Тепловой расчет котла excel – Тепловой расчет котла в excel. Программы

Содержание

Тепловой расчет котла в excel. Программы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЕВА Тепловой расчет котельных установок Методические указания для выполнения расчетно-графической работы №1 Саранск 2009 Введение Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными. Повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных. Тепловой расчет парового или водогрейного котла может быть конструктивным или поверочным. Конструктивный расчет выполняется при разработке новых паровых или водогрейных котлов специализированными про- ектно-конструкторскими институтами или конструкторскими бюро котлостроительных заводов. Поверочный расчет котельных агрегатов, выпускаемых промышленностью, выполняется при проектировании источника теплоснабжения, предназначенного для выработки пара или горячей воды. Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях. 2. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания 2.1. Определение коэффициентов избытка воздуха по газоходам Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчетах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной Присос воздуха принято выражать в долях теоретического количества воздуха, необходимого для горения: где V прис – количество воздуха, присасываемого в соответствующий газо- ход агрегата, приходящееся на 1 кг сжигаемого жидкого топлива или на 1 м3 газа при нормальных условиях, м3 /кг или м3 /м3. При тепловом расчете котлоагрегата присосы воздуха принимаются по нормативным данным. Значения расчетных присосов воздуха для промышленных паровых и водогрейных котлов приведены в табл. 2.1. Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к α т соответствующих при- сосов воздуха: где i – номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания; αт – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки. Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Поэтому прежде всего следует выбрать способ сжигания топлива и конструкцию принимаемой к установке топки. Выбор способа сжигания топлива и конструкции (типа) топочного устройства произво
monobit.ru

Система водяного отопления. Расчет в Excel.

Опубликовано 30 Окт 2013 Рубрика: Теплотехника | 24 комментария Сегодняшняя тема – система водяного отопления и основополагающие принципы ее расчета. Тема фундаментальная. Ознакомившись с материалом, вы получите ключ к пониманию как выполнять расчет водяного отопления любого объекта! Прочитайте очень внимательно... ...всю статью! Я попытался разложить весь материал на элементарные для простоты  восприятия «ступени». Делая шаг за шагом по «ступеням» этой своеобразной «лестницы познания», вы сможете легко достичь «вершины»! Информация, изложенная в этой статье,  не является «открытием Америки». Если вам доступно рассказали об этом когда-то преподаватели, или вы прочитали по этой тематике хорошую книгу – и все поняли, то вам, несомненно, повезло. Так случилось, что мне пришлось доходить до понимания этих, в общем-то, элементарных моментов теплотехники через значительное количество книг с иногда противоречивой и запутанной информацией. В большей степени знания пришли через практические опыты на проектируемых и действующих системах отопления завода металлоконструкций, мебельной фабрики, встроенного магазина, двух больших торговых комплексов и десятка более мелких объектов.

Укрупненный расчет в Excel системы водяного отопления.

Рассмотрим принцип действия и расчет водяного отопления на  достаточно абстрактном и простом примере. Идеализированные примеры позволяют, не отвлекаясь на рутинные громоздкие, но, по сути, элементарные вычисления, сосредоточить все внимание на главных принципиально важных вещах. Есть в русском языке заимствованное из английского языка слово «бокс», которое очень хорошо подходит в нашем случае для названия широкого круга объектов. Итак, будем отапливать бокс!

Условия задачи:

Герметичный бокс (коробка, ящик, вагончик, гараж, помещение, здание, корпус, …) в виде параллелепипеда длиной l, шириной b и высотой h заполнен воздухом, температура которого tвр /внутренняя расчетная температура/. Стенки бокса имеют толщину δ и все сделаны из одного материала, имеющего коэффициент теплопроводности λ. Со всех шести сторон бокс окружает воздушная среда с температурой tн /наружная температура/. Слово «среда» в данном случае имеет следующий смысл: масса воздуха в боксе и размеры бокса настолько малы по сравнению с массой и размерами окружающей воздушной среды, что любые изменения внутренней температуры воздуха tв никак не могут повлиять на изменение температуры воздуха снаружи tн. Внутрь бокса заведены две трубы, к которым подключен установленный внутри  прибор отопления (радиатор, конвектор, регистр). По одной из труб в прибор отопления подается от котла — источника теплоснабжения — горячая вода с  температурой t
п
/температура подачи/. По второй трубе вода, отдавшая часть тепла и остывшая до температуры tо /температура обратки/, возвращается в котел. Расход воды при этом постоянен и  равен /расчетный расход теплоносителя/. Рассматривать источник теплоснабжения и подводящие теплотрассы мы в этой задаче не будем, а примем, что на входе в бокс всегда тепловой энергии в избытке и мы можем брать ровно столько, сколько необходимо, например, при помощи автоматизированного узла подачи и учета тепловой энергии. Дополнительно известны коэффициенты теплообмена на внутренних и наружных поверхностях ограждений α1 и α2. Задан и показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления n. Схема задачи изображена на рисунке, расположенном ниже этого текста. Передняя стенка бокса условно не показана. Габаритные размеры бокса отличаются от расчетных на величину толщины стенок δ. То есть, расчетные плоскости находятся посередине толщины ограждений!

