Тепловий та гідравлічний розрахунок котлеьного агрегату КВ-ГМ-100
- ширина а, м: а = 5,79; (1.173)
- довжина b, м: b = 2,76; (1.174)
Число труб (по кресленню)
- в одному ряді : . (1.175)
- уздовж потоку газів : . (1.176)
Загальне число труб
. (1.177)
Площа поверхні нагрівання (по кресленню) , м2
. (1.178)
Площа живого перетину для проходу газів , м2
. (1.179)
Температура газів за газоходом (приймається з наступним уточненням) , 0С
. (1.180)
Ентальпія газів за газоходом (з І- таблиці при α= 1,15) , кДж/м3
. (1.181)
Кількість теплоти по рівнянню теплового балансу , кДж/м3
. (1.182)
Середня температура газів , 0С
. (1.183)
Середня температура води в трубах , 0С
. (1.184)
Більша різниця температур , 0С
. (1.185)
Менша різниця температур , 0С
. (1.186)
Середній температурний напір , 0С
. (1.187)
Об'єм продуктів згоряння, на 1 м3 палива (з роздруківки при α=1,15) , м3/м3
. (1.188)
Середня швидкість газів , м/с
. (1.189)
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією (за номограмою 13 [1]) , Вт/м2
. (1.190)
Температура забрудненої поверхні труб , 0С
. (1.191)
Ефективна товщина випромінюючого шару , м
. (1.192)
Сумарна об’ємна доля трьохатомних газів і водяних пар (з розрахунку на ЕОМ при α=1,15)
. (1.193)
Добуток ,
. (1.194)
Коефіцієнт ослаблення променів газовим середовищем (з номограми 3 [1]) ,
. (1.195)
Ступінь чорності тіла
. (1.196)
Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням (за номограмою 19 [1]) , Вт/м2
. (1.197)
Коефіцієнт теплопередачі , Вт/м2
. (1.198)
Кількість теплоти, сприйнята поверхнею по рівнянню теплопередачі , кДж/м3
. (1.199)
Відношення
%. (1.200)
2 ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТУ
2.1 Задачі гідравлічного розрахунку
Задачею гідравлічного розрахунку прямострумних котельних агрегатів є забезпечення надійності поверхонь нагріву, раціональна компоновка їх; визначення витрат тиску в котлі, натиску живильного насосу та розробка заходів по підвищенню надійності.
При гідравлічних розрахунках визначають масові швидкості середовища, запаси надійності по стійкості струму, гідравлічним і температурним розвідкам, а також температурний режим труб, втрати тиску в елементах та котлі в цілому, необхідність установки дросельних шайб та їх розмірів. Гідравлічний розрахунок повинен виконуватися для всіх різнотипних контурів та тих однотипних, які знаходяться в найгірших умовах по обігріву та мають найбільш неблагоприємні конструктивні особливості.
В даному проекті гідравлічний розрахунок виконано для номінального навантаження. Задача розрахунку – визначити перепад тиску в водяному тракті з метою вибору живильного насосу та встановлення значень тиску в елементах тракту визначенню надійності роботи екранних труб топочної камери по мінімально допустимій швидкості руху середи в них.
Котельний агрегат складається з топочної камери, яка екранована трубами, і конвективної шахти, в якій розташовані хвостові поверхні нагріву. Водяний тракт котла розділений на два паралельних струми; при роботі котла на газі подача живильної води здійснюється в нижній колектор конвективної шахти, відпуск гарячої води здійснюється в нижній колектор конвективної шахти, відпуск гарячої води споживачу – із нижнього колектора фронтового екрана топки. По ходу обігрівної середи поверхні включен послідовно: задній екран конвективної шахти – конвективний пароперегрівач – задній екран топки – боковий екран топки – фронтовий екран топки.
Конструктивні дані елементів котлоагрегата приведені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 – Конструктивні дані елементів котлоагрегата КВ-ГМ-100
Елемент | Напрямок потоку | Число ходів, n | Число елементів на агрегаті, n, шт. | Діаметр, товщина стінки dЧS, мм | Число труб в елементів, n, шт. | Перетин елемента, F, м2 | Середня довжина труб l, мм | Висота елемента, h1 | Повороти | Колектор | Різниця відміток Δhкол, м | ||||||
Кут α | Число nпов, шт | роздаючий | збираючий | ||||||||||||||
Діаметр, товщина стінки dЧS, мм | Число nр, шт. | Перетин fр, м2 | Діаметр, товщина стінки dЧS, мм | Число nс, шт. | Перетин fр, м2 | ||||||||||||
Задній екран конвективної шахти | Підйомний | 1 | 1 | 64Ч5 | 28 | 0,064 | 10 | 10 | - | - | 273Ч35 | 1 | 0,032 | 273Ч35 | 1 | 0,032 | 10 |
Перепускні труби | Горизонтальне | 1 | 2 | 273Ч35 | 1 | 0,032 | 10 | - | 90 | 2 | - | - | - | - | - | - | - |
Конвективні пароперегрівачі | Горизонтальне та підйомне | 3 | 2 | 28Ч3 | 672 | 0,255 | 10 | 6 | 90 | 12 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 6 |
Перепускні труби | Підйомно-опускне | 1 | 2 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 10 | 5 | 90 | 3 | - | - | - | - | - | - | - |
Задній екран топки | Підйомно-опускне | 2 | 1 | 64Ч5 | 84 | 0,192 | 10,7 | 10,7 | 90 | 4 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 10,7 |
Перепускні труби | Підйомно-опускне | 1 | 2 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 10,3 | 3 | 90 | 2 | - | - | - | - | - | - | - |
Боковий екран топки | Підйомно-опускне | 4 | 2 | 64Ч5 | 96 | 0,22 | 10,3 | 10,7 |
90 70 |
8 16 |
273Ч35 | 2 | 0,032 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 10,7 |
Перепускні труби | Підйомно-опускне | 1 | 2 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 10 | 3 | 90 | 2 | - | - | - | - | - | - | - |
Фронтовий екран топки | Підйомно-опускне | 2 | 1 | 64Ч5 | 88 | 0,202 | 10,7 | 10,7 | 90 | 2 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 273Ч35 | 2 | 0,032 | 10,7 |
2.2 Визначення теплосприйняття та приростів ентальпії в елементах котла
Теплосприйняття окремих радіаційних елементів визначається за формулою, кДж/год
, (2.1)
де - коефіцієнт нерівномірності тепло сприйняття елемента, прийнятий згідно п. 5-10 та додатку І (2);
- середнє питоме тепло сприйняття радіаційних нерівномірностей, кДж/(м2·год);
- ефективна радіаційна поверхня нагріву елементу, м2.
Теплосприйняття елементів конвективних поверхонь нагріву визначається згідно «Теплового розрахунку котельних агрегатів» з урахуванням коефіцієнтів нерівномірностей теплосприйняття по додатку І[2].
Ентальпія середи в котлі кожного елементу визначається за формулою, кДж/кг
, (2.2)
де - ентальпія середи на початку елемента;
- витрата середи в елементі.
Теплосприйняття елементів котла КВ-ГМ-100 приведені в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 - Теплосприйняття елементів котла КВ-ГМ-100
Елемент |
Коефіцієнт нерівно-мірностей
|
Площа поверхонь елемента Н, м2 |
Питоме тепло- сприйняття , кДж/(м2·год) |
Кількість елементів n, шт |
Теплосприйняття , кДж/год |
Фронтовий екран топки | 1,2 | 60,8 | 587132,8 | 1 | 39259030 |
Боковий екран топки | 1 | 101,6 | 587132,8 | 2 | 1,13·108 |
Задній екран топки | 1 | 60,8 | 587132,8 | 1 | 38856450 |
Конвективний перегрівач | 1 | 2360,21 | 104617,1 | 1 | 2,5·108 |
Задній екран конвективної шахти | 1 | 0,05 | 104617,1 | 1 | 5230,8 |
Приріст ентальпії в елементах котла КВ-ГМ-100 приведені в таблиці 2.3.
Таблиця 2.3 – Приріст ентальпії в елементах котла КВ-ГМ-100
Елемент | Тепло-сприйняття, кДж/год |
Початкова ентальпія, ін, кДж/кг |
Приріст ентальпії, Δіел, кДж/кг |
Початкова ентальпія, ік, кДж/кг |
Задній екран конвективної шахти | 5230,8 | 294 | 0,42 | 294,3 |
Конвективний перегрівач | 2,5·108 | 294,3 | 216 | 510,2 |
Задній екран топки | 38856450 | 511,5 | 31 | 541,2 |
Боковий екран топки | 1,13·108 | 541,8 | 63,6 | 604,8 |
Фронтовий екран топки | 39259030 | 604,8 | 31,8 | 636 |
2.4 Розрахунок перепадів тиску в елементах котельного агрегату КВ-ГМ-100
Коефіцієнти опору водяного тракту котла приведені в таблиці 2.4.
