Тепловой расчет парового котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой расчет парового котла

1. Исходные данные и содержание курсовой работы

Цель курсовой работы: глубже ознакомить студентов с конструкцией, работой и основами расчета парового и его элементов: топочного устройства, конвективного пучка и водяного экономайзера.

Данные для расчета

1. Тип котла: ДКВР, КЕ, ДЕ и др;

2. Тип топки: для твердого топлива - слоевая [4,6] (РПК, ЗП РПК, ЗП ТЛЗ, ТЧ или ТЗЧМ), для газа и мазута - камерная [4,6];

3. Вид и сорт топлива: номер топлива по нормам теплового расчета [2,7]: твердое, жидкое или газообразное;

4. Д - паропроизводительность теплогенератора, ;

5. Р, МПа - давление сухого насыщенного пара на выходе из барабана котла;

6. t_п.в-температура питательной воды на входе в водяной экономайзер, ;

7. - температура уходящих дымовых газов на выходе из экономайзера, ;

8. t_х.в-температура «холодного» или подсасываемого воздуха, .

2. Описание конструкции рассчитываемого паравого котла и топочного устройства

экономайзер котел топливо тепловой

Описание котлов и топочных устройств (горелок) приводятся в [3,4,6].

Тип (марка) теплогенератора дается по номинальным параметрам.

Например, запись ДКВР 6,5 - 1,4 означает, что котел (К) двухбарабанный (Д), вертикальноводотрубный (В) реконструированный (Р), с паропроизводительностью 6,5 и давлением сухого насыщенного пара на выходе из барабана 1,4 МПа. Запись КЕ 4 -1,4 означает, что котел (К) с естественной циркуляцией (Е) воды и пароводяной смеси с паропроизводительностью сухого насыщенного пара 4 и давлением 1,4 МПа.

Запись ДЕ - 10 - 1,4 означает, что котел двухбарабанный (Д) с естественной циркуляцией (Е) с паропроизводительностью 10 и давлением сухого насыщенного пара 1,4 МПа.

В записке приводятся описания и ксерокопии чертежа котла.

3. Расчет объемов продуктов сгорания топлива

Данные расчета записываются в табл. 1

Таблица 1

№	НАИМЕНОВАНИЕ ВЕЛИЧИН	Обозначение	Размерность	Поверхности нагрева
				Топка (с камерой дожигания)	Конвективный пучок (КП)	Водяной экономайзер (ВЭК)
1	Коэффициент расхода воздуха (для таблицы It)
2	Средний коэффициент расхода воздуха
3	Действительный объем водяных паров			+	+	+
4	Действительный объем продуктов сгорания			+	+	+
5	Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания			+	+	+
6	Объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания			+	+	+
7	Суммарная доля водяных паров и трехатомных газов			+	+	+
8	Масса дымовых газов			+	+	+
9	Концентрация золы в продуктах сгорания			+	+	+

Величины в табл. 1 считаются в зависимости от данных по топливу приведенных в [2, 7].

Коэффициент расхода воздуха за поверхностью нагрева находится по формуле:

(3.1)

где:

и Д - коэффициенты расхода воздуха в топке и подсасываемого в соответствующей поверхности нагрева теплогенератора, величины безразмерные , принимаются по таблицам 2,3,4 в зависимости от топлива, типа котла и его производительности.

;

Средние значения коэффициента расхода воздуха по поверхностям нагрева теплогенератора определяются по формулам:

; ; (3.2)

По формулам (3.2) считается вторая строка в табл. 1, по которой определяются её величины.

Расчетные формулы объемов газов

Действительный объем водяных паров:

, или (3.3)

Действительный объем дымовых газов в поверхности нагрева:

, или (3.4)

где:

- теоретические объемы дымовых газов для конкретного топлива по [2.7], или ;

- действительный объем водяных паров в газах, или ;

- теоретическое количество воздуха [2.7], или ;

- средний коэффициент расхода воздуха в поверхности нагрева, принимается по табл. 1 расчета, ;

- действительный объем дымовых газов в поверхности нагрева, или ;

Расчетные формулы объемных доль

Объемные доли водяных паров (величина безразмерная):

. (3.5)

Объемные доли трехатомных газов (величина безразмерная):

. (3.6)

Суммарная доля:

. (3.7)

Концентрация золы в дымовых газах,

, (3.8)

, (3.9)

где:

- содержание золы в топливе (задано), %;

- доля уноса (определяется по табл. 2), ;

- вес дымовых газов, ;

При слоевом сжигании твердого топлива, расчетные характеристики ( и др.) принимаются по заданным значениям топлива и топки табл. 2.

