Лекции.Орг


Поиск:




Расчет водотрубного котла-утилизатора конвективного типа.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

ВОДОТРУБНОГО КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

КОНВЕКТИВНОГО ТИПА

Вариант №11

 

 

Выполнила: ст. гр. МТ-092

Краутер А.А.
Проверил: к.т.н., доц.
Соловьев А.К.

Новокузнецк, 2013

Расчет водотрубного котла-утилизатора конвективного типа.

 

Целью расчёта котлов-утилизаторов является определение ко­личества и температуры производимого пара.

Исходные данные для расчёта

Часовой расход дымовых газов перед котлом Vo= 60000 м3/ч.

Температура дымовых газов на входе в котёл = 750°С

Состав дымовых газов: СО2= 14,3 %; Н2О = 9,3 %; О2 = 4,4 %; N2=72%.

Давление пара в барабане котла Р = 1,8 МПа.

Доля подсасываемого воздуха от количества дымовых газов, по­ступающих в котёл, = 0,05.

Для упрощения расчёта допускаем, что среднее количество ды­мовых газов, проходящих через секции котла, одинаково и с учётом присосов атмосферного воздуха равно:

где - количество дымовых газов на выходе из котла-утилизатора, м3/ч;

- доля подсасываемого воздуха от количества дымовых газов, поступающих в котёл (принимаем = 0,05).

Согласно таблице Г 1 выбираем для установки за печью котёл-утилизатор типа КУ-60. Основные конструктивные параметры этого котла приведены ниже.

Поверхность нагрева:

первого (предвключенного) испарительного пакета - 46 м2;

пароперегревателя - 70 м2;

второго испарительного пакета - 173 м2;

третьего испарительного пакета - 192 м2;

четвёртого испарительного пакета-175 м2;

водяного экономайзера - 247 м2,

Поверхность нагрева всего котла - 903 м2.

Живое сечение для прохода дымовых газов:

первого (предвключенного) испарительного пакета – 5,06 м2;

пароперегревателя – 7,0 м2;

второго испарительного пакета- 5,06 м2;

третьего испарительного пакета – 4,63 м2;

водяного экономайзера – 4,55 м.

Живое сечение для прохода пара - 0,0318 м2.

Число рядов труб в пакете по ходу дымовых газов:

первого (предвключенного) испарительного пакета- 12;

пароперегревателя - 8;

второго испарительного пакета- 22;

третьего испарительного пакета - 20;

водяного экономайзера - 2x20.

Шаг труб по ширине пучка испарительных пакетов - 172мм.

Шаг труб по ширине пучка предвключенного испарительного пакета пароперегревателя и экономайзера- 86 мм.

Шаг труб по глубине пучка- 70 мм.

По заданному составу дымовых газов рассчитываем и строим it
- диаграмму. Расчёт it - диаграммы производится по
формуле:

где i - энтальпия дымовых газов при заданной температуре, кДж/м3;

- энтальпия СО2, Н2О, 02, N2 при заданной температуре дымовых газов, кДж/м3;

- содержание СО2, Н2О, 02, N2 в дымовых газах, %.

 

 

Расчёт предвключенного испарительного пакета

Принимаем в первом приближении температуру дымовых газов за предвключённым испарительным пакетом равной = 698 °С.

Определяем среднелогарифмический температурный напор:

где t" - температура насыщения при заданном давлении в бара­бане котла, равном 4,5 МПа (определяется по таблицам водяного пара [1]), t" = = 207°С.

Средняя температура дымовых газов равна:

 

 

 

Определим действительный расход дымовых газов:

Живое сечение для прохода дымовых газов в предвключённом испарительном пакете равно fД = 7,0 м2. Тогда средняя скорость ды­мовых газов составит:

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к шахматному пучку труб:

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб, Вт/(м2 · °С);

k Z - поправка на число труб;

k S - поправка на относительный шаг;

k t - поправка на температуру.

Принимаем шаг труб по ширине пучка равным Si = 86 мм, шаг труб по глубине пучка S2 = 70 мм, число рядов труб в пакете z2 = 12, диаметр труб поверхностей нагрева dн = 32 мм.

По номограмме на рисунке А.1 при = 8,91 м/с и dH = 32 мм коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб = 77 Вт/(м2 · °С), а при z2=12, Si/dн = =86/32 = 2,69, S2/dH = 70/32 = 2,19 и = 724°С получим kZ = 0,965, kS = =1,112, kt = 0,98. Тогда

=77 ·0,965 · 1,112 ·0,98 = 80,97 Вт/(м2·°С).