Требуется:

1. Найти расчетные теплопотери бокса и соответствующую им расчетную мощность системы водяного отопления
N
р. 2. При заданных расчетных температурах теплоносителя tпр и tор определить его расчетный расход через систему Gр. 3. Рассчитать теплопотери бокса и соответствующую им мощность водяной системы отопления N  для температур наружного воздуха tн, отличных от расчетной температуры tнр. 4. Рассчитать температуры теплоносителя – воды – на подаче tп и в обратке tо, которые обеспечат поддержание внутри бокса неизменной расчетной температуры воздуха tвр, при неизменном расчетном расходе Gр для различных температур наружного воздуха tн. Расчет будем выполнять в программе MS Excel или в программе OOo Calc. С общими правилами форматирования — использования различных цветов для заливки ячеек и окраски шрифтов — таблиц MS Excel и OOo Calc, которые применяются мной во всех файлах с программами,  можно ознакомиться на странице «О блоге».   

Исходные данные:

1. Длину бокса
l
(м) заносим в ячейку D3: 10,000 2. Ширину бокса b (м) записываем в ячейку D4: 5,000 3. Высоту бокса h (м) вводим в ячейку D5: 3,000 4. Толщину стенок бокса δ (м) вписываем в ячейку D6: 0,250 При разности температур воздуха внутри бокса и снаружи начинается теплообмен, который включает в себя три этапа: передачу тепла от внутреннего воздуха  внутренней стенке ограждения (характеризуется коэффициентом α1), передачу тепла через материал стенки (характеризуется коэффициентом λ) и передачу тепла наружному воздуху от внешней стенки ограждения (характеризуется коэффициентом α2). 5. Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения α1 (Вт/(м2*˚С)) заносим в ячейку D7: 8,700 6. Коэффициент теплопроводности материала ограждения (древесина – сосна) λ (Вт/(м*˚С)) заносим в ячейку D8: 0,140 7. Коэффициент теплообмена на внешней поверхности ограждения
α
2 (Вт/(м2*˚С)) заносим в ячейку D9: 23,000 Термин «расчетная» температура внутреннего или наружного воздуха не означает, что их нужно рассчитывать. Он означает, что эти температуры задаются для расчетов, являются исходными данными для последующих расчетов! 8. Итак, мы хотим поддерживать внутри бокса неизменную температуру воздуха tвр (˚С). Записываем в ячейку D10: 20,0 9. Расчетную температуру наружного воздуха (в данном примере — для г. Омска) tнр (˚С) вписываем в ячейку D11: -37,0 Зная характеристики теплоисточника, записываем расчетные параметры теплоносителя, которые должны быть выданы при расчетной температуре наружного воздуха! 10. Расчетную температуру воды на подаче tпр (˚С) вводим в ячейку D12: 90,0 11. Расчетную температуру воды на обратке tор (˚С) вводим в ячейку D13: 70,0 Различные приборы, применяемые для систем отопления, – батареи, радиаторы, регистры, конвекторы – имеют различную теплоотдачу при разных схемах подключения и разных температурных режимах. Коэффициент
n
характеризует нелинейность теплоотдачи каждого конкретного типа прибора и определяется заводом-изготовителем. Чем больше коэффициент n, тем быстрее уменьшается теплоотдача прибора при низкотемпературных режимах и быстрее увеличивается при высокотемпературных режимах отопления! 12. Показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления (усредненное значение в нашем примере) n записываем в ячейку D14: 1,30

Результаты расчетов:

13. Общую площадь стенок ограждения A (м2) вычисляем в ячейке D16: =2*(D3*D4+D3*D5+D4*D5) =190,000 A=2*(l*b+l*h+b*h) 14. Коэффициент теплопередачи  стенки ограждения k (Вт/(м2*˚С)) рассчитываем в ячейке D17: =1/(1/D7+D6/D8+1/D9) =0,514 k
=1/(1/α1+δ/λ+1/α2) 15. Расчетные теплопотери бокса Nр (КВт и ГКал/час) определяем в ячейке D18: =D16*D17*(D10-D11)/1000 =5,571 и в ячейке D19: =D18*0,85985/1000=0,004790 Nр=A*k*(tвр-tнр) Для равновесия системы количество тепла, потерянного в  окружающую среду должно быть равно количеству тепла, поступившему от источника теплоснабжения! Поэтому расчетная мощность системы отопления и расчетные потери тепла – это одна и та же величина! 16. Расчетный температурный напор θр (˚С) считаем в ячейке D20: =(D12-D13)/LN ((D12-D10)/(D13-D10)) =59,4 θр=(tпрtор)/ln((tпрtвр)/(tорtвр
))
17. Расчетный расход воды через систему Gр (т/час) вычисляем в ячейке D21: =D19/(D12-D13)*1000 =0,239 Gр=Nр/(tпрtор) Далее выполним моделирование работы системы отопления при различных температурах наружного воздуха. 18. Температуру наружного воздуха tн (˚С) заносим в ячейку I15: -40,0 19. Теплопотери бокса и мощность системы отопления N (КВт и ГКал/час) при температуре наружного воздуха tн=-40˚С считаем в ячейке I16: =$D$16*$D$17*($D$10-I15)/1000 =5,864 и в ячейке I17: =I16*0,85985/1000=0,00504 N=A*k*(tврtн) 20. Температурный напор θ (˚С) считаем для температуры наружного воздуха tн=-40˚С в ячейке I18: =$D$20*(I16/$D$18)^(1/$D$14) =61,8 θ=θр*(N/Nр)^(1/n) и просто пока записываем формулу в ячейку I19: =(I20-I21)/LN ((I20-$D$10)/(I21-$D$10)) θ=(tпtо)/ln((tпtвр)/(tоtвр)) В этом уравнении две неизвестные. Первая — температура воды на подаче tп, которая при температуре наружного воздуха tн=-40˚С обеспечит при  расчетном расходе Gр=0,239т/час расчетную температуру воздуха внутри бокса tвр=+20˚С. Вторая - температура воды на обратке tо, которая в результате работы системы водяного отопления установится. Чтобы найти эти две неизвестные, необходимо составить и решить систему из двух уравнений! Одно уравнение есть, составляем второе. 22. Температура воды на обратке tо (˚С), которая установится в результате остывания воды в системе отопления с расчетным расходом Gр=0,239т/час от пока неопределенной температуры воды на подаче tп. При этом расчетная температуру воздуха внутри бокса будет стабильно равной tвр=+20˚С при температуре наружного воздуха tн=-40˚С. Записываем формулу в ячейку I21: =I20-1000*I17/$D$21 tо=tпN/Gр Это второе уравнение. В нем те же две неизвестные. Итак, имеем систему из двух уравнений, одно из которых – нелинейное трансцендентное. Как решать такие уравнения я подробно рассказал в статье «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!». Но нам сейчас необходимо решить систему уравнений... 21. Делаем так: — «становимся мышью» на ячейку I19 (активируем эту ячейку) — вызываем: «Сервис» — «Подбор параметра…» — пишем в окне «Подбор параметра»: Установить в ячейке: I19 Значение: 61,8 (переписываем значение из ячейки I18) Изменяя значение ячейки: I20 — жмем на кнопку ОК — в появившемся окне «Результат подбора параметра» читаем: Подбор параметра для ячейки I19. Решение найдено. Подбираемое значение: 61,8 Текущее значение: 61,8 — жмем ОК Считываем результаты — температуру воды на подаче tп (˚С) и температуру воды на обратке (˚С) соответственно в ячейке I20: =92,9 и в ячейке I21: =I20-1000*I17/$D$21 =71,9 Далее повторяем п.18 – п.22 для других температур наружного воздуха и на этом расчет в Excel завершаем.

