Разработать применение экономайзера увеличенной поверхности с байпасированием для паровой котельной химического завода, расположенного в Нижегородской области

Поверхность нагреваt °CI0вк

Дж/м3I0гк

Дж/м3Iвизбк

Дж/м3IкДж/м3Верх топочной камеры, фестон,αт=1,121 002 000 190 017 993 356 171 826 174 211 183 227 191 852 139 399 620 853 760,429817,828 188,226558,624 967,823386,721 795,920205,118 614,317072155201396812464,510 999,834351,2 732 529,730743,330 194,527152,1 625 382,723617,8 322 151,1320133,618 420,5716746,741 507 513 416,311996,93 144,7429817,82 818,822655,862 496,782338,672 179,592020,511 861,431707,215 521 396,81246,451 099,9837496,135 511,4833562,1 232 850,3629648,9 427 721,3725797,4 224 171,6421995,320 127,7718298,7 416 471,814662,7 513 096,881-йконвективный пучок, кп1=1,1 510 009 008 007 006 068 994 854 636 750 897 152,510999,89 525,48070,46 654,25267,13 918,81507513416,311 996,910171,2 886 107 094,665601,454 149,582095,251 869,681649,971 428,811210,56 998,13790,65 587,8217170,215 285,9813646,8 711 600,099820,568 092,796391,524 737,42-йконвективный пучок, кп2=1,257 006 005 004 002 995 994 624,48070,46 654,25267,13 918,82589,910 171,2886107094,665 601,454149,582 738,152381,352 017,61663,61 316,8979,7647,512 552,3510627,68 758,266918,255 129,283385,65Водяной экономайзер,αэк=1,354 003 002 001 005 248,13918,82 589,91290,15 601,454149,582 738,151353,621 843,4851371,58 906,465451,5 357 444,9355521,163 644,6151805,155По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.

4. Тепловой баланс котла4.

1 Определяем потерю тепла с уходящими газами

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.

4.1. 1 Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, %, где: — энтальпия уходящих газов при tух и, (кДж/м3)Н0хв. -энтальпия воздуха, поступающего в котлоагрегат (кДж/м3)tх.в. — температура холодного воздуха, равна 30ºС = 303 КQрн -низшая теплота сгорания топлива 36 680 (кДж/м3), источник 1, табл. 2.2q4 — потери теплоты от механического недожога, %, для газа q4 = 0Н0хв.= 39,8*V0где: V0 — теоретический объем сухого воздуха

Н0хв.= 39,8*9,7 = 386,06- определяется по таблице 2, при соответствующих значениях и выбранное температуре уходящих газов tух =155°С, Нух =2816,864.

1.2 Потери теплоты q3, q4, q5 принять согласно источнику 1. q3 — потеря теплоты от химической неполноты сгорании, q3 = 0,5%.q4- потеря теплоты от механической неполноты горения, q4 = 0q5 -потеря теплоты от наружного охлаждения, определяется по номинальной производительности парогенератора (кг/с), D=6,5 т/чпо таблице 4−1, источник 2, находим q5=2,4%4.

1.3 Потери с физическим теплом шлаков q6% определить по формуле:

где: — доля золы топлива в шлаке, =1-, — принимается по таблице 4.1 и 4.2, источник 1. 4.

1.4 Определить к.п.д. брутто.К.П.Д брутто можно определить по уравнению обратного баланса, если известны все потери:ηбр= 100 — (q2+q3+q4+q5+q6)ηбр= 100 — (6,26+0,5+2,4)=90,844.

1.5 Определим расход топлива, (кг/с и т/ч), подаваемого в топку котла:

где: — расход топлива подаваемого в топку парогенератора — располагаемая теплота, 36 680 (кДж/кг) — полезная мощность парового котла (кВт)Qпг=Дн.п (hнп-hпв)+0,01pДн.п (h — hпв) Где: Дн. п -расход выбранного насыщенного пара, hп. в — энтальпия питательной воды, 4,19*100 =419hнп — энтальпия насыщенного пара, hнп=2789h — энтальпия перегретого пара, h= 826р — продувка парогенератора, 3,0%Qпг=1,8(2789−419)+0,01*3*1,8(826- 419)=4287,98Определим расчетный расход топлива, ВрВр=Впг (1-q4/100), Вр= Впг=0,129Определяем коэффициент сохранения теплоты:

5. Расчет топочной камеры

Задаем температуру продуктов сгорания на выходе из топки t"Т=1100°С.Для принятой по таблице 2 определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки Н"Т=18 298,74 кДж/м35.

