Тепловой расчет водогрейного котла КВГ-4-150
1. Тепловой расчет водогрейного котла КВГ-4-150
Рис.1 Схема водогрейного котла КВГ-4-150
парогенератор
топка котел
Расчетное задание: для выполнения теплового
расчета парогенератора схема которого представлена на рис.1 выше используем
следующие данные:
Топливо - природный газ;
Теплопроизводство 9000кВт;
Температура нагретой воды 150 
;
Температура перегретого пара 0 ;
Температура питательной воды 70 
;
Температура уходящих газов 170 ;
Продувка 0%.
Котлы КВ-Г (котел водогрейный
газовый) выпускаются теплопроизводительностью 4 и 6,5 Гкал/ч (4,65 и 7,56 МВт)
вместо котлов ТВГ. Это прямоточные секционные котлы, работающие на газовом топливе,
и представляют собой трубную систему, скомпонованную в одном транспортабельном
блоке. Трубная система состоит из радиационной и конвективной поверхностей
нагрева, по типу подогревателей кожухотрубных и теплообменников.
К радиационной поверхности относятся
четыре топочных экрана и потолочный. Трубы крайних односветных топочных экранов
и потолочного по всей высоте (длине) соединены между собой металлическими
пластинами. Каждый топочный экран представляет собой отдельную секцию,
состоящую из прямых труб, вваренных в верхний и нижний коллекторы.
Для заданного направления движения
воды по топочным экранам верхние коллекторы имеют смещенную от центра глухую
перегородку (15 и 23 трубы). Топочные экраны соединяются между собой
перепускными трубами.
Конвективная поверхность нагрева
состоит из двух секций - правой и левой, в каждой по семь труб 0 51 х2,5 мм,
вваренных одними концами в верхние, а другими - в нижний коллекторы, т. е.
представляют собой нижние и боковые части поверхности нагрева. В боковые трубы
вварены четыре пакета трехтрубных змеевиков 0 28×3 мм. Для
направления движения воды в змеевиках в боковых трубах установлены глухие
перегородки.
Радиационную поверхность от
конвективной отделяет перегородка из горизонтально размещенных труб 0 28×3 мм, соединенных
между собой металлическими пластинами. Эта перегородка в верхней части
находится на уровне верхних змеевиков. Таким образом, через оставленное сверху
пространство продукты сгорания топлива из радиационной поверхности нагрева
переходят в конвективную, обогревая змеевики, а затем через газоходы и дымовую
трубу удаляются в атмосферу.
Для очистки от накипи и шлама все
коллекторы вертикальных и потолочных экранов имеют съемные лючки на торцах, а
верхние коллекторы топочных экранов - съемные лючки и сверху (по одному).
Котлы (водоподогреватели)
оборудуются тремя подовыми, с прямой щелью горелками, которые устанавливаются
между вертикальными топочными экранами. Горелка имеет два ряда отверстий 0 1,5
мм, размещенных в шахматном порядке.
В гарнитуру котла входят взрывные
клапаны, лючки и лазы. Для осмотра и ремонта внутри топки на фронте котла есть
три люка-лаза. Для периодического осмотра состояния поверхности нагрева можно
использовать отверстия двух взрывных клапанов, которые находятся в верхней
части задней стены конвективной поверхности нагрева.
Циркуляция воды в котлах КВ-Г. Обратная вода из тепловой сети после
циркуляционного насоса поступает во входной коллектор конвективной поверхности
нагрева. Из коллектора вода двумя потоками, вправо и влево, проходит по стоякам
и змеевикам и попадает в выходные коллекторы (правый и левый).
Вода из этих коллекторов по
перепускным трубам попадает в крайние задние коллекторы потолочного экрана, из
которых по 11 крайним трубам проходит по потолку, переходя во фронтовой экран и
по нему в передний коллектор. В коллекторе потоки смешиваются и по 11 средним
трубам вода попадает в задний (средний) " коллектор потолочного экрана. Из
этого коллектора вода двумя перепускными трубами подается в заднюю часть
верхнего коллектора левого топочного экрана. Затем по 16 трубам вода опускается
вниз и попадает в нижний коллектор. По нему вода проходит вперед и по 24 трубам
поднимается в переднюю часть верхнего коллектора.
