КП Топливо 'Расчет водогрейного котла на газу' АЖМ 2017г

Формат документа: docx
Размер документа: 0.14 Мб




Прямая ссылка будет доступна
примерно через: 45 сек.



  • Сообщить о нарушении / Abuse
    Все документы на сайте взяты из открытых источников, которые размещаются пользователями. Приносим свои глубочайшие извинения, если Ваш документ был опубликован без Вашего на то согласия.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ И ГУМАНИТАРИЗАЦИИ
Кафедра ЮНЕСКО
« Энергосбережение и возобновляемые источники энергии»
Курсовой проект по дисциплине
“Топливо и его использование”
“Расчет водогрейного (парового) котла”
Выполнил: студент гр.10802115
Алпысбай Ж.М

Проверил: доцент, к.т.н.
Пальчёнок Г.И.
Минск 2017
Задание
Исходные данные:
Топливо Состав сухого газа, % по объёму
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2 CO2
Прир.Газ(Сред.Азия-Центр 93,8 3,6 0,7 0,2 0,4 0,7 0,6
Рассчитать
низшую и высшую теплоту сгорания топлива на рабочую, горючую и сухую массы;
теоретический объем воздуха, необходимого для горения;
объем сухих продуктов сгорания;
теоретический объем трехатомных газов;
теоретический объем азота;
теоретический объем водяных паров;
теоретический объем продуктов сгорания;
действительный объем воздуха, необходимого для горения;
действительный объем продуктов сгорания;
топливный коэффициент Бунте;
максимальный объем трехатомных газов;
располагаемую теплоту котельного агрегата;
энтальпии теоретическую энтальпию газов (теоретического объема газов) и воздуха (избыточного объема воздуха), а также действительную энтальпию газов (действительного объема газов) (продуктов сгорания) в диапазоне температур 100–1500 0C; построить H-ϑ диаграмму по результатам всех трёх расчетов;
потерю теплоты с уходящими газами q2;
потерю теплоты с химическим недожогом q3 (по заданной в технической характеристике котла предельной величине выброса СО использовать формулу для неполного сжигания; в противном случае принимать q3 по справочным материалам;
потерю теплоты с механическим недожогом q4 по справочным материалам;
потерю теплоты от наружного охлаждения q5;
потерю теплоты с физической теплотой удаляемых шлаков q6;
теплоту, полезно использованную в котле;
КПД брутто котла по обратному балансу;
полный и расчётный расходы топлива на котёл.
Коэффициенты избытка воздуха в топке, температуры уходящих газов и горячего воздуха на входе в котел принять по прилагаемым к заданию справочным материалам, а также по техническим характеристикам котлов.
Жаротрубно-дымогарный трёхходовой водогрейный
котел ВА-3000 предназначен для сжигания природного газа или жидкого топлива с целью получения тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных здании. Котел применяется во всех электрифицированных зонах с питанием от сети переменного тока напряжением 380/220 В с частотой 50 Гц.
Параметры котла:
Номинальная теплопроизводительность3000 кВт
Рабочее давление (не более) 0,6МПа(1МПа)
Температура воды на входе в котёл 70°C
Температура воды на выходе в котёл 95°C
Аэродинамическое сопротивление 1000 Па
Водяной объем 9,9 м3
Диапазон регулир. теплопроизводительности40-100%
Масса при давлении 0,6МПа: 10170 кг
масса при давлении 1,0МПа: 11360 кг
КПД 92%
Расход газа 347 м3/ч
Температура уходящих газов 150°C
Расчет
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛА ВА-3000
Исходные данные приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Исходные данные
Топливо Состав сухого газа, % по объёму
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2 CO2
Прир.Газ(Сред.Азия-Центр 93,8 3,6 0,7 0,2 0,4 0,7 0,6
Определим низшую теплоту сгорания топлива:
Qнр=108H2+126CO+234H2S+358CH4+591C2H4+638C2H6++860C3H6+913C3H8+1135C4H8+1187C4H10+1461C5H12++1406C6H6=358CH4+638C2H6+913C3H8+1187C4H10++1461C5H12=358∙93,8+638∙3,6+913∙0,7+1187∙0,2+1461∙0,4==37338кДжм3 (2.1)Qнр=Qнс=37338 кДж/м3 (2.2)Теоретический объём воздуха, необходимый для горения.