1 Определим полезное тепловыделение в топке, QТ (кДж/м3).где: -теплота, вносимая в топку воздухом, (кДж/м3)Qв=α"Т*Н0хвгде: Н0хв — энтальпия теоретического объема воздуха, (кДж/м3)Н0хв =386,06Qв=1,1*386,06=424,75.2 Определим коэффициент тепловой эффективности экранов, где: Хугловой коэффициент, показывающий какая часть лучистого полусферического потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависящей от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене; значение Х определяется по рис 5,3 источник 1, Х=0,98 — коэффициент, учитывающий снижение тепло воспламенения экранных поверхностей нагрева, принимаем по таблице 5.1, источник 1 =0,655.

3 Определяем эффективную толщину излучающего слоя, s (м)S=3,6 VT / FСТгде: VТ — объем топочной камеры, (м3). VТ= 11,2 источник 1, таблица 2,9.FСТ -поверхность стен топочной камеры, (м2). FСТ=29,97 источник 1, таблица 2,9.S=3,6 *11,2/ 29,97=1,355.

4 Определим коэффициент ослабления лучей k, (м*Мпа)-1k =kГrп+kсгде: rп — суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из таблицы 1, rп=0,2068kГ — коэффициент ослабления лучей трехатомных газов, (м*Мпа)-1где: rН2О -объемная доля водяных паров, берется из таблицы, rН2О=0,188Т"Т -абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К, Т"Т =1373рп — парциальное давление трехатомных газов, МПа;рп = rп*рр -давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается р = 0,1 МПа).рп =0,277 *0,1=0,0277kс — коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м*Мпа)-1где: Нр, Ср — содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива. k = 8,38*0,2068+1,377 =3,115.

5 Определяем степень черноты факела, αф.Для жидкого и газообразного топлива степень черноты факела определяется по формуле:

аф =mасв+(1-m)аГгде: mкоэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненого светящейся частью факела, принимаем по таблице 5,2 источник 1, m = 0,119.

асв, аГ — степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящемся трехатомными газами:

Определяем степень черноты светящейся части факела, αГе -основание натуральных логарифмов, е=2,718асв=1−2,718 -(8,84*0,277+1,377)

0,1*1,35 =0,41Определяем степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, αГ;αГ=1−2,718 — 8,84*0,277*0,1*1,35 = 0,28аф =0,119*0,41+(1−0,119)

0,28=0,2965.

6 Определяем степень черноты топки, αТ5.7 Определяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для газа принимаем:

М=0,485.

8 Определяем среднею суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ газа при нормальных условиях, VСср, [кДж/(м3*К)]. где: Та — теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяется по таблице 2 по значению QТ, равному энтальпии продуктов сгорания, Н Та=2071+273=2344Т"Т — температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, КТ"Т=1373Н"Т -энтальпия продуктов сгорания берется из таблицы 2 при принятой на выходе из топки температуре, кДж/кг

Н"Т =18 298,74QТ — полезное тепловыделение в топкеQТ=36 921,35.9 Определяем действительную температуру на выходе из топки,(°С) по номограмме (рис. 5,7) источник 16. Расчет конвективных пучков6.

1 Расчет первого конвективного пучка

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода = 400 °C и = 300 °C. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

6.1. 1 Определяем теплоту Q6, кДж/кг, отданную продуктами сгоранияQ6= (Нi + Н" + ∆αк*Нoпрс)

где: — коэффициент сохранения теплоты

Нi — энтальпия продуктов сгорания на выходе в поверхность нагрева, кДж/м3, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры. Нi = 18 408,48Н" - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3∆αк — присос воздуха в поверхность нагрева

Нoпрс — энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30 °C, кДж/м3QБ= (Нi — Н" + ∆αк*Нoпрс)Q400Б=0,974(18 408,48−6391,52+0,05*386,06)=11 723,3Q300Б=0,974(18 408,48−4737,4+0,05*386,06)=13 334,46.

1.2 Определяем расчетную температуру потока, °С, продуктов сгорания в газоходегде: — температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, °С — температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, °С6.

1.3 Определяем температуру напора ∆t, °С∆t = - tкгде: tк — температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, °С∆t = - tк∆t400 =∆t300 =6.

1.4 Определяем среднюю скорость ωГ, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагревагде: Вр — расчетный расход топлива, кг/сF — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2VГ — объем продуктов сгорания на 1 кг жидкого топлива — средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С6.

1.5 Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией αк, Вт/(м2*К), щт продуктов сгорания к поверхности нагрева, при поперечном омывании коридорных пучковαк= αнсzсsсфгде: αк -коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис.

6,1источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковα400к=67α300к=58сz — поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по номограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс400z=0,98с300z=0,98сs — поправка на компоновку пучка; определяется по номограмме рис.

6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс400s=1с300s=1сф — коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по монограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс400ф=1,04с300ф=1,03α400к= 67*0,98*1*1,04=68,3α300к= 58*0,98*1*1,03=58,56.