Таблица 2. Расчетные характеристики слоевых топок для котлов производительностью

№	Топливо	Коэф-т избытка воздуха на выходе из топки	Видимое теплонапряжение	Потери тепла	Доля золы, уносимой газами	Давление воздуха под решеткой	Тем-ра дутьевого воздуха
			зеркала горения	объема топки	от химической неполноты сгорания	со шлаком	с уносом	Суммарная от механического Недожога
1. Топки с пневмомеханическими забрасывателями и цепными решетками обратного хода
1.1	Каменные угли
- типа донецкого печерского и др. марок Г, Д, Ж	1,3-1,61	1390-1750	290-470	до 0,1	2,5	4,5	7,0	0,15	до 50	30
- типа сучанского марок Г, Д	1,3-1,61	1270-1520	290-470	до 0,1	3,0	5,0	8,0	0,15	до 50	30
- типа кузнецкие марок Г, Д	1,3-1,61	1390-1750	290-470	до 0,1	1,5	2,0-5,02	4,0-7,02	0,15	до 50	30
- типа кузнецкие марок ГСС (выход летучих >20%)	1,3-1,61	1390-1750	290-470	до 0,1	3,0	12,0	15,0	0,35	до 50	30
1.2	Бурые угли
- типа ирша-бородинского	1,3-1,61	1390-1750	290-470	до 0,1	0,5	4,0	4,5	0,50	до 50	до 200
- типа назаровского	1,3-1,61	1270-1520	290-470	до 0,1	1,0	4,0	5,0	0,50	до 50	до 200
- типа азейского	1,3-1,61	1390-1750	290-470	до 0,1	1,5	4,0	5,5	0,50	до 50	до 200
2. Топки с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками
2.1	Донецкий антрацит марок АС, АМ, АО	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	5,0	6,0	11,0	0,15	до 100	30
2.2	Каменные угли
- типа донецкого печерского и др. марок Г, Д, Ж	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	4,0	4,0	8,0	0,20	до 100	30
- типа кузнецкие марок Г, Д	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	3,5	3,0	6,5	0,20	до 100	30
- типа кузнецкие марок ГСС (выход летучих >20%)	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	4,5	8,0	12,5	0,20	до 100	30
2.3	Бурые угли
- типа ирша-бородинского	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	2,0	3,0	5,0	0,20	до 100	до 200
- типа назаровского	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	-	3,5	-	0,20	до 100	до 200
- типа азейского	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	3,0	3,5	6,5	0,20	до 100	до 200
3. Топки с цепной решеткой прямого хода
3.1	Донецкий антрацит марок АС, АМ, АО	до 1,6	900-1200	290-470	до 1,0	5,0	5,0	10,0	0,10	до 100	30

1 - Большее значение - для котлов производительностью менее 3 кг/с.

2 - Большее значение - для углей марки Г.

Таблица 3. Расчетные характеристики при сжигании газа и мазута

ТОПЛИВО	Коэффициент расхода воздуха	Допустимое теплонапряжение Топки	Потери от химического недожога
Мазуты	1,03ч1,15	250ч350	0,6ч0,8
Природный газ	1,05ч1,15	250ч350	0,1ч0,5

Присосы воздуха принимать в зависимости от поверхности нагрева по табл. 4.