Замечания и выводы:

Я постоянно напоминал по ходу статьи, что расход воды, определенный для расчетных температур не изменяется и при любых других температурах наружного воздуха! Изменение количества подаваемого тепла производится изменением температуры теплоносителя – воды – на подаче. Этот способ называется качественным регулированием теплоснабжения и является «правильным»! Однако, изменить количество подаваемого тепла можно и изменяя расход теплоносителя в системе. Этот способ называется количественным регулированием и является «не совсем правильным» или «совсем не правильным». Если система отопления сложная, разветвленная, то, конечно, проще просчитать и отрегулировать гидравлику системы на один постоянный расход! При значительных изменениях расхода во время эксплуатации иногда вообще невозможно сбалансировать систему. Поэтому практику регулировки отопления закрыванием-открыванием задвижек считаю порочной и  могу рекомендовать к использованию лишь в исключительных случаях! (Вы скажите — «У нас у многих вся страна – исключительный случай!», и я буду вынужден согласиться.) Что показывают температурные графики, изображенные на рисунке выше? Они показывают, например, что при температуре наружного воздуха tн=-20˚С для того, чтобы внутри бокса температура воздуха стабильно оставалась равной tвр=+20˚С при неизменном расходе теплоносителя Gр=0,239 т/час последний должен иметь температуру на входе в систему tп=+72,7˚С. В установившемся режиме температура воды на выходе из системы отопления будет равна tо=+58,6˚С. Бокс из примера я умышленно со всех сторон оградил однотипным (деревянным) ограждением одной толщины для простоты расчета потерь тепла. В реальных жизненных примерах у объектов, как правило, ограждения имеют сложную геометрию, вырезы под окна, двери и сами сделаны из нескольких слоев различных материалов. К тому же часть ограждающих конструкций может примыкать к другим объектам или земле. Примеры расчета теплопотерь реального здания, помещения постараемся рассмотреть в ближайших статьях рубрики «Теплотехника». Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу Вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы. После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» не забудьте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку «Спам» зависит от ваших индивидуальных настроек почты)! Я не упомянул в статье ни одного СНиПа или ГОСТа, регламентирующего расчеты в рассмотренной области, хотя они, конечно, есть. Специалисты – теплотехники их знают, для них они «настольные книги». Неспециалисты из жизненного опыта решат, какая расчетная температура наружного воздуха для их географического района и какой должна быть расчетная температура воздуха внутри интересующего их объекта, или найдут легко эти значения в Интернете (включая коэффициенты теплопроводности материалов ограждений)… Главной моей целью при написании этой статьи было доходчиво и понятно донести основы расчетов теплопотерь объектов типа бокс (ограждающие конструкции и воздух внутри) и понимание основ расчетов систем водяного отопления. Насколько это удалось – решит для себя каждый из Вас, уважаемые читатели! А я надеюсь узнать об этом по Вашим комментариям к статье! Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей! Ссылка на скачивание файла: raschet-vodyanogo-otopleniya (xls 41,5KB). Другие статьи автора блога На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

al-vo.ru

Тепловой расчет котла

Тепловой расчет котла
Целью теплового расчета является определение конструктивных размеров расчетной площади теплопередающих поверхностей нагрева, обеспечивающих требуемую паропроизводительность при заданных параметрах пара, питательной воды и топлива. Одновременно с этим в задачу расчета входит определение расхода топлива, воздуха и продуктов сгорания. [1]
Исходные данные:
Тип котла: ВАГНЕР ХОХДРУК
Производительность: Dк = 1.2 (кг/с)
Давление пара: Рк = 0,7 (МПа)
Топливо: МОТОРНОЕ
Температура питательной воды: tп.в. = 70˚С
1 Определение состава рабочей массы топлива Состав горючей массы - углерод; - водород; - азот; - кислород; - сера. состав рабочей массы - зола; - влага. (1) - проверка низшая теплота сгорания кДж/кг кДж/кг (2) кДж/кг 2 Выбор топочного устройства Форсунку выбираем паровую , исходя из процентного содержания серы в топливе. 3 Определение коэффициента избытка воздуха Коэффициент избытка воздуха на выходе из котельного агрегата – αyx определяется по формуле: αyxm +∑∆α (3) где: ∆α – суммарная величина присосов холодного воздуха в газоходах котла. 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 нм3 /кг (4) нм3 /кг теоретический объем сухих продуктов сгорания нм3 /кг (5) нм3 /кг нм3 /кг (6) нм3 /кг теоретический объем дымовых газов при (7) нм3 (8) WФ =0,4 – при постановке паровой форсунки. нм3 нм3 /кг действительные объемы продуктов сгорания при избытке воздуха в газоходах α =1.2 нм3 /кг (9) нм3 /кг нм3 /кг (10) нм3 /кг Для учета лучистой составляющей газа определяют объемные доли трехатомных газов объемная доля трехатомных газов (11) объемная доля водяных паров (12) объемная доля трехатомных газов и водяных паров (13) 5 Расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания Для всех видов топлив энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, при средней расчетной температуре газа 0 С и α=1, определяют по формулам: (14) Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха [кДж/кг] (15) где: - энтальпия теоретического количества воздуха. (16) В приведенных формулах: , , и - теплоемкости соответственно, воздуха, диоксида углерода, водяных паров и азота при постоянном давлении, кДж/м3 К. Расчет энтальпии дымовых газов проводят при нескольких значениях температуры газов и воздуха от 100 до 2200 и коэффициента избытка воздуха α=1,2. Расчет сводится в Таблицу 1. По результатам таблицы строят зависимости энтальпии газов от температуры и при коэффициентах избытка воздуха равных α=1,2. Зависимость представлена на Рисунке 2. Таблица 1 mirznanii.com