1.6 Определяем степень черноты газового потока, a, по номограмме рис. 5.6 источник 1,α=1-еKpsKps = kГ*rп*p*sгде: p — давление в газоходе, Мпа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1;s -толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, мkГ — коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, (м*МПа)-1Kps = kГ*rп*p*sKps400 = 37,1*0,266*0,1*0,177=0,175Kps400 = 38,9*0,266*0,1*0,177=0,183α400 =1-е- 0,175=0,161a300 =1-е- 0,183=0,1676.

1.7 Определяем коэффициент теплоотдачи aЛ, Вт/(м2К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагреваaЛ =aн*a*cГгде: aн — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К), определяем по номограмме рис.

6.4 источник 1;a -степень чернотыс

Г — коэффициент, определяемый порис. 6.4 источник 1Для определения aн и коэффициента сГ вычисляем температуру загрязненной стенки tз, °Сtз=t+∆tгде: t — средняя температура окружающей среды, °С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;∆t — при сжигании газа принимаем равной 25 °Сtз=194,1+25=219,1a400н=102a300н=98с400Г=0,96с300Г=0,94a400Л=102*0,161*0,96=15,77a300Л=98*0,167*0,94=15,386.

1.8 Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи a1, Вт/(м2К), от продуктов сгорания к поверхности нагреваa1=ξ(aк+ aЛ) где: ξ- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного обмывания ее продуктами сгорания, частично протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон, для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1a4001=1(68,3+15,77)=84,07a3001=1(58,5+15,38)=73,886.

1.9 Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2К), К= a1*ψгде: ψ - коэффициент тепловой эффективности, определяемый по таблице 6.2, источник 1, в зависимости вида сжигаемого топлива, принимаем равным ψ=К400= 84,07*0,9=75,66К300=73,88*0,9=66,496.

1.10 Определяем количество теплоты QТ, кДж/кг, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого топливагде: ∆t — температурных напор, °С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева6.

1.11 По принятым двум значениям температуры, полученным двум значениям теплоты отданной продуктами сгорания Q400Б=11 723,3 и Q300Б=13 334,4 производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, (рисунок 2).Температура на выходе из конвективного пучка равна 407 °C.

6.2 Расчет второго конвективного пучка

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

6.2. 1 Определяем теплоту Q6, кДж/кг, отданную продуктами сгоранияQБ= (Н' + Н" + ∆αк*Нoпрс)

где: — коэффициент сохранения теплоты

Н — энтальпия продуктов сгорания на выходе в поверхность нагрева, кДж/м3, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры. Н' =6510,6Н" - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3∆αк — присос воздуха в поверхность нагрева

Нoпрс — энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30 °C, кДж/м3Q300Б=0,974(6510,6−5129,28+0,1*386,06)=1383Q200Б=0,974(6510,6−3385,65+0,1*386,06)=30 816.

2.2 Определяем расчетную температуру потока, °С, продуктов сгорания в газоходегде: — температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, °С — температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, °С6.

2.3 Определяем температуру напора ∆t, °С∆t = - tкгде: tк — температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, °С∆t300 =∆t200 =6.

2.4 Определяем среднюю скорость ωГ, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагревагде: Вр — расчетный расход топлива, кг/сF — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2VГ — объем продуктов сгорания на 1 кг жидкого топлива — средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С6.

2.5 Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией αк, Вт/(м2*К), щт продуктов сгорания к поверхности нагрева, при поперечном обмывании коридорных пучковαк= αнсzсsсфгде: αк -коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис.

6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковα300к=118α200к=112сz — поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по номограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс300z=1с200z=1сs — поправка на компоновку пучка; определяется по номограмме рис.

6,1 источник 1 при поперечном обмывании коридорных пучковс300s=1с200s=1сф — коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по монограмме рис. 6,1 источник 1 при поперечном омывании коридорных пучковс300ф=1,11с200ф=1,15α 300к= 118*1*1*1,11=130,98α200к=112*1*1*1,15=128,86.

2.6 Определяем степень черноты газового потока, a, по номограмме рис. 5.6 источник 1,α=1-еKpsKps = kГ*rп*p*sгде: p — давление в газоходе, Мпа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1;s -толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, мkГ — коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, (м*МПа)-1Kps = kГ*rп*p*sKps300 =38,68*0,25*0,1*0,177=0,171Kps200 =40,5*0,25*0,1*0,177=0,179α300 =1-е- 0,171=0,157α200 =1-е- 0,179=0,1646.

2.7 Определяем коэффициент теплоотдачи aЛ, Вт/(м2К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагреваaЛ =aн*a*cГгде: aн — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К), определяем по номограмме рис.