Таблица 4. Расчетные присосы холодного воздуха в котлах

НАЗВАНИЕ УЧАСТКА	НАИМЕНОВАНИЕ	ВЕЛИЧИНА ПРИСОСА
Топочные камеры пылеугольных и газомазутных котлов	газоплотные экраны	0,02
	с металлической обшивкой труб экрана	0,05
	с обмуровкой и металлической обшивкой	0,07
	с обмуровкой и без обшивки	0,10
Топочные камеры слоевых котлов	механические и полумеханические	0,10
	ручные	0,30
Газоходы конвективных поверхностей нагрева	первый котельный пучок D?14 кг/с	0,05
	второй кипятильный пучок D?14 кг/с	0,1
	экономайзеры котлов D?14 кг/с
	Стальной	0,08
	чугунный с обшивкой	0,1
	чугунный без обшивки	0,2
Золоуловители	циклонные и батарейные скрубберы	0,05
Газоходы за котлом	кирпичные борова (на 10 метров длины)	0,05
	стальные борова (на 10 метров длины)	0,01

4. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Теплосодержание продуктов сгорания обозначается , или .

В общем случае:

, (4.1)

, (4.2)

где:

и - теоретические теплосодержания газов и воздуха, принимаются из таблиц [2,7];

, , - теплоемкости трехатомных газов, водяных паров, азота и - холодного воздуха (при температуре ) и постоянном давлении (равном атмосферному) [табл. П1] .

Теплосодержание воздуха (при )

, или (4.3)

определяется по интерполяцией значений энтальпии между 100 и 200 по табл. 5; и пересчитать в или .

Значения коэффициентов расходов воздуха () за топкой, конвективным пучком и за водяным экономайзером принимаются по табл. 1 «Расчет объемов продуктов сгорания топлива».

Энтальпия золы - считается по формуле:

, (4.4)

где:

- теплоемкость золы при температуре поверхности нагрева принимается по таблице [П1], ;

- принимается в зависимости от топлива по , и вида топочного устройства по табл. 2, ;

- рабочая масса золы топлива (задана в топливе), %. Для газа и мазута не считается (). По расчетным данным (4.1) заполняется табл. 5 «Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания».

Таблица 5. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

				топка при	конвективный пучок при	ВЭК при
	-	+	-	-	-	-
100	+	+	+	-	-	+
200	+	+	+	-	+	+
300	+	+	+	-	+	При
400	+	+	+	-	+
500	+	+	+	+	+	-
600	+	+	+	+	+	-
700	+	+	+	+	+	-
800	+	+	+	+	-	-
900	+	+	+	+	-	-
1000	+	+	+	+	-	-
1100	+	+	+	+	-	-
1200	+	+	+	+	-	-
1300	+	+	+	+	-	-
1400	+	+	+	+	-	-
1500	+	+	+	+	-	-
1600	+	+	+	+	-	-
1700	+	+	+	+	-	-
1800	+	+	+	+	-	-
1900	+	+	+	+	-	-
2000	+	+	+	+	-	-
2100	+	+	+	+	-	-
2200	+	+	+	+	-	-

Примечание:

1. табл. 5 составляется при , взятых из первой строки в табл. 1.

2. «+» - означает, что величину рассчитывать нужно.

3. «-» - означает, что величину рассчитывать не нужно.

5. Тепловой баланс теплогенератора

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количества тепла, называемым располагаемым теплом , и суммой полезно использованного тепла Q₁ и тепловых потерь Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q_6. На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг твердого (жидкого) топлива или 1 м³ газообразного топлива при 0 ^оС и 760 мм рт. ст. Общее уравнение теплового баланса имеет вид

, или (5.1)

где:

Q₁ - полезное тепло (на нагрев воды, превращения её в пар);

Q₂ - потери тепла с уходящими газами при t_ух;

Q₃ - потери тепла с химическим недожогом топлива;

Q₄ - потери тепла с механическим недожогом топлива (Q₄=0 для газа или мазута);

Q₅ - потери тепла в окружающую среду (через обмуровку);

Q₆ - потери тепла с физическим теплом шлака.

В удельных величинах при

, % (5.2)

уравнение (5.1) будет иметь вид:

, % (5.3)

где:

- коэффициент полезного действия (КПД) теплогенератора;

- соответственно удельные потери тепла с уходящими газами, с химическим недожогом топлива, с механическим недожогом топлива, потери тепла в окружающую среду (через обмуровку) и потери тепла со шлаком и золой.