Таблиця 2.4 - Коефіцієнти опору водяного тракту котла
Елемент |
Вхід ξвх |
Тертя |
Оберти Σξпов |
Вихід | ||
λ0 | λов | ξвих | z | |||
Задній екран конвективної шахти | 0,5 | 0,446 | 2,03 | 5,25 | 1,2 | 8,98 |
Перепускні труби | 0,5 | 0,048 | 0,48 | 3,5 | 0,8 | 5,28 |
Конвективний перегерівач | 0,5 | 1,2 | 9,53 | 24,5 | 1,2 | 35,73 |
Перепускні труби | 0,5 | 0,048 | 0,48 | 3,5 | 0,8 | 5,28 |
Задній екран топки | 0,5 | 1,74 | 17,5 | 7 | 1,2 | 26,1 |
Перепускні труби | 0,5 | 0,048 | 0,48 | 3,5 | 0,8 | 5,28 |
Боковий екран топки | 0,4 | 17,5 | 17,5 | 33,2 | 1,2 | 52,3 |
Перепускні труби | 0,5 | 0,48 | 0,48 | 3,5 | 0,8 | 5,28 |
Фронтовий екран топки | 0,4 | 17,5 | 17,5 | 7 | 1,8 | 26,1 |
Розрахунок перепадів тиску в гідравлічному тракті котла КВ-ГМ-100 приведений в таблиці 2.5.
Таблиця 2.5 – Перепади тиску в гідравлічному тракті котла КВ-ГМ-100
Величина | Розрахункова формула | Фронтовий екран топки | Перепускні труби | Боковий екран топки | Перепускні труби | Задній екран топки | Перепускні труби | Конвективний пароперегрівач | Перепускні труби | Задній екран конвективної шахти |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
Тиск середи на виході з елемента , кгс/см2 |
|
10 | 10,963 | 11,72 | 12,71 | 13,5 | 14,44 | 15 | 15,71 | 16,9 |
Витрата середи , кг/год |
Задано | 585884 | 585884 | 585884 | 585884 | 585884 | 585884 | 585884 | 585884 | 585884 |
Теплосприйняття елемента , кДж/год |
По табл. 2.2 | 39259030 | - | 1,13·108 | - | 38856450 | - | 2,5·108 | - | 530,8 |
Масова швидкість середовища в елементі , кг/(м2/с) |
|
805,7 | 5085,8 | 739,75 | 5085,8 | 847,6 | 5085,8 | 638,2 | 5085,8 | 2542,9 |
Приріст ентальпії середовища в елементі , кДж/кг |
|
31,8 | - | 63,6 | - | 31 | - | 215,8 | - | 0,42 |
Ентальпія середовища на виході з елемента , кДж/кг |
|
636,6 | 604,8 | 604,8 | 541,2 | 541,2 | 510,2 | 510,2 | 294,3 | 294,3 |
Те ж на вході , кДж/кг |
|
604,8 | 604,8 | 541,2 | 541,2 | 510,2 | 510,2 | 294,3 | 294,3 | 294 |
Середня ентальпія середовища в елементі , кДж/кг |
|
620,7 | 604,8 | 570,9 | 541,2 | 525,7 | 510,2 | 400,1 | 294,3 | 294,3 |
Повний коефіцієнт опору z |
По і та Рк |
0,001089 | 0,001083 | 0,001075 | 0,001069 | 0,001065 | 0,00106 | 0,001039 | 0,001022 | 0,001022 |
Перепад тиску в елементі , кгс/см2 |
|
939,5 | 939,5 | 7538,4 | 1568,2 | 7441 | 1017,8 | 7378,4 | 7113,8 | 3024,7 |
Повний коефіцієнт опору z | По табл. 2.4 | 26,1 | 26,1 | 5,28 | 52,3 | 5,28 | 21,1 | 5,28 | 5,28 | 8,98 |
Розрахунковий коефіцієнт для збираючого колектора | По п.2 – 60(2) | 2 | - | 2 | - | 2 | - | 2 | - | 2 |
Те ж для роздаючого Ар | По п.2 – 60(2) | 0,8 | - | 0,8 | - | 0,8 | - | 0,8 | - | 0,8 |
Щільність середо-вища у роздаючому колекторі , кг/м3 |
По ін та Рк |
917,4 | - | 923,4 | - | 934,6 | - | 942,5 | - | 978,5 |
Теж у збираючому , кг/м3 |
По ік та Рк |
923,4 | - | 934,6 | - | 942,5 | - | 978,3 | - | 978,5 |
Швидкість середо-вища у роздаючому колекторі , м/с |
|
5,54 | - | 5,51 | - | 5,44 | - | 5,4 | - | 5,2 |
Теж в збираючому колекторі , м/с |
