Przedmiot opracowania: przedmiotem opracowania jest kocioł parowy opalany pyłem węgla kamiennego o wydajności 230t/h.Parametry pary świeżej produkowanej przez kocioł:p : 13,5MPa,t : 540oC
1
1
Parametry wody zasilającej: p : 18MPa t : 210oC
wz
wz
Strumień wody wtryskowej wynosi 7% strumienia pary. Pył węglowy produkowany jest w 3 młynach średniobieżnych kulowo-misowych. Węgiel wprowadzony do młyna posiada wilgotność W =14%, a pył w młynie w rownolegle c
przebiegających procesach suszenia i przemiału wynosi W =1%.Temperatura za p
podgrzewaczem powietrza wynosi θL=270 °C
Wartość opałowa paliwa wyznaczona jest w obliczeniach cieplnych na podstawie składu elementarnego masy suchej bezpopiołowej (C
,H
,N
S
,O
)
daf
daf
daf, daf
daf
z zawartości popiołu i wilgotności całkowitej wyznaczamy skład masy roboczej, który jest podstawą do wyznaczenia wartości opałowej paliwa wg wybranej formuły (Mendelejewa).
Teoretycznego zapotrzebowania powietrza oraz składu spalin powstałych na skutek spalenia przyjętego paliwa. Skład spalin wyznacza się w funkcji współczynnika nadmiaru powietrza i czterech gazowych składników (V
V
,V
,V
).
N2, RO2
O2
H20
Uwzględnimy również obecność popiołu w spalinach. Jest to podstawą do wyznaczenia podstawowej funkcji I (λ,ϑ)=ΣV (λ)*c (ϑ)*ϑ następnie projektuje się sp
i
pi
komorę paleniskową, a więc zakłada się q = i q obliczamy F i V, a następnie
v
F=
projektujemy bryłę komory paleniskowej.
Dla powierzchni opromieniowanej wyznaczonej z powierzchni kotła wyznaczamy wg Gurwicza temperaturę spalin wypływających z komory paleniskowej. Określamy wszystkie wyrażenia algebraiczne występujące we wzorze Gurwicza i metodą iteracji poszukujemy wyżej wymienioną temperaturę wylotową. Następnie wykonujemy obliczenia projektowo cieplne podgrzewacza powietrza, przegrzewacza konwekcyjnego, przegrzewacza wylotowego i podgrzewacza wody. Projekt zakończymy zestawieniem wyników obliczeń.
Kocioł OP230
Dane i zamiana jednostek
h := 3600
% := 1
m = 1 m
kJ := 1
kg = 1 kg
s = 1 s
t := 1000
kW := 1
°C := 1
t
D := 230⋅ h
:=
r
7%
Wr
12%
C
:=
⋅
:=
⋅
daf
74 %
Ndaf
1.6 %
H
:=
