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 , ⁰ С – 420

4. Температура питательной воды, ⁰ С – 145

5. Топливо – природный газ из газопровода Карабулак-Грозный

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

Теоретическое количество воздуха V_в ⁰ (м³ /м³ ) – 12,21

Объем трехатомных газов V_{RO 2} (м³ /м³ ) - 1,41

Объем азота V_{N 2} (м³ /м³ ) - 9,68

Объем водяных паров V⁰ _{H 2 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

Таблица №2

Значение энтальпий в зависимости от температур

I_г = I_г ⁰ + I_в ⁰ ∙(α-1)

№	Наименование	Обозначе-ние	Раз- мер ность	Формула	Расчет
Тепловой баланс котельного агрегата
1.	Низшая теплота сгорания топлива	Qн с		задана	10950
2.	Температура холодного воздуха	tхв		п. 5.03 норм	30
3.	Теплосодержание холодного воздуха	Iхв		по диаграмме	115,8
4.	Располагаемое тепло топлива	Qр р		Qн с +Qввш +Qтл	10950+0+0=10950
5.	Температура уходящих газов	νух		принимаем	130
6.	Теплосодержание уходящих газов	Iух		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	ηка	%	100- Σq	100-7,54=93,49
13.	Коэф. сохранения тепла	φ	-	1-(q5 /(ηка +q5 ))	1-(0,72/(93,49+ 0,72))=0,992
14.	Давление перегретого пара	P	кгс/см2	задана	39
15.	Температура перегретого пара	tпп		задана	420
16.	Теплосодержание перегретого пара	iпп		табл. 25 воды и водяного пара	779,6
17.	Температура питательной воды	tпв		задана	145
18.	Давление питательной воды	Pпв	кгс/см2	принимаем	46
19.	Теплосодержание питательной воды	iпв		табл. 24 норм	146,6
20.	Тепло затрачиваемое на получение пара	Qпп	ккал/ч	D∙(iпп - iпв )	68000·(779,6-146,6)=43044000
21.	Тепло затрачиваемое на нагрев продувочной воды	Qпр	ккал/ч	0,01∙qпр ∙D∙(iпп - iпв )	0,01∙5∙68000∙(779,6- -146,6)=2152200
22.	Сумм. количество полезно использ. тепла	Qка	ккал/ч	Qпп +Qпр	43044000+2152200=45196200
23.	Полный расход топлива	Вк	м3 /ч	Qка ∙100/ Qр р ∙ ηка	45196200 ∙100/10950∙ 9,49=4415
24.	Расчетный расход топлива	Вр	м3 /ч	Вк ∙(100-q4 )/100	4415∙(100-0)/100=4415
Расчет теплообмена в топке
1.	Объем топочной камеры	Vт	м3	по конструктив. характеристикам	130
2.	Полная лучевоспринимающая поверхность	Нл	м2	по конструктив. характеристикам	110
3.	Полная поверхность топки	Fст	м2	по конструктив. характеристикам	120
4.	Степень экранирования	х	-	рекоменд. норм	0,993
5.	Эффективная толщина излучающего слоя	S	м	3,6 Vт / Fст	3,6∙130/120=3,9
6.	Температура горячего воздуха	tгв	о С	рекоменд. норм	255
7.	Теплосодержание горячего воздуха	Iгв		по табл. №2 по i-ν	995,9
8.	Тепло, вносимое воздухом в топку	Qв		(αт -∆αпл -∆αт )Iгв + +(∆αпл +∆αт ) Iхв	(1,1-0-0,05)∙995,9+ +(0+0,05)∙115,8=1051,5
9.	Тепло, выделяемое в топке на 1 м3	Qт
10.	Теоретическая температура горения		о С	по табл. №2 по i-ν	2029
11.	Температура газов на выходе из топки		о С	принята	1077
12.	Теплосодержание газов на выходе из топки			по табл. №2 по i-ν	5893
13.	Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания	VCp	ккал/м3 ∙о С
14.	Коэфф. ослабления лучей 3-хатомными газами	Кг		ном. III норм	0,51
15.	Коэф. ослабления сажистыми частицами	Кс		формула 6-10 норм	0,13
16.	Степень черноты светящегося пламени	асв	-
17.	Степень черноты несветящихся трехатомных газов	ансв	-
18.	Коэфф. усреднения	m	-	п. 6-14 норм	0,1