2. Тепловой расчет котла

2.1. Баланс тепла котельного агрегата

Уравнение баланса тепла котельного агрегата может быть представлено в виде

а значение его коэффициента полезного действия определено из выражения.

где q3иq4- соответственно потери от химического и

механического недожога, определяемые по таблицам

основных теплотехнических ха­рактеристик.

Потеря тепла в окружающую среду q5зависит главным об­разом от теплопроизводительности котла и в случае нормальной нагрузки вычисляется по графику (рис.2.1), а при нагрузках, отличающихся от нормальной в пределах ±25%,— по формуле

Рис.2.1 График зависимости потери тепла в окружающую

среду от теплопроизводительности котла.

1-с экономайзером 2-без экономайзера

Потеря тепла в окружающую среду топкой может быть при­нята равной.

Потерю тепла от наружного охлаждения, приходящуюся на долю отдельных газоходов, можно найти, вводя в формулы для определения тепла, отдаваемого поверхностям нагрева, значе­ние коэффициента сохранения тепла φ, равного

Потеря с физическим теплом шлаком при слоевом сжига­нии ориентировочно, но с достаточной степенью точности опре­деляется по формуле

Потеря тепла с уходящими газами равна теплосодержанию газов, удаляемых в атмосферу (за вычетом количества теп­ла, вносимого с топливом, поступающим в топку воздухом и паровым дутьем) и поправкой на механический недожог и опре­деляется по уравнению

(2.1.6)

где - теплосодержание уходящих газов вккал/кг

- физическое тепло топлива вккал/кг;

- теплосодержание поступающего в топку воздуха вккал/кг;

-тепло, вносимое в установку с паровым дутьем, вккал/кг.

Физическое тепло топлива определяют по формуле

,

где - средняя теплоемкость топлива:

для твёрдых видов топлива = =0,25ккал/кг-град;

для жидкого и газообразного топлива =0,4ккал/кг-град;

- температура топлива вград.

Теплосодержание воздуха, поступающего в топку и газоходы, определяют по формуле

где Vo—теоретическое количество воздуха, необходимого для горения, в м3/кг;

- теплоёмкость воздуха и его температура.

Теплоёмкость воздуха при температуре его в пределах

0-200°C может быть принята равной =0,32ккал/м3 • град;температура воздуха при расчете типовых конструкций прини­мается равной 30°C; при расчете конкретных объектов ее сле­дует принимать в зависимости от местных условий.

Тепло, вносимое в установку с паровым дутьем, вычисляют по формуле

где - расход пара на дутье или распыливание: для дутья количество расходуемого пара составляет 0,7-0,8кг/кгтоплива; для распыливания-0,2-0.4кг/кг;

- энтальпия сухого насыщенного пара вккал/кг.

Таким образом, для определения q2 ,остается найти величину, т, е. подсчитать объем дымовых газов и оценить их температуру.

Как объемы дымовых газов, так и объемы воз­духа вычисляют в кубических метрах при нормальных условиях (0°С и 760 мм рт. ст.) для 1кгтвердого и жидкого топлива и для 1 кг3газообразного топлива.

studfiles.net

Количество теплоты и тепловая мощность. Расчет в Excel.

Опубликовано 13 Окт 2013 Рубрика: Теплотехника | 72 комментария Человечеству известно немного видов энергии – механическая энергия (кинетическая и потенциальная), внутренняя энергия (тепловая), энергия полей (гравитационная, электромагнитная и ядерная), химическая. Отдельно стоит выделить энергию взрыва,... ...энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности. Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы. Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях. Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности. Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С?.. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час?.. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры. Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы! Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов.  Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!

Количество теплоты при различных физических процессах.

Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре (при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние. Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q, подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества. 1. Твердое тело, имеющее температуру T1, нагреваем до температуры Tпл, затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1. 2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2— Q1. 3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп, затрачивая на это количество теплоты равное Q3-Q2. 4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4-Q3. 5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2. При этом затраты количества теплоты составят Q5-Q4. (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.) Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5, переводя вещество через три агрегатных состояния. Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5, пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до  температуры Т1. Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду. Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией. Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.

