Курсовой проект по теплогенерирующим установкам для ТулГУ, пример оформления

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По дисциплине ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ Содержание 1. Исходные данные 3 2. Паровой газомазутный котел ДЕ 6,5 – 14 ГМ 4 3. Расчёт объёмов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания 6 4. Тепловой баланс котла 10 5. Расчет теплообмена в топке 13 6. Расчет теплообмена в газоходе парового котла 15 7. Тепловой расчет экономайзера 18 8. Определение невязки теплового баланса котла 20 Список литературы 22 1. Исходные данные Марка котла ДЕ 6,5-14 ГМ Вид топлива газ Месторождение Комсомольское-2 Состав топлива, %: СН4 94,5 С2Н6 2,1 С3Н8 0,5 С4Н10 0,1 С5Н12 0,1 СО2 0,2 N2 1,6 Qнр, кДж/м³ 33530 Давление на выходе из котла, МПа 0,7 2. Паровой газомазутный котел ДЕ 6,5 – 14 ГМ Газомазутный вертикально-водотрубный паровой котел ДЕ паропроизводительностью 6,5 т/ч предназначен для выработки насыщенного пара, идущего на технологические нужды предприятий, а так же в систему отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Котел состоит из верхнего и нижнего барабана, конвективного пучка, фронтового, бокового и заднего экрана, которые образуют топочную камеру. В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба и труба для ввода фосфатов, в паровом объеме – сепарационное устройство. В нижнем барабане размещается устройство для парового прогрева воды барабане при растопке и патрубки для спуска воды, и труба непрерывной продувки. Котел паропроизводительностью 6,5 т/ч выполнен с одноступенчатой схемой испарения. Конвективный пучок имеет коридорное вертикальное расположение труб диаметром 51х2,5 мм, продольный шаг труб 90 мм, поперечный – 110 мм. Контуры боковых экранов и конвективного пучка замкнуты на барабаны, а контуры фронтового экрана котла соединяются с барабаном через промежуточные коллекторы: нижний – раздающий и верхний – собирающий. Концы промежуточных коллекторов со стороны противоположной барабанам объединены необогреваемой рециркуляционной трубой диаметром 76х3,5 мм. В качестве первичного сепарационного устройства первой ступени испарения используется установленные в верхнем барабане направляющий щит и козырек, обеспечивающий выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичного сепарационного устройства первой ступени котла применяется горизонтальный жалюзийный сепаратор и дырчатый лист. Сепарационным устройством второй ступени испарения является продольный щит, обеспечивающий движение пароводяной смеси сначала на торец, а затем вдоль барабана к поперечной перегородке, разделяющей отсеки. Отсеки ступенчатого испарения сообщаются между собой по пару через окно над поперечной перегородкой, а по воде – через подпиточную трубу, расположенную в водяном объеме. В качестве хвостовых поверхностей нагрева в котлах марки ДЕ применяются чугунные экономайзеры из труб ВТИ. С понижением давления в котел ДЕ до 0,7 МПа изменений в комплектации котла экономайзером не требуется. 3. Расчёт объёмов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания Температура уходящих газов за экономайзером υух принимается в зависимости от вида сжигаемого топлива, в соответствии с заданием топливом является природный газ υух =120 – 130 ºС. Для расчета действительных объемов продуктов горения по поверхности нагрева котельного агрегата, необходимо выбрать коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки αт и присосы воздуха в элементах котла ∆α. Коэффициент избытка воздуха αт должен обеспечить практически полное сгорание топлива. Таблица 1 – Присосы воздуха по газоходам Δα и расчетные коэффициенты избытка воздуха Участок газового тракта Присосы Δα Расчетный коэф.