6.4 источник 1;a -степень чернотыс

Г — коэффициент, определяемый порис. 6.4 источник 1Для определения aн и коэффициента сГ вычисляем температуру загрязненной стенки tз, °Сtз=t+∆tгде: t — средняя температура окружающей среды, °С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;∆t — при сжигании газа принимаем равной 25 °Сtз=194,1+25=219,1a300н=42a200н=38с300Г=0,97с200Г=0,95a300Л=42*0,157*0,97=6,4a200Л=38*0,164*0,95=5,96.

2.8 Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи a1, Вт/(м2К), от продуктов сгорания к поверхности нагреваa1=ξ(aк+ aЛ) где: ξ- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного обмывания ее продуктами сгорания, частично протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон, для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1a3001=1(130,98+6,4)=137,38a2001=1(128,8+5,9)=134,76.

2.9 Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2К), К= a1*ψгде: ψ - коэффициент тепловой эффективности, определяемый по таблице 6.2, источник 1, в зависимости вида сжигаемого топлива, принимаем равным ψ=К300 = 0,9*137,38=123,64К200 =0,9*134,7=121,236.

2.10 Определяем количество теплоты QТ, кДж/кг, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого топливагде: ∆t — температурный напор, °С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева6.

2.11 По принятым двум значениям температуры, полученным двум значениям теплоты отданной продуктами сгорания Q300Б=1383 и Q200Б=3081 производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, (рисунок 3).Температура на выходе из конвективного пучка равна 256 °C.

7. Тепловой расчет экономайзера.

7.1 По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты Qб, кДж/кг, которое должно отдать продукты сгорания при температуре уходящих газовгде: Н‘ - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/кг

Н" - энтальпия уходящих газов, кДж/кг∆аэк — присос воздуха в экономайзер

Нопрс — энтальпия теоретического количества воздуха, кДж/кг — коэффициент сохранения теплоты0,974(4362,08−2816,86+0,1*386,06)=1542,67.2 Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды h"эк, кДж/кг, после водяного экономайзерагде: h‘ - энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кгD — паропроизводительность котла, кг/сDпр -расход продувочной воды, кг/сПо энтальпии воды после экономайзера определяем температуру воды после экономайзера t"эк, °Сгде: С — теплоемкость воды, кДж/(кг*К)Температура воды на выходе из экономайзера на 92,1 °С ниже температуре кипения в барабане парогенератора. К установке принимаем чугунный экономайзер. Определяем температурный напор в экономайзере ∆t, °С∆tб= 256−125=131°С∆tб=155−100=55°Сгде: ∆tб и ∆tм — большая и меньшая разница температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, °СВыбираем к установке

Чугунный экономайзер ВТИ с длиной труб 2000 мм; площадь поверхности нагрева с газовой стороны 2,95 м²; площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания 0,12 м².

7.3 Определяем действительную скорость, м/c продуктов сгорания в экономайзерегде: — среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 = z1*Fтргде: z1 — число труб в ряду; принимаем 4 трубFтр — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, м2Fэк = 4*0,12=0,487.

4 Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2*К)где: — коэффициент тепловой эффективности, принимается по таблице 6.9 источник 1, — коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб18,8*1,02=19,27.5 Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера Нэк, (м2)7.6 определяем общее число труб n, экономайзерагде: НТР — площадь поверхности нагрева одной трубы, м2≈ 447.

7 Определяем число рядов труб m, в экономайзере≈118. Аэродинамический расчет котла

Аэродинамическое сопротивление на пути прохождения газов в газоходах котельной установки складывается из местных сопротивлений, зависящих от изменения сечений газоходов и их поворотов и из сопротивления, возникающего вследствие трения и вследствие сопротивления пучков труб. Аэродинамическое сопротивление котельной установки ∆hк.у., Па, определяется по формуле:∆hк.у=∆hт+∆hкп1+∆hкп2+∆hэк+∆hм.сгде: ∆hт — разряжение в топке, создаваемое дымососом, Па;∆hкп1 — сопротивление первого конвективного пучка, Па;∆hкп2 — сопротивление второго конвективного пучка, Па;∆hэк — сопротивление экономайзера, Па;∆hм.с — местные сопротивления, Па. Разряжение в топке ∆hт, Па, принимаем равным∆hт =30Определяем сопротивление первого конвективного пучка ∆hкп1, Пагде: ρг — плотность дымовых газов в газоходе, кг/м2где: ρо — плотность дымовых газов при 0 °C, кг/м3ρо = 1,34Ѳг — средняя температура газов в первом конвективном пучке, °С — скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с — коэффициент сопротивления первого конвективного пучка, где: — коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб.