Главные формулы теплопередачи.

Формулы очень просты. Количество теплоты Q в Дж рассчитывается по формулам: 1. Со стороны потребления тепла, то есть со стороны нагрузки: 1.1. При нагревании (охлаждении): Q=m*c*(Т2-Т1) Здесь и далее: mмасса вещества в кг с – удельная теплоемкость вещества в Дж/(кг*К) 1.2. При плавлении (замерзании): Q=m*λ λудельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг 1.3. При кипении, испарении (конденсации): Q=m*r rудельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг 2. Со стороны производства тепла, то есть со стороны источника: 2.1. При сгорании топлива: Q=m*q qудельная теплота сгорания топлива в Дж/кг 2.2. При превращении электроэнергии в тепловую энергию (закон Джоуля — Ленца): Q=t*I*U=t*R*I^2=(t/R)*U^2 tвремя в с Iдействующее значение тока в А Uдействующее значение напряжения в В Rсопротивление нагрузки в Ом Делаем вывод – количество теплоты прямо пропорционально массе вещества при всех фазовых превращениях и при нагреве дополнительно прямо пропорционально разности температур. Коэффициенты пропорциональности (c, λ, r, q) для каждого вещества имеют свои значения и определены опытным путем (берутся из справочников). Тепловая мощность N в Вт – это количество теплоты переданное системе за определенное время: N=Q/t Чем быстрее мы хотим нагреть тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии – все логично.

Расчет в Excel прикладной задачи.

В жизни бывает часто необходимо сделать быстрый оценочный расчет, чтобы понять – имеет ли смысл продолжать изучение темы, делая проект и развернутые точные трудоемкие расчеты. Сделав за несколько минут расчет даже с точностью ±30%, можно принять важное управленческое решение, которое будет в 100 раз более дешевым и в 1000 раз более оперативным и в итоге в 100000 раз более эффективным, чем выполнение точного расчета в течение недели, а то и месяца, группой дорогостоящих специалистов…

Условия задачи:

В помещение цеха подготовки металлопроката размерами 24м х 15м х 7м завозим со склада на улице металлопрокат в количестве 3т. На металлопрокате есть лед общей массой 20кг. На улице -37˚С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть металл до +18˚С; нагреть лед, растопить его и нагреть воду до +18˚С; нагреть весь объем воздуха в помещении, если предположить, что до этого отопление было полностью отключено? Какую мощность должна иметь система отопления, если все вышесказанное необходимо выполнить за 1час? (Очень жесткие и почти не реальные условия – особенно касающиеся воздуха!) Расчет выполним в программе MS Excel или в программе OOo Calc. С цветовым форматированием ячеек и шрифтов ознакомьтесь на странице «О блоге». 

Исходные данные:

1. Названия веществ пишем: в ячейку D3: Сталь в ячейку E3: Лед в ячейку F3: Лед/вода в ячейку G3: Вода в ячейку G3: Воздух 2. Названия процессов заносим: в ячейки D4, E4, G4, G4: нагрев в ячейку F4: таяние 3. Удельную теплоемкость веществ c в Дж/(кг*К) пишем  для стали, льда, воды и воздуха соответственно в ячейку D5: 460 в ячейку E5: 2110 в ячейку G5: 4190 в ячейку H5: 1005 4. Удельную теплоту плавления  льда λ в Дж/кг вписываем в ячейку F6: 330000 5. Массу веществ m в кг вписываем соответственно для стали и льда в ячейку D7: 3000 в ячейку E7: 20 Так как при превращении льда в воду масса не изменяется, то в ячейках F7 и G7: =E7=20 Массу воздуха находим произведением объема помещения на удельный вес в ячейке H7: =24*15*7*1,23=3100 6. Время процессов t в мин пишем только один раз для стали в ячейку D8: 60 Значения времени для нагрева льда, его плавления и нагрева получившейся воды рассчитываются из условия, что все эти три процесса должны уложиться в сумме за такое же время, какое отведено на нагрев металла. Считываем соответственно в ячейке E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,7 в ячейке F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=41,0 в ячейке G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,4 Воздух также должен прогреться за это же самое отведенное время, читаем в ячейке H8: =D8=60,0 7. Начальную температуру всех веществ T1 в ˚C заносим в ячейку D9: -37 в ячейку E9: -37 в ячейку F9: 0 в ячейку G9: 0 в ячейку H9: -37 8. Конечную температуру всех веществ T2 в ˚C заносим в ячейку D10: 18 в ячейку E10: 0 в ячейку F10: 0 в ячейку G10: 18 в ячейку h20: 18 Думаю, вопросов по п.7 и п.8 быть недолжно.

