Расчет площади нагрева котла

Обновлено: 04.07.2024

Реферат: Тепловой расчет котла

Форсунку выбираем паровую , исходя из процентного содержания серы в топливе.

3 Определение коэффициента избытка воздуха

Для морских котлов обшитых листовым железом можно принять

выбираем , у прототипа котла

4 Определение объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива

Для твердого топлива или жидкого топлива расчет теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания при производят исходя из состава рабочей массы по следующим формулам:

Теоретический объем воздуха

теоретический объем сухих продуктов сгорания

теоретический объем дымовых газов при

W_Ф =0,4 – при постановке паровой форсунки.

Для учета лучистой составляющей газа определяют объемные доли трехатомных газов

объемная доля трехатомных газов

объемная доля водяных паров

объемная доля трехатомных газов и водяных паров

5 Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха

где: - энтальпия теоретического количества воздуха. (16)

В приведенных формулах: , , и - теплоемкости соответственно, воздуха, диоксида углерода, водяных паров и азота при постоянном давлении, кДж/м 3 К.

3-х атомные газы

2-х атомные газы

3-х атомные газы

2-х атомные газы

6 Тепловой баланс парогенератора

Целью расчета теплового баланса является определение расхода топлива. Величина расхода топлива вычисляется по формуле, полученной из уравнения «прямого» баланса парогенератора: [7]

Расчет теплового баланса начинают с вычисления располагаемой теплоты рабочей массы топлива по формуле:

Q_m -физическое тепло топлива

Удельную теплоемкость жидкого топлива можно вычислять по формуле:

где t_m – температура подогретого топлива, 0 С определяем из графика зависимости вязкости топлива от его температуры. tm = 75 0 С [1]

Величина потерь теплоты с уходящими газами вычисляется по формуле:

Для вычисления q₂ задаёмся температурой уходящих газов_. tух.г:

Затем по диаграмме J-t дымовых газов по этой температуре определяем энтальпию уходящих газов J_{ух. г.} Зависимость представлена на Рисунке 2.

Jух.г = 3616,2 кДж/кг

Температуру воздуха в машинном отделении примем: tв = 30 0 С

Теплоёмкость воздуха: Св = 1,3 кДж/кг град

Тепловые потери от химического q₃ и механического q₄ недожога для стационарных парогенераторов определяются в зависимости от конструкции топки и рода топлива

При сжигании жидкого и газообразного топлива потери от механического недожога q₄ =0.

В судовых котлах, использующих жидкое топливо, потери теплоты q₃ принимаются в пределах 0,5-1,0%. Принимаем: q₃ = 0.6 %

Потери теплоты через обмуровку стационарных котлов q₅ определяют из графика зависимости удельной потери через обмуровку от паропроизводительности

В судовых котлах q₅ принимают в пределах 1-5 %. Принимаем q₅ = 2,56 % [5]

- энтальпия питательной воды

- энтальпия насыщенного пара

7 Расчет теплообмена в топке

Для топки проводят поверочный тепловой расчет. Цель расчета – определение величины тепловосприятия (температуры дымовых газов на входе из топки ) при заданной величине радиационной поверхности нагрева .

Перед расчетом процесса теплообмена проверяют соответствие тепловыделения в топке ее размерам. Для этого сравнивают величины фактических и допустимых тепловых напряжений:

Величину объема топочного пространства берем из прототипа котла Vт=1,93

Допустимая величина теплонапряженности топочного устройства также берётся из прототипа

Условие - не выполняется

Если фактические тепловые напряжения превышают допустимые, то это означает, что размеры топки недостаточны для сжигания данного количества топлива. В этом случае по величинам допускаемых тепловых напряжений определяют объем топочного пространства: [7]

Для вычисления формулу можно переписать в виде:

Та – абсолютная температура горения (теоретическая)

Во - величина критерия Больцмана

- степень черноты топки

- температура дымовых газов на входе из топки

Поскольку величины критерия Больцмана и степени черноты топки зависят от температуры дымовых газов на выходе из топки , расчет проводят методом последовательных приближений.

В общем случае для первого приближения можно принять = 1473 К

Степень черноты камерной топки вычисляют по формуле:

- коэффициент снижения тепловосприятия зависящий от рода топлива

Для мазута = 0,55

- степень экранирования топки

Нл – площадь радиационной поверхности нагрева. Берётся из прототипа котла. [1] Нл = 6,52

Fст – суммарная поверхность стен топки

- эффективная степень черноты факела

Степень черноты светящегося пламени (факела) вычисляется по формуле:

Эффективную толщину излучающего слоя пламени вычисляют по формуле:

Для топок котлов, работающих без наддува, .

Коэффициент ослабления лучей для трехатомных газов вычисляется по формуле:

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами вычисляют по формуле:

Степень черноты не светящегося пламени (факела) вычисляется по формуле:

Коэффициент усреднения выбирается в зависимости от величины теплового напряжения топочного объема и рода топлива: [5]

при - жидкое топливо.

Критерий Больцмана вычисляют по формуле:

Коэффициент сохранения теплоты:

Теплосодержание дымовых газов , соответствующее абсолютной теоретической температуре горения , вычисляют по формуле:

По величине по диаграмме дымовых газов определяют величину абсолютной теоретической температуры горения . Зависимость представлена на Рисунке 2.

По диаграмме дымовых газов определяют также и величину теплосодержания дымовых газов на выходе из топки по температуре .

