Паровой котел ДЕ 6,5-14 ГМ

2. Расчет процесса горения

2.1 Общие сведения

Производится поверочный расчет из выбранного котлоагрегата ДЕ 6,5 -14.

Основные характеристики котлоагрегата:

1.                Номинальная паропроизводительность – 6,5 т/час,

2.                Избыточное давление насыщенного пара – 1,3 МПа.

В качестве топлива используется природный газ  газопровода “Джаркак – Ташкент” со следующим объемным составом (%).

CH4 (Метан) – 95,5

C2H6 (Этан) – 2,7

C3H8 (Пропан) – 0,4

C4H10 (Бутан) – 0,2

C5H12 (Пентан) – 0,1

N2 (Азот) – 1,0

CO2 (Диоксид углерода) – 0,1

Низшая теплота сгорания газа Qнр=36680 кДж/м3,

Температура уходящих газов tух=101°С.

2.2           Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Все расчеты выполняются по формулам с источника (1).

2.2.1    Определяем теоретический объем воздуха V0, м3/м3, необходимого для полного сгорания при сжигании газа:

V0=0,0476 [0,5 СО+0,5Н2+1,5Н2S+∑(m +)СmНn-О2]

Где: m – число атомов углерода;

n – число атомов водорода.

V0=0,0476[(1+)95,5+(2+)2,7+(3+ )0,4+(4+ )0,2+(5+ )0,1]=

=0,0476[191+8,1+2,4+1,3+0,8]=9,7

2.2.2 Определяем теоретический объем азота V0N2, м3/м3, в продуктах сгорания при сжигании газа:

V0N2=0,79 V0 +

V0N2=0,79 * 9,7+=7,7

2.2.3 Определяем объём трехатомных газов VRO2, м3/м3, в продуктах сгорания при сжигании газа:

VRO2=0,01(СО2+СО+Н2S+∑ m СmНn).

VRO2=0,01(0,1+(1*95,5+2*2,7+3*0,4+4*0,2+5*0,1)=1,035

2.2.4 Определяем теоретический объём водяных паров V0H2O, м3/м3, в продуктах сгорания при сжигании газа:

V0H2O=0,01(Н2S+Н2+∑  СmНn+0,124dг.тл)+0,0161 V0

где: dг.тл – влагосодержание газообразного топлива, отнесенного к 1 м3 сухого газа, г/м3, dг.тл =10

V0H2O=0,01( *95,5+  *2,7+  *0,4+  *0,2+  *0,1+0,124*10)+

+0,0161*9,7=2,195

2.2.5 Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева.

где:   a′– коэффициент избытка воздуха перед газохода;

a″– коэффициент избытка воздуха после газохода.

a″ = a′+ Da

где:  Da – присос воздуха в поверхность нагрева,

По таблице 3,1 источник 1 для котла ДЕ 6,5 -14 присос воздуха составляет:

- топка DaТ =0,05 (α”т=1,1)

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева Da1кп=0,05 (α”1кп=1,15)

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева Da2кп=0,1 (α”2кп=1,25)

- водяной экономайзер (чугунный) Daвэ=0,08 (α”вэ =1,35)

Средний коэффициент избытка воздуха:

- топка

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева

- водяной экономайзер

Определяем избыточное количество воздуха Vвизб, м3/м3, для каждого газохода:

Vвизб = V0 (aср –1)

- топка

Vвизб (т)= 9,7(1,075 –1)=0,73

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева

Vвизб(1кп) = 9,7 (1,125 –1)=1,2

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева

Vвизб(2кп) = 9,7(1,2 –1)=1,94

- водяной экономайзер

Vвизб(вэ) = 9,7 (1,3 –1)=2,91

2.27 Определяем действительный объём водяных паров VH2O, м3/м3, для газа

V H2O=V0H2O + 0,0161 (aср–1) V0

- топка VТ H2O=2,195 + 0,0161 (1,075–1) 9,7=2,207

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева

V1кп H2O=2,195 + 0,0161 (1,125–1) 9,7=2,215

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева

V2кп H2O=2,195 + 0,0161 (1,2–1) 9,7=2,226

- водяной экономайзер

Vвэ H2O=2,195 + 0,0161 (1,3–1) 9,7=2,24

2.2.8 Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания Vг, м3/м3, для газа:

Vг= VRO2 + V0N2 +(αср-1)V0 + VH2O+ 0,0161 (aср–1) V0

- топка Vтг= 1,035 + 7,7 +(1,075-1)9,7 + 2,195 + 0,0161 (1,075–1) 9,7=11,67

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева

V1кп г= 1,035 + 7,7 +(1,125-1)9,7 + 2,195 + 0,0161 (1,125–1) 9,7=12,155

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрев

V2кп г= 1,035 + 7,7 +(1,2-1)9,7 + 2,195 + 0,0161 (1,2–1) 9,7=12,885

- водяной экономайзер

Vвэ г= 1,035 + 7,7 +(1,3-1)9,7 + 2,195 + 0,0161 (1,3–1) 9,7=13,89

2.2.9 Определяем объемные доли трехатомных газов rRO2 и водяных паров rH2O, а также суммарную объемную долю rп

rRO2= VRO2  / Vг  ; rH2O= VH2O / Vг ; rп = rRO2+ rH2O

- топка

rт RO2= 1,035  / 11,67= 0,089; rH2O= 2,195 / 11,67=0,188; rп = 0,089+ 0,188=0,277

- первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева

r1кп RO2= 1,035  / 12,155=0,085;  rH2O= 2,195 / 12,155=0,181;  rп = 0,085+ 0,181=0,266

- второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева

r2кп RO2= 1,035  / 12,885=0,080;  rH2O= 2,195 / 12,885=0,17;  rп = 0,080+ 0,170=0,25

- водяной экономайзер

rвэ RO2= 1,035  / 13,89=0,075;  rH2O= 2,195 / 13,89=0,16;  rп = 0,075+ 0,16=0,235

2.2.10  Теоретический объем продуктов сгорания  V0 г  (м3/м3):

V° г= V° RO2 + V0N2  + V° H2O

V° г= 1,035 + 7,7  + 2,195 =10,93

Все расчетные данные заносятся в таблицу 1.

Таблица 1. Объемов продуктов сгорания.

3. Построение Н-Т диаграммы

Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт производим для всего возможного диапазона температур после поверхностей нагрева от 100 до 21000C. Энтальпии на 1 м3 воздуха, трехатомных газов, азота, водяных паров (кДж/м3, принимаются из таблицы 3,4, источник 1.

3.1 Определяем энтальпию теоретического объема воздуха Н0в (кДж/м3), для всего выбранного диапазона температур:

Н0в=V0*(Ct) возд.

Для 100°С                                                Н0в=9,7*133=1290,1

Для 200°С                                                Н0в=9,7*267=2589,9

Для 300°С                                                Н0в=9,7*404=3918,8

Для 400°С                                                Н0в=9,7*543=5267,1

Для 500°С                                                Н0в=9,7*686=6654,2

Для 600°С                                                Н0в=9,7*832=8070,4

Для 700°С                                                Н0в=9,7*982=9525,4

Для 800°С                                                Н0в=9,7*1134=10999,8

Для 900°С                                                Н0в=9,7*1285=12464,5

Для 1000°С                                              Н0в=9,7*1440=13968

Для 1100°С                                              Н0в=9,7*1600=15520

Для 1200°С                                              Н0в=9,7*1760=17072

Для 1300°С                                              Н0в=9,7*1919=18614,3

Для 1400°С                                              Н0в=9,7*2083=20205,1

Для 1500°С                                              Н0в=9,7*2247=21795,9

Для 1600°С                                              Н0в=9,7*2411=23386,7

Для 1700°С                                              Н0в=9,7*2574=24967,8

Для 1800°С                                              Н0в=9,7*2738=26558,6

Для 1900°С                                              Н0в=9,7*2906=28188,2

Для 2000°С                                              Н0в=9,7*3074=29817,8

Для 2100°С                                              Н0в=9,7*3242=31447,4

3.2 Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания Н0г (кДж/м3), для всего выбранного диапазона температур:

