- •«Самарский государственный технический университет»
- •Постановка задачи
- •Описание технологической схемы
- •Технологический расчет печи
- •Расчет котла-утилизатора
- •Расчет воздухоподогревателя
- •Расчет ктаНа
- •Расчет коэффициента полезного действия теплоутилизационной установки
- •Эксергетический анализ системы
Технологический расчет печи
Низшая теплота сгорания топлива:
,
где ρm – плотность топлива при 15оС, кг/м3.
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива:
Действительный расход воздуха:
,
где - коэффициент избытка воздуха
Удельный объем воздуха при нормальных условиях для горения 1 кг топлива:
Количества продуктов сгорания (кг), образующихся при сгорании 1 кг топлива:
Суммарное количество продуктов сгорания:
Проверка полученной величины по следующей формуле:
Объемы продуктов сгорания:
,
где -масса соответствующего газа, образующегося при сгорании 1 кг топлива;
- плотность данного газа при н.у., кг/м;
- молярная масса данного газа, кг/кмоль;
22,4-молярный объем, м /кмоль.
Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях:
Теплоемкость и энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от 100 до 1500 С:
Все расчеты сводим в таблицу:
Таблица №1
Температура |
Теплоемкость продуктов сгорания, сt, кДж/кг К |
Энтальпия продуктов сгорания, Ht, кДж/кг |
Средние удельные теплоемкости газов Ср, кДж/кг К |
||||
оС |
К |
О2 |
N2 |
CO2 |
H2O |
||
0,00 |
273,00 |
16,01 |
0,00 |
0,91 |
1,04 |
0,81 |
1,86 |
100,00 |
373,00 |
16,20 |
1619,92 |
0,92 |
1,04 |
0,87 |
1,87 |
200,00 |
473,00 |
16,39 |
3278,83 |
0,94 |
1,04 |
0,91 |
1,89 |
300,00 |
573,00 |
16,61 |
4983,61 |
0,95 |
1,05 |
0,95 |
1,93 |
400,00 |
673,00 |
16,84 |
6736,85 |
0,97 |
1,06 |
0,99 |
1,95 |
500,00 |
773,00 |
17,06 |
8527,80 |
0,98 |
1,07 |
1,01 |
1,98 |
600,00 |
873,00 |
17,28 |
10369,96 |
0,99 |
1,08 |
1,04 |
2,01 |
700,00 |
973,00 |
17,51 |
12259,89 |
1,00 |
1,09 |
1,06 |
2,04 |
800,00 |
1073,00 |
17,73 |
14185,43 |
1,02 |
1,10 |
1,09 |
2,08 |
1000,00 |
1273,00 |
18,12 |
18123,04 |
1,03 |
1,12 |
1,12 |
2,14 |
1500,00 |
1773,00 |
19,47 |
29206,67 |
1,10 |
1,19 |
1,19 |
2,44 |
График зависимости представлен в графическом приложении рис. 2.
Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива
Тепловой поток воспринятый водяным паром в печи (полезная тепловая нагрузка), Вт:
где - количество перегреваемого водяного пара в единицу времени;
энтальпии водяного пара на входе и выходе из печи соответственно.
Коэффициент полезного действия печи:
,
где энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь ;
потери тепла излучением в окружающую среду.
При помощи таблицы определяем, что при
Расход топлива:
Расчет камер радиации и конвекции:
Задаемся температурой дымовых газов на перевале . Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале определяем по таблице 1
Тепловой поток, воспринятый водяным паром в радиантных трубах:
где коэффициент полезного действия топки.
Тепловой поток, воспринятый водяным паром в конвекционных трубах:
Энтальпия водяного пара при входе в радиантные трубы :
Принимаем величину потерь давления водяного пара в конвекционной камере и определяем давление пара на входе в радиантные трубы:
где давление водяного пара на входе в печь.
По найденным значениям определяется температура входа водяного пара в радиантную секцию: .
Средняя температура наружной поверхности радиантных труб:
где - разность между температурой наружной поверхности радиантных труб и температурой водяного пара, нагреваемого в трубах, принимаем .
Максимальная расчетная температура горения:
,
где - приведенная температура исходной смеси топлива и воздуха;
- удельная теплоемкость продуктов сгорания при температуре
При и теплонапряженность абсолютно черной поверхности для различных температур наружной поверхности радиантных труб имеет следующие значения сведенные в таблицу:
Таблица №2
Θ |
200 |
400 |
600 |
qs |
120000 |
95000 |
60000 |
Строим график зависимости теплонапряжености от температуры стенки (графическое приложение рис. 3) и по нему определяем, что при
Полный тепловой поток, внесенный в топку:
Предварительное значение площади эквивалентной абсолютно черной поверхности:
Принимаем степень экранирования кладки и по графику для , находим, что
Величина эквивалентной плоской поверхности:
Принимаем однорядное размещение труб и шаг межу ними .
Для этих значений фактор формы
Тогда величина заэкранированной поверхности кладки:
Поверхность нагрева радиантных труб:
По найденной поверхности радиантных труб выбираем конструкцию печи строение которой представлено в графическом приложении на рис. 4.
Параметры печи:
Поверхность камеры радиации, м2 |
205 |
Поверхность камеры конвекции, м2 |
205 |
Рабочая длина печи, м |
9 |
Исполнение |
б |
Способ сжигания топлива |
Беспламенное горение |
Диаметр труб камеры радиации, мм |
152х6 |
Диаметр труб камеры конвекции, мм |
114х6 |
Число труб в камере радиации:
где наружный диаметр труб в камере радиации, м;
полезная длина радиантных труб, омываемая потоком дымовых газов.
Теплонапряженность поверхности радиантных труб:
Проверочный расчет камеры конвекции заключается в определении коэффициента теплопередачи и теплонапряженности конвекционных труб для выбранной печи.
Число труб камеры конвекции:
Средняя разность температур между дымовыми газами и нагреваемым водяным паром:
Коэффициент теплопередачи в камере конвекции:
Теплонапряженность поверхности конвекционных труб:
Гидравлический расчет змеевика печи
Расчет потери давления водяного пара в трубах камеры конвекции.
Средняя скорость водяного пара:
где расход перегреваемого в печи водяного пара;
плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции;
внутренний диаметр конвекционных труб;
число потоков в камере конвекции.
Плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции;
Значение критерия Рейнольдса:
где кинематическая вязкость водяного пара при средней температуре и давлении в камере конвекции.
Общая длина труб на прямом участке:
Коэффициент гидравлического трения:
Потери давления на трение:
Потери давления на преодоление местных сопротивлений:
где коэффициент сопротивления при повороте на 180 оС;
- число поворотов.
Общая потеря давления:
Расчет потери давления водяного пара в трубах камеры радиации.
Средняя скорость водяного пара:
где расход перегреваемого в печи водяного пара;
плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации;
внутренний диаметр радиационных труб;
число потоков в камере радиации .
Плотность водяного пара при средней температуре и давлении в камере радиации;
Значение критерия Рейнольдса:
где кинематическая вязкость при средней температуре и давлении в камере радиации.
Общая длина труб на прямом участке:
Коэффициент гидравлического трения:
Потери давления на трение:
Потери давления на преодоление местных сопротивлений:
где коэффициент сопротивления при повороте на 180 оС;
- число поворотов.
Общая потеря давления:
Суммарная величина потерь по водяному пару:
Произведенные расчеты показали, что выбранная печь обеспечит процесс перегрева водяного пара в заданном режиме.