Результаты расчетов:

9. Количество теплоты Q в КДж, необходимое для каждого из процессов рассчитываем для нагрева стали в ячейке D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000=75900 для нагрева льда в ячейке E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000= 1561 для плавления льда в ячейке F12: =F7*F6/1000= 6600 для нагрева воды в ячейке G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000= 1508 для нагрева воздуха в ячейке h22: =H7*H5*(h20-H9)/1000= 171330 Общее количество необходимой для всех процессов тепловой энергии считываем в объединенной ячейке D13E13F13G13h23: =СУММ(D12:h22) = 256900 В ячейках D14, E14, F14, G14, h24,  и объединенной ячейке D15E15F15G15h25 количество теплоты приведено в дугой единице измерения – в ГКал (в гигакалориях). 10. Тепловая мощность N в КВт, необходимая для каждого из процессов рассчитывается для нагрева стали в ячейке D16: =D12/(D8*60)=21,083 для нагрева льда в ячейке E16: =E12/(E8*60)= 2,686 для плавления льда в ячейке F16: =F12/(F8*60)= 2,686 для нагрева воды в ячейке G16: =G12/(G8*60)= 2,686 для нагрева воздуха в ячейке h26: =h22/(H8*60)= 47,592 Суммарная тепловая мощность необходимая для выполнения всех процессов за время t рассчитывается в объединенной ячейке D17E17F17G17h27: =D13/(D8*60) = 71,361 В ячейках D18, E18, F18, G18, h28,  и объединенной ячейке D19E19F19G19h29 тепловая мощность приведена в дугой единице измерения – в Гкал/час. На этом расчет в Excel завершен.

Выводы:

Обратите внимание, что для нагрева воздуха необходимо более чем в два раза больше затратить энергии, чем для нагрева такой же массы стали. При нагреве воды затраты энергии в два раза больше, чем при нагреве льда. Процесс плавления многократно больше потребляет энергии, чем процесс нагрева (при небольшой разности температур). Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха. Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы. После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» НЕ ЗАБУДЬТЕ  ПОДТВЕРДИТЬ ПОДПИСКУ кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку «Спам»)! Мы вспомнили понятия «количество теплоты» и «тепловая мощность», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи, разобрали практический пример. Надеюсь, что мой язык был прост, понятен и интересен. Жду вопросы и комментарии на статью! Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора скачать файл ПОСЛЕ ПОДПИСКИ на анонсы статей. Ссылка на скачивание файла: raschet-teplovoy-moshchnosti (xls 19,5KB). Другие статьи автора блога На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

al-vo.ru

Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов

Федеральное агентство по образования и науке РФ Иркутский государственный технический университет Кафедра теплоэнергетики Расчетно-графическая работа по дисциплине "Анализ теплотехнической эффективности оборудования" на тему: "Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов" Выполнил: студент гр. ТЭ-06-1 Константинов В.В. Проверил: доцент кафедры ТЭ Картавская В.М.

Введение

Полнота передачи располагаемой теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется коэффициентом полезного действия (КПД) котла брутто. Коэффициент полезного действия котла брутто можно определить, установив сумму тепловых потерь при его работе [4]: Такой метод определения называют методом обратного баланса. Погрешность определения КПД методом обратного баланса зависит от точности измерения тепловых потерь котлом. Каждая из них определяется со значительной погрешностью [5] , но относительная доля тепловых потерь составляет около десятой части общей теплоты топлива. Среднестатистические данные по тепловым потерям q 3 , q 4 , q 5 приведены в нормативном методе тепловых расчетов, потери теплоты топлива q 2 , q 6 определяются расчетом. Наибольшее значение из тепловых потерь имеет отвод теплоты из котла с уходящими газами q 2 . Она составляет q 2 = 4,5-12,0%. При сжигании малореакционных твердых топлив (каменный уголь) в зависимости от способа сжигания могут оказаться значительными потери теплоты с механическим недожогом топлива (q 4 =2-5%). Остальные потери в сумме не превышают обычно 1%. Целью расчетно-графической работы является определение КПД котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича и оценка погрешности его расчетов относительно расчетного.