Потери тепла с уходящими газами - зависят от температуры газов, покидающих котел (за водяным экономайзером):

, %(5.4)

где:

- энтальпия уходящих газов, определяемая по табл. 5;

- энтальпия холодного воздуха при , определяемая по табл. 5 (колонка 3);

- коэффициент расхода воздуха уходящих газов (в данном случае за ВЭК),;

- потери тепла с механическим недожогом (принимается по табл. 2 или по табл. 3 в зависимости от и , типа топки, топлива), %;

- располагаемое тепло топлива на рабочую массу, определяемое по формуле:

.

Для твердого топлива и газа принимают соответственно

и ,(5.5)

где:

- низшая теплота сгорания твердого топлива на рабочую массу,;

- низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу,

Для жидкого топлива:

, (5.6)

где:

физическое тепло топлива, , (определяется при и ); для жидкого топлива , а для мазута .

- тепло форсуночного дутья (считается для форсунок с паровым распылом мазута).

При сжигании мазута:

, (5.7)

Потери тепла с химическим недожогом : для газа или мазута (табл. 3) ; для твердого топлива - в зависимости от сорта топлива и типа топки (табл. 2) .

Потери тепла от наружного охлаждения (через обмуровку) : принимаются при заданной производительности и в зависимости от наличия водяного экономайзера (по рис. 5.1, кривая 1). При паропроизводительности котла отличной от номинальной более чем на 25%, величина подсчитывается по формуле:

, % (5.8)

где:

- определяется по рис. 5.1 при ; - номинальная паропроизводительность котла, .



Рис. 5.1 Потери тепла от наружного охлаждения

ВЭК - водяной экономайзер,

ВЗП - воздухоподогреватель

Потери тепла со шлаком и золой считаются по формуле:

, % (5.9)

где:

( находится по табл. 2);

- энтальпия шлака, принимается при температуре для твердого золошлакоудаления, тогда , .

После расчета всех удельных потерь тепла определяется коэффициент полезного действия (КПД) по формуле (5.2) (по обратному балансу тепла).

Расход топлива на теплогенератор определяется по формуле:

; (5.10)

; кг/с (5.11)

где:

- заданная величина непрерывный продувки (из верхнего барабана), равная ;

- процентное количество воды непрерывной продувки, ,

- энтальпия кипящей воды, определяется при давлении воды в барабане;;

- энтальпия сухого насыщенного пара при заданном давлении в барабане, , ;

- энтальпия питательной воды на входе в ВЭК при (задана) , ;

- коэффициент полезного действия (в долях), определяется по формуле (5.3).

Расчетный расход топлива:

, (5.12)

6. Тепловой расчет топочной камеры

Определение геометрических размеров топки

Для расчета топки необходимо знать объем , ширину и глубину , шаги и количество экранных труб, высоту Н_т. Они принимаются из чертежа или из таблиц П2-П4.

Площади каждой из стен в отдельности, если они экранированы, считаются с учетом лазов, горелок, окон для прохода дымовых газов и т.д. Величина площади стен , используется в расчете при определении среднего значения коэффициента тепловой эффективности .

Поверочный расчет топки

Теплота излучения факела в топке идет на кипение воды в экранных трубах, в связи, с чем температура газов на выходе из топки будет меньше температуры ядра факела. В поверочном расчете температура газов на выходе в конце топки определяется по формуле:

, (6.3)

где:

- абсолютная адиабатическая температура горения топлива определяется из табл. 5 для топки по , определяемой по формуле (6.4), К;

- параметр, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов;

- критерий эффективности Бугера;

- расчетный расход топлива, или (по формуле (5.12));

- поверхность стен топки, м² (по чертежу или по формуле (6.1));

- средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания, 1 кг (1м³) топлива в интервале температур , или (определяется по формуле (6.5));

- среднее значение тепловой эффективности экранов (по формуле (6.17));

- коэффициент сохранения тепла, определяется по формуле:

;

- коэффициент излучения абсолютного черного тела (, );

- предварительно задаваемая температура газов на выходе из топки, К.

Адиабатическая температура горения , - определяется по полезному тепловыделению в топке , при избытке воздуха из табл. 5 (по топке).