⋅
:=
⋅
daf
6.5 %
Sdaf
1.5 %
O
:=
⋅
daf
15.7 %
100 − W −
(
)
r
Ar
X :=
= 0.81
100
•
Skład rzeczywisty
C :=
⋅
=
r
Cdaf X
Cr 59.94
H :=
⋅
=
r
Hdaf X
Hr 5.265
S :=
⋅
=
r
Sdaf X
Sr 1.215
N :=
⋅
=
r
Ndaf X
Nr 1.296
O :=
⋅
=
r
Odaf X
Or 12.717
2. Wartość opałowa
kJ
Q :=
⋅ ⋅
+
⋅
−
⋅
−
(
) − =
ir
4.186 81 Cr 246 Hr 26 Or Sr
6Wr 24192 kg
3. Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza V
:=
⋅
+
⋅
(
) +
⋅
−
⋅
=
p_t
0.0889 Cr 0.375 Sr
0.265 Hr 0.0333 Or 6.341
4. Skład spalin
0.8⋅Nr
VN2( λ) := 0.79⋅λ⋅V
+
:=
p_t
λ
1.15
100
VN2( λ) = 5.771
V
:=
⋅
+
⋅
(
)
RO2
0.01866 Cr 0.375 Sr
V
=
RO2
1.127
V
:=
⋅
+
⋅
+
+
H20
0.111 Hr 0.0124 Wr 0.0161 Vp_t
V
=
H20
7.09
:=
⋅ ⋅
+
⋅
=
N2( λ)
0.79 λ Vp_t 0.008 Nr
VN2(λ)
5.771
V
:=
⋅
+
⋅
+
⋅
⋅
=
H2O( λ)
0.111 Hr 0.124 Wr 0.0161 Vp_t λ
VH2O(λ)
2.19
V
:=
⋅
+
⋅
(
)
=
RO2
0.01866 Cr 0.375 Sr
VRO2 1.127
V
:=
⋅
⋅( −
=
O2( λ)
0.21 Vp_t λ 1)
VO2(1.15)
0.2
V
:=
+
+
ss(λ)
VN2(λ) VO2(λ) VRO2
V
:=
+
+
+
sm(λ)
VN2(λ) VH2O(λ) VO2(λ) VRO2
V
+
(
)
H2O(λ)
VRO2
V
=
:=
sm(1.45)
11.221
r( λ)
Vsm(λ)
5.Entalpia spalin w funkcji nadmiaru i temperatury A
:=
un
0.9
A
r
I
( ,
:=
⋅
⋅ +
⋅
⋅ +
⋅
⋅ +
⋅
⋅
⋅
sp λ ϑ)
VN2(λ) CpN2(ϑ) ϑ VH2O(λ) CpH2O(ϑ) ϑ VO2(λ) CpO2(ϑ) ϑ
A
CpAsh( ϑ) ϑ
100 un
ϑ := 0.0, 0
.1. 2200.0
λ :=
:=
:=
t
1
λkp
1.15
λkg
1.25
Wykres entalpowy spalin
4
4×10
4
3.333×10
4
2.667×10
I ( , )
sp λt ϑ
4
I (
, )
sp λkp ϑ
2×10
I (
, )
sp λkg ϑ
4
1.333×10
3
6.667×10
0
3
3
3
3
3
0
500
1×10
1.5×10
2×10
2.5×10
3×10
ϑ
6. Ciepło doprowadzone do komory paleniskowej kotła ϑ :=
L
295
Q
:=
+
⋅
⋅
( )⋅
kp
Qir λkp Vp_t CpAir ϑL ϑL
Q
=
kJ
kp
27088
kg
ϑ := 1000
ϑ
:=
−
,
(
),
(
)
ad
root Qkp Isp λkp ϑ ϑ
ϑ
=
⋅
ad
2047 °C
7. Sprawność kotła
C
:=
⋅
p
12 %
ż
C
:=
⋅
lp
14 %
− 4
CO := 120⋅10
⋅%
a
:=
un
0.85
−
(
)⋅ ⋅
33850
1
aun Ar Cpż
S
:=
⋅
=
nc
0.2
ż
Q
−
ir
100
Cpż
−
(
)⋅ ⋅
33850
1
aun Ar Clp
S
:=
⋅
=
ncp
0.239
Q
−
ir
100
Clp
S
:=
+
=
sn
Snc
S
0.44
ż
ncp
• Straty
λ
:=
•
strata niezupełnego spalania (strata gazowa) wyl
1.45
12500⋅CO⋅V
(
( )
ss λwyl
S :=
=
g
0.056
Qir
ϑ
:=
wyl
145
•
strata promieniowania
S
:=
pr
0.75
ϑ
:=
pz
25
•
strata wylotowa
,
( (
) − λ ⋅ ⋅
( )⋅ )