19.	Эффективность черноты факела	аф	-	m∙ансв +(1- m)∙асв	0,1∙0,41+(1- 0,1)∙0,65=0,623
20.	Средний коэфф. тепл. эффективности	ψср	-	п. 6-20 норм	0,5
21.	Степень черноты топочной камеры	аф	-
22.	Высота топки	Нт	м	по конструктив. характеристикам	8
23.	Высота расположения оси горелок	hт	м	п. 6-14 норм	1,1
24.	Величина отношения	Х	-	hт /Нт	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		о С
Пересчета не требуется, так как расчетная температура отличается от ранее принятой менее чем на 100 о С. Далее расчет производим по температуре 1172 о С
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	qv	ккал/м3 ∙ч	Bp ∙ Qн с / Vт	4415∙ 10950/ 130=371879
Расчет фестона
1.	Полная поверхность нагрева	Нф	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	FГ	м2	см. п. 16	7,95
7.	Эффективная толщина излучающего слоя	S	м
8.	Температура газов перед фестоном		о С	из расчета топки	1172
9.	Теплосодержание газов перед фестоном	I ’	ккал/м3	из расчета топки	6469
10.	Температура газов за фестоном		о С	принимаем разницу (50-80 о С)	1100
11.	Теплосодержание газов за фестоном	I ’’	ккал/м3	по табл. №2 по i-ν	6032
12.	Тепловосприятие по балансу	Qб	ккал/м3	φ(I ’ - I ’’ )	0,992(6469- 6032)=433,5
13.	Средняя температура газов		о С
14.	Температура кипения воды	tкип	о С	табл. воды и водяного пара	250
15.	Средний температурный напор	∆t	о С		1136-250=886
16.	Средняя скорость газов
17.	Коэфф. теплоотдачи конвекцией	αк	ккал/м2 ∙ч∙гр	αн ∙Сt ∙Cs ∙Cφ ном. XIII норм	68∙1,05∙1,05∙1=74,97
18.	Суммарная поглоща- тельная способность трехатомных газов	Рп ∙S	атм∙м	р∙Vп ∙S	1∙0,267∙0,63=0,168
19.	Коэфф. ослабления лучей трехатомными газами	Кг	1/атм∙м	ном. III	1,4
20.	Суммарная опти- ческая толщина слоя	kps	-	Кг ∙р∙Vп ∙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	о С	tкип +∆t	250+50=300
23.	Коэфф. теплоотдачи излучением	αл	ккал/м2 ∙ч∙гр	αн ∙а∙Cг ном. XIX норм	200∙0,21∙0,98=41,16
24.	Коэфф. теплоотдачи по газовой стороне	α1	ккал/м2 ∙ч∙гр	ξ(αк +αл )	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	Qт	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	Iхв		по диаграмме	115,8
13.	Температура воздуха на выходе			принята	255
14.	Теплосодержание воздуха на выходе	Iгв		по диаграмме	995,9
15.	Кол-во воздуха на выходе отнесенное к теоретически необ.		-	αТ - ∆αТ - ∆αпл	1,1-0,1-0=1
16.	Кол-во воздуха на входе отнесенное к теоретически необ.		-	αТ -∆αТ -∆αпл +∆αвп	1,1-0,1-0+0,05=1,05
17.	Тепловосприятие по балансу
18.	Средняя температура воздуха
19.	Теплосодержание воздуха при средней температуре	Iср		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	-	τб / τм	225/128=1,3
		τм			300-128=172
		τб			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	ηка	%	100- Σq	100-6,51=93,49
6.	Расчетный расход топлива	Вр	м3 /ч	Qка ∙(100- q4 )/ Qр р ∙ ηка	45196200∙(100- 0)/ 10950∙ 93,49= =4415
7.	Полный расход топлива	В	м3 /ч	Вр ∙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			(αт -∆αпл -∆αт )Iгв	(1,1-0,05-0)∙995,9=1045,7
11.	Тепло вносимое холодным воздухом			(∆αпл -∆αт ) Iхв	(0,05-0) 115,8=5,79
12.	Тепловыделение в топке
13.	Тепло переданное излучением в топке
14.	Невязка теплового баланса			Qp p ∙ηка -(Qт л +Qф + +Qпп +Qвэ 2 +Qвэ 1 +Qm )	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.