POLITECHNIKA KRAKOWSKA im. T. Kościuszki Wydział Mechaniczny Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych

Kierunek studiów: Energetyka

Specjalność : Systemy i Urządzenia Energetyczne

STUDIA STACJONARNE

PROJEKT

KOTŁY PAROWE I WODNE

Grupa 13E8

Obliczanie szczelin wylotowych strumieniowego palnika pyłowego

TEMAT NR 6

Prowadzący:

mgr inż. Karol Majewski

Kraków, rok akad. 2014/2015

Zakres projektu

Celem zadania projektowego jest wykonanie obliczeń wymiarów charakterystycznych strumieniowego palnika pyłowego.

Wyjściowymi danymi projektowymi jest wyznaczenie strumienia podawanego paliwa dzięki bezpośredniej metodzie wyznaczania sprawności kotła.

Kolejnym krokiem jest wyznaczenie ilości działających palników oraz określenia ich zapotrzebowania na powietrze oraz wartość strumienia paliwa. Mając te wartości można wyznaczyć wymiary geometryczne dla poszczególnego palnika.

Palnik szczelinowy – schemat ideowy

Dane wejściowe:

Rodzaj węgla	Kamienny
Wartość opałowa Qi [$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$	21550
Kształt komory	Czworokątna
Ilość szczelin wylotowych k	4
kocioł	OP
Wydajność pary D [$\frac{t}{h}\rbrack$	380
Szerokość wlotu palnika b [m]	0,25
Woda zas.	Ciśnienie [MPa]
	Temperatura [°C]
Para św.	Ciśnienie [MPa]
	Temperatura [°C]
Sprawność kotła η [%]	91
p. wylotu mieszanki wm [$\frac{m}{s}\rbrack$	14
p. powietrza wtórnego ww [$\frac{m}{s}\rbrack$	56
Temperatura powietrza pierwotnego [°C]	100
Temperatura powietrza wtórnego [°C]	300
Współczynnik nadmiaru powietrza λ	1,2
Dopływ powietrza nośnego na jeden palnik ω [%]	23

1. Z zależności na sprawność bezpośrednią kotła wyznacza się strumień paliwa doprowadzonego do spalania:

$$\eta = \frac{D \times \left( i_{p1} - i_{\text{wz}} \right)}{Q_{i} \times B}$$

i_p1 = f( p = 13,9 MPa; t = 540°C ) = 3435,3 $\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$

i_wz = f ( p = 14,3 MPa; t = 227°C) = 979,07 $\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$

$$B = \frac{D \times \left( i_{p1} - i_{\text{wz}} \right)}{Q_{i} \times \eta} = \frac{380 \times (3435,3 - 979,07)}{21550 \times 0,91} = 47,6\ \lbrack\frac{t}{h}\rbrack$$

1. Wyznaczenie ilości działających palników 𝑖:

i = (n − r)×k

r = 1

i = (4−1) × 4 = 12

1. Wyznaczenie strumienia objętościowego powietrza przypadającego na jeden palnik

$$V_{pow,p} = \frac{B}{i} \times \lambda \times V_{t,pow} \times \alpha \times T_{\text{pow}} \times \omega$$

$$\alpha = \frac{1}{273}$$

$$V_{t,pow} = 1,01 \times \frac{Q_{i}}{4186,8} + 0,5\ \left\lbrack \frac{m_{n}^{3}}{\text{kg}} \right\rbrack = 1,01 \times \frac{21550}{4186,8} + 0,5 = 5,699\ \left\lbrack \frac{m_{n}^{3}}{\text{kg}} \right\rbrack$$

$$V_{pow,p} = \frac{47,6}{12 \times 3,6} \times 1,2 \times 5,7 \times \frac{1}{273} \times 373,15 \times 0,23 = 2,369\ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$$

1. Gęstość mieszaniny węglowo-powietrznej wyznacza się na podstawie:

$$\rho_{m} = \frac{G_{pow,p} + \frac{B}{i}}{V_{pow,p} + V_{B}}$$

G_pow, p = V_pow, p × ρ_pow

$$\rho_{\text{pow}} = \frac{\rho_{0}}{\alpha \times T_{\text{pow}}}$$

$$\rho_{0} = 1,293\ \lbrack\frac{\text{kg}}{m^{3}}\rbrack$$

$$\rho_{\text{pow}} = \frac{1,293}{\frac{1}{273} \times 373,15} = 0,946\ \lbrack\frac{\text{kg}}{m^{3}}\rbrack\ $$

G_pow, p = 2, 3693 × 0, 946 = 2, 241

$$V_{B} = \frac{\frac{B}{i}}{\rho_{pylu}}\ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$$

$$\rho_{pylu} = 1300\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

$$V_{B} = \frac{\frac{47,6}{12 \times 3,6}}{1300} = 0,000846\ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$$

$$\rho_{m} = \frac{2,241 + \frac{47,6}{12 \times 3,6}}{2,369 + 0,000846} = 1,141\lbrack\frac{\text{kg}}{m^{3}}\rbrack$$

1. Wyznaczenie wysokości kanału wylotowego dla mieszaniny pyłowo-powietrznej:

$$a = \frac{F_{m}}{b}$$

$$F_{m} = \frac{\frac{B}{i} + G_{pow,p}}{\rho_{m} \times w_{m}} = \frac{\frac{47,6}{12 \times 3,6} + 2,241}{1,411 \times 14} = 0,169\ \lbrack m^{2}\rbrack$$

$$a = \frac{0,169}{0,25} = 0,676\ \lbrack m\rbrack$$

1. Wysokość kanałów powietrza wtórnego:

$$a_{1} = \frac{F_{pow,w}}{2 \times b}$$

$$F_{pow,w} = \frac{V_{pow,w}}{w_{w}}\ \left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

$$V_{pow,w} = \frac{B}{i} \times \lambda \times V_{t,pow} \times \alpha \times T_{g,pow} \times \left( 1 - \omega \right)\ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$$

$$V_{pow,w} = \frac{47,6}{12 \times 3,6} \times 1,2 \times 5,699 \times \frac{1}{273} \times 573,15 \times \left( 1 - 0,23 \right) = 12,183\ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack\ $$

$$F_{pow,w} = \frac{12,183}{56} = 0,218\left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

$$a_{1} = \frac{0,218}{2 \times 0,25} = 0,436\left\lbrack m \right\rbrack$$