Вода, двигаясь последовательно по
всем экранам, нагревается и из задней части верхнего коллектора правого экрана
поступает в выходной коллектор котла. На коллекторе установлены манометр,
термометр, предохранительный и обратный клапаны, и из коллектора вода поступает
в тепловую сеть.
Для сжигания заданного типа топлива
выбираем топку.
По данным расчетным характеристик
камерных топок (табл. 4-3) и нормативных значений присосов воздуха в газоходах
(табл. 2-1) выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки 
и находим
расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах 
. Результаты
расчетов сводим в таблицу 1-1.
Табл. 1 Присосы воздуха по газоходам
Δα
и
расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах 
|
Участки
газового тракта
|
Δα
|
|
|
Топка
и фестон
|
0
|
1,1
|
|
Экономайзер
(II ст.)
|
0,08
|
1,18
|
|
Экономайзер
(I ст.)
|
0,04
|
1,22
|
Выполняем расчет горения топлива. Данные расчета
энтальпии в зависимости от температуры продуктов сгорания заносим в таблицу
1-2, а также представляем графически на рис. 2.
Табл. 2 Состав природного газа в процентах
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
92,8
|
3,9
|
1
|
0,4
|
0,3
|
1,5
|
0,1
|
100
|
37,3
|
Определяем теплоту сгорания природного газа:
Теоретически необходимый
обьем воздуха при α=1:
= 0,0476 (
2СН4 + 3,5 С2Н6 + 5С3Н8
+ 6,5С4Н10 + 8С5Н12 ) =
= 0,0476× ( 2×92,8 +
3,5×3,9 + 5×1,0 + 6,5×0,4 + 3×0,3 ) = 9,95 м3/м3
Теоретические обьемы
продуктов сгорания при α=1.
=
(0,1+1*92,8+2*1+8*0,3+2*3,9+4*0,4)*0,01=1,067
м3/м3
= 0,01*N2 +
79 * =
0,79*9,955+0,01*1,5 = 7,879 м3/м3
Обем воздуха при α
>1:
Об’єм
двохатомних газів і водяних парів:
Обьем двух атомних газов при α>1:
7,879 + (1,1 - 1)×9,95 = 8,874 м3/м3
2,283 +
0,0161×(1,1 - 1)×9,95 = 2,239 м3/м3
Суммарный обьем дымовых газов
при α>1:
1,068 + 8,87 + 2,24 = 12,18 м3/м3
Обьемные доли трехатомных
газов, равные парциальным давлениям газов при общем давлении
= V
/Vг
=1,067/12,18=0,087
= V
/Vг
=2,239/12,18=0,184
= +=0,087+0,184=0,271
При 100 0С
9,95×132 = 1314 кДж/кг
1,067×169 = 180кДж/кг
7,88×130 = 1024 кДж/кг
2,223×151 = 336кДж/кг
180 + 1024 + 336 = 1540 кДж/кг
Аналогично выполняются остальные
расчеты, а результаты расчетов сводим в таблицу.