Задание

Составить тепловой баланс котлоагрегата по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и определить КПД котла. Исходные данные Доля золы топлива в уносе: а ун =0,95; Содержание горючих в золе-уносе: с ун =3 %. Таблица 1. Техническая характеристика котлоагрегата Таблица 2 . Расчетные характеристики топлива из [3] 1. Расчет объемов воздуха и продуктов горения Расчет объемов воздуха и продуктов горения ведется на 1кг рабочего топлива при нормальных условиях (0о С и 101,3 кПа) по [6]. Теоретический объем сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при α=1, определяется по формуле м3 /кг. Теоретические объемы продуктов горения (при α=1): объем трехатомных газов м3 /кг; объем водяных паров м3 /кг; объем азота м3 /кг; объем влажных газов м3 /кг; объем сухих газов м3 /кг. Действительные объемы воздуха и продуктов сгорания (при αух =1,4): объем водяных паров м3 /кг; объем дымовых газов м3 /кг; объем сухих газов м3 /кг; м3 /кг. Жаропроизводительность топлива – температура, до которой нагревались бы образующиеся продукты сгорания, если бы сгорание происходило в адиабатических условиях без подогрева воздуха и при стехиометрическом [соответствующем строго реакции горения (α =1)] расходе воздуха по [6]. Жаропроизводительность топлива без учета влаги в воздухе по [4] ºС, где =4,5563 м3 /кг – объем влажных газов. Жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе по [4] ºС. Жаропроизводительность топлива с учетом расхода теплоты на расплавление золы и влаги, содержащейся в воздухе по [4]: ºС. Максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива по[4] ккал/м3 . Изменение объема сухих продуктов горения в действительных условиях и при теоретических по[4] . Соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при α=1 по[4] . Отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t ух =145ºС к их теплоемкости в температурном интервале 0ºС до t макс =2042,26ºСпо табл. 14-12 [5] c ' = 0,835. Отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0ºС до t ух =145ºС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t макс =2042,26ºСпо табл. 14-12 [5] k = 0,79. Содержание трехатомных газов в сухих газах по [4] . Максимальное содержание трехатомных газов в сухих газах по[4] . Составление теплового баланса котлоагрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты, называемым располагаемой теплотой , и суммой полезно использованной теплоты и тепловых потерь . На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход топлива. Общее уравнение теплового баланса имеет вид (в абсолютных величинах), кДж/кг: . Принимая за 100%, находим составляющие баланса (qi ) в относительных единицах. Тогда . КПД котлоагрегата (брутто) по обратному балансу , где q 2 =6,22% – потери теплоты с уходящими газами; q 3 = 0% – потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом; q 4 = 0,33% – потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива; q 5 = 0,935% – потери теплоты от наружного охлаждения; q 6 = 0,00096% – потери с физической теплотой шлаков. Относительная погрешность определения КПД котлоагрегата (брутто) методом обратного баланса составила: . Потери теплоты с уходящими газами по [4] , где t ух =145ºС – температура уходящих газов;t хв =30ºС– температура холодного воздуха;t макс =2015,86ºС – жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе;c ' =0,835-отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t ух =145ºС к их теплоемкости в температурном интервале 0ºС до t макс =2042,26ºСпо табл. 14-12 [5]; h – изменение объема сухих продуктов горения в реальных условиях и при теоритических; – соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при α =1; k = 0,79 отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0ºС до t ух =145ºС к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0ºС до t макс =2042,26ºС по табл. 14-12 [5]. mirznanii.com

Тепловой расчет котельных установок

3. Расчетный тепловой баланс и расход топлива 3.1. Расчет потерь теплоты При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагае- мой теплотой и обозначают Q рр . Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях имеет вид
Q p = Q+ Q 2 + Q +Q 4 + Q , (3.1)
p 1 3 5
где Q р – располагаемая теплота, кДж/кг или кДж/м3;Q – полезная теплота,
р 1
содержащаяся в паре или горячей воды, кДж/кг или кДж/м3;Q2 ,Q3 ,Q4 ,Q5 – потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, кДж/кг или кДж/м3. Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты:
qi = Qi . (3.2)
Q р
р
Потеря теплоты с уходящими газами ( q2 ) обусловлена тем, что темпе- ратура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором. Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле
= (I − α I 0 )(100 −q 4 )
q2 ух ух х.в , (3.3)
Q р
р
где I ух – энтальпия уходящих газов, определяется по табл. 2.5 при соответст-
вующих значениях α ух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг
или кДж/м3; I хв0 энтальпия теоретического объема холодного воздуха, оп-
ределяется при t в = 30 ° С по формуле (3.4), кДж/кг или кДж/м3; α ух – коэф-
фициент избытка воздуха в уходящих газах, берется из табл. 2.1 в сечении га- studfiles.net

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *