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:

Паропроизводительность Д, (т/ч) – 68

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

3. Температура перегретого пара tпп, 0С – 420

4. Температура питательной воды, 0С – 145

5. Топливо – природный газ из газопровода Карабулак-Грозный

Низшая теплота сгорания Qнс (ккал/м3) – 10950

Теоретическое количество воздуха Vв0 (м3/м3) – 12,21

Объем трехатомных газов VRO2 (м3/м3) - 1,41

Объем азота VN2 (м3/м3) - 9,68

Объем водяных паров V0H2O (м3/м3) – 2,54

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

в фестоне ∆αпрф = 0

в паропергревателе ∆αпрпп = 0,03

в водяном экономайзере ∆αпрвэ = 0,05 (в каждой ступени)

в воздухоподогревателе ∆αпрвп = 0,05

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

8. Коэффициент избытка воздуха за котлом:

 αух = αт+∆αпрф+∆αпрпп+2∆αпрвэ+∆αпрвп=1,1+0+0,03+2∙0,05+0,05=1,28



Таблица №1

Наименование 

величины

Vв0 (м3/м3) – 12,21 V0H2O= V0H2O +0,0161∙(α-1)∙Vв0

VRO2 (м3/м3) - 1,41 VГ= VRO2 +VN2 +VH2O +(α-1)∙Vв0

VN2 (м3/м3) - 9,68

V0H2O (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

VH2O

2,560

2,563

2,570

2,582

2,590

2,595

VГ

14,871

15,057

15,553

16,297

16,794

17,104

r RO2= VRO2 /VГ

0,095

0,094

0,091

0,087

0,084

0,082

rH2O= VH2O /VГ

0,172

0,17

0,165

0,158

0,154

0,152

rп= VRO2+VH2O

0,267

0,264

0,256

0,245

0,238

0,234



Таблица №2

Значение энтальпий в зависимости от температур

Iг = Iг0 + Iв0∙(α-1)

t, оС 

Iг,

ккал/м3

Iв0, 

ккал/м3

Iг при α=1,1

Iг при α=1,115

Iг при α=1,155

Iг при α=1,215

Iг при α=1,255

Iг 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

	Qнс



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

	Qрр



Qнс +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/ Qрр∙ 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

оС

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



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

VCp

ккал/м3∙оС





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



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

qv

ккал/м3∙ч

Bp∙ Qнс/ 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



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

Qб

ккал/м3

φ(I ’- I ’’)

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

13.

Средняя температура газов



оС





14.

Температура кипения воды

tкип

оС

табл. воды и водяного пара

250

15.

Средний температурный напор

∆t

оС



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

оС

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)/ Qрр∙ 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





Qpp∙ηка-(Qтл +Qф+ +Qпп +Qвэ2 +Qвэ1+Qm)

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

15.

Относительная величина невязки



%








Список используемой литературы



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

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

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





2