избытка воздуха Среднее значение αср Топка 0,05 1,1 — Газоход 0,1 1,2 1,15 Экономайзер 0,1 1,3 1,25 Расчетные значения теоретически необходимо количества воздуха и объема образующихся продуктов сгорания, отнесенных к 1 кг твердого, жидкого и м³ газообразного топлива. Теоретический объём воздуха, при сжигании природного газа определяется по формуле: Энтальпию продуктов сгорания для соответствующих участков газового тракта, при расчетной температуре υ ºС определяют по формулам: где — теплоемкость соответственно воздуха, трехатомных газов, азота и водяных паров, кДж/(м³·К); Результаты расчёта энтальпии газов при действительных избытках воздуха представлены в таблице 3. Таблица 3 — Энтальпия продуктов сгорания Поверхность нагрева Температура за поверх- ностью υ,ºС 1 2 3 4 5 6 Топочная камера αт 2000 38189,69 31263,98 3126,40 41316,08 1900 36069,03 29555,34 2955,53 39024,56 1800 33930,49 27846,70 2784,67 36715,16 1700 31825,29 26178,75 2617,87 34443,16 1600 29736,02 24520,96 2452,10 32188,12 1500 27654,37 22853,01 2285,30 29939,67 1400 25611,87 21185,06 2118,51 27730,37 1300 23548,19 19517,10 1951,71 25499,90 1200 21530,34 17900,00 1790,00 23320,34 1100 19561,60 16272,73 1627,27 21188,87 1000 17599,32 14645,45 1464,55 19063,87 900 15651,78 13069,03 1306,90 16958,68 Газоход αг = αт + ∆αгаз 1100 19561,60 16272,73 3254,55 22816,14 1000 17599,32 14645,45 2929,09 20528,41 900 15651,78 13069,03 2613,81 18265,59 800 13735,63 11533,29 2306,66 16042,29 700 11857,25 9987,39 1997,48 13854,73 600 10032,41 8461,82 1692,36 11724,77 500 8264,11 6976,93 1395,39 9659,50 400 6523,14 5522,56 1104,51 7627,65 300 4830,86 4108,86 821,77 5652,63 200 3186,17 2715,51 543,10 3729,27 Экономайзер αэ = αг + ∆αэ 300 4830,86 4108,86 1232,66 6063,52 200 3186,17 2715,51 814,65 4000,82 100 1575,17 1352,67 405,80 1980,97 Рисунок А.1- График энтальпий 4. Тепловой баланс котла Тепловой баланс котельного агрегата выражает количественное соотношение между поступившей в агрегат теплотой и суммой полезно использованной теплоты и тепловых потерь: (8) где — физическая теплота, учитывается только при сжигании жидкого топлива, кДж/кг; — количество теплоты, внесенное воздухом, учитывается лишь в случае подогрева воздуха вне котлоагрегата, кДж/кг. Уравнение теплового баланса имеет вид: 5. Расчет теплообмена в топке При поверочном расчете температуру газов на выходе из топки определяют по серии номограмм, представленных в [2]. Порядок расчета топки представлен в таблице 5. Таблица 5 — Расчет теплообмена в топке Рассчитываемая величина Обозна чение Размер ность Формула и обоснование Расчет 1 2 3 4 5 Коэффициент избытка воздуха в топке — табл.1 1,1 Теплота, вносимая дутьевым воздухом кДж/м³ — — Полезное тепловыделение в топке кДж/м³ 33530 Энтальпия Iтп кДж/м³ 33530 Теоретическая температура горения ºС рис.1 при 1750,23 Лучевоспринимающая поверхность Fл м² по т.6.2 (а), [5] 27,93 Полная поверхность стен топки Fст м² по т.6.2 (а), [5] 29,97 Объем топки Vт м³ по т.6.2 (а), [5] 11,20 Степень экранирования топки X — ф-ла 6.1 или 6.2, [5] 0,93 Эффективная толщина излучающего слоя S м 1,35 Температура на выходе из топки υт// ºС принимается 900-1100ºС 900 Суммарная поглощательная способность 3-х атомных газов Рn•S м-Мпа , р=0,1МПа 0,04 Коэффициент ослабления лучей 3- х атомных газов kг 1/(м·Мпа) рис.П.2, [5] 11,18 Коэффициент ослабления лучей kс 1/(м·Мпа) ф-ла (5.13), [4] 3,79 Коэффициент теплового излучения ξсв — рис.П.3, [5] 0,13 Коэффициент усреднения m — т.5.2 [4, с.65] 0,33 Коэффициент теплового излучения факела при сжигании мазута и газа ξф — ф-ла 6.3, [5] 0,31 Степень черноты ξт — ф-ла 5.23, [4] 0,42 Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающ ей поверхности ξ — табл.П 3, [5] 0,65 Относительный шаг труб настенного экрана s/d — табл. 6.а, [5] 1,08 Угловой коэффициент экрана Х — 0,98 Коэффициент тепловой эффективности экранов ψ — 0,64 Тепловыделение в топке на 1 м ограждающей поверхности кВт/м² 130,15 Параметр М — ф-ла 6.10, [5] 0,49 Температура газов на выходе из топки ºС рис. П. 4, [5] или ф-ла 5.29, [4] 896 Энтальпия газов на выходе из топки кДж/м³ рис.1 I-v диаграмма 16890 Коэффициент сохранения теплоты — табл. 2 0,98 Количество теплоты, воспринятое в топке кДж/м³ 18364,5 Среднее тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева кВт/м² 139,03 Теплонапряжение топочного объема кВт/м³ 346,7 6. Расчет теплообмена в газоходе парового котла При расчете конвективной поверхности котла предварительно принимают два значения температуры на выходе из газохода. Котел ДЕ 6,5-14 ГМ с одним газоходом, температуру на выходе из газохода 300 и 500ºС. После проведения расчетов действительную температуру продуктов сгорания за газоходом определяют графическим путем по величинам тепловосприятия, рассчитанных по уравнениям теплового баланса