Определяем эффективную толщину излучающего газового слоя:

Произведение парциального давления излучающих составляю­щих на эффективную толщину излучающего газового слоя равно:

= 98,1·0,143·0,161 = 2,26 кН/м;

= 98,1·0,093·0,161 = 1,47 кН/м,

где 98,1 - переводной коэффициент из атмосфер в килоньютоны.

Определяем степень черноты дымовых газов:

где - степень черноты СО2;

- степень черноты Н2О;

- поправочный коэффициент.

Согласно номограммам степени черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,071; = 0,034; = 1,08.

Принимая степень черноты стенок труб равной , находим эффективную степень черноты:

Ориентировочно определяем количество тепла, отданное дымо­выми газами в предвключённом испарительном пакете по формуле, Вт:

где - энтальпия при температуре дымовых газов на входе в предвключенный пакет, кДж/м3;

- энтальпия при температуре дымовых газов на выходе из предвключенного пакета, кДж/м3.

Численное значение энтальпии определяем по рисунку 1. На входе в предвключенный пакет при = 750 °С энтальпия дымовых газов составит =1120 кДж/м3, а при = 698°С энтальпия составит = 1025 кДж/м3. Тогда

Определяем среднюю температуру стенок труб:

где - тепловое сопротивление на трубках, равное 0,005 0,01 (м2·°С)/Вт (принимаем = 0,005);

F - поверхность нагрева предвключенного пакета, м2.

Определяем степень черноты дымовых газов при температуре стенки труб:

Согласно номограммам степень черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,068; = 0,045; = 1,08. Тогда

 

 

Коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле, (Вт/(м2·°С).):

Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к тру­бам составит:

Вт/(м2 ·°С).

При расчете коэффициента теплопередачи можно пренебречь тепловым сопротивлением теплоотдачи к воде, паро-водяной смеси и пару и рассчитать коэффициент теплопередачи по формуле:

Вт/(м2 ·°С).

Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в предвключённом испарительном пакете:

кВт

Энтальпия дымовых газов на выходе из пакета составит:

кДж/м3.

где - коэффициент сохранения тепла = 0,9 0,95 (принимаем =0,95).

При = 1026,63кДж/м3 по рисунку 1 определяем температуру га­зов на выходе из предвключенного испарительного пакета; = 697°С. Расхождение между принятой и полученной температу­рой составляет:

что находится в пределах допустимого ( 5%).

Если полученная температура дымовых газов на выходе из пред­включенного испарительного пакета отличается от принятой в начале расчёта более чем на 5%, то необходимо произвести пересчёт по но­вой температуре .

Расчёт пароперегревателя

Температура дымовых газов перед пароперегревателем равна температуре дымовых газов на выходе из предвключенного испари­тельного пакета, т.е. = 697oC. Температура пара на входе в пароперегреватель равна =207°C (при давлении в барабане котла 1,8 МПа).

Принимаем температуру пара на выходе из пароперегрева­теля равную tпп =360°С.

Принимаем в первом приближении температуру дымовых газов за пароперегревателем равной = 638°С.

Определяем среднелогарифмический температурный напор:

Средняя температура дымовых газов равна:

Определим действительный расход дымовых газов:

Живое сечение для прохода дымовых газов равно f д = 5,06 м2. Тогда средняя скорость дымовых газов составит:

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к шахматному пучку труб, Вт/(м2·°С):

Принимаем шаг труб по ширине пучка равным S1=86 мм, шаг труб по глубине пучка S2=70 мм, число рядов труб в пакете z2=8, диаметр труб поверхностей нагрева dн=32 мм.

По номограмме на рисунке А.1 при = 11,6 м/с и dн = 32 мм ко­эффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб = 89 Вт/(м2-°С), а при z2=8, S1/dн= 86/32=2,69, S2/dH=70/32=2,19 и =668°C, получим kZ = 0,935, kS = 1,112, kt =0,98. Тогда

Вт/(м2 · °С).

Определяем эффективную толщину излучающего газового слоя:

Произведение парциального давления излучающих составляю­щих на эффективную толщину излучающего газового слоя равно:

= 98,1·0,143·0,161 = 2,26 кН/м;

= 98,1·0,093·0,161 = 1,47 кН/м,

Определяем степень черноты дымовых газов:

Согласно номограммам степени черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,075; = 0,036; = 1,08.