, или (6.4)

где:

- располагаемое тепло топлива, или (вычисляется по формулам (5.1), (5.5) или (5.6));

- потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, с теплом шлака, %;

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания от сгорания 1 кг (1м³) топлива при предварительно задаваемой температуре , избытке воздуха на выходе из топки :

, кДж/(кг* ⁰С) или кДж/(м^{3 0}С) (6.6)

где: - энтальпия продуктов сгорания 1 кг (1м³) топлива при .

В расчете при окончательном определении по формуле (6.3) должно быть:

,

Величина по формуле (6.6) принимается в зависимости от паропроизводительности теплогенератора (при номинальной величине):

§ при слоевом сжигании твердого топлива ;

§ при камерном сжигании газа или мазута .

Для камерных топок при сжигании газа или мазута параметр М рассчитывается по формуле:

, (6.7)

Где х_г= Н_г/Н_т - относительная высота расположения оси горелок в топке. Определяется по чертежу топки котла.

Для слоевых топок

, (6.8)

где: - соотношение между поверхностью зеркала горения (слоя) и поверхностью стен топки . берется из характеристик котла (по таблицам [П2], [П3]).

принимается:

§ для слоевых топок ;

§ для газомазутных топок при настенном расположении горелок ;

§ для газомазутных топок при подовом расположении горелок .

Эффективное значение критерия Бугера определяется по формуле:

, (6.9)

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера), который определяется по формуле:

, (6.10)

где:

- коэффициент поглощения топочной среды, , рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов (RO₂, Н₂O) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и кокса;

- давление в топочной камере ;

- эффективная толщина излучающего слоя топки, определяется по формуле:

,

При расчете критерия принимается, что при сжигании мазута и газа основными излучающими компонентами являются газообразные продукты сгорания (RO₂, Н₂O) и взвешенные в их потоке сажевые частицы, при сжигании твердого топлива - газообразные продукты сгорания (RO₂, Н₂O) и взвешенные в их потоке частицы золы и кокса.

При сжигании мазута или газа коэффициент поглощения топочной среды рассчитывается с учетом относительного заполнения топочной камеры святящимся пламенем (частицами сажи), характеризуемым коэффициентом .

Расчет проводится по формуле:

, (6.11)

При сжигании мазута в газоплотных котлах , для негазоплотных котлов (ДКВР и др.).

При сжигании природного газа . Это же значение принимается и для других газов, кроме доменного, для которого .

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды рассчитывается по формуле:

, (6.12)

экономайзер котел топливо тепловой

Для слоевых топок .

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO₂, Н₂O) рассчитывается по формуле:

, (6.13)

где:

- суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания;

- температура газов на выходе из топки (задаваемая), К;

- определяется по рис. 7.2 и расчетом по формуле (6.13);

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

, (6.14)

где:

- коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

- соотношение углерода и водорода в рабочей массе топлива.

При сжигании газа:

(6.15)

где:

m и n - количества атомов углерода и водорода в соединении.

Коэффициент поглощения лучей частицами золы:

, (6.16)

где:

- концентрация золы в продуктах сгорания (определяется по табл. 1);

Коэффициент для топок с твердым шлакоудалением (принимается по табл. 6.1).

Таблица 6.1. Коэффициент

ВИД ТОПЛИВА		ВИД ТОПЛИВА
АШ	1,00	Сланец	0,75
Каменный и тощий угли	0,80	Торф	0,60
Бурый уголь	0,75

Определение среднего значения коэффициента тепловой эффективности экранов , производится для стен топочной камеры:

, (6.17)

Для неэкранированных стен и участков .

В общем случае (для каждой стены):

, (6.18)

где:

- коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытия экрана изоляцией (определяется по табл. 6.2);

- угловой коэффициент экрана;

- площадь стены экранированной трубами (при отсутствии геометрических параметров а, в и h топки, они определяются по масштабу чертежа), м²;

Угловой коэффициент экрана принимается по рис. 6.2 в зависимости от относительного шага экранных труб топки .

1. с учетом излучения обмуровки при ;

2. с учетом излучения обмуровки при ;

3. с учетом излучения обмуровки при ;

4. с учетом излучения обмуровки при (ДЕ, КЕ);

5. без учета излучения обмуровки при (ДКВР).