Qб и теплопередачи Qт при двух ранее принятых температурах υ1// и υ2// (рис.2). Рисунок 2 — Порядок определения искомого значения температуры на выходе из газохода Таблица 6 — Расчет теплообмена в газоходе Рассчитываемая величина Обоз нач. Размер ность Формула и обоснование Расчет предваритель- ный ито- говый 1 2 3 4 5 6 7 Температура газов на входе υ/ ºС табл.5 896,38 896,38 896,38 Энтальпия I/ кДж/м³ табл.5 18192 18192 18192 Температура газов на выходе из газохода υ// ºС принимается 500 300 272 Энтальпия I// кДж/м³ рис.1 9659,5 5652,6 5125,1 Энтальпия присоса воздуха Δiв кДж/м³ рис.1 40,48 40,48 40,48 Коэффициент сохранения теплоты φ — табл.4 0,98 0,98 0,98 Тепловосприятие газохода по уравнению теплового баланса Qб кДж/м³ 8370 12282 12797 Средняя температура газов υср ºС 698,2 598,2 584,19 Средняя скорость газов в газоходе wср м/с 14,41 12,93 12,72 Коэффициент теплоотдачи конвекцией αк Вт/(м²· К) рис.П.5, [5] 81,75 72,62 72,62 Произведение Рп ∙ S м∙МПа 0,035 0,035 0,035 Коэффициент ослабления лучей 3-х атомных газов kг 1/(м·Мпа) рис.П.2, [5] 12,00 13,09 13,09 Оптическая толщина kрS 1/(м·Мпа) 0,421 0,459 0,459 Коэффициент теплового излучения ξ 1/(м·Мпа) рис.П.3, [5] 0,295 0,295 0,295 Температура обогреваемой среды tн ºС при р=0,7 МПа 164,96 164,96 164,96 Температура наружной поверхности загрязненной стенки tз ºС Δt=25ºС для газа 189,96 189,96 189,96 Коэффициент теплоотдачи излучением αл Вт/(м²· К) рис.П.7, [5] 35,03 27,31 27,31 Коэффициент тепловой эффективности ψ — табл.5 0,64 0,64 0,64 Коэффициент теплопередачи К Вт/(м²∙ К) 74,7 63,9 63,9 Температурный напор ∆t ºС 508 353 325 Тепловосприятие газохода по уравнению теплопередачи Qт кДж/м³ 23754 14133 13008 Проверка (не более 2%) 7. Тепловой расчет экономайзера Экономайзер предназначен для предварительного нагрева питательной воды после деаэратора. Для котлов малой и средней мощности, работающих при давлении менее 2,4 МПа, применяются, как правило, чугунные экономайзеры. При поверочном расчете чугунного водяного экономайзера температура газов на входе υ принимается из теплового расчета газохода, температура газов на выходе υэ была предварительно принята из табл.1, υэ //= υух. Целью расчета является определение поверхности нагрева экономайзера Нэ. Экономайзер компонуется из отдельных ребристых чугунных труб длиной 2 метра, с поверхностью нагрева с газовой стороны fэ = 2,95 м² и живым сечением для прохода газов f = 0,12 м². Проходное сечение для газового потока определяется по формуле: 8. Определение невязки теплового баланса котла Определение невязки теплового баланса котла определяется по формуле: Относительная невязка, определяется по выражению: Условие выполняется, следовательно, расчет можно считать оконченным. Окончательные результаты поверочного расчета котла представлены в таблице 8. Таблица 8 — Данные теплового расчета парового котла ДЕ 6,5-14ГМ, топливо — газ, Qнр = 33,53 МДж/м³, расход Вр = 0,109 м³/с. Среда, поверхность нагрева Величина Поверхность нагрева топка газоход экономайзер вход выход вход выход вход выход Рабочая среда(вода) Температура t, °С 140,0 164,96 164,96 164,96 104 140,0 Продукты сгорания Температура v, °С 30 896,4 896,4 272 272 130 Энтальпия J, кДж/ м³ 404,8 16890,4 16890,4 5125,1 5125,1 2600,5 Тепловосприятие поверхности Q, кДж/м³ 18364,5 13007,9 2504,3 Скорость газов, м/с — 12,7 7,3 Коэффициент теплопередачи к, Вт/(м²·К) — 63,93 20,8 Поверхность Поверхность нагрева F, м² — — 165,7 Список литературы 1. Компоновка и тепловой расчет парового котла.:Учебное пособие для вузов./ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Вишневский — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 208с. 2. Тепловой расчёт котельного агрегата (нормативный метод), под редакцией Н.В Кузнецова, В. В. Митора, И.Е. Дубовицкого и др. – 2 – е изд., перераб. – М.: Энергия. 1973. – 295с. 3. Теплогенерирующие установки: Учебник для вузов / Г.Н. Делягин, В.И. Лебедев, В.А. Пермяков. — М.: Стройиздат, 1986. — 559 с. 4. Эстеркин Р.И. Котельные устновки. Курсовое и дипломное проектирование: Учебное пособие для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд. 1989. – 280 с. 5. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине Теплогенерирующие установки. – Тула.: ФГБОУ ТГУ, 2014. – 52 с.