На выходе из пароперегревателя при =638°C энтальпия дымовых газов составит = 948 кДж/м3.

Ориентировочно определяем количество тепла, отданное дымо­выми газами в пароперегревателе по формуле:

Вт

где - энтальпия при температуре дымовых газов на входе в пароперегреватель, кДж/м3;

- энтальпия при температуре дымовых газов на выходе из пароперегревателя, кДж/м3.

Численное значение энтальпии определяем по рисунку 1. На входе в пароперегреватель при = 697°С энтальпия дымовых газов составит =1026,63кДж/м3, а при = 638°С энтальпия составит = 948 кДж/м3. Тогда

Определяем среднюю температуру стенок труб:

где F - поверхность нагрева пароперегревателя, м2.

Согласно номограммам степени черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,067; = 0,047; = 1,08.

Определяем степень черноты дымовых газов при температуре стенки труб:

 

Коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле, (Вт/(м2·°С).):

Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к тру­бам составит:

Вт/(м2 ·°С).

Определяем коэффициент теплопередач:

Вт/(м2 ·°С).

Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в пароперегревателе:

кВт.

Теплосодержание дымовых газов на выходе из пароперегрева­теля составит:

кДж/м3

При = 915,26 кДж/м3 по рисунку 1 определяем температуру га­зов на выходе из пароперегревателя; = 630°С. Расхождение между принятой и полученной температу­рой составляет:

Расчёт испарительных секций

Температура дымовых газов перед испарительными секциями равна температуре дымовых газов на выходе из пароперегревателя, т.е. = 630oC. Температура пара на входе в пароперегреватель равна =207 °C (при давлении в барабане котла 1,8 МПа).

Принимаем в первом приближении температуру дымовых газов за испарительными пакетами = 299°С.

Определяем среднелогарифмический температурный напор:

Средняя температура дымовых газов равна:

Определим действительный расход дымовых газов:

Живое сечение для прохода дымовых газов равно f д = 4,63 м2. Тогда средняя скорость дымовых газов составит:

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к шахматному пучку труб, Вт/(м2·°С):

Принимаем шаг труб по ширине пучка равным S1=172 мм, шаг труб по глубине пучка S2=70 мм, число рядов труб в пакете z2=20, диаметр труб поверхностей нагрева dн=32 мм.

По номограмме на рисунке А.1 при = 9,97 м/с и dн = 32 мм ко­эффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб = 83 Вт/(м2-°С), а при z2=20, S1/dн= 172/32=5,375, S2/dH = =70/32=2,19 и =465°C, получим kZ = 0,98, kS = 1,24, kt =0,99. Тогда

Вт/(м2 ·°С).

Определяем эффективную толщину излучающего газового слоя:

Произведение парциального давления излучающих составляю­щих на эффективную толщину излучающего газового слоя равно:

= 98,1·0,143·0,355 = 4,98 кН/м;

= 98,1·0,093·0,355 =3,24 кН/м,

Определяем степень черноты дымовых газов:

Согласно номограммам степени черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,088; = 0,079; = 1,09.

На выходе из пароперегревателя при =299°C энтальпия дымовых газов составит = 420 кДж/м3.

Ориентировочно определяем количество тепла, отданное дымо­выми газами в пароперегревателе по формуле:

Вт

где - энтальпия при температуре дымовых газов на входе в пароперегреватель, кДж/м3;

- энтальпия при температуре дымовых газов на выходе из пароперегревателя, кДж/м3.

Численное значение энтальпии определяем по рисунку 1. На входе в пароперегреватель при = 630°С энтальпия дымовых газов составит =915,26 кДж/м3, а при = 299°С энтальпия составит = =420 кДж/м3. Тогда

Согласно исходным данным поверхность нагрева второго испа­рительного пакета равна F1=173 м2, третьего и четвёртого, соответст­венно, F2=192 м2 и F3=175 м2. Общая поверхность нагрева составит:

F= F1+ F2+ F3=173+192+175=540 м2.

Определяем среднюю температуру стенок труб:

Согласно номограммам степень черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,079; = 0,093; = 1,09.

