Лабораторная работа: Тепловой расчет парогенератора

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_H₂_O (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∙α₁п. 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		%