Рис. 6.2 Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана

Таблица 6.2. Коэффициенты теплового загрязнения экранов

ТИП ЭКРАНА	ТОПЛИВО
Настенные гладкотрубные и мембранные цельносварные экраны в камерных топках	Газообразное	0,65
	Мазут	0,55
Настенные гладкотрубные и плавниковые экраны, в слоевых топках	Все топлива	0,6
Ошипованные экраны, покрытые огнеупорной массой	Все топлива	0,2
Экраны, закрытые шамотным кирпичом	Все топлива	0,1

Для выходного окна топки, отделяющим топку от расположенной за ним поверхности нагрева, коэффициент определяется по формуле:

, (6.19)

где:

- коэффициент, принимается по таблице таким же, как для настенных экранов;

- коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева. При размещении за окном фестона - , котельного пучка .

При отсутствии непосредственно за окном поверхности нагрева .

Удельное тепловое напряжение топочного объема определяется по формуле:

, (6.20)

Среднее удельное тепловое напряжение поверхности нагрева экранов определяется по формуле:

, (6.21)

Тепловосприятие топки определяется по формуле:

, или (6.22)

Расчетное значение сравнивается с максимально допустимым для топки (табл. 2, 3). Если расчетное значение больше, чем указано в таблице, то при конструктивном расчете необходимо увеличить и расчет повторить с новыми размерами топки. При поверочном расчете достаточно указать соответствует ли фактическое тепловое напряжение рекомендуемому значению.

7. Расчет конвективного пучка

Для котлов типа ДКВР, КЕ, ДЕ и других после расчета топки производится поверочный расчет конвективного пучка, который с помощью чугунной перегородки делится на две части: 1 и 2 пучки.

По заданию руководителя пучок может рассчитываться как одна поверхность нагрева или по частям, как две поверхности.

Основными уравнениями являются: уравнение теплового баланса Q_б и уравнение теплопередачи Q_Т. При равенстве Q_б= Q_Т определяется температура дымовых газов на выходе из конвективного пучка .

Предварительно для ведения расчета задаются тремя значениями и по ним определяют по три значения Q_б и Q_Т. Далее строятся графики (по трем точкам) и их пересечение даст действительное .

Рекомендуется вести расчет по таким принятым значениям :

· для угля - 200, 300 и 400 ^оС;

· для газа или мазута - 300, 400 и 500 ^оС;

Можно вести расчет в виде таблицы:

Расчетные величины	Обозначение	Размерность	Расчет величины при температуре газов оС
			300	400	500
1	2	3	4	5	6

В первую очередь считаются три значения Q_б по трем температурам за кипятильным пучком. Балансовое количество тепла передается дымовыми газами конвективной поверхности нагрева.

Расчет уравнения баланса тепла:

, или (7.1)

где:

- коэффициент сохранения тепла (из расчета топки);

- теплосодержание дымовых газов на входе в пучок (при температуре и энтальпии газов на выходе из топки);

- теплосодержание газов на выходе из пучка, принимается по табл. 5 (по задаваемым температурам на выходе из пучка);

- присосы воздуха в кипятильном пучке (принимается из табл. 1);

- энтальпия подсасываемого холодного воздуха при (это величина рассчитывалась в тепловом балансе котла).

По уравнению (7.1) получим три значения Q_б.

Расчет уравнения теплопередачи:

, или (7.2)

где:

- коэффициент теплопередачи от дымовых газов к водопаровой смеси (среде), текущей внутри труб кипятильного пучка, определяется по формуле (7.3), ;

- температурный напор определяется по формуле (7.12), ;

- поверхность нагрева кипятильного пучка, она дана в характеристике котла (смотреть таблицу ), ;

- расход топлива (для газа и мазута ), или .

Расчет коэффициента теплопередачи:

, (7.3)

где:

- коэффициент тепловой эффективности пучка, зависит от: топлива и средней температуры газов ( принимается по табл. 7.1);

- коэффициент теплоотдачи конвекцией (по рис. 7.1) для гладких коридорных труб при поперечном омывании дымовыми газами, ;

- коэффициент теплоотдачи излучением трехатомных газов (по рис. 7.3), .

