2.3 Тепловой баланс и расход топлива

Таблица 3

Тепловой баланс теплогенератора

Наименование параметра и размерность	Расчет
1	2
1. Расход воды, номинальный, кг/ч	Gном=370,000
2. Мощность номинальная, кВт	Qном=35,000
3. Температура воды, °С на входе/на выходе
4. Энтальпия воды, кДж/кг: На входе На выходе
5. Расчётный расход воды, кг/с	Gвк=Gном=102,78
6. Расчётная, полезная мощность котла, кВт
7. Низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3	Qнс=
8. Располагаемая теплота, кДж/кг	Qрр = =
9.Температура уходящих газов, °С	=195
10.Энтальпия уходящих топочных газов, кДж/кг	Iух=3300
11.Температура холодного воздуха, поступающего в топку, °С	Tx.в=25
12. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов	????ух=1.15
13. Энтальпия воздуха, кДж/м3	=39,8·9,85=381,284
14. Потеря теплоты с уходящими топочными газами, %	q2= 9,26
15. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания, %	q3=0,5
16. Потеря теплоты от наружного охлаждения при номинальной мощности котла, %	q5ном=0,95
17. Потеря теплоты от наружного охлаждения ограждающих конструкций, %	q5=q5ном(Qном/Qв.к)=0,96
18. Суммарные потери теплоты, %	=q2+q3+q5=10,72
19. Коэффициент полезного действия (КПД), брутто, %	ηбр=100 – =100-10,72=89,28
20. Натуральный расход топлива, м3/с
21. Расчетный расход топлива, м3/с	Вр=Вн=1,069
22. Условный расход топлива, м3/с
23. Коэффициент сохранения теплоты	φ=1 – 0,01q5=0,991

---

2.4 Расчет топочных камер
При проектировании и эксплуатации теплогенератора выполняют поверочный расчет топочных устройств. При расчете топки по чертежам или конструктивным данным определяются: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих (радиационных) поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр и шаг труб).

Таблица 4

Тепловой расчет топки

Наименование параметра и размерность	Расчетная формула и расчет
1	2
1. Объем топочной камеры, м3	VT=77,6
2.Лучевоспринимающая (радиационная) поверхность нагрева, м2	Нл=126,9
3. Поверхность стен, м2	Fст=137,2
4. Коэффициент загрязненности экранов	для газа=0,65
5. Коэффициент тепловой эффективности экранов	ψср= =0,601
6. Эффективная толщина излучающего слоя, м	S= =
7. Абсолютное давление газов в топке, 105∙Па	р=1
8. Температура топочных газов на выходе из топки, °С	=1160
9. Энтальпия газов на выходе из топки, кДж/м3	=20600, по диаграмме I- согласно
10. Объемная доля водяных паров	=0,191
11. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров	=0,282
12. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов и водяных паров, м∙Па∙105	= =0,5723
13. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/( м∙Па∙105)	Кг=0,63
14. Коэффициент ослабления лучей для несветящейся части пламени, 1/(м∙Па∙105)	Кнс= Кг =0,75·0,282=0,1771
15. Сила поглощения потока	KpS=Кг∙ ∙p∙S = Кнс ∙p∙S=0,2115·1·1,19=0,3606
16. Степень черноты топочной среды для несветящихся газов	анс=0,3
17. Соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива	=
18. Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/( м∙Па∙105)
19. Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени, 1/(м∙Па∙105)	Ксв= Кгrn+ Kc = Кнс + Кс=0,3271
20. Сила поглощения потока для светящегося пламени	KpS=(Kгrn+ Kc)pS = КсвpS=0,21
21. Степень черноты топочной среды для светящегося пламени	асв=0,3
22. Видимое тепловое напряжение топочного объема, кВт/м3
23. Коэффициент заполнения пламенем топочного объема	m=0,15
24. Эффективная степень черноты факела	аф= mасв + (1 – m)анс=0,15∙0,3+(1-0,15) ∙0,3=0,3
25. Степень черноты топки
26. Теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/м3	Qв=39,8 ·αтV0=400,34
27. Полезное тепловыделение в топке, кДж/м3
28. Теоретическая (адиабатическая) температура горения, °С	а=1990 , по диаграмме I- согласноQт
29. Средняя суммарная теплоемкость топочных газов, кДж/м3∙К
30. Параметр топки М	М=0,52, табл. П1,П2
31. Тепловыделение в топке на 1 м2 стен, Вт/м2	=
32. Температура газов на выходе из топки действительная, °С	nт.д.=1150
33. Энтальпия газов на выходе из топки действительная, кДж/м3	Inт.д.=18700, по диаграммы I- согласно nт.д.
34. Теплота, передаваемая излучением в топке, кДж/м3	Qл= φ(Qт–I”т.д.)=15859
35. Тепловая нагрузка радиационной поверхности нагрева, кВт/м2	(ВрQЛ)/НЛ = 133,6
36. Расход воды, кг/с	GК=102,78
37. Приращение энтальпии воды в топке водогрейного котла,кДж/кг	ΔiT=(BpQЛ)GK=164,95
38. Температура воды на входе в котёл,°С	tKˑ=70
39. Температура воды на выходе из экранных труб топки, °С	tTˑˑ=109,37

---

2.5 Расчет конвективных поверхностей

нагрева паровых теплогенераторов

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получении пара. В водогрейных котлах - это трубы фестона и конвективного пучка (шахты).

Продукты сгорания, проходят по газовому тракту котла, передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается пару. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи – передачи теплоты от продуктов сгорания к воде через разделяющую стенку.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для одного кг жидкого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях. Для водогрейного котельного агрегата расчёт выполняется вначале для фестона, а затем для конвективного пучка шахты.

Таблица 5

Расчет фестона водогрейного котла

Наименование параметра и размерность	Расчетная формула
1	2	3	4
1. Наружный диаметр труб и их расположение, м	dн конструктивные данные	dн=0,066
2. Попе6речный шаг труб, м	s1	s1=0,256
3. Относительный поперечный шаг труб	σ1=s1/dн	σ1=3,88
4. Продольный шаг труб, м	s2	s2=0,18
5. Относительный продольный шаг труб	σ2= s2/ dн	σ2=2,73
6. Число рядов труб по ходу продуктов сгорания	z	z=4
7. Расчетная поверхность нагрева фестона, м2	НФ	НФ=14,2
8. Сечение для прохода топочных газов, м2	Fг	Fг=5,68
9. Эффективная толщина излучающего слоя, м	ˑS=	S=0,7386
10. Температура газов перед фестоном, ºС	= , где - из расчета топки	=1142(1142)
11. Энтальпия газов перед фестоном, кДж/кг, кДж/м3	= , где - из расчета топки	=20307 (20307)
12. Температура топочных газов за фестоном, ºС	=	=1098	=1098
13. Энтальпия газов за фестоном, кДж/кг, кДж/м3	, по диаграммы I- согласно	=19900	19900
14. Тепловоспри- ятие фестона по уравнению теплового баланса, кДж/кг, кДж/м3		QФ=408,36	QФ=408,36
15. Средняя температура газов в фестоне, ºС	=0,5( + )	=1120	=1120
16. Температура воды на входе в фестон, ºС
17. Расход воды через водогрейный котёл,кг/с
18.Приращение энтальпии воды в фестоне,кДж/кг	Δiф=	Δiф=4,25	Δiф=4,25
19. Температура воды на выходе из фестона, ºС		=110,38	=110,38
20. Средняя температура воды в фестоне, ºС		109,88
21. Средний температурный напор, ºС	Δt= -	Δt=1010,12
22. Объем топочных газов,м3/кг,м3/м3	Vr=	Vr= 11,48
23. Объемная доля водяных паров		0,1864
24. Суммарная объемная доля трёхатомных газов и водяных паров		0,2753
25. Средняя скорость газов, м/с
26. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к трубам, Вт/м2·К
27. Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов и водяных паров, м·Па·105	pS=prnS	pS=0,2	pS=0,2
28. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами и водяными парами	Kr=	Kr=1,1	Kr=1,1
29.Сила поглощения лучистого потока газов	KpS=KrrnpS	KpS=0,224
30. Степень черноты газового потока
31. Температура загрязненной стенки труб, ºС	tст=	tст=134,88
32. Коэффициент теплопередачи излучением, Вт/м2·К
33. Коэффициент тепловой эффективности фестона		0,85	0,85
34. Коэффициент теплопередачи в фестоне, Вт/м2·К		К=30	К=30
35. Тепловоспри- ятие фестона по уравнению тепло- передачи,кДж/кг, кДж/м3		401,2
36. Невязка расчёта , %	Δф=	1,75%	1,75%