Табл. 3 Энтальпия продуктов сгорания
|
t,oC
|
I0в
|
I0вRO2
|
I0N2
|
I0H2O
|
I0г
|
|
30
|
388,4517
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
100
|
1314,7596
|
180,492
|
1024,87281
|
335,7878853
|
1541,152695
|
|
200
|
2649,4398
|
381,276
|
2049,74562
|
676,0232923
|
3107,044912
|
|
300
|
4014,0009
|
597,012
|
3090,385704
|
1029,601264
|
4716,998968
|
|
400
|
5398,4826
|
824,496
|
4154,676699
|
1392,07428
|
6371,246979
|
|
500
|
6812,8452
|
1063,728
|
5234,734968
|
1765,666099
|
8064,129067
|
|
600
|
8267,049
|
1305,096
|
6338,444148
|
2150,376723
|
9793,916871
|
|
700
|
9751,1337
|
1560,348
|
7457,920602
|
2550,653672
|
11568,92227
|
|
800
|
11255,139
|
1819,872
|
8616,815241
|
2968,720708
|
13405,40795
|
|
900
|
12759,1443
|
2083,668
|
9799,360791
|
3389,011505
|
15272,0403
|
|
1000
|
14302,9908
|
2351,736
|
10989,78998
|
3835,987432
|
17177,51341
|
|
1100
|
15886,6785
|
2624,076
|
12180,21917
|
4282,963359
|
19087,25852
|
|
1200
|
17470,3662
|
2901,756
|
13362,76472
|
4738,834329
|
21003,35504
|
|
1300
|
19233,3393
|
3178,368
|
14584,72845
|
5212,495386
|
22975,59184
|
|
1400
|
20677,5828
|
3460,32
|
15838,22673
|
5688,380203
|
24986,92694
|
|
1500
|
22301,1117
|
3742,272
|
17060,19047
|
6179,831347
|
26982,29381
|
|
1600
|
23934,6009
|
4023,156
|
18313,68875
|
6673,506251
|
29010,351
|
|
1700
|
25558,1298
|
4309,38
|
19567,18703
|
7176,076198
|
31052,64323
|
|
1800
|
27181,6587
|
4595,604
|
20828,56895
|
7689,76495
|
33113,9379
|
|
1900
|
28854,9891
|
4881,828
|
22113,60179
|
8201,229941
|
35196,65973
|
|
2000
|
30518,3592
|
5172,324
|
23367,10007
|
8730,485019
|
37269,90909
|
|
2200
|
33855,0597
|
5753,316
|
25937,16573
|
9782,323891
|
41472,80562
|
Далее рассчитываем характеристику продуктов
сгорания по газоходу с учетом присосов воздуха. Данные заносим в таблицу 3.
Табл. 4
|
Величина
|
Единица
|
Топка
|
Экономайзер (2 ступень)
|
Экономайзер (1 ступень)
|
|
Расчетный коэффициент избытка воздуха в
газоходе
|
-
|
1,1
|
1,18
|
1,22
|
|
 м3/кг1,0681,0681,068
|
|
|
|
|
|
  м3/кг8,6839,4629,852
|
|
|
|
|
|
 м3/кг
|
2,235
|
2,248
|
2,254
|
|
|
 м3/кг11,98612,77813,174
|
|
|
|
|
|
r = V/Vг-0,0890,0830,081
|
|
|
|
|
|
rH2O =VH2O/ Vг
|
-
|
0,186
|
0,176
|
0,171
|
|
rn = r+ rH2O-0,2750,2590,252
|
|
|
|
|
. Тепловой баланс парогенератора и расход
топлива
Тепловой баланс составлен в расчете на 1 кг
располагаемой теплоты топлива Q определенной по формуле (3-1). Считая, что
предварительный подогрев воздуха и топлива за счет внешнего источника
отсутствует, имеем = 0 и . Расчеты выполняем в соответствии с табл. 5
Табл. 5 Расчет теплового баланса парогенератора
и величина расхода топлива
|
Наименование
|
Обозначение
|
Расчетная
ф-ла или способ опр.
|
Единица
|
Расчет
|
|
Располагаемая
теплота топлива
|
   37528,4
|
|
|
|
|
Потери
от хим. недожога
|
 По табл.
4-5%0,5
|
|
|
|
|
Потери
от мех. недожога
|
 По табл.
4-5%0
|
|
|
|
|
Температура
уходящих газов
|
 По заданию170
|
|
|
|
|
Энтальпия
уходящих газов
|
 По I-t
диаграмме2597,62
|
|
|
|
|
Температура
воздуха в котельной
|
 По выбору30
|
|
|
|
|
Энтальпия
воздуха в котельной
|
 По I-t
диаграмме379,8
|
|
|
|
|
Потери
теплоты с ух.газами
|
  %
|
|
|
|
|
Потери
теплоты от наружного охлажд.
|
 По рис.
3-1%3,3
|
|
|
|
|
Сумма
тепловых потерь
|
  %
|
|
|
|
|
К.П.Д.
парогенератора
|
  %
|
|
|
|
|
Коэф.сохранения
теплоты
|
  -
|
|
|
|
|
Произв.парогенератора
|
D
|
|
кг/с
|
|
|
Давление
пара в барабане
|
 По
заданиюМПа3
|
|
|
|
|
Температура
перегр. пара
|
 По заданию0
|
|
|
|
|
Температура
пит. воды
|
 По заданию70
|
|
|
|
|
Удельная
энтальпия перегретого пара
|
 По табл. VI-8кДж/кг1938,26
|
|
|
|
|
Удельная
энт. пит.воды
|
 По табл. VI-6кДж/кг295,4
|
|
|
|
|
Значение
продувки
|
p
|
По
заданию
|
%
|
0
|
|
Полезн.
исп,теплота в агрегате
|
  кВт
|
|
|
|
|
Полный
расход топлива
|
B
|
 кг/с
|
|
|
|
Видимое
тепловое напряжение топочного объема
|
Q/V
|
|
|
947,1
|
|
Расчетный
расход топлива
|
  кг/с
|
|
|
|
Табл. 6 Расчет конструктивных характеристик
топки
|
Величина
|
Единица
|
Расчет
|
|
Наименование
|
Обозначение
|
Расчетная
ф-ла или способ определения
|
|
|
|
Активный
объем топочной камеры
|
 По
конструктивным размерам 12,67
|
|
|
|
|
Тепловое
напряжение топочной камеры:
|
  кВт/
|
|
|
|
|
расчетное
|
|
|
|
|
|
допустимое
|
По табл.
4-5кВт/460
|
|
|
|
Табл. 7 Расчет полной площади
поверерхности стен топки 
и площади
лучевоспринимающей поверхности топки 
|
Величина
|
Единица
|
Суммарная
площадь
|
|
Наименование
|
Обозначение
|
|
|
|
Общая
площадь стены и выходного окна
|
 27,598
|
|
|
|
Площадь
занятая лучевоспринимающей поверхностью: полная
|
F
|
86,75
|
|
|
открытая
|
 -
|
|
|
|
Наружный
диаметр экранных труб
|
d
|
мм
|
51
|
|
Шаг
экранных труб
|
s
|
мм
|
80
|
l
|
мм
|
40,8
|
|
Отношение
|
s/d
|
-
|
1,57
|
|
Отношение
|
l/d
|
-
|
0,8
|
|
Угловой
коэффициент экрана
|
x
|
-
|
0,91
|
|
Площадь
лучевоспринимающей поверхности открытых экранов
|
 
|
|
|
Табл. 8 Поверочный расчет теплообмена в топке
|
Величина
|
Еди-
ница
|
Расчет
|
|
Наименование
|
Обозначение
|
Расчетная
формула или способ определения
|
|
|
|
Суммарная
площадь лучевоспринимающей поверхности
|
 По
конструктивным размерам25,86
|
|
|
|
Площадь лучевоспринимающей
поверхности открытых экранов
//-78,94
|
|
|
|
|
|
Полная
площадь стен топочной камеры
|
-//-27,598
|
|
|
|
|
Коэффициент
тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности
|
  -
|
|
|
|
|
Эффективная
толщина излучающего слоя пламени
|
s
|
 м
|
|
|
|
Полная
высота топки
|
 По
конструктивным размерамм3,114
|
|
|
|
|
Высота
расположения горелок
|
 По
конструктивным размерамм0,445
|
|
|
|
|
Относительный
уровень расположения горелок
|
  -0,14
|
|
|
|
|
Параметр
учитывающий распределение температуры в топке
|
М
|
0,54-0,2
-
|
|
|
|
Коэффициент
избытка воздуха на выходе из топки
|
 По табл.
4-5-1,15
|
|
|
|
|
Присос
воздуха в топке
|
 По табл.
2-2-0,05
|
|
|
|
|
Температура
горячего воздуха
|
 По
предварительному выбору25
|
|
|
|
|
Энтальпия
горячего воздуха
|
 По i-t
диаграммекДж/кг94,96
|
|
|
|
|
Энтальпия
присосов воздуха
|
 -//-кДж/кг238
|
|
|
|
|
Количество
теплоты вносимое в топку с воздухом
|
  кДж/кг
|
|
|
|
|
Полезное
тепловыделение в топке
|
  кДж/кг
|
|
|
|
|
Адиабатическая
температура горения
|
 По It-таблице1814
|
|
|
|
|
Температура
газов на выходе из топки
|
 По
предварительному выбору1100
|
|
|
|
|
Энтальпия
газов на выходе из топки
|
 По It-таблицекДж/кг18810,2
|
|
|
|
|
Средняя
суммарная теплоемкость продуктов сгорания
|
   
|
|
|
|
|
Объемная
доля водяных паров
|
 По табл.
1-3-0,186
|
|
|
|
|
Объемная
доля трехатомных газов
|
 По табл.
1-3-0,089
|
|
|
|
|
Суммарная
объемная доля трехатомных газов
|
  -0,275
|
|
|
|
|
Произведение
|
 м/МПа
|
|
|
|
Коэффициент ослабления лучей
трехатомными газами 
По формуле 5-261/(м*
Коэффициент ослабления лучей
топочной средой k 
1/(м*
|
мПа)
|
|
|
|
|
Суммарная
сила поглощения топочного объема
|
kps
|
kps
|
-
|
|
|
Степень
черноты факела
|
 По рис.
5-4 или формуле 5-22-0,26
|
|
|
|
|
Степень
черноты топки
|
По рис.
5-3 или формуле 5-20-0,16
|
|
|
|
|
Тепловая
нагрузка стен топки
|
   
|
|
|
|
|
Температура
газов на выходе из топки
|
По формуле
(5-3)1080
|
|
|
|
|
Энтальпия
газов на выходе из топки
|
По It
таблицекДж/кг13667
|
|
|
|
|
Общее
тепловосприятие топки
|
  кДж/кг0.967*(37422,8-13667)=22971,8
|
|
|
|
|
Средняя
удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей топки
|
  
|
|
|
|
Табл. 9 Конструктивные размеры характеристики
экономайзера
|
Наименование
|
Обозначение
|
Единица
|
Ступень
|
|
|
|
I
|
II
|
|
Диаметр
труб: наружный
|
d
|
мм
|
28
|
28
|
|
внутренний
|
 мм2525
|
|
|
|
|
Расположение
труб
|
-
|
-
|
Шахматное
|
Шахматное
|
|
Количество
труб в горизонтальном ряду
|
 шт.--
|
|
|
|
|
Количество
горизонтальных рядов труб
|
 шт.
--
|
|
|
|
|
Шаг
труб: поперек потока газов (по ширине)
|
 мм6464
|
|
|
|
|
вдоль
потока газов (по высоте)
|
 мм2626
|
|
|
|
|
Относительный
шаг труб: поперечный
|
 -2,282,28
|
|
|
|
|
продольный
|
 -0,930,93
|
|
|
|
|
Площадь
поверхности нагрева
|
H
|
41,3541,35
|
|
|
|
Размеры
сечения газохода поперек движения газов
|
A
|
м
|
0,228
|
0,288
|
|
Б
|
м
|
2,724
|
7,724
|
|
Площадь
живого сечения для прохода газа
|
F
|
0,010,01
|
|
|
|
Количество
параллельно включенных труб (по воде)
|
 шт.172172
|
|
|
|
|
Площадь
живого сечения для прохода воды
|
f
|
0,340,34
|
|
|
Табл. 10 Поверочный расчет второй ступени
экономайзера
|
Величина
|
Единица
|
Расчет
|
|
Наименование
|
Обозначение
|
Расчетная
формула или способ определения
|
|
|
|
Площадь
поверхности нагрева ступени
|
H
|
По
конструктивным размерам
|
41,35
|
|
|
Площадь
живого сечения для прохода газов
|
 -//-0,01
|
|
|
|
|
То
же для прохода воды
|
f
|
-//-
|
0,034
|
|
|
Температура
газов на входе в ступень
|
 Из расчета
перегревателя993
|
|
|
|
|
Энтальпия
газов на входе в ступень
|
 -//-кДж/кг13667
|
|
|
|
|
Температура
газов на выходе из ступени
|
 По выбору300
|
|
|
|
|
Энтальпия
газов на выходе из ступени
|
 По It-диаграммекДж/кг5353,2
|
|
|
|
|
Тепловосприятие
ступени (теплота отданная газами)
|
  кДж/кг
|
|
|
|
|
Температура
воды на выходе из ступени
|
  80
|
|
|
|
|
Температура
воды на входе в ступень
|
 По табл. VI-670
|
|
|
|
|
Средняя
температура воды
|
t
|
 94,9
|
|
|
|
Средняя
температура газов
|
  0,5(993+300)=646,5
|
|
|
|
|
Средняя
скорость газов
|
  м/с
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи конвекцией 
По рис. 6-4
|
Место
для формулы.   55*1,23*1=67,65
|
|
|
|
|
|
Эффективная
толщина излучающего слоя
|
s
|
 м
|
|
|
|
Суммарная
поглощательная способность трехатомных газов
|
м*МПа
|
|
|
|
Коэффициент ослабления лучей
трехатомными газами По рис.
5-51/(м*
|
МПа)45
|
|
|
|
|
|
Суммарная
оптическая толщина запыленного газового потока
|
pks
|
 -
|
|
|
|
Степень
черноты излучающей среды
|
α
|
По
рис. 5-4
|
-
|
0,4
|
|
Коэффициент
теплоотдачи излучением
|
 По рис.
6-11158*0,4*0,9=56,88
|
|
|
|
|
Температура
в объеме камеры перед ступенью
|
Из расчета
перегревателя993
|
|
|
|
|
Коэффициент
|
А
|
По
$
6-2
|
-
|
0,3
|
|
Глубина
по ходу газов: ступени
|
 По
конструктивным размерамм26,69
|
|
|
|
|
объема
перед ступенью
|
 -//-м12,67
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплоотдачи излучением с учетом излучения газового объема переел ступенью
|
  
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплоотдачи от газов к стенке
|
  1(56,88+74)=130,88
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплопередачи
|
К
|
 
|
|
|
|
Разность
температур между средами: наибольшая
|
  993-119,8=873,2
|
|
|
|
|
наименьшая
|
  300-70=230
|
|
|
|
|
Отношение
|
 -3,8
|
|
|
|
|
Температурный
напор
|
  551,6
|
|
|
|
|
Тепловосприятие
ступени по уравнению теплообмена
|
 кДж/кг
|
|
|
|
|
Расхождение
расчетных тепловосприятий
|
  %
|
|
|
|
|
Температура
газов на выходе из ступени
|
По условию306
|
|
|
|
|
Энтальпия
газов на выходе из ступени
|
-//-кДж/кг5410
|
|
|
|
|
Количество
теплоты, отданное газам
|
 кДж/кг
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод
При выполнении курсового проекта проведен
тепловой расчет водогрейного котла ТВГ-8 при сжигании природного газа.
Расчет парогенератора выполняем по нормативному
методу расчета.[1].
При расчете горения топлива
определили параметры
горения смеси 
= 2,223
м3/м3;
=7,879
м3/м3;
=9,95
м3/м3;
=
1,067 м3/м3.
При расчете теплового баланса
определили : потери от хим недожога q3=0,5;
потреи от мех. недожога q4=0; потери теплоты с уходящими
газами q2= 5,69 ;
потери теплоты от наружного охлаждения q5=3,3 .Как
следует из результатов расчета парогенератор может работать на заданной смеси
топлив и К.П.Д его составляет 90,51%.
Расчет парогенератора заканчивается определением
невязки теплового баланса. В курсовом проекте величина невязки составляет
0,069%.
Литература
1. Тепловой расчет промышленных
парогенераторов/Под ред. В. И. Частухина,-К.: Вища школа, 1980.
. Тепловой расчет промышленных
парогенераторов (нормативный метод)/
Под ред. Н.В. Кузнецова, В.В. Митора, М: Энергия, 1973.
. Роддатис К. Ф. Котельные
установки.-М.: Энергия, 1977.