wyl Vp_t CpAir ϑpz ϑpz
S
:=
−
(
) Isp λwyl ϑwyl
⋅
=
wyl
100
Ssn
6.906
Qir
η :=
−
+
+
+
(
) = ⋅
k
100
Ssn Sg Spr Swyl
91.8 %
:=
:=
:=
1
540
p1
13.5
twz
190
pwz
16.5
Q
:= ⋅
,
( ( ) −
,
(
) =
⋅
uz
D h_tp t1 p1
h_tp twz pwz
167590 kW
9. Zużycie paliwa
a
:=
:=
KP
8
λKP
1.15
Q
uz
s
kg
F
:=
:=
OPR
600
dpop
16
B :=
= 7.54
⋅
− 2
kg
s
η ⋅
⋅
k 10
Qir
ϑ
:=
←
bis
ϑbis
1500
for i ∈ 1 . 100
S
sn
B ← ⋅ −
0
B 1
100
Spr
ϕ ← 1 − η +
k
Spr
V
←
KP
600
F
←
KP
65
VKP
H
←
KP
FKP
h
←
⋅
K
0.25 HKP
q ←
p
1160
ϑ
←
ad
2047
ψ
←
SR
0.45
VKP
S
←
⋅
KP
3.6
FOPR
∆x ← 0
hK
X
←
+
tmax
∆x
HKP
M ← 0.54 − 0.2⋅Xtmax
V
( )
H2O λKP
r
←
H2O
V
( )
sm λKP
r
←
RO2
V
( )
sm λKP
Ar
G
← −
+
⋅
⋅
sp
1
1.306 λ
V
100
KP
p_t
A ⋅
r aun
μ
←
ash
100⋅Gsp
0.78 + 1.6⋅r
⋅
⋅
H2O
ϑbis
4300 ρsp μash
k ←
− 0.1 ⋅1 − 0.37⋅
⋅
+
rRO2
r
⋅
1000
3
RO2 SKP
2
2
ϑ
⋅
bis dpop
ρ
←
sp
1.3
− k⋅SKP
ε
← −
sp
1
e
εsp
ε
←
KP
ε
+
−
(
)
sp
1
εsp ψSR
I
,
( (
) −
,
(
)
sp λKP ϑad
Isp λKP ϑbis
VCpsr ←
ϑ
−
ad
ϑbis
ϑ
+
ad
273
ϑ
←
−
bis
273
0.6
5.67⋅ψ
⋅
⋅
+
(
)3
⋅
SR FOPR εKP ϑad
273
M⋅
+ 1
11
10
⋅ϕ⋅
B ⋅
0 VCpsr
ϑ
=
bis
1255
10. Podrzewacz powietrza
ϑ
:=
pz
25
ϑ
:=
pg
280
ϑ
=
wyl
145
Q :=
+
(
)⋅ ⋅ ⋅
( )⋅
(
) −
( )⋅
(
) =
⋅
l
λKP 0.2 Vp_t B CpAir ϑpg ϑpg
CpAir ϑpz ϑpz
24277 kW
kJ
I
:=
,
(
) Ql
+
=
⋅
eco
Isp λwyl ϑwyl
5201 kg
B
kg
ϑ := 1000
:=
−
,
(
),
(
) = ⋅
eco
root Ieco Isp λwyl ϑ ϑ
374 °C
K := 1 W := 1
m := 1
ϑ
−
(
) −
−
(
)
eco
ϑpg
ϑwyl ϑpz
∆t :=
=
⋅
l
106 K
ϑ
−
(
)
eco
ϑpg
ln ϑ −
(
)
wyl
ϑpz
− 3
− 3
3
Ψ :=
:=
:=
⋅
:=
⋅
:= ⋅
:=
l
0.9
vel1
12
dz
50 10
s1
70 10
s2
s1
z2
10
2
W
α :=
+
(
)⋅ , , , , , = ⋅
1
Alfa1sAir ϑpz ϑpg 0.5 vel1 dz s1 s2 z2 83 2
m ⋅K
W
− 3
λ :=
st
58
δ :=
⋅
r
1.5 10
m⋅K
dw := dz − 2⋅δ
:=
r
εl
0.004
vel2 := 7.5
ϑ
+
(
)
wyl
ϑeco
α :=
,
,
−
(
),
2
Alfa2Gas
vel2 r λ
dw
2
wyl
0.05
1⋅Ψ
( )l
W
k :=
= 19⋅
1
δr
2
+
1
+
+
m ⋅K
εl
α1
λst
α2
Ql
2
H :=
=
⋅
l
12275 m
− 3
k⋅10
⋅∆tl
π⋅dz⋅1 = 0.157
Hl = 78184
0.157
=
:=
:=
⋅
wz
190
pw
14
ΣDwtr
0.07 D
t
:=
( ) − = ⋅
eco
tSat pw
30
307 °C
Q
:=
−
(
)⋅
,
−
(
) −
,
( (
) =
⋅
eco
D
ΣDwtr h_tp teco pwz 0.5
h_tp twz pwz 33257 kW
I
:=
−
,
(
) Qeco
+
=
⋅
pk
Isp λwyl 0.05 ϑeco
9450 kW
B
ϑ
:=
−
−
,
(
),
(
) = ⋅
pk
