Файл: Романов Б.А. Котельные установки предприятий нефтяной и газовой промышленности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.07.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 1
Расход топлива В в кг/с при проектировании и планировании определяют из уравнения теплового баланса
|
5 = |
- ^ — . |
|
|
|
(21) |
|
|
|
|
<25% |
|
|
|
|
К. п. д. котельного агрегата |
определяют |
в эксплуатационных |
|||||
условиях из следующего уравнения |
|
|
|
|
|||
|
|
|
Ф... |
|
|
|
(21а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 12. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ТОПОК И ГАЗОХОДОВ |
|
|
|||||
|
КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ |
|
|
|
|||
Тепловой расчет топочных |
|
устройств |
и |
газоходов |
котельных |
||
агрегатов и трубчатых печей |
может быть произведен |
по |
широко |
||||
известному среди |
нефтяников методу Н. |
И. Белоконь [16]. |
опреде |
||||
Расчеты топок |
котельных |
агрегатов |
сводятся либо |
к |
лению радиационной площади поверхности при заданной темпе ратуре продуктов сгорания на выходе (расчеты при проектирова нии), либо к определению температуры продуктов сгорания на выходе из топки при известной радиационной площади поверхно сти теплопередачи (поверочные расчеты).
Расчеты газоходов так же, как й расчеты топок, могут быть по верочными и конструктивными. Поверочный расчет заключается в ■определении перепада температуры продуктов сгорания в рассмат риваемом газоходе при известной площади поверхности нагрева и подсчитанном коэффициенте теплопередачи.
Конструктивный расчет ставит целью определение необходимой площади поверхности нагрева рассматриваемого газохода по за данному в нем перепаду температуры’газообразных продуктов сго рания.
Пример 8. Определить к.-п.д. • котельного агрегата ДКВР-10-13, если темпе ратура уходящих газообразных продуктов сгорания из котельного агрегата
fy=140°C; коэффициент ‘избытка |
воздуха |
на |
выходе |
из котельного |
агрегата |
||||||
а у=1,45, температура окружающего воздуха /о=30°С |
и средняя удельная те |
||||||||||
плоемкость уходящих продуктов сгорания ср,„= 1,07 кДж/(кг-К) |
(при |
решении |
|||||||||
использовать данные примеров 1, 3, 5 и 7). |
|
|
сгорания на |
выходе |
из ко |
||||||
Р е ш е н и е . |
1. |
Масса |
газообразных продуктов |
||||||||
тельного агрегата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/лу = |
1 + |
ccyL0 + |
№фор = |
1 + 1,45- |
13,4 + 0 ,3 |
= 20,7 кг/кг. |
|
|
|||
2. Потеря тепла с уходящими газами |
|
|
|
|
|
|
|
||||
туср,т(<у |
<о) |
100_ |
20,7 ■1,07 • |
ІО3 (140 |
-30) |
|
|
%. |
|||
Яу = |
|
|
|
39,1 |
• 10е |
100 = 7,07 |
|||||
Q5 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. К.п.д. котельного агрегата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
і) к = 100 — (?ХІШ+ |
<7o!ui + |
Яу + <7мех) = ЮО — (2 ,0 + |
1 , 7 + 7 ,0 7 + |
0) = |
8 9 ,2 % . |
85
Пример 9. Определить расход мазута М-100 в паровом котельном агрегате
ДКВР-10-3, если |
производится перегретого |
пара |
10 т/ч (2,78 |
кг/с) при |
абсо |
|||||||||||||||
лютном |
давлении |
1,4 |
МПа |
и температуре |
350° С, |
насыщенного |
пара на |
собст |
||||||||||||
венные |
нужды — 1,5 |
т/ч |
(0.417 кг/с); |
кроме |
того, |
теряется |
котловой |
воды |
||||||||||||
300 кг/ч |
(0,083 кг/с) |
при продувке котла. Температура питательной |
воды — |
|||||||||||||||||
100° С; |
удельные |
энтальпии |
|
перегретого |
и |
насыщенного пара, |
питательной и |
|||||||||||||
продувочной |
воды: |
і„.п = 3150 кДж/кг; |
і„.„ = 2790 |
кДж/кг; |
іп.„. = 419 |
кДж/кг; |
||||||||||||||
і' і ф . п = 825 кДж/кг |
(при решении 'использовать данные примера 8). |
паром |
|
|
||||||||||||||||
Р е ш е н и е |
1. |
Тепловой |
поток, воспринимаемый |
перегретым |
|
|
||||||||||||||
ф„.п = Dn.„ (*п.п — (п.в) = |
2-78 (3150-419)- Юз = |
7 ,5 9 . Ю°Вт = |
7,59 МВт. |
|||||||||||||||||
2. Тепловой поток, воспринимаемый насыщенным паром, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Фн.п = |
0 „ п(7нп - д пп) = 0,417 (2790 —419)- |
103 = |
0,987- |
10" Вт = |
987 |
кВт. |
||||||||||||||
3. Тепловой поток, воспринимаемый продувочной водой, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Фпр = |
Опр.в ( Ѵ в |
- |
'п.в) = |
|
0 . 0 S 3 ( 8 2 5 - 4 1 9 ) |
- |
10з = |
3 3 , 8 - |
10» |
Вт = |
3 3 , 8 |
кВт. |
||||||||
4. Общий |
поток |
тепла, |
воспринимаемый |
в |
котельном |
агрегате |
перегретым |
|||||||||||||
и насыщенным паром, продувочной водой, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Ф,; = Ф П.п + Ф „. п - г Ф Пр.,з = 7 ,59 |
- 10« + |
0 , 9 8 7 |
■ 1 0 » + 3 3 , 8 - |
10» = |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
8,61 ■10" Вт = |
8,61 |
МВт. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
5. Расход мазута М-100 |
в котельном агрегате ДК.ВР-10-13 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
В = |
|
Фк |
|
- |
|
8,61 • 10" |
|
|
0,247 |
кг/с = 890 кг/ч. |
|
|
|
||||||
|
----------- = |
—■ —-— ---------= |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
п Р л |
|
39,1-10"-0,892 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
К:,,Чк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 13. ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ. ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА И ДЫМОСОСА
Уравнение баланса тяги представляет собой равенство двух величин: полной суммы гидравлических сопротивлений котельной установки (левая часть) и полной суммы избыточных давлений или разрежений, создаваемых аппаратами тяги — дымовой трубой, дымососом и вентилятором,
АР = |
Дргаз.п -!- Арвоз.п = ST+ |
+ |
sB, |
(22) |
где Дргаз.п — полное |
сопротивление котла |
по |
газовому |
тракту; |
Дрвоз. п — полное сопротивление котла по воздушному тракту; sT— тяга дымовой трубы; s-t— разрежение, создаваемое дымососом; sB— давление, создаваемое вентилятором.
Уравнение (22) является общим для любых схем тягодутье вых устройств и в частном случае простейшей схемы естественной
тяги с дымовой трубой упрощается |
|
Аргаз п = 5Т. |
(22а) |
В случае схемы искусственной тяги только с дымососом |
и ды |
мовой трубой уравнение баланса тяги записывается так: |
|
ДРгаз.п — ST— |
(226) |
86
В условиях схемы тяги с вентилятором без дымососа
ДРгаз.п Дрвоз.п “ ST-!- SB. |
(22в) |
Тяга (sT), создаваемая дымовой трубой, определяется по фор
муле |
|
|
|
St = |
= Раоз |
- ргаз, |
(23) |
где F„Оз — вес столба наружного |
воздуха |
от уровня |
газовых горе |
лок или форсунок до устья трубы; Frаз — вес столба продуктов сго рания в дымовой трубе; / — площадь поперечного сечения столба воздуха и столба газов; рвоз— давление наружного столба воз духа; Ргаз — давление столба продуктов сгорания в дымовой трубе.
|
Давление столбов |
атмосферного воздуха и продуктов сгора |
|||
ния в дымовой трубе, |
приходящееся на 1 |
м2, |
в Па определяется по |
||
уравнениям |
Рвоз. —1HpB03.g, |
|
|
(23р) |
|
|
|
|
|
||
|
|
Ргаз. = #Ргаз.g, |
|
|
(236) |
где |
Н — высота дымовой трубы от уровня |
горелок до |
устья тру |
||
бы |
в м; рвоз, Ргаз — плотность воздуха и |
газообразных |
продуктов |
сгорания в кг/м3; g — ускорение свободного падения в пункте рас
положения дымовой трубы в м/с2 (g = 9,81 м/с2). |
быть опреде |
||
Плотность воздуха и продуктов сгорания может |
|||
лена по уравнению Клапейрона |
|
|
|
Р = |
Рбар |
(2Зв) |
|
RT |
|||
|
|
где рбар — барометрическое давление в Па; Т — абсолютная тем пература в К; R — газовая постоянная в Дж/(кг-°С).
Далее, принимая, что характеристические постоянные воздуха и продуктов сгорания примерно равны (RBоз=^газ = 287 Дж/(кг-°С), получим формулу для определения плотности
_ Рбар_ |
(23г) |
287 - Г |
|
Таким образом, расчетная формула для определения силы тяги,
создаваемой дымовой трубой, в Па, записывается так: |
|
|||
_ Рбар/ДГ |
f __!_ |
1 |
(23д) |
|
287 |
V Твоз |
Тгаз |
||
|
||||
где Твоз и Ггаз— абсолютные |
температуры воздуха и продуктов |
|||
сгорания в К. |
|
|
|
Расчет дымовой трубы сводится к определению диаметра устья и высоты. Диаметр устья дымовой трубы опредетяется из уравне ния неразрывности (постоянства массового расхода) для газового потока
d = |
4mT |
(24) |
|
пи
87
где d ■—диаметр устья трубы в м; тт— максимальная секундная масса продуктов сгорания для данной группы котлов, обслуживае мой трубой, в кг/с,
тТ— В0т, |
(24а) |
В0— общий расход топлива для группы котлов в кг/с; т — масса уходящих нз котла газообразных продуктов сгорания на '1 кг топ
лива в кг/кг; |
и — массовая |
скорость |
продуктов |
сгорания в |
|
кг/ (с • м2) . |
|
|
|
|
|
Массовую скорость газов |
принимают: |
на |
выходе |
из стальных |
|
дымовых труб |
при искусственной тяге — и = 7— 12 |
кг/(с-м2), на |
|||
выходе из дымовой трубы при естественной |
тяге (во избежание |
||||
задувания ветром) — и= 4ч-8 |
кг/(с-м2). |
|
|
|
|
Высоту дымовой трубы при естественной |
тяге определяют из |
уравнения баланса тяги (22а). Окончательно высота дымовой тру бы принимается нз сопоставления величин — высоты дымовой тру бы, полученной по расчету, и требования санитарных норм. Из этих двух значений выбирается наибольшее.
В условиях искусственной тяги высоту дымовой трубы выби рают с учетом отвода газов и летучей золы, месторасположения соседних зданий по требованиям санитарных норм.
Выбор дымососа (вентилятора) при искусственной тяге осу ществляется по подаче, развиваемому давлению и из условия наи меньшей затраты энергии при эксплуатации.
Часовая расчетная производительность дымососа определяется
по формуле |
|
<2д = - Ь ^ , |
(25) |
Ргаз |
|
где ßi — коэффициент запаса по производительности |
(ßi = l,05-f- |
-т-1.10); ргаз— плотность газообразных продуктов сгорания в кг/м3.
Расчетное давление дымососа Дрд определяют из |
уравнения |
||
баланса тяги (226) и из следующего уравнения: |
|
||
|
ДРд = Р25д, |
|
(26) |
где ßo— коэффициент запаса по давлению |
(ß2 = 1,1-г-1,2). |
||
Аналогично определяют подачу и давление вентилятора |
|||
Q |
__ ViB0aL0 |
|
^7) |
|
Рвоз |
|
|
|
ДРв = ßA, |
|
(28) |
где В0аЬ0— действительный |
расход воздуха |
в данной |
группе кот |
лов в кг/с; рвоз — плотность воздуха в кг/м3-.
Расчетное давление вентилятора Дрв определяют из уравнения
баланса тяги (22) или (22в) при условии (28) и (29) |
|
Дрвоз.п = s b. |
(29) |
88
Мощность электродвигателя для привода дымососа (вентиля тора)
|
|
|
|
|
|
= |
1) |
|
|
|
|
|
(30) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где ß3 — коэффициент запаса |
мощности |
электродвигателя |
(ß3 = |
|||||||||||
= 1.1); |
г) — коэффициент |
полезного |
действия дымососа |
(вентиля |
||||||||||
тора) |
с учетом потерь |
в передаточном |
устройстве |
от |
дымососа |
|||||||||
(вентилятора) |
к электродвигателю. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
По подсчитанной мощности выбирается по каталогу соответст |
||||||||||||||
вующий электродвигатель. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Пример 10. Определить тягу, развиваемую дымовой трубой высотой |
50 м, |
|||||||||||||
если средняя температура |
газов |
в трубе 320° С, |
температура |
наружного |
возду |
|||||||||
ха 27° С в летнее время) |
и барометрическое давление 100 кПа |
(750 |
мм рт. ст.), |
|||||||||||
Р е ш е н и е 1. |
Абсолютная температура воздуха и газов |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Гвоз = |
/во3 + 273,2 = |
27 + |
273,2 = |
300,2 |
К, |
|
|
|
||||
|
|
Ггаз = |
trаз + |
273,2 = |
320 + |
273,2 = |
593,2 |
К. |
|
|
|
|||
2. Тяга, развиваемая дымовой трубой |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
«, |
Рбар • |
Н |
|
( |
1 |
|
1 |
\ |
ЮО • |
Ю3 ■50 , . |
|
|
|
|
т |
278 |
|
' 8 |
' V |
Ттз |
Тгаз ) |
278 |
Х |
|
|
х9’81х( с ж |
^ - ^ Ь г ) =2&2 Па(28'8 мвод-ст°- |
Пример 11. Определить диаметр устья дымовой трубы, если масса про |
|
дуктов сгорания котельной |
установки /лт=15,3 кг/с и массовая скорость газов |
иа выходе из дымовой трубы ы=6 кг/м2-с. |
|
Р е ш е н и е . Диаметр |
устья дымовой трубы определяем по формуле (24) |
|
4 • 15,3 |
|
= 1,8 м. |
|
3, 1 4 - 6 |
Пример 12. Определить мощность электродвигателя для привода вентиля тора, подающего первичный воздух для распиливания мазута в форсунках ОЭН котла ДКВР-10-13. Подача форсунок — 0,247 кг/с. Первичный воздух состав ляет 70% от всего количества расходуемого на горение воздуха. Температура
воздуха /=27° С; |
барометрическое |
давление |
/;оар = Ю0 |
кПа |
(750 мм |
рт. ст .). |
||||||
Расчетное полное |
давление вентилятора Лрв = 2900 Па |
(300 |
мм рт. ст.). Коэф |
|||||||||
фициент запаса |
ßa= l,l. К-п.д. вентилятора с |
учетом |
передачи |
г)=0,65. |
При |
ре |
||||||
шении использовать данные примеров 2 и 3. |
расход |
воздуха, |
подаваемого |
вен |
||||||||
Р е ш е н и е . |
1. |
|
Действительный |
массовый |
||||||||
тилятором в топку, |
|
на 1 кг топлива |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
U = nL — 0,7 • 16,1 = |
11,3 кг/кг. |
|
|
|
|
|||
.2. |
Плотность воздуха |
100 • 103 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Рвоз |
Рбар |
1.16 кг./м3. |
|
|
||||||
|
|
287-Тк |
287 (27 + |
= |
|
|
||||||
|
|
|
|
273) |
|
|
|
|
|
|
||
3. |
Расчетная производительность вентилятора |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
BU |
0,247 - 11,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qu—-------= ------г-^-----= М М*7С* |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Рвоз |
1,16 |
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Мощность электродвигателя для привода вентилятора |
|
|
|
|
Л^эл = РзОп^Рв-=1,1
й
2 ,4 • 2900
= 11 800 Вт = 11,8 кВт.
0,65
89