где: — значения, определяемые по номограмме, 0,58*0,87*0,43=0,220,22*26=5,7Определяем сопротивление двух поворотов (под углом 90° и под углом 180°) в первом конвективном пучке, Пагде: — коэффициент сопротивления двух поворотов 90° и поворотом под углом 180°Определяем сопротивление второго конвективного пучка ∆hкп2, Пагде: ρг — плотность дымовых газов в газоходе, кг/м2где: ρо — плотность дымовых газов при 0 °C, кг/м3ρо = 1,34Ѳг — средняя температура газов в втором конвективном пучке, °С — скорость продуктов сгорания в газоходе, м/сгде: — значения, определяемые по номограмме, 0,36*1,32*0,4=0,20,2*26=5,2Определяем сопротивление двух поворотов под углом 90° после второго конвективного пучка, Пагде: — коэффициент сопротивления двух поворотов 90°Определяем сопротивление экономайзера ∆hэк, Пагде: n — число труб по ходу газов: n =11ρг — плотность дымовых газов в экономайзере, кг/м2Определяем сопротивление двух поворотов под углом 90, Пагде: — коэффициент местных сопротивлений под углом 90°1*2+2=4Определяем аэродинамическое сопротивление котельной установки ∆hк.у, Па∆hк.у=448,6+30+243,28+64,64+88,88=845,49. Расчет и выбор тягодутьевых устройств9.

1 Расчет и выбор дымососа

Для котлов паропроизводительностью 1 тонна и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дымососы. Определяем производительность дымососа Qр. д, м3/чQр.д=β1*Vсекдымгде: β1 — коэффициент запаса при выборе дымососа по производительности;β1=1,5 101 080 — нормальное атмосферное давление, ПаБ — барометрическое давление в месте установки дымососа, ПаVсекдым — количество дымовых газов от одного котла, м3/сVсекдым= Vсекдым=Qр.д=1,05*2,82=2,97Определяем расчетный полный напор дымососа Нр, ПаНр= β2(∆hкуhс)где: β2 — коэффициент запаса по напоруβ2=1,1Нр=1,1(845,4−164,8)=748,66Определяем мощность электродвигателя для привода дымососа N, кВтгде: Qр. дым — производительность, м3/сНдым — напор, Па — КПД дымососа, 0,83%По таблице источника 2 выбираем подходящий по производительности Qр. д и напору Нр дымосос, выписываем его основные характеристики:

марка дымососа ДН-9производительность, м3/ч 14,65*103напор, кПа 1,78КПД, % 83марка электродвигателя 4А160S6мощность, кВт 119.

2 Расчет и выбор вентилятора

Для котлов паропроизводительностью от 1 тонны и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дутьевые вентиляторы. Определяем производительность вентилятора (количество холодного воздуха забираемого вентилятором) Qв, м3/сгде: Вр — расчетный расход топлива, кг/сβ1 — коэффициент запаса, равный 1,1Определяем полный расчетный напор вентилятора Нр. в, ПаНр. в= ∆hг+∆hвгде: ∆hг — сопротивление горелки, Па, принимаем ∆hг=1000

Па∆hв — сопротивление воздуха, Па; принимаем 10% от сопротивления горелки принимаем ∆hв =100 ПаНр. в=1000+100=1100

Определяем мощность для привода вентилятора Nдв, кВт — КПД двигателя вентилятора, 0,83%По таблице 14.1 источник 2 выбираем подходящий по производительности Qр и напору Нр. в вентилятор; выписываем его основные характеристики:

марка вентилятора ВДН-8производительность, м3/ч 10,2*103напор, кПа 2,19КПД, % 83марка электродвигателя 4А160S6мощность, кВт 1110

Расчет и выбор дымовой трубы

Определяем минимальную допустимую высоту трубы Н, мгде: ПДК — предельно допустимая концентрация вредного вещества, мг/м3.А — коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности;

А=120 °F — коэффициент, учитывающий скорость движения вредных веществ в атмосферном воздухе; принимаем по СН 369−74F=1∆t — разность температур продуктов сгорания, выбрасываемых из трубы и окружающего воздуха, К∆t=120MSO2-масса оксидов серы SO2 и SO3, г/сMNO2-масса оксидов азота, г/сMСO2-масса оксида углерода, выбрасываемой в атмосферу, г/сMзмасса летучей золы, г/сVобъемный расход удаляемых продуктов сгорания, м3/cZ -число дымовых труб. Определяем выброс оксидов азота, рассчитанный по NO2, (г/с)МNO2=β1*К*Вр*Qрн (1- qн/100)(1 — β2r) β3,где: β1 -безразмерный поправочный коэффициент, β1 = 0,85, таблица 12,3, источник 1β3 — коэффициент, учитывающий конструкцию горелок β3 = 1, стр. 235, источник 1r — степень рециркуляции, r = 0, стр. 235, ситочник1β2 — коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов, β2 =0,02, таблица 12.4, источник 1Ккоэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 ГДж теплоты сожженного условного топлива, кг/ГДж, определяется в зависимости от номинальной нагрузки котлов, К=3,5(D/70)D — паропроизводительность котла, D = 6,5К=3,5(6,5/70)=0,325МNO2=0,85*0,325*0,129*3*36,68(1- 0/100)(1 — 0,02*0) 1=3,9Масса оксидов углерода МСО2, г/с, выбрасываемая в атмосферу, определяется как:

где: Сн-коэффициент, характеризующий выход СО при сжигании топлива;β - поправочный коэффициент, учитывающий влияние режима горения на выход СО (при нормативных значениях коэффициента избытка воздуха на выходе из топки принимается β=1)Определяем объемный расход продуктов сгорания через трубу от всех работающих котлов, м3/сгде: n — число котлов, установленных в котельной, шт, n=3В — расход топлива одним котлом, м3/с, В=0,129Определяем диаметр устья дымовой трубы Dвыхтр, мгде: ωвых — скорость продуктов сгорания на выходе из трубы. Принимаем равной 30 м/с, стр. 237 источник 1;Принимаем стандартный диаметр устья дымовой трубы 1,2 м. Для вычисления уточненной высоты дымовой трубы определяем значения коэффициентов f и vм: Значение коэффициента m в зависимости от параметра ?:Безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра: При >2 n=1Минимальную высоту дымовой трубы во втором приближении определяют:

В соответствии со СНиП П-35−76 выбираем стандартную высоту дымовой трубы 30 метров. Аэродинамическое сопротивление дымовой трубы определяют следующим образом. Скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы wвых принимают равной значению, принятому в расчете минимально допустимой высоте трубы. Определяют уменьшение температуры продуктов сгорания на 1 м трубы из-за их охлаждения, °С:Для кирпичных и железобетонных труб.

где: Dпаропроизводительность всех котлов, кг/с.Температура продуктов сгорания на выходе из трубы, °С:tвых=tух — ∆tгде: tух — температура уходящих газов за котлами, °С.tвых=155−0,17*30=149,9Диаметр основания трубы, м: Dосн =2Нтрi+где: i = 0,02−0,03 конусность железобетонных и кирпичных труб; для стальных труб i=0;Dосн =2*30*0,02+1,2=2,4Средний диаметр дымовой трубы, м: Dср=0,5(Dосн +)Dср=0,5(2,4+1,2)=1,8Средняя температура дымовых газов в трубе, °С:tср = 0,5(tух+tвых)tср = 0,5(155+149,9)=152,45Площадь сечения дымовой трубы, рассчитанная по среднему диаметру, м2: Fср=0,785(Dср)2Fср=0,785(1,8)2=2,54Средняя скорость газов в дымовой трубе, м/с:Средняя плотность дымовых газов в трубе, кг/м3:где: = 1,34 кг/м3- плотность дымовых газов среднего состава при нормальных физических условиях. Потери давления на трение в дымовой трубе, Па: где: значение коэффициента трения, для кирпичных труб применяется 0,04.Потери давления на выходе из дымовой трубы, Па: Суммарные потери давления в дымовой трубе равны:

Определяем самотягу дымовой трубы Нс, м: Нс=9,81Н (1,2-где: Н-высота дымовой трубы, м. — плотность дымовых газов, кг/м3.Нс=9,81*30(1,2−0,64)=164,8Тепловой расчет экономайзера с увеличенной поверхностью и байпасированием

Конденсационные теплоутилизаторы поверхностного и контактного типовпозволяют охлаждать продукты сгорания ниже точки росы и дополнительноиспользовать скрытую теплоту конденсации содержащихся в продуктахсгорания водяных паров. Механизм теплои массообмена в контактном теплообменнике при соприкосновении горячих дымовых газов (ненасыщенной парогазовой смеси) схолодной водой весьма сложен. Здесь одновременно происходят процессыконвективного теплообмена, диффузии, теплообмена при изменении агрегатногосостояния и теплопроводности. Коэффициент теплоотдачи от газов к воде вконтактном теплообменнике и от газов к поверхности нагрева в конденсационном поверхностном теплообменнике существенно выше (при прочихравных условиях), чем при «сухом», то есть чисто конвективном теплообмене. Принцип действия контактных теплообменников заключается в подогреве воды горячими продуктами сгорания при непосредственном их соприкосновении. Теплои массообмен между дымовыми газами и водой при ихнепосредственном соприкосновении происходит благодаря разности температур и парциальных давлений водяных паров. Поверхностью нагрева в контактных аппаратах является поверхность пленки, капель и струек воды, черезкоторую и происходит теплообмен между газами и водой. Одновременнопроисходит и массообмен между теплоносителями. Внедрение установок для глубокого охлаждения продуктов сгораниясдерживается отсутствием аналитических зависимостей, позволяющих рас-считывать тепломассообмен в КТ поверхностного типа, а также данных понадежной работе наружных газоходов и дымовых труб при отводе охлажденных в КТ продуктов сгорания.