root Ipk Isp λwyl 0.05 ϑ ϑ
680 °C
∆ := ϑ
−
pk
teco
δ := ϑ
−
eco
twz
(∆ − δ)
∆t
:=
=
⋅
eco
267 K
∆
ln
δ
− 3
− 3
− 3
3
dz :=
⋅
:= ⋅
:=
− ⋅
:=
⋅
:=
⋅
e
38 10
δe
4 10
dwe
dze 2 δe
s1e
60 10
s2e
s1e 4
vel2s := 5.5
z
:=
2e
10
W
α :=
⋅
+
(
), ,
−
(
), , , , = ⋅
1
Alfa1s 0.5 ϑpk ϑeco vel2s r λwyl 0.1 dze s1e s2e z2e 67 2
m ⋅K
velw := 1
t
+
(
)
eco
twz
W
α :=
,
−
,
,
=
⋅
2
Alfa2
p
velw dw
8530
2
wz
0.1
e
2
m ⋅K
ε :=
:=
e
0.007
Ψeco
0.85
1⋅Ψ
(
)
eco
W
k
:=
=
⋅
eco
45
1
δe
2
+
1
+
+
m ⋅K
εl
α1
λst
α2
Qeco
2
H
:=
=
⋅
eco
2784 m
− 3
k
⋅
⋅
eco ∆teco 10
12. Przegrzewacz konwekcyjny t =
=
1
540
p1 13.5
kJ
∆i :=
,
( ) −
( ( ) =
⋅
c
h_tp t1 p1
h2Sat tSat pw
800 kg
kg
kJ
∆i
:=
=
⋅
pk
0.25∆ic 200 kg kg
kJ
i
:=
( ( ) +
=
⋅
pk
h2Sat tSat pw
∆ipk 2838 kg kg
t
:=
,
(
) = ⋅
pk
t_ph pw ipk
364 °C
ϑ
=
pk
679.62
Q
:=
−
(
)⋅
,
+
(
) −
(
( ( ) ) =
⋅
pk
D
ΣDwtr h_tp tpk pw 0.1
h2Sat tSat pw
11639 kW
I
:=
−
,
(
) Qpk
+
=
⋅
sppw
Isp λwyl 0.1 ϑpk
10693 kW
B
ϑ
:=
−
−
,
(
),
(
) = ⋅
pw
root Isppw Isp λwyl 0.1 ϑ ϑ
785 °C
ϑ
−
(
) −
−
(
( )
pw
tpk
ϑpk tSat pw
∆t
:=
=
⋅
pk
381 K
ϑ
−
(
)
pw
tpk
ln ϑ −
(
( )
pk
tSat pw
velp := 15
ε
:=
pw
0.005
tSat p
( ) +
(
)
w
tpk
α
:=
,
+
,
,
=
2pw
Alfa2
p
velp dw
7759
2
w
0.1
e
W
α
:=
⋅
+
(
), ,
−
(
), , , , = ⋅
1pw
Alfa1s 0.5 ϑpk ϑpw vel2s r λwyl 0.1 dze s1e s2e z2e 67 2
m ⋅K
Ψ
:=
pw
0.8
1⋅Ψ
(
)
pw
W
k
:=
=
⋅
pw
40
1
δr
2
+
1
+
+
m ⋅K
εpw
α1pw
λst
α2pw
Qpk
2
H
:=
=
⋅
pk
767 m
− 3
k
⋅
⋅
pw ∆tpk 10
∆i =
=
c
800.001
D
63.889
∆i
:=
⋅
=
pw
0.3 ∆ic 240
i :=
,
( ) =
1
h_tp t1 p1
3438
i
:=
−
=
pg
i1 ∆ipw 3198
Q
:= ⋅
−
(
) =
⋅
pw
D i1 ipg
15333 kW
I
:=
+
,
(
) Qpw
+
=
sppg
Isp λkp 0.1 ϑpw
12026
B
ϑ
:=
−
+
,
(
),
(
) =
⋅
pg
root Isppg Isp λkp 0.1 ϑ ϑ
928.628 °C
t
:=
,
(
) =
⋅
pg
t_ph p1 ipg
454.404 °C
ϑ
−
(
) −
−
(
)
pg
tpg
ϑpw t1
∆t
:=
=
⋅
pw
346.962 °C
ϑ −
pg
tpg
ln ϑ −
pw t1
Ψ
:=
pw
0.9
α
:=
⋅
+
(
), ,
+
(
), , , , =
1pw
Alfa1s 0.5 ϑpw ϑpg vel2s r λkp 0.1 dze s1e s2e z2e 67.486
t +
(
)
pg
t1
3
α
:=
, +
,
,
=
×
2pw
Alfa2
p
velp dw
2.819 10
2
1
0.1
e
ε :=
z
0.004
1⋅Ψpw
W
k
:=
=
⋅
pw
47
1
δ
e
2⋅
+
1
+
+
m K
εz
α
1pw
λ
st
α
2pw
Qpw
2
H
:=
=
⋅
pw
945 m
− 3
k
⋅
⋅
pw ∆tpw 10