Таблица 7.1. Значения коэффициентов тепловой эффективности в конвективном пучке

№	ТОПЛИВО	Коэф-нт тепловой эффективности
1	Антрацит АШ и тощие	0,6
2	Каменные, бурые (кроме Канско-Ачинских) продукты	0,55
3	Подмосковный бурый	0,7
4	Бурые Канско-Ачинские	0,6
5	Мазут	0,6
6	Газ: при при	0,85 0,9

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от: расположения конвективного пучка, движения дымовых газов, скорости газов, диаметра труб.

Расчет скорости газов в пучке определяется по формуле:

, (7.4)

где:

- расход топлива, или ;

- объем газов в конвективном пучке (по табл. 1) или ;

- среднее значение температуры газов в пучке:

, (7.5)

- среднее живое сечение для прохода дымовых газов в конвективном пучке (принимается по табл. Или рассчитывается по формулам (7.6) и (7.7)).

определяется как живое сечение всего конвективного пучка () деленное на два, то есть:

, (7.6)

(живое сечение для каждого пучка разное)

Живое сечение конвективного пучка рассчитывается по формуле:

, (7.6)

где:

- ширина всего конвективного пучка , по чертежу, если чертежа нет, то

;

- количество рядов труб по длине;

- шаг труб конвективного пучка по длине котла ( или из характеристики или чертежа котла), ;

- высота конвективного пучка (берется из чертежа котла, как расстояние между осями барабанов минус 0,5 м), .

После определения , считаются три значения средней скорости газов пучка в соответствии с принятыми . Зная скорости газов по рис. 7.1 определяем три значения .

Расчет коэффициента теплоотдачи излучением , .

В расчете учитывается излучение трехатомных газов, для чего определяется температура наружной стенки трубы с учетом загрязнений , степень черноты газов при средней температуре газов .

Степень черноты определяется по формуле:

, (7.8)

, (7.9)

где:

- коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, рассчитывается

по формуле 6.13 в зависимости от , комплекса и средней температуры газов в конвективном пучке для незапыленного потока (топливо, газ и мазут, а так же при сжигании твердого топлива в слоевых топках) , ;

- давление газов в котле, ;

- эффективная толщина излучающего слоя, :

, (7.10)

где:

и - продольный и поперечный шаги труб пучка (определяется из чертежа или по характеристики котла), ;

и - объемные доли водяных паров и трехатомных газов (принимаются по табл. 1 «Объемов дымовых газов для газохода пучка»).

Из рис. 7.3 (а, б) по формуле для незапыленного потока:

, (7.11)

и по графику определяем при температуре загрязненной наружной стенки и трех значениях средней температуры газов в конвективном пучке три значения коэффициента теплоотдачи излучением .

определяется по формуле:

, (7.12)

где:

- температура кипения воды в барабане при заданном давлении, ;

- поправка на загрязнение для конвективных пучков (при сжигании твердых топлив и мазута - 60 ^oС; при сжигании газа - 25 ^oС).

В водогрейных котлах вместо температуры кипения в (7.11) необходимо подставлять среднюю температуру воды в конвективном пучке.

Расчет температурного напора :

если и если (7.13)

;

где:

и - температуры дымовых газов перед и после конвективного пучка ( из расчета топки), ;

- температурный напор (в зависимости от трех задаваемых температур на выходе из конвективного пучка).

По трем вычисленным значениям при пересечении линий Q_б и Q_Т графически определяют истинную температуру дымовых газов выходе из конвективного пучка (смотреть рис. 7.4).



Рис. 7.1 (а) Коэффициент теплопередачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков



Рис. 7.1 (б) Поправки на коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании гладкотрубных пучков

Рис. 7.4 Схема графического определения температуры газов за конвективным пучком



Рис. 7.3 (а) Коэффициент теплоотдачи излучением

8. Расчет водяного экономайзера

Тепловой расчет водяного экономайзера

Для утилизации тепла, увеличения КПД и уменьшения расхода топлива в котле устанавливают чугунный (из элементов) или стальной (из змеевиков) водяной экономайзер (ВЭК