Н0г =VRO2*(Ct) RO2 +V0N2*(Ct) N2+V0H2O*(Ct) H2O

Для 100°С                        Н0г =1,035*170+7,7*130+2,195*151=1508,15

Для 200°С                        Н0г =1,035*359+7,7*261+2,195*305=3050,775

Для 300°С                        Н0г =1,035*561 +7,7*393+2,195*464=4625,18

Для 400°С                        Н0г =1,035*774+7,7*528+2,195*628=6245,15

Для 500°С                        Н0г =1,035*999+7,7*666+2,195*797=7911,585

Для 600°С                        Н0г =1,035*1226+7,7*806+2,195*970=9604,25

Для 700°С                        Н0г =1,035*146+7,7*949+2,195*1151=11351,055

Для 800°С                        Н0г =1,035*1709+7,7*1096+2,195*1340=13370,4

Для 900°С                 Н0г =1,035*1957+7,7*1247+2,195*1529=15029,095

Для 1000°С               Н0г =1,035*2209+7,7*1398+2,195*1730=16848,25

Для 1100°С               Н0г =1,035*2465 +7,7*1550+2,195*1932=18727,04

Для 1200°С               Н0г =1,035*2726+7,7*1701+2,195*2138=20612,02

Для 1300°С               Н0г =1,035*2986+7,7*1856+2,195*2352=22544,4

Для 1400°С               Н0г =1,035*3251+7,7*2016+2,195*2566=24781,28

Для 1500°С               Н0г =1,035*3515+7,7*2171+2,195*2789=26476,6

Для 1600°С               Н0г =1,035*3780+7,7*2331 +2,195*3010=28467,95

Для 1700°С               Н0г =1,035*4049+7,7*2490+2,195*3238=30471,11

Для 1800°С               Н0г =1,035*4317+7,7*2650+2,195*3469=33750,23

Для 1800°С               Н0г =1,035*4586+7,7*2814+2,195*3700=34535,8

Для 2000°С               Н0г =1,035*4859+7,7*2973+2,195*3939=36567,175

Для 2100°С               Н0г =1,035*5132+7,7*3137+2,195*4175=38630,645

3.3 Определяем энтальпию избыточного количества воздуха Нвизб  (кДж/м3), для всего выбранного диапазона температур:

Нвизб = (α -1) Н0в

Где: α- коэффициент избытка воздуха после газохода

Верх топочной камеры

Для 800°С                                 Нвизб = (1,1-1) 10999,8=1099,98

Для 900°С                                 Нвизб = (1,1-1) 12464,5=1246,45

Для 1000°С                               Нвизб = (1,1-1) 13968=1396,8

Для 1100°С                               Нвизб = (1,1-1) 15520=1552

Для 1200°С                               Нвизб = (1,1-1) 17072=1707,2

Для 1300°С                               Нвизб = (1,1-1) 18614,3=1861,43

Для 1400°С                               Нвизб = (1,1-1) 20205,1=2020,51

Для 1500°С                               Нвизб = (1,1-1) 21795,9=2179,59

Для 1600°С                               Нвизб = (1,1-1) 23386,7=2338,67

Для 1700°С                               Нвизб = (1,1-1) 24967,8=2496,78

Для 1800°С                               Нвизб. = (1,1-1) 26558,6=2655,86

Для 1900°С                               Нвизб = (1,1-1) 28188,2=2818,82

Для 2000°С                               Нвизб = (1,1-1) 29817,8=2981,78

Для 2100°С                               Нвизб = (1,1-1) 31447,4=3144,74

1-й конвективный пучок

Для 300°С                                  Нвизб = (1,15-1) 3918,8=587,82

Для 400°С                                  Нвизб = (1,15-1) 5267,1=790,065

Для 500°С                                  Нвизб = (1,15-1) 6654,2=998,13

Для 600°С                                  Нвизб = (1,15-1) 8070,4=1210,56

Для 700°С                                  Нвизб = (1,15-1) 9525,4=1428,81

Для 800°С                                  Нвизб = (1,15-1) 10999,8=1649,97

Для 900°С                                  Нвизб = (1,15-1) 12464,5=1869,68

Для 1000°С                                Нвизб = (1,15-1) 13968=2095,2

2-й конвективныйпучок

Для 200°С                                 Нвизб = (1,25-1) 2589,9=647,5

Для 300°С                                 Нвизб = (1,25-1) 3918,8=979,7

Для 400°С                                 Нвизб = (1,25-1) 5267,1=1316,8

Для 500°С                                 Нвизб = (1,25-1) 6654,2=1663,6

Для 600°С                                 Нвизб = (1,25-1) 8070,4=2017,6

Для 700°С                                 Нвизб = (1,25-1) 9525,4=2381,35

Водяной экономайзер

Для 100°С                                  Нвизб = (1,35-1) 1290,1=451,535

Для 200°С                                  Нвизб = (1,35-1) 2589,9=906,465

Для 300°С                                  Нвизб = (1,35-1) 3918,8=1371,58

Для 400°С                                  Нвизб = (1,35-1) 5267,1=1843,485

3.4 Определяем энтальпию продуктов сгорания Н  (кДж/м3):

Н = Н 0г+ Н визб+ Н зл

где: Нзл – энтальпия золы и определяется по формуле;

Нзл=(Ct) золы (Ар/100)αун

где: Ар- минеральные примеси, при газе Ар=0

Нзл=0

Верх топочной камеры

Для 800°С                                 Н = 16746,74+ 1552=13096,88

Для 900°С                                 Н = 16746,74+ 1552=14662,75

Для 1000°С                               Н = 16746,74+ 1552=16471,8

Для 1100°С                               Н = 16746,74+ 1552=18298,74

Для 1200°С                               Н = 18420,57+1707,2=20127,77

Для 1300°С                               Н = 20133,6+ 1861,43=21995,03

Для 1400°С                               Н = 22151,13+ 2020,51=24171,64

Для 1500°С                               Н = 23617,83+ 2179,59=25797,42

Для 1600°С                               Н = 25382,7+ 2338,67=27721,37

Для 1700°С                               Н = 27152,16+ 2496,78=29648,94

Для 1800°С                               Н = 30194,5+ 2655,86=32850,36

Для 1900°С                               Н = 30743,3+ 2818,82=33562,12

Для 2000°С                                Н = 32529,7+ 2981,78=35511,48

Для 2100°С                                Н = 34351,27+ 3144,74=37496,01

1-й конвективный пучок

Для 300°С                                  Н = 4149,58+ 587,82=4737,4

Для 400°С                                  Н = 5601,45+ 790,065=6391,52

Для 500°С                                  Н = 7094,66+ 998,13=8092,79

Для 600°С                                  Н = 8610+ 1210,56=9820,56

Для 700°С                                  Н = 10171,28+ 1428,81=11600,09

Для 800°С                                  Н = 11996,9+ 1649,97=13646,87

Для 900°С                                  Н = 13416,3+ 1869,68 =15285,98

Для 1000°С                                Н = 15075+2095,2=17170,2

2-й конвективный пучок

Для 200°С                                  Н = 2738,15+647,5=3385,65

Для 300°С                                  Н = 4149,58+979,7=5129,28

Для 400°С                                  Н = 5601,45+1316,8=6918,25

Для 500°С                                  Н = 7094,66+1663,6=8758,26

Для 600°С                                  Н = 8610+2017,6=10627,6

Для 700°С                                  Н = 10171,28+ 2381,35=12552,35

Водяной экономайзер

Для 100°С                                  Н = 1353,62+ 451,535=1805,155

Для 200°С                                  Н = 2738,15+906,465=3644,625

Для 300°С                                 Н = 4149,58+ 1371,58=5521,16

Для 400°С                                 Н = 5601,45+ 1843,485=7444,935

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2.

Таблица 2. Энтальпия продуктов сгорания.

По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов  сгорания Н от температуры Т.

4. Тепловой баланс котла

4.1 Определяем потерю тепла с уходящими газами

Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником  1.

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 К

Qрн –низшая теплота сгорания топлива    36680 (кДж/м3), источник 1, табл. 2.2

q4 – потери теплоты от механического недожога, %, для газа q4 = 0

Н0хв.= 39,8*V0

где: 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 =2816,86

4.1.2 Потери теплоты q3, q4, q5 принять согласно источнику 1.

q3 - потеря теплоты от химической неполноты сгорании, q3 = 0,5 %, таблица 4.4, источник 1.

Страницы: 1, 2, 3