Составление замкнутой системы дифференциальных уравнений, описывающих тепломассообмен при глубоком охлаждении продуктов сгорания в конденсационных теплоутилизаторах поверхностного типа, затруднительно. В конденсационных теплоутилизаторах охлаждение дымовых газов происходит до температуры 45−50 0С. Для предотвращения конденсации водяных паров с газоходах после утилизатора применяют байпасирование мимом теплоутилизатора. При смешении после утилизатора темпераутра уходящих газов становится выше точки росы (65−70 0С). Рисунок — Схема утилизации теплоты уходящих газов после экономайзера с использованием конденсационного теплообменника поверхностного типа.

1 — теплообменник, 2 -сетчатый фильтр, 3 — поворотная задвижка, 4- каплеуловитель, 5 — обдувочное устройство. По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты Qб, кДж/кг, которое должно отдать продукты сгорания при температуре уходящих газовгде: Н‘ - энтальпия продуктов сгорания на входе в теплоутилизатор, кДж/кг

Н" - энтальпия уходящих газов, кДж/кг∆аэк — присос воздуха в теплоутилизатор

Нопрс — энтальпия теоретического количества воздуха, кДж/кг — коэффициент сохранения теплоты0,95*0,7(2816,86−1048,7+0,1*386,06)=1201

Повышение КПД от утсановки теплоутилизатора равно:

где: — энтальпия уходящих газов при tух и, (кДж/м3)Н0хв. -энтальпия воздуха, поступающего в котлоагрегат (кДж/м3)tх.в. — температура холодного воздуха, равна 30ºС = 303 КQрн -низшая теплота сгорания топлива 36 680 (кДж/м3), источник 1, табл. 2.2q4 — потери теплоты от механического недожога, %, для газа q4 = 0Н0хв.= 39,8*V0где: V0 — теоретический объем сухого воздуха

Н0хв.= 39,8*9,7 = 386,06Разность КПД составит 6,26−1,8=4,46%.Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте воспринятой водой в теплоутилизаторе, определяем энтальпию воды h"эк, кДж/кг, после водяного экономайзерагде: h‘ - энтальпия воды на входе в теплоутилизатор, кДж/кгD — паропроизводительность котла, кг/сDпр -расход продувочной воды, кг/сПо энтальпии воды после теплоутилизатор, а определяем температуру воды после теплоутилизатораt"эк, °Сгде: С — теплоемкость воды, кДж/(кг*К)Определяем температурный напор в экономайзере ∆t, °С∆tб= 155−70=85°С∆tб=45−5=40°Сгде: ∆tб и ∆tм — большая и меньшая разница температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, °СВыбираем к установке

КТАН-0,5 УГ с длиной труб 2000 мм; площадь поверхности нагрева с газовой стороны 2,95 м²; площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания 0,12 м². Определяем действительную скорость, м/c продуктов сгорания в экономайзерегде: — среднеарифметическая температура продуктов сгорания в теплоутилизаторе, °С — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 = z1*Fтргде: z1 — число труб в ряду; принимаем 4 трубFтр — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, м2Fэк = 4*0,12=0,48Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2*К)где: — коэффициент тепловой эффективности, принимается по таблице 6.9 источник 1, — коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб18,8*1,02=19,2Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера Определяем общее число труб n, экономайзерагде: НТР — площадь поверхности нагрева одной трубы, м2≈ 46Определяем число рядов труб m, в экономайзере≈12Расчет выбросов от котельной завода, работающей на природном газе

Рассчитываемая газовая котельная оснащенная четырьмя котлами ДЕ-10−14,высота трубы 30 м. Выбросы при сжигании природного газа следующие: СО, NOx, Hg и парниковые газы. Показатели эмиссии при этом:

г/Гдж; г/Гдж; г/Гдж.г/Гдж; г/Гдж; г/Гдж.Пересчитываем расход газа, эквивалентный по тепловой производительности заданному количеству угля: Bг= Ву ∙Qу/Qг=1,05∙25,95/33,8=0,806 м3/с = 16 713 216 м3/год

Ву — расход угля, кг/с.Валовый выброс вредных веществ

Зная показатели эмиссии можно определить валовый выброс вредного вещества т/год, по формулегде расход топлива м3/год;теплота сгорания, МДж/кг.Для оксида углерода: г/с.Для диоксида азота: г/с.Для парниковых газов: г/с; г/с; г/с.Максимальная концентрация вещества при его рассеивании

Максимальная концентрация вещества при его рассеивании С, мг/м3, определяется по формулегде показатель стратификации атмосферы, принимаем = 200;выброс вредного вещества, г/с;коэффициент, учитывающий скорость осаждения вредных веществ, принимается для газов, для твердых частиц ;n, m, коэффициенты, принимаемые n = m = ;Н высота трубы, м;разность температур газа и окружающей среды, 132−8=124 оС;V — объем газов, м3/с, определяется по формулегде Vо — объем дымовых газов, Vо=11 м3/ м3;коэффициент избытка воздуха;

1,1 -коэффициент запаса по дымовому тракту;tГ =132 оС;расход топлива, м3. м3/с;Для оксида углерода: мг/м3.Для диоксида азота: мг/м3.Для ртути: мг/м3.Расчет ПДВПредельно-допустимый выброс определяем по формуле г/с, где фоновая концентрация вещества, принимаем предельно-допустимая концентрация вредного вещества, мг/м3;Для оксида углерода: г/с;Для диоксида азота: г/с;Для ртути: г/с.Расчет степени очистки

Необходимая степень очистки от вредных веществ определяется по формуле

Выбросы оксида углерода, диоксида азота меньше ПДВ, следовательно, очистка от этих вредных веществ не нужна. Технико-экономическое обоснование установки экономайзера с байпасированием. Среднегодовая тепловая выработка котельной равна:

Расход топлива без установки теплоутилизатора:

Расход топлива после установки теплоутилизатора:

Экономия топлива от внедрения теплоутилизатора равна:

Экономический эффект равен

КапиталовложенияОборудование

Кол-во

Цена за единицу, руб

Итого, руб

КТАН-0,5 УГ4450 0001 800 000Система автоматики1150 150 000Вспомогательное оборудование20% от стоимости основного оборудования400 400 000Проектные (5%), монтажные (25%) и наладочные (10%) работы40% от стоимости оборудования940 000Итого3 290 000Срок окупаемости капиталовложений составит:

Чистый дисконтированный доход равен:

Где К — капиталовложения, руб. Э — годовой экономический эффект, руб. K — ставка дисконтирования (0,1)T — период, год. Период, год

Доход, руб0−32 900 001−23 266 612−13 728 613−4 285 044 506 503.

Рисунок — График ЧДДЗаключение

В дипломном проекте были представленытепловой расчет котельной, который включает расчет основного и вспомогательного оборудования, тепловой и аэродинамический расчет установленных в котельной паровых котлов, расчет экономайзера увеличенной поверхности с байпасированием, расчет выбросов вредных веществ в атмосферу и расчет технико-экономических показателей модернизации котельной. На основании выше изложенного можно сделать вывод, что использование экономайзеров с увеличенной площадью теплообмена и линией байпасирования позволяет увеличить коэффициент использования топлива на котельной, тем самым снизить удельный расход топлива, а выработку теплоты и пара. Экономический расчет показал, что данное мероприятие является экономически эффективным и имеет срок окупаемости 3,4 года. Литература

Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Энергоиздат, 1982

Копко В.М., Зайцева Н. К., Базыленко Г. И. Теплоснабжение. — Минск: Вышэйшая школа, 1985

Сафонов А. П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. — М.: Энергия, 1968

Сни

П 2.

04.07−86. Тепловые сети. — М.: Государственный строительный комитет СССР, 1988

Вукалович М. П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. — М.: Машиностроение, 1967.Е. Ф. Бузников, К. Ф. Роддатис, Э. Я. Берзиныш. Производственные и отопительные котельные. — М.: «Энергоатомиздат». 1984 г. Р. Л. Ермаков, Н. Г. Захарьева.

Расчет тепловой схемы паровой котельной для выбора основного оборудования. Метод. Указания к курсовому и дипломному проектированию. — Иркутск: 2006 г. Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Л.: Энергоатомиздат, 1989

Гусев Ю. Л. Основы проектирования котельных установок. М.: Издательство литературы по строительству, 1973.Ю. М. Липов, Ю. Ф. Самойлов, Т. В. Виленский «Компоновка и тепловой расчёт парового котла». — М: «Энергоатомиздат», 1988 г. И. С. Берсенев. М. А. Волков, Ю. С. Давыдов. Автоматика отопительных котлов и агрегатов — М.: Строийиздат, 1979 г. Королев О. П., Радкевич В. Н., Сацукевич В. И. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. — Минск: БГПА, 1998

Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. — М.: Энергоатомиздат, 1989

Онищенко Н. П. Охрана труда при эксплуатации котельных установок. М.: Стройиздат, 1991.