топлива

В

м³/ч

В_р∙100/(100- q₄)

4415

8.

Температура горячего воздуха

из расчета В. П.

255

9.

Теплосодержание горячего воздуха

из расчета В. П.

995,9

10.

Тепло вносимое горячим воздухом

(α_т-∆α_пл-∆α_т)I_гв

(1,1-0,05-0)∙995,9=1045,7

11.

Тепло вносимое холодным воздухом

(∆α_пл-∆α_т) I_хв

(0,05-0) 115,8=5,79

12.

Тепловыделение в топке

13.

Тепло переданное излучением в топке

14.

Невязка теплового баланса

Q_p^p∙η_ка-(Q_т^л +Q_ф+ +Q_пп +Q_вэ² +Q_вэ¹+Q_m)

10950∙0,93-(5354 +431,8+1612 +903,6 +1030,7+923,7)=50,6

15.

Относительная величина невязки

%

Список используемой литературы

1. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергия, 1980.

2. Тепловой расчет промышленных парогенераторов: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. В.И. Частухина. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980.-184с.

3. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Под ред. Н.В.Кузнецова и др.. – М.: Энергия, 1973.