|
5,51 | - | 5,44 | - | 5,4 | - | 5,2 | - | 5,2 |
Зміна тиску по довжині роздаючого колектора , кгс/м2 |
|
2870 | - | 2857,7 | - | 2819,4 | - | 2801,6 | - | 2801,6 |
Зміна тиску по довжині збираючого колектора , кгс/м2 |
|
1148 | - | 1143,1 | - | 1127,8 | - | 1120,6 | - | 1120,6 |
Сумарна зміна тиску в колекторах для середніх труб , кгс/м2 |
|
-11,48 | - | -1714,6 | - | -1691,6 | - | 1120,7 | - | 1120,7 |
Середня щільність середовища , кг/м3 |
По і |
919,1 | 923,4 | 930,2 | 935,5 | 939 | 943,4 | 962,5 | 978,5 | 978,5 |
Нівелюючий перепад тиску в елементі , кгс/см2 |
|
9834,4 | - | 9953,4 | - | 10047,3 | - | 5871 | - | 9705 |
Сумарний перепад тиску в елементі , кгс/см2 |
|
9625,9 | 7538,4 | 9806,8 | 7441 | 9373,5 | 7378,4 | 5521 | 7113,8 | 11689 |
2.5 Результати розрахунку елементів гідравлічного тракту котла КВ-ГМ-100
Результати гідравлічного розрахунку котла КВ-ГМ-100 приведені в таблиці 2.6.
Таблиця 2.6 - Результати гідравлічного розрахунку котла КВ-ГМ-100
Витрата G, кг/год | Масова швидкість wV, кг/(м2·с) | Тепло-сприйняття Q, кДж/год | Тиск на виході Рвих, кгс/см2 | Перепад тиску ΔР, кгс/см2 | Ентальпія на виході ік, кДж/кг | Приріст ентальпії, кДж/кг | Температура на виході, tк, 0С | |
Задній екран конвективної шахти | 585884 | 805,7 | 39259030 | 10 | 0,963 | 636,6 | 31,8 | 150 |
Перепускні труби | 585884 | 5085,8 | - | 10,963 | 0,757 | 604,8 | - | 143,5 |
Конвективний перегерівач | 585884 | 739,75 | 1,13·108 | 11,72 | 0,99 | 604,8 | 63,6 | 143,5 |
Перепускні труби | 585884 | 5085,8 | - | 12,71 | 0,79 | 741,8 | - | 129 |
Задній екран топки | 585884 | 847,6 | 38856450 | 13,5 | 0,96 | 741,8 | 31 | 129 |
Перепускні труби | 585884 | 5085,8 | - | 14,44 | 0,56 | 511,5 | - | 121 |
Боковий екран топки | 585884 | 638,2 | 2,5·108 | 15 | 0,71 | 511,5 | 215,8 | 121 |
Перепускні труби | 585884 | 5085,8 | - | 15,71 | 1,19 | 294,3 | - | 70 |
Фронтовий екран топки | 585884 | 2542,9 | 5230,8 | 16,9 | 1,2 | 294 | 0,42 | 70 |
Для циркуляції води в контурі котла необхідний мережний насос з характеристиками:
витрати води – 1235 м3/год (1170780 кг/год);
корисний напір – 125 м вод. ст.
Даним вимогам задовольняє насос мережної води Д1250-125 з електродвигуном А2-5005-4 (N=636 кВт; n = 140 хв-1), який забезпечує витрату води 1250 м3/год з натиском 125 м вод. ст. з максимальним ККД.
ЛІтература
Суриков В.С. – Основи теплової та електронної побутової техніки – М. «Протон» - 2001 г.
Карков И.С. – Физика элементарных частиц. – М. – 1999 г.
Синджанов И.К. Электродинамика – М. 2005 г.
Электротехнические материалы. Справочник / В.Б. Березин, Н.С. Прохоров, А.М. Хайкин. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 504с.
Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы . - М.: Радио и связь, 1999. - 352с.
Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов и др.; Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1997. - 352с.
Справочник по отопительной электротехники: ремонт / Под ред. И.И. Четверткова, В.Ф. Смирнова. - М.: Радио и связь, 2003. - 576с.