Расчёт тепловых процессов топки котла

ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения Кафедра: «Тепловозы и тепловозы двигатели»

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Расчёт тепловых процессов топки котла»

КР. 190 301. 13. 000 — 132

Камерная топка — топка парового котла, выполненная обычно в виде прямоугольной призматической камеры, в которой топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В них сжигают твёрдое пылевидное топливо под котлами паропроизводительностью от 50 до 2500 т/ч и более, а также газообразное и жидкое топливо — под котлами той же и меньшей производительности. Камерная топка состоит из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. Топочная камера своей верхней частью примыкает к газоходу пароперегревателя, отделяясь от него рядами сильно разреженных котельных труб, называемых фестоном. Топочная камера—отделённое обмуровкой котла от окружающей среды пространство, в котором происходит процесс горения топлива. Обмуровка вертикальных стен, потолочного перекрытия и эоловой воронки (или горизонт, пода) должна быть не теплопроводной — для сведения к минимуму количества теплоты, теряемой топкой в окружающую среду, и плотной — для исключения подсоса в топке холодного воздуха извне или выбивания дымовых газов при работе котла с наддувом.

На внутренних поверхностях камерных топок размещают топочные экраны (изготовляемые из труб диаметром 32−76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также потолочный или настенный радиационный пароперегреватель (в паровых котлах). Топливо вводится в топку вместе с воздухом, необходимым для горения, через горелочные устройства, которые размещают на стенах топки, а также по её углам. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла; остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твёрдом гранулированном виде, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприёмное устройство, заполненное водой. В крупных котельных агрегатах, работающих на пылевидном топливе, создают также полуоткрытые камерные топки, которые имеют пережим, разделяющий топку на две части: камеру горения и камеру охлаждения.

1 — горелка; 2 — топочная камера; 3 — обмуровка; 4 — топочный экран; 5 — потолочный радиационный пароперегреватель; 6 — фестон Рисунок 1 — Схема камерной топки

1. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО ОБЪЕМА ВОЗДУХА И ОБЪЕМА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

1.1 Теплота сгорания топлива, кДж/м³

Таблица 1 — Вид и состав топлива

(1)

=37 216,75 кДж/м³.

1.2 Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания одного кубического метра газа, м³/м³

(2)

м³/м³.

1.3 Действительный расход воздуха, м³/м³

(3)

где — коэффициент избытка воздуха в топке.

м³/м³.

1.4 Избыточный объема воздуха, м³/м³

(4)

м³/м³.

1.5 Объем сухих трехатомных газов, образующихся при сгорании топлива, м³/м³

(5)

м³/м³.

1.6 Объем двухатомных газов (азота), м³/м³

(6)

м³/м³.

1.7 Объем водяных паров, м³/м³

(7)

.

1.8 Полный объем дымовых газов, м³/м³

(8)

м³/м³.

топливо горение котел топка

1.9 Объемная доля сухих трехатомных газов

(9)

.

1.10 Объемная доля водяных паров

(10)

.

1.11 Общая объемная доля трехатомных газов

(11)

2. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА КОТЛА

2.1 Тепловой баланс котла, %

(12)

2.2 Полезно использованная теплота, %

(13)

где — кпд котла, %.

.

2.3 Потеря теплоты с уходящими в атмосферу дымовыми газами, %

(14)

где t_r = 130 — температура газов за экономайзером, ^оС; С_r^/ = 1,3 — объемная теплоёмкость газов при 120…140 ^оС, кДж/м³ К.

.

2.4 Потеря теплоты на внешнее охлаждение поверхностей, %

(15)

где =1,3-потеря теплоты от химической неполноты сгорания,%(определяется по таблице 5;=0- потеря теплоты от механической неполноты сгорания для газа,%; q₆ =0 — потеря теплоты с горячим шлаком,%.

2.5 Тепловая производительность котла, кДж/ч,

(16)

где h^|| = 2770 — энтальпия (теплосодержание) сухого насыщенного пара при давлении в котле P_K, кДж; t^| = 169,6 ^оС — температура кипения воды; h^| = 4,19 t^| = 710,624 — энтальпия кипящей в котле воды, кДж/кг; t_ПВ = 100 ^оС — температура кипения воды; h_ПВ = 4,19 t_ПВ=419 — энтальпия питательной воды, кДж; D = 14 000 кг/ч; D_ПР = Di/100 = 42 — количество воды, удаляемой из котла при продувках, кг/ч.

2.6 Часовой расход топлива, м³/ч

(17)

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВ В ЗОНЕ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

3.1 Расчет энтальпии топочных газов, кДж/ м³

(18)

где объемная средняя изобарная теплоемкость при t_T=900, ^оС, =2,1805, =1,3845, =1,6967, =1,3976, а при t_T=2000, ^оС, =2,4385, =1,4888, =1,9628, =1,5010.

кДж/ м³.

кДж/ м³.

3.2 Тепловыделение в топке на один кубический метр газа, кДж/ м³

(19)

где — теплота, внесённая в топку влажным воздухом, кДж/м³;

=1,32 -объёмная теплоёмкость воздуха, кДж/м³; =30- температура дутьевого воздуха, ^єС;

кДж/ м³. (20)

q=C_Ttтеплота внесённая в топку топливом, кДж/ м³; C_T=1,672- теплоёмкость топлива, кДж/ м³К; t=20^є — температура газа, ^єС

кДж/ м³.

кДж/кг По графику на рис 1 по значению H_T1, определяем t_T1=1860 ⁰С.

4. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТОПК

4.1 Часовая теплота, кДж/ч, внесенная в топку

(21)

4.2 Объем топки, м³

(22)

где q_v=10 ⁶-тепловое напряжение топочного объема, кДж/м³ч

м³.

4.3 Расчетная площадь пода камерной топки, м²

(23)

где h_Т=4,5 м для котлов производительностью14 000 кг/ч.

4.4 Длина камерной топки, м

(24)

где b=2,6- ширина камерной топки.

5 ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТОПКИ И КАМЕРЫ ДОГОРАНИЯ

5.1 Площадь боковых стен топки и камеры догорания, м²

(25)

где h_к=1,6-средняя высота камеры догорания для всех котлов, м.

=0,745-длина камеры догорания топок.

5.2 Площадь передней и задней стенок топки с учетом передней и задней поверхностей камеры догорания, м²

(26)

.

5.3 Площадь потолка топки с учетом потолка камеры догорания, м²

(27)

5.4 Площадь пода топки и камеры догорания, м²

(28)

5.5 Общая поверхность топки, воспринимающая тепловое излучение, м²

(29)

5.6 Число труб одного бокового экрана топки

(30)

где S₁=0,08- шаг труб бокового экрана (расстояние между осями труб), м,

.

5.7 Площадь поверхности труб обоих боковых экранов, м²

(31)

где =0,051 — диаметр труб экранов, м

5.8 Число экранных труб на обеих боковых стенках камеры догорания

(32)

.

5.9 Площадь экранных труб камеры догорания, м²

(33)

5.10 Общая площадь экранных труб топки, м²

(34)

5.11 Число труб первого ряда кипятильных труб на задней стенке камеры догорания

(35)

где S₂=0,11-поперечный шаг труб первого ряда кипятильного пучка, м.

5.12 Поверхность труб первого ряда кипятильных труб, м²

(36)

5.13 Общая площадь поверхности труб топки, м²

(37)

5.14 Площадь стен экранов, воспринимающая тепловое излучение, м²

(38)

где Х=0,94-угловой коэффициент экрана

6. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВ НА ВЫХОДЕ ИЗ ТОПКИ

6.1 Коэффициент сохранения теплоты в топке

(39)

6.2 Степень экранирования поверхностей топки

(40)

6.3 Абсолютная температура топочных газов, К,

(41)

(42)

где предварительно задается равной С и представляет температуру газов на выходе из камеры догорания.

6.4 Средняя теплоемкость всего объема топочных газов, кДж/К

(43)

где и — определяется по уравнению (18).

6.5 Эффективная толщина излучающего слоя, м

(44)

6.6 Произведение р_n на S

(45)

6.7 Коэффициент ослабления лучей несветящимся пламенем

(46)

где k_r=0.32

6.8 Коэффициент ослабления лучей светящимся пламенем

(47)

6.9 Степень черноты светящихся компонентов пламени

(48)

где е=2,718-основание натуральных логарифмов.

6.10 Степень черноты несветящихся компонентов пламени

(49)

6.11 Степень черноты факела

(50)

где m=0-для газа.

6.12 Степень черноты камерных топок

(51)

где коэффициент загрязнения поверхностей-0,8-при сжигании газа.

6.13 Коэффициент Х находится по формуле

(52)

где h₁=1-расстояние между подом топки и осью мазутной форсунки, м;

h₂=3,5-расстояние от пода топки до середины входного окна из топки в камеру догорания, м.

6.14 Расчетный коэффициент М определяется по формуле

(53)

где А=0,52;В=0,3-для всех видов топок.

6.15 Расчетная температура топочных газов на выходе из топки, С

(54)

Энтальпия дымовых газов на выходе из топки Н_Т2, кДж/кг определяется по диаграмме рисунок 1 по значению =1650, Н_Т2=32 660 кДж/кг.

6.16 Теплота, переданная экранным трубам топки и трубам камеры догорания тепловыми лучами, кДж/кг.

(55)

кДж/кг.

6.17 Теплота, полученная трубами теплоотдачей от горячих газов, кДж/кг.

(56)

кДж/кг.

Список используемой литературы

1. Основы теплоиспользования: Учеб. пособие / В. М. Баранов, В. В. Литвинчук. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. — 82 с.: ил.