---

2.6 Расчёт конвективного пучка – шахты водогрейного котла
Таблица 6

Наименование параметра и размерность	Обозначение и расчётная формула	Расчёт
1	2	3	4	5
1. Наружный диаметр труб и их расположение, м	dн	dн =0,034
2. Попе6речный шаг труб, м	s1	s1=0,064
3. Относительный поперечный шаг труб	σ1=s1/dн	σ1=1,882
4. Продольный шаг труб, м	s2	s2 =0,042
5. Относительный продольный шаг труб	σ2= s2/ dн	σ2=1,235
6. Число рядов труб по ходу продуктов сгорания	z	Z = 64
7. Расчетная поверхность нагрева пучка-шахты, м2	Нш	Нш = 592,6
8. Сечение для прохода топочных газов, м2	Fг	Fг = 3,7
9. Эффективная толщина излучающего слоя, м	ˑS=	ˑS = 0,0598
10. Температура газов перед пучком, ºС	= , где - из расчета фестона	1098	1098
11. Энтальпия газов перед пучком, кДж/кг, кДж/м3	, где - из расчета фестона	19900	19900
12. Температура топочных газов за пучком, ºС	=	=250	=250
13. Энтальпия газов за пучком, кДж/кг, кДж/м3	, по диаграммы I- согласно	=4492	=4492
14. Тепловоспри- ятие пучка по уравнению теплового баланса, кДж/кг, кДж/м3
15. Средняя температура газов в пучке, ºС
16. Температура воды на входе в пучок, ºС
17. Температура воды на выходе из пучка, ºС
18. Средняя температура воды в пучке, ºС		130,2	130,2
19.Температурный напор на входе в пучок (больший),°С		967,8	967,8
20. Температурный напор на выходе из пучок (меньший),°С		119,8	119,8
21. Средний температурный напор, ºС	Δt=	Δt=405,89	Δt=405,89
22.Расход воды через водогрейный котёл, кг/с
23.Приращение энтальпии воды в конвективном пучке – шахте, кДж/кг	Δiш=	Δiш=159,15	Δiш=159,15
24. Объем топочных газов в пучке, м3/кг,м3/м3	Vr=	Vr=12,2	Vr=12,2
25. Объемная доля водяных паров
26. Суммарная объемная доля трёхатомных газов и водяных паров
27. Средняя скорость газов, м/с
28. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к трубам пучка, Вт/м2·К		85,43	85,43
29. Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов и водяных паров, м·Па·105	pS=prnS	pS=0,0155	pS=0,0155
30. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами и водяными парами	Kr=	Kr=4,9	Kr=4,9
31.Сила поглощения лучистого потока газов	KpS=KrrnpS	KpS=0,0761	KpS=0,0761
32. Степень черноты газового потока		0,1	0,1
33. Температура загрязненной стенки труб пучка-шахты, ºС	tст=	tст=155,2	tст=155,2
34. Коэффициент теплопередачи излучением, Вт/м2·К		6,94	6,94
35. Коэффициент тепловой эффективности пучка
36. Коэффициент теплопередачи в пучке, Вт/м2·К		66,7	66,7
37. Тепловоспри- ятие фестона по уравнению тепло- передачи,кДж/кг, кДж/м3		15008	15008
38. Невязка расчёта , %	Δш=	Δш= 2,06%	Δш= 2,06%

---

2.7. Невязка теплового баланса теплогенератора
Тепловой расчет водогрейного котельного агрегата заканчивается определением относительной погрешности невязки теплового баланса. При правильно выполненном расчете относительная погрешность невязки не должна превышать 0,5 %, при этом должно выполняться условие: Δ≤±0,5 %.

Таблица 7

Невязка теплового баланса

Наименование параметра и размерность	Расчетная формула и расчет
1. Приращение энтальпии воды в топке, кДж/кг	164,95
2. Приращение энтальпии воды в фестоне , кДж/кг	4,25
3. Приращение энтальпии воды в конвективном пучке-шахте, кДж/кг
4. Сумма приращений энтальпий воды в котле , кДж/кг
5. Тепловосприятие теплоносителя (воды) , кДж/кг
5. Невязка теплового баланса, кДж/м3
6. Относительная погрешность невязки, %

Библиографический список

1. 
   Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения. /В.М. Фокин/ М.: «Издательство Машиностроение -1», 2006. 240с.
   
2. 
   Справочник по котельным установкам малой производительности /Под редакцией К.Ф. Роддатиса/ М.: «Энергоатомиздат», 1989. 488с.
   

---

Смотрите также файлы

• Правила поведения на осенних каникулах.docx

• Теплотехника.docx

• Великая Французская революция. От якобинской диктатуры к 18 брюмера Наполеона Бонапарта.docx

• Изучение законов фотоэффекта.docx

• Действие ферментов (на примере амилазы или каталазы).docx