Расчет тепловой схемы промышленной котельной

Потери теплоты с водой при  производстве химводоочистки:

 

Потери теплоты со сбрасываемой в барботер продувочной водой:

Потери в окружающую среду в  подогревателе сырой воды:

Потери с выпаром:

Итого имеем 

 

4. Определение количества котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной.

Подбирая количество устанавливаемых  котлоагрегатов, условно принимаем, что максимальная нагрузка котельной  соответствует суммарной производительности.

Выбираем котельный агрегат  типа КЕ-10-23 с номинальной паропроизводительностью  . Рассчитаем для нашей котельной требуемое число таких котельных агрегатов по формуле:

Принимаем число котлов в котельной  равное 4, при этом один котел будет резервным.

 

5. Расчет теоретических продуктов горения.

Для определения объемов продуктов  сгорания необходимо знать элементарный состав топлива, который приведен в  таблице 3. Здесь и далее объемы продуктов сгорания и воздуха  приведены к нормальным атмосферным условиям: ; 101,3 кПа (760 мм рт.ст.).

Таблица 2

Вид топлива	Рабочая масса топлива								Низшая теплота сгорания , МДж/кг
	Состав, %
Каменный уголь	13,0	19,6	2,4	1,6	50,6	3,7	1,1	8,0	20,3

1. Теоретический объем воздуха необходимый для полного сгорания топлива:

2. Объем трехатомных газов:

3. Объем азота:

4. Объем водяных паров

5. Теоретический полный объем продуктов сгорания

Произведем расчет действительных объемов продуктов сгорания для  двух вариантов конструкции котлоагрегата: с установкой экономайзера (вариант  «с») и без установки экономайзера (вариант «б»).

6. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов:

7. Действительный объем водяных паров:

8. Действительный объем продуктов сгорания:

 

6. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха.

Для определения энтальпии продуктов  сгорания необходимо знать состав, объем, а также температуру, которая  различна для вариантов с экономайзером  и без него. Значение энтальпии 1м³ различных газов и влажного воздуха в зависимости от их температуры приведены в таблице 4.

Таблица 3

t, 0С	Энтальпия газов, кДж/м3
100	170	130	151	132
200	353	260	305	267
300	560	392	463	403
400	773	527	627	542

Энтальпии газов при промежуточных  температурах определяются методом  линейной интерполяции.

1. Расчет энтальпий для варианта «с» – с установкой экономайзера:

Температура уходящих газов 

Энтальпия теоретических объемов  воздуха и продуктов сгорания:

Энтальпия действительных объемов  продуктов сгорания при температуре :

2. Расчет энтальпий для варианта «б» – без установки экономайзера:

Температура уходящих газов 

Энтальпия теоретических объемов  воздуха и продуктов сгорания:

Энтальпия действительных объемов  продуктов сгорания при температуре  :

 

7. Тепловой баланс котельного агрегата.

Низшая расчетная теплота сгорания топлива:

Для каменного угля, сжигаемого в  слоевой топке, по справочным данным имеем:

потери от химической неполноты  сгорания

потери от механической неполноты сгорания

Примем температуру холодного  воздуха

Энтальпия теоретического объема холодного  воздуха необходимого для полного сгорания 1 кг топлива ( ):

Уравнение теплового баланса:

где – располагаемое тепло, кДж/кг;

      – теплота, полезно воспринятая в котлоагрегате поверхностями нагрева;

 – потери тепла соответственно  с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механического недожога, в окружающую среду, с физическим теплом шлаков, кДж/кг.

Мы не учитываем тепло горячего воздуха, подаваемого в топку  и подогретого вне котлоагрегата, а также тепло парового дутья, затрат тепла на размораживание смерзшегося топлива и т.д. Поэтому можно принять .

Приняв располагаемое тепло  за 100%, можно записать следующее  выражение:

Составление теплового баланса  производим отдельно для двух вариантов конструкции:

1. Для котлоагрегата с экономайзером.

Потери тепла с уходящими  газами:

Для выбранного в результате расчета  тепловой схемы котлоагрегата КЕ-10-23 по справочным данным принимаем значение потерь тепла в окружающую среду: .

Рассчитаем значение коэффициента полезного действия брутто:

Из расчета тепловой схемы запишем  следующие параметры:

;	;
;	;

Расход топлива, подаваемого в  топку:

Расход полностью сгоревшего в  топке топлива:

2. Для котлоагрегата без экономайзера.

Потери тепла с уходящими  газами:

Для выбранного в результате расчета  тепловой схемы котлоагрегата КЕ-10-23 по справочным данным принимаем значение потерь тепла в окружающую среду: .

Рассчитаем значение коэффициента полезного действия брутто:

Расход топлива, подаваемого в  топку в данном варианте, изменится  только за счет изменения к.п.д. . Поэтому

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

 

8. Определение годового расхода топлива в одном агрегате.

Для сравнения экономичности котлоагрегатов различной компоновки необходимо определить годовой расход топлива в одном  котельном агрегате при номинальной нагрузке. Учитывая, что график расхода теплоты (пара) для упрощения не задан, можно принять:

, кг/год,

где 6600 – условное число часов  работы в течение года одного котельного агрегата при номинальной нагрузке;

    D_год – годовой расход пара, вырабатываемый одним котельным агрегатом;

.

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате (не зависит  от установки экономайзера и его  площади):

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива для двух вариантов:

 

9. Тепловой и конструктивный расчет экономайзера.

1. Тепловой расчет экономайзера.

Исходными данными для расчета  водяного экономайзера является:

• температура воды перед экономайзером ;
• температура газов перед экономайзером ;
• температура газов после экономайзера ;

Расчетом определяются:

• температура воды на выходе из экономайзера , .
• поверхность нагрева экономайзера , м².

Тепловосприятие экономайзера определяется из уравнения теплового баланса:

где – коэффициент сохранения тепла.

Определяем энтальпию воды, выходящей  из экономайзера:

Температуру воды после экономайзера определяем по соответствующей энтальпии  воды :

Определим поверхность нагрева водяного экономайзера:

где  – коэффициент теплоотдачи в экономайзере, ;

        – температурный напор, .

Температурный напор в экономайзере:

,

где – разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности

           нагрева,  где она наибольшая, ;

      – разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности

           нагрева,  где она наименьшая, .

Подставим значения в формулу для  определения площади поверхности экономайзера:

так как  , то экономайзер некипящий.

2. Конструктивный расчет экономайзера.

Выбираем стальной гладкотрубный  экономайзер.

Стальные гладкотрубные экономайзеры выполняют в виде горизонтальных змеевиков из бесшовных труб с наружным диаметром 28, 30, 32, 38 мм и толщиной стенок 3–3,5 мм.

Основные величины, которыми мы будем  пользоваться при разработке конструкции  стального экономайзера, примем равными:

• наружный диаметр труб ;
• расположение труб в пучке – шахматное;
• относительный шаг труб поперек хода газов ;
• относительный шаг труб по ходу газов ;

Предварительно выбрав размеры  горизонтального сечения экономайзера, увязываем их с размерами сечения газохода парогенератора. Ширина конвективного газохода для всех парогенераторов КЕ равна , а глубина для выбранного нами парогенератора КЕ–10 равна . Приняв с учетом вышеприведенных рекомендаций относительные шаги труб поперек движения газов и походу движения , радиус изгиба труб , произведем расстановку труб экономайзера.