Определяем степень черноты дымовых газов при температуре стенки труб:

Коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле:

 

Суммарный коэффициент теплоотдачи от составит:

Вт/(м2 ·°С).

Определяем коэффициент теплопередач:

Вт/(м2 ·°С).

Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в испарительных пакетах:

кВт.

Энтальпия дымовых газов на выходе из испарительных секций составит:

кДж/м3

При = 405,35 кДж/м3 по рисунку 1 определяем температуру га­зов на выходе из испарительных пакетов; = 298°С. Расхождение между принятой и полученной температу­рой составляет:

Расчёт водяного экономайзера

Температура дымовых газов перед экономайзером равна = 298oC. Считаем, что в экономайзере вода нагревается до темпе­ратуры насыщения при Р=1,8 МПа, т.е. до =207 °C. Принимаем температуру дымовых газов за секцией = 226°С.

Определяем среднелогарифмический температурный напор:


где – температура питательной воды, = 100°С

 

class=WordSection2>

 

 

Средняя температура дымовых газов равна:

При этой температуре газового потока объемный расход равен:

Живое сечение для прохода дымовых газов равно f д = 4,55 м2. Тогда средняя скорость дымовых газов составит:

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к пучку труб, Вт/(м2·°С):


Принимаем шаг труб по ширине пучка равным S1=86 мм, шаг труб по глубине пучка S2=70 мм, число рядов труб в пакете z2=20, диаметр труб поверхностей нагрева dн=32 мм.

По номограмме на рисунке А.1 при = 7,36 м/с и dн = 32 мм ко­эффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб =68 Вт/(м2-°С), а при z2=20, S1/dн= 86/32=2,6875, S2/dH=70/32=2,19 и =262°C, получим kZ = 0,98, kS = 1,112, kt =1,0. Тогда

Вт/(м2 ·°С).

Определяем эффективную толщину излучающего газового слоя:

Произведение парциального давления излучающих составляю­щих на эффективную толщину излучающего газового слоя равно:

= 98,1·0,143·0,109 = 1,529 кН/м;

= 98,1·0,093·0,109 =0,994 кН/м,

Определяем степень черноты дымовых газов:

Согласно номограммам степени черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,054; = 0,049; = 1,09.

На выходе из экономайзера при =226°C энтальпия дымовых газов составит = 315 кДж/м3. А при энтальпия будет равна кДж/м3.

Ориентировочно определяем количество тепла, отданное дымо­выми газами в пароперегревателе по формуле:

Определяем среднюю температуру стенок труб:

Согласно номограммам степень черноты СО2, Н2О и поправочный коэффициент равны: = 0,052; = 0,050; = 1,09.

Определяем степень черноты дымовых газов при температуре стенки труб:

 

Коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле:

Суммарный коэффициент теплоотдачи от составит:

Вт/(м2 ·°С).

Определяем коэффициент теплопередач:

Вт/(м2 ·°С).

Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в экономайзере:

кВт.

Энтальпия дымовых газов на выходе из испарительных секций составит:

кДж/м3

При = 314,7 кДж/м3 по рисунку 1 определяем температуру га­зов на выходе из экономайзера; = 225°С. Расхождение между принятой и полученной температу­рой составляет:

Определение паропроизводителъности котла и температуры перегрева пара

Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в котле:

кВт,

 

где - энтальпия дымовых газов на входе в котёл при =750°C, кДж/м3;

- теплосодержание дымовых газов на выходе из котла при = =226°C, кДж/м3

- коэффициент сохранения тепла, = 0,9 0,95 (принима­ем = 0,95).

Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в пароперегревателе:

Определяем теплосодержание перегретого пара:

где 2796 кДж/кг - энтальпия сухого насыщенного пара;

энтальпия кипящей воды, 884,4 кДж/кг;

энтальпия питательной воды, =419,1 кДж/кг;

n - величина продувки, п = 8 %.

Полученному теплосодержанию соответствует температура пара

t =353 °С.

Расхождение между принятой и полученной состав­ляет:

 

Определяем паропроизводительность котла:

кг/с.

Часовая паропроизводительность котла составит:

т/ч.

 

Контрольные вопросы и задания.



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Солевые повязки творят чудеса | Социологическое исследование на тему
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2017-02-24; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1494 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Логика может привести Вас от пункта А к пункту Б, а воображение — куда угодно © Альберт Эйнштейн
==> читать все изречения...

801 - | 797 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.009 с.