Теоретический объем сухого воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м3 газообразного топлива, определяется по формуле:
V0=0,0478∙0,5CO+H2+1,5H2S+2CH4+m+n2CmHn-O2==0,0478∙2CH4+m+n2CmHn==0,0478∙2∙93,8+3,5∙3,6+5∙0,7+6,5∙0,2+8∙0,4=9,88м3м3(2.3)где m – число атомов углерода;
n – число атомов водорода.
Теоретический объем трехатомных газов.
Теоретический объем трехатомных газов для газообразного топлива определяется по формуле:
VRO2=0,01∙CO2+CO+H2S+mCmHm=0,01∙CO2+CH4+2C2H6++3C3H8+4C4H10+5C5H12=0,01∙0,6+93,8+2∙3,6+3∙0,7+4∙0,2++5∙0,4=1,065м3м3 (2.4)
Теоретический объём азота.
Теоретический объем азота двухатомных газов для газообразного топлива определяется по формуле:
VN20=0,79V0+N2100=0,79∙9,88+0,7100=7,8086 м3/м3 (2.5)Объем сухих продуктов сгорания.
Объем сухих продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м3 газообразного топлива при подаче теоретически необходимого объема воздуха, определяется по формуле:
VСГ=VRO2+VN20=1,065+7,8086=8,8736 м3м3 (2.6)Теоретический объем водяных паров.
Теоретический объем водяных паров для газообразного топлива определяется по формуле:
VH2O0=0,01∙H2S+H2+n2CmHm+0,124dг+0,0161V0=0,01∙ ∙2CH4+3C2H6+4C3H8+5C4H10+6C5H12+0,0161V0=0,01∙∙2∙93,8+3∙3,6+4∙0,7+5∙0,2+6∙0,4=2,205 м3м3 (2.7)
Теоретический объем продуктов сгорания.
Полный объем продуктов сгорания определяется по формуле:
VГ0=VСГ+VH2O0=8,8736+2,205=11,08 м3м3 (2.8)
Действительный объем воздуха, необходимый для горения.
Действительный объем воздуха, поступивший в топку, определяется по формуле:
VД=αm∙V0=1,05∙9,88=10,36 м3м3, (2.9)
где - коэффициент избытка воздуха в топке, примем αm=1,05 .
Действительный объем продуктов сгорания.
Действительный объем продуктов сгорания для газообразного топлива находится по формуле:
VГ=VГ0+1,061∙αm-1∙V0=11,08+1,061∙∙1,05-1∙9,88=11,58 м3м3 (2.10)Топливный коэффициент Бунте.
Топливный коэффициент Бунте является одной из характеристик топлива, зависящий от элементарного состава топлива. Для газообразного топлива коэффициент Бунте определяется по формуле:
β=0,21∙0,01N2+0,79V0VRO2-0,79=0,21∙0,01∙0,7+0,79∙9,881,065- -0,79=0,75 (2.11)Определение RO2max
RO2max — максимальное содержание трехатомных газов, которое образуется при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха. Максимальное содержание (%) трехатомных газов в сухих газах при полном сгорании топлива определяется по формуле:
RO2max=211+β=211+0,75=12% (2.12)Определим содержание RO2 в сухих газах при полном сгорании топлива:
RO2=VRO2VСГ∙100%=1,0658,8736∙100%=12 % (2.13)Получаем, что , следовательно, продукты сгорают полностью и углерод окисляется до .
Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха
Энтальпия воздуха при αm=1 и температуре t, 0С определяется по формуле:
HB0=VB0(ct)B,кДжм3 (2.14)где VB0 – теоретический объём воздуха, м3;
(ct)B – энтальпия воздуха, кДж/м3.
Тогда результаты расчёта энтальпия воздуха сведем в таблицу 2.2 для диапазона температур 100÷1500 0С.
Таблица 2.2 - Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха
t,ºС (ct)в Нºв100 132 1303,56
200 266 2626,88
300 403 3979,82
400 542 5352,51
500 684 6754,83
600 830 8196,65
700 979 9668,09
800 1130 11159,3
900 1281 12650,5
1000 1436 14181,2
1100 1595 15751,4
1200 1754 17321,6
1300 1913 18891,8
1400 2076 20501,5
1500 2239 22111,2
Энтальпия теоретического объёма газов в диапазоне температур 100÷1500 0С
Энтальпия воздуха при αm=1 и температуре t, 0С определяется по формуле:
Нг0=VRO2(ct)CO2+VN20(ct)N2+VH2O0(ct)H2O, кДжм3 (2.15)где VRO2,VN20, VH2O0 – теоретические объёмы продуктов сгорания топлива;
(ct)CO2, (ct)N2, (ct)H2O – энтальпия углекислоты, азота и водяных паров соответственно, кДж/м3 (данные энтальпии берем из приложения таблицы 1 [4]).
Результаты расчёта сводим в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 - Энтальпия теоретического объёма газов
t,ºС (ct)CO2 (ct)N2(ct)H2OHoг
100 169 130 151 1528,061
200 357 260 304 3080,767
300 559 392 463 4677,23
400 772 527 626 6317,655
500 996 664 794 7996,436
600 1222 804 967 9711,798
700 1461 946 1147 11472,06
800 1704 1093 1335 13293,26
900 1951 1243 1524 15144,35
1000 2202 1394 1725 17033,98
1100 2457 1545 1926 18927,86
1200 2717 1695 2131 20828,08
1300 2976 1850 2344 22783,91
1400 3240 2009 2558 24778,51
1500 3504 2164 2779 26757,32
Энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха αm≥1
Энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха αm≥1 определяется по формуле (16):
Hг=Нг0+αm-1∙НВ0+Нзл, кДжм3 (2.16)где Нзл – энтальпия золы, для газа Нзл=0.Результаты расчёта сводим в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 - Энтальпия продуктов сгорания газов в диапазоне температур 100÷1500 0С
t,ºС Hг100 1593,239
200 3212,111
300 4876,221
400 6585,28
500 8334,177
600 10121,63
700 11955,46
800 13851,22
900 15776,88
1000 17743,04
1100 19715,43
1200 21694,16
1300 23728,5
1400 25803,59
1500 27862,88
Из полученных данных строим диаграмму зависимости энтальпий, показанная на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Диаграмма зависимости энтальпии теоретических объемов газов и воздуха и, действительного объема продуктов сгорания от температуры
Расчет располагаемого тепла котельного аппарата
В топочном устройстве котла в процессе горения химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию нагретых продуктов сгорания.
Распределение вносимого в котельный агрегат тепла при сжигании топлива на полезно используемое и отдельные потери производится путем составления теплового баланса. Тепловой баланс составляется на 1 кг газообразного топлива применительно к установившемуся тепловому состоянию котельного агрегата.
Qрр=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6, кДж/м3 (2.17)
или в процентах от располагаемой теплоты топлива
q1+q2+q3+q4+q5+q6=100 % (2.18)
где Qрр – располагаемое тепло на 1 м3 топлива;
Q1 (q1) – теплота, полезно использованная в котлоагрегате на получение пара;
Q2 (q2) – потери теплоты с уходящими газами;
Q3 (q3) – потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;
Q4 (q4)– потери теплоты от механической неполноты сгорания
Q5 (q5) – потери тепла от наружного охлаждения котолоагрегата;
Q6 (q6) – потери теплоты с физической теплотой шлака.
Располагаемая теплота на ц
Qрр=Qнр+Qтл+Qв.вн+Qф, (2.19)
где Qнр- низшая теплота сгорания рабочей массы газообразного топлива, МДж/м3;
Qтл – физическая теплота топлива, кДж/м3;
Qв.вн – теплота, вносимая в топку с воздухом, подогретым вне котла, равна 0;
Qф – теплота, вносимая в топку с паровым дутьём, принимаем равной 0.
Qтл=cтр∙tт (2.20)
где cтр- теплоемкость рабочей массы топлива, кДж/(м3∙К), примем cтр==1,7 кДж/(м3∙К) (для метана);
tт=30 оС- температура топлива на входе в топку.
Следовательно, по формуле (2.20):
Qтл=1,7∙30=51 кДж/м3Располагаемая теплота котельного агрегата по формуле (2.19) будет равна:
Qрр=37338+51=37389 кДж/м3Потери тепла с уходящими газами.
В тепловом балансе котельного агрегата наибольшей является потеря тепла с уходящими газами. Величина её составляет 4 – 8 %. Данные потери находим по формуле:
wQ2=Hух-αух∙Hхв0∙100-q4100, (2.21)где Hух – энтальпия уходящего газа, кДж/м3;
Hхв0. – энтальпия холодного воздуха, кДж/м3;
αух – коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом, αух=1,05.
По температуре уходящих газов t=150 оС методом линейной интерполяции определяем значения CθCO2, CθN2, CθH2O, CθВ.
CθCO2=169+150-100200-100357-169=263CθN2=130+150-100200-100260-130=195CθH2O=151+150-100200-100304-151=227,5CθВ=132+150-100200-100266-132=199Энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:
Hух=Hг0+αух-1∙Hхв0==VRO2CθCO2+VN20CθN2+VH2O0CθH2O+αух-1∙Hхв0==1,065∙263+7,8086∙195+2,205∙227,5+1,05-1∙394==2304,5 кДжм3 (2.22)Энтальпия холодного воздуха:
Hхв0=V0∙cрв∙tв=9,88∙1,33∙30=394 кДжм3 (2.23)Температура воздуха в котельной tв=30 оС; средняя теплоемкость воздуха при постоянном давлении cрв=1,33 кДж/ (м3 К).
Следовательно, по формуле (2.21) абсолютная потеря тепла с уходящими газами равна:
Q2=2304,5-1,05∙394∙(100-0)100=1890,7кДжм3. Относительная потеря тепла с уходящими газами равна:
q2=Q2Qрр∙100%=1890,737389∙100=5,057% (2.24)Потери тепла от химического недожога:
q3=0,1% (2.25)
Q3=Qрр∙q3100=37389∙0,1100=37,4кДжм3 (2.26)Потери теплоты от механической неполноты сгорания:
q4=0 (2.27)
Потери тепла от наружного охлаждения.
За счет конвекции происходит отдача тепла от поверхности в окружающую среду. Потери тепла от наружного охлаждения агрегата зависят от размера и температуры его наружной поверхности, также от температуры окружающего воздуха. Количество тепла, теряемое в окружающую среду котельным агрегатом, пропорционально его тепловой мощности, т.е. полезно используемому теплу. С увеличением мощности потери q5 уменьшаются. Для данного котлоагрегата примем q5=2,5 % [4].
Следовательно, данные потери будут равны:
Q5=Qрр∙q5100=37389∙2,5100=934,7кДжм3 (2.28)Потери тепла с физического теплого шлака:
Q6=0 (2.29)Коэффициент полезного действия котла.
Коэффициент полезного действия котельного агрегата (коэффициент брутто)- характеризует степень экономичности его работы и представляет собой величину использованной в котлоагрегате теплоты к располагаемой теплоте топлива, т.е.:
ηкабр=Q1Qрр∙100 (2.30)В нашем случае
Q1=Qрр-Q2+Q3+Q5=37389-1890,7+37,4+934,7==34526,25кДжм3 (2.31)Следовательно, по формуле (2.30):
ηкабр=34526,2537389∙100=92,3 %.Расход топлива для котлоагрегата типа ВА-3000
Определяем расход топлива B, исходя из данной в технической характеристике котлоагрегата тепловой мощности Qк.а.= 3000 кВт и располагаемой теплоты Qрр. Для этого используем следующую формулу:
B=Qк.а.∙100Qрр∙ηкабр=3000∙10037389∙92,3=0,08689м3с=312,8005м3ч, (2.32)Список использованных источников
Панкратов Г.П. «Сборник задач по теплотехнике» М.: Высшая школа, 1995г.
Топливо и его использование. Лабораторный практикум для студентов специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» / Сост. Н.Г. Хутская, Г.И. Пальчёнок. – Мн.: БНТУ, 2006.
Топливо и его использование. Методическое пособие по курсовому проектированию «Расчеты эффективности процессов термохимической конверсии топлива» для студентов специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент»/ Сост. Н.Г. Хутская, Г.И. Пальчёнок.- Мн.: БНТУ, 2009.
Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергоатомиздат, 1984.
Пальченок Г.И. Конспект лекций по курсу «Топливо и его использование».
Пальченок Г.И. Справочные данные к курсовой работе по курсу "Топливо и его использование".
X