Величина коэффициента М зависит от топочного устройства. Для топки судовых котлов на мазутном отоплении М = 0,64 [5]

Величину средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания вычисляют по формуле:

По уравнению баланса для дымовых газов можно вычислить величину тепловосприятия в топке:

8 Расчет конвективных поверхностей нагрева

При расчете конвективных поверхностей используют:

а) уравнение теплового баланса, в которых приравнивается тепло, отданное газами, с одной стороны:

По диаграмме дымовых газов определяют величину по температуре . Зависимость представлена на Рисунке 2.

б) уравнение теплопередачи:

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формулам:

- коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке

Н – площадь конвективных поверхностей

- коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке, , определяется как:

- коэффициент теплоотдачи конвекцией

- коэффициент омывания труб. Как правило, для парообразующих притопочных пучков водотрубных вертикальных котлов, пучков, находящихся на резких поворотах газового потока .

При поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков труб газом или воздухом коэффициент теплоотдачи конвекцией рассчитывают по формуле:

- наружный диаметр трубы, м;

W- скорость газового потока, ;

- поправка на число рядов труб;

- поправка на компоновку;

- кинематическая вязкость для продуктов сгорания;

Физические параметры , , для воздуха и продуктов сгорания среднего состава принимают по средней температуре потока из таблицы. [5]

Расчет водяного теплового аккумулятора систем отопления

Исходная "формула" для расчета накопленной энергии:
Для нагрева 1 тонны воды на 1*С необходимо 1,16кВт*часа энергии. Значит для нагрева на 40*С - 46,4кВтчаса.
Надо учитывать, что дельта в 40*С это наиболее близкая к максимально- реальной дельте температур в тепловом аккумуляторе. Лучше конечно больше, но заметно больше получается редко, а меньше - не выгодно. Хотя, стремиться повысить эту дельту - надо.

Сначала - про единицы измерения теплопотерь.
Это - Ватты и киловатты.
Теплопотери это - потери энергии в единицу времени.
Т.е., кВт*часы в час (кВт* час / час ). Часы сокращаются, остаются киловатты.
Для этого расчета надо знать теплопотери дома в формате "кВт при дельте температур улица-дом". К примеру, по последнему СНиПу теплопотери должны быть не больше, чем 50 Вт/кв.метр отапливаемой площади дома при максимально холодной неделе (для Москвы - минус 28*С)). Т.е., если дом - 100кв.м., то по этому СНиПу его теплопотери при -28*С будут 5кВт. Это - без учета потерь на ГВС и вентиляцию!
Если Вы хотите отапливать такой дом, то при -28*С на улице Вам надо иметь в сутки 120кВтчасов энергии (5кВт*24часа).
Предположим, что накопление энергии в тепловом аккумуляторе будет идти 7 часов (это - обычно длительность ночного электротарифа). Тогда суммарная мощность нагревателей должна быть 17кВт (120кВтчасов/7часов). А накоплено в тепловом аккумуляторе за ночь будет 85кВтчасов (120кВтчасов минус 5кВт*7часов, которые потрачены на отопление ночью).
Т.е., Вам надо к утру иметь в тепловом аккумуляторе 85кВтчасов при дельте температур в тепловом аккумуляторе (нагрето-остыло) 40*С.
Примечание:
Вообще-то, дом должен быть теплым не в среднем за неделю, а в любую микросекунду, поэтому лично я взял бы для расчетов (при суточном цикле нагрева-остывания теплового аккумулятора) не "самую холодную неделю", а самую холодную ночь. В этом случае взятые выше -28*С окажутся завышенными. Я бы взял, например, -35*С (для Московии).

В тонне воды (см. "формулу" выше) при дельте 40*С содержится 46кВтчасов тепла. Это значит, что для накопления 85кВтчасов надо 1,8 тонны воды (85/46).
Все необходимые для Вас перерасчеты под свои условия здесь должны быть линейны, т.е. пропорциональны изменениям площади дома, дельтам температур и теплопотерям.
Для снижения объема теплового аккумулятора можно еще постараться максимизировать дельту температур в нём, сделав её выше 40*С. При отапливаемых полах это вполне реально.

4. Что делать если немного не хватает мощности сети?
1. Дополнительно утеплить дом.
2. В самые морозы закрыть и не отапливать некоторые комнаты.
3. Увеличить подводимую мощность сети (через поставщика э/энергии) и внутреннюю, при необходимости.
4. Включать нагрев теплового аккумулятора не только в ночное время, но (в самые морозы) и днем. А т. к. самые морозы бывают не часто, то и финансовые потери на дневной тариф будут небольшими.
5. Добавить в систему твердотопливный котел - как резервное отопление и как добавка в морозы. Считаю, что при электро-отоплении резервное отопление очень желательно в любом случае. Я для себя в этом вопросе разобрался: Стратегия твердотопливного круглогодичного отопления.
Ну, или заключить с энергетиками жестокий для них договор, чтобы почти никогда (надолго) не отключали э/э. Впрочем, тому кто это сможет сделать надо будет вручить орден "За заслуги перед Отечеством" (и это - не шутка, хоть и забавно звучит).
6. При работе на пределе электро-мощностей можно использовать реле приоритета (реле разгрузки), которые, при необходимости, на короткое время будут отключать мощные нагреватели (а лучше - только часть из них) для возможности использования других потребителей без превышения предельной мощности сети. Если эти "другие потребители" находятся внутри дома, то вся электроэнергия потраченная на них всё равно перейдет в тепло.

Читайте также: