Тепловой расчёт котла

Формулы для расчёта физических величин приводятся далее по тексту, при необходимости даётся их расшифровка.

Задание на проектирование

Провести поверочно-конструктивный тепловой расчет парового котла ДЕ-10−14ГМ, служащего для выработки насыщенного пара.

Варианты заданий на выполнение поверочно-конструктивного теплового расчета котла приведены в таблице 3.

Характеристика котла ДЕ-10−14ГМ.

• 1. Номинальная паровая производительность
• 2. Температура питательной воды
• 3. Давление питательной воды
• 4. Топливо — природный газ.

Характеристики топлива:

• 5. Низшая теплота сгорания
• 6. Процент продувки 8%.
• 7. Топка имеет металлическую наружную обшивку.

Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов

Объёмы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 м³ сухого газообразного топлива при нормальных условиях (0 ^оС и 101,3 кПа). На эти условия указывает верхний индекс «н» в обозначениях величин объёмов [1].

Теоретический объем воздуха

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ сухого газообразного топлива при, определяем по формуле (4−13) [2], (2.9) [3]:

(14).

Состав газообразного топлива.

Варианты.	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	Н2S.	N2 и редкие газы.	Плот. по возд.	КДж/нм3	Tп.в.	% непрер. продув.
	88,1.	1,5.	0,6.	0,2.	0,06.	0,04.	;	9,5.	0,637.
	84,8.	3,6.	1,0.	0,5.	0,05.	0,05.	;	10,0.	0,63.
3.	75,4.	5.0.	1,7.	1,3.	1,2.	0,8.	0,6.	14,0.	0,669.
	71,9.	4,8.	1,6.	0,8.	;	0,5.	0,4.	20,0.	0,71.
	82,7.	1,4.	0,6.	0,3.	;	0,9.	0,1.	14,0.	0,647.
	81,8.	5,5.	1,6.	0,5.	0,8.	0,2.	0,1.	9,5.	0,701.
	67,7.	2,0.	0,2.	0,1.	0,1.	1,2.	0,7.	28,0.	0,698.
	77,2.	5,0.	0,5.	0,4.	;	0,5.	0,4.	16,0.	0,663.
	52,9.	4,0.	1,2.	0,6.	0,8.	0,2.	0,3.	40,0.	0,778.
	80,2.	5,5.	1,7.	1,2.	0,2.	0,1.	0,1.	11,0.	0,626.
	58,8.	7,0.	1,2.	0,8.	0,2.	;	;	32,0.	0,747.
	95,1.	2,3.	0,7.	0,4.	0,8.	0,2.	;	0,5.	0,597.
	89,7.	3,0.	2,0.	0,8.	0,5.	1,0.	;	3,0.	0,63.
	98,5.	0,3.	0,1.	След.	След.	След.	;	1,1.	0,585.
	96,8.	1,2.	0,5.	;	0,1.	0,1.	;	1,8.	0,578.
		0,5.	3,0.	0,2.	;	0,11.	;	4,0.	0,7.
		0,2.	0,1.	0,1.	;	0,1.	;	0,5.	0,58.
		4,0.	1,1.	1,0.	;	1,3.	0,1.	4,0.	0,6.
		1,3.	0,1.	0,5.	;	0,5.	0,1.	2,0.	0,6.
	92,9.	5,9.	0,5.	;	0,5.	0,1.	;	0,1.	0,595.
		6,0.	2,2.	1,2.	1,8.	0,3.	;	0,5.	0,663.
	98,6.	0,5.	0,4.	0,2.	0,1.	0,1.	;	0,1.	0,564.

Теоретические объемы продуктов сгорания

Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (б = 1) определяется по следующим формулам:

— теоретический объем азота:

(15).

— объем трехатомных газов:

(16).

— теоретический объем водяных паров:

(17).

где — влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 м³ сухого воздуха, г/м³, принимаем равное 0.

Теоретический объём продуктов сгорания.

результаты расчёта заносятся в таблицу 4.

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерной топки принимаем по таблице П 1.

Значение величины присосов воздуха в газоходах котла ДЕ 10−14 определяется по таблице П 2.

При сжигании газообразного топлива:

— коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерных топок при сжигании газообразного топлива (табл. П 1.).

• — величина присосов воздуха в топке для камерных газомазутных котлов с обмуровкой и металлической обшивкой принимаем по табл. П 2.
• — величина присосов воздуха по конвективным поверхностям нагрева:

Коэффициент избытка воздуха на входе в топку:

(18).

Коэффициенты избытка воздуха за поверхностями нагрева:

— за первым конвективным пучком.

(19).

Объёма газов, объёмные доли трехатомных газов.

Величина и расчетная формула.	Газоход.
топка.	1 кон. пучок.	2 кон. пучок.	экономайзер
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева =т+ УДi.	1,1.	1,15.	1,25.	1,35.
2. Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева ср=(+)/2.	1,065.	(1,1+1,15) /2=1,125.	(1,15++1,25)/2=. =1,2.	(1,25++1,35)/2=. =1,3.
3. Объём водяных паров, м3/м3. = +0,0161 (ср-1)•.	1,878.	1,886.	1,896.	1,91.
4. Полный объём газов, м3/м3. VГ= +(ср-1)•.	10,045.	10,551.	11,182.	12,025.
5. Объёмная доля водяных паров =/VГ.	0,186.	0,178.	0,169.	0,158.
6. Объёмная доля трехатомных газов =/VГ.	0,091.	0,086.	0,081.	0,076.
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП= +.	0,277.	0,264.	0,25.	0,234.

— за вторым конвективным пучком.

(20).

— за водяным экономайзером.

(21).

Определяем средние коэффициенты избытка воздуха по газоходу для каждой поверхности нагрева, по формуле:

(22).

для топочной камеры.

(23).

для 1 конвективного пучка.

(24).

для 2 конвективного пучка.

(25).

для водяного экономайзера.

. (26).

В таблице приведены основные характеристики котла [3].

Основные характеристики поверхностей нагрева котла ДЕ-10−14ГМ.

Объёмы продуктов сгорания

Энтальпии теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха определяется по соотношению:

(27).

где — теплоёмкость воздуха при соответствующей температуре, определяется по таблице П3, — по таблице 4.

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания, определяем по формуле:

(28).

где , — объёмы продуктов сгорания, берутся из таблицы 5;

, — теплоёмкости соответственно трехатомных газов, водяных паров и азота при постоянном давлении, кДж/(м³ К), берутся из таблицы П3.

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов по газоходам котла представлены в табл. 4.

Энтальпию продуктов сгорания Н_Г, кДж/м³, при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле (4−21) [26], (2.18) [28].

(29).

Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания при действительных избытках воздуха в газоходах приведены в таблице 6.

Строим для удобства проведения расчётов на миллиметровой бумаге Н-и диаграмму.

Энтальпии продуктов сгорания, кДж/м³ (H- - таблица).

Поверхность нагрева.
Топочная камера.	2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800	35 157,32 31 564,2 28 094,8 24 619,04 21 212,38 17 883,02 14 581,62 11 374,58	28 637,3 25 781,1 22 899,7 20 153,1 17 457 14 811,5 12 174,4 9537,3	2856,2 2881,4 2746,6 2696,1 2645,5 2637,1 2637,1	38 021,05 34 142,31 30 380,77 26 634,35 22 958,08 19 364,17 15 799,06 12 328,31	3878,74 3757,54 3750,42 3676,27 3593,91 3565,11 3470,75
1-й конвективный пучок.	1000 800 600 400 200	14 581,62 11 374,58 8322,14 5416,81 2644,03	12 174,4 9537,3 7001,3 4566,5 2241,1	2637,1 2536 2434,8 2325,4	16 407,78 12 805,18 9372,34 6101,79 2980,19	3602,6 3432,84 3270,55 3121,6
2-й конвективный пучок.	800 600 400 200	11 374,58 8322,14 5416,81 2644,03	9537,3 7001,3 4566,5 2241,1	2536 2434,8 2325,4	13 758,91 10 072,47 6558,44 3204,31	3686,44 3514,03 3354,13
Водяной экономайзер	600 400 200 125 100	8322,14 5416,81 2644,03 1638,2 1306,69	7001,3 4566,5 2241,1 1392,8 1112,1	2434,8 2325,4 848,3 280,7	10 772,6 7015,09 3428,42 2125,68 1695,93	3757,51 3586,67 1302,74 429,75