Расчет теплового баланса и определение мощности котла

Для теплотехнического расчета проектируемого пищеварочного котла необходимы исходные данные, приведенные в таблице 1 и на рисунке 12. Температурные параметры определены по схеме (рисунок 13).

Таблица 1 - Результаты исследования котла пищеварочного

Наименование параметра	Условное обозначение параметра	Значение параметра
Начальная температура элементов котла, воды в варочном сосуде и в пароводяной рубашке, °С		18
Температура окружающей среды (воздуха), °С		18
Конечная температура крышки котла, °С		60
Конечная температура наружной поверхности теплоизоляции, °С		35
Конечная температура внутренней поверхности теплоизоляции, °С		100
Конечная температура боковой облицовки, °С		35
Конечная температура воды в варочном сосуде, °С		100
Конечная температура воды в парогенераторе, °С		110
Продолжительность разогрева котла (продолжительность нестационарного режима), с	τР	2400
Продолжительность кипения содержимого варочного сосуда (продолжительность стационарного режима), с	τТ	3600
Диаметр крышки варочного сосуда, м	D	0,46
Ширина корпуса котла, м	А	0,64
Длина корпуса котла, м	B	0,94
Высота корпуса котла, м	Н	1,1
Диаметр варочного сосуда, м	d	0,3
Глубина варочного сосуда, м	h	0,42
Номинальная мощность котла, Вт	PH	7,5
Масса котла, кг	M	98

Поскольку котел КПЭ-40 является аппаратом периодического действия, для определения наибольших затрат теплоты расчет необходимо вести как для нестационарного, так и стационарного режимов его работы.

3.1.1 Количество теплоты, затраченное соответственно при нестационарном Q_ЗАТР, Дж, и стационарном режимах Q¢_ЗАТР, Дж, определяется по формулам

Q_ЗАТР = 15402490+ 546816 + 6597380,86=22546686,86 Дж.

где Q₁, Q¢₁ – количество полезно используемой теплоты соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Дж;

Q₅, Q¢₅ – количество теплоты, теряемое наружными поверхностями котла в окружающую среду соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Дж;

Q₆ – количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции, Дж.

3.1.2 Количество полезно используемой теплоты при нестационарном режиме Q₁, Дж и стационарном режиме Q¢_1, Дж, работы котла определяется по формуле

                                                            (3)

=15402490 Дж.

                                                                                     (4)

=15402490 Дж.

где М₅– масса нагреваемой воды, кг;

с – теплоемкость воды, Дж/(кг×град);

DW, DW¢ – количество испарившейся жидкости за периоды соот-

ветственно нестационарного и стационарного режимов, кг;

r   – удельная теплота парообразования, Дж/(кг ·град).

К расчету принять с = 4187 Дж/(кг×град), ΔW = ΔW¢ = 1,5 кг,

r = 2257,2·10³ Дж/кг.

3.1.3 Количество теплоты, теряемое боковой поверхностью и крышкой котла в окружающую среду Q₅, Дж, определяют по формулам

(5)

              (6)

 Дж.

где F₁, F₂, F₄ –площади соответствующих теплоотдающих поверхностей, указанных на рисунке 2, м²;

a_1, a¢₁, a₂, a¢_2, a₄, a¢₄– коэффициенты теплоотдачи от вышеуказанных поверхностей соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Вт/(м²×град).

3.1.4 Площади теплоотдающих поверхностей определяют по формулам:

                                            ;                                          (7)

=0,36 м.

                                        .                                         (8)

м.

                           .                                  (9)

=1,4 м.

3.1.5 Коэффициенты теплоотдачи от наружных теплоотдающих поверхностей определяют по формулам:

                                                        (10)

=11,17 Вт/(м²∙град)

                                                                   (11)

=12,64 Вт/(м²∙град)

                                                           (12)

=10,29 Вт/(м²∙град)

                                                                    (13)

=10,89 Вт/(м²∙град)

                                                           (14)

=10,29 Вт/(м²∙град)

                                                                    (15)

=10,89 Вт/(м²∙град)

3.1.6 Количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции при нестационарном режиме работы котла Q₆, Дж, определяют по формуле

            (16)

=6597380,86 Дж

где М_М, М_ИЗ, М_Т – соответственно масса металлических элементов котла, теплоизоляции и промежуточного теплоносителя, кг;

 с_М, с_ИЗ, с_Т – соответственно теплоемкость металлических элементов котла, теплоизоляции и промежуточного теплоносителя, Дж/(кг×град);

 – средние конечные и начальные значения температур соответственно металлических элементов котла и теплоизоляции,°С.

К расчету принимают с_М = 461 Дж/(кг×град); с_ИЗ = 921 Дж/(кг×град);

с_Т = 4187 Дж/(кг×град).

3.1.7 Масса металлических элементов котла

                                      М_М = М – М_ИЗ – М_Т.                                 (17)

М_М =98-10-10=78 кг.

К расчету принимают М_ИЗ = М_Т = 10 кг.

 3.1.8 Средние температуры , ,°С, определяют из выражений:

                                                                           (18)

=81,67

                                                                          (19)

=18

                                                                                  (20)

=67,5

                                                                                  (21)

=18

3.1.9 Мощности, затраченные на проведение заданного технологического процесса соответственно при нестационарном P, Вт, и стационарном P¢, Вт, режимах определяют по формулам:

                                          ,                                           (22)

=9394,45 Вт.

                                                                                     (23)

=1435,23 Вт.

Для определения эффективности работы котла необходимо вычислите следующие основные характеристики: удельный расход теплоты на единицу готовой продукции и коэффициент полезного действия.

3.2.10 Расход теплоты на единицу готового продукта при стационарном режиме q_Т¢, Дж/кг, определяется по формуле

, =55557,29 Дж/кг.

(24)

где М_Г – масса готового продукта, кг.

3.2.11 Расход теплоты на единицу готового продукта с учетом затрат на разогрев аппарата и жидкости q_T, Дж/кг, определяется по формуле

                                            .                                          (25)

= 467635,06 Дж/кг

3.2.12 Масса готового продукта

                                   М_Г = М₅ – ΔW – ΔW¢.                         (26)

М_Г = 96-1,5-1,5=93 кг

3.2.13 Коэффициент полезного действия при нестационарном h_Т и стационарном h¢_Т  режимах определяется по формулам

                                            ,                                          (27)

=0,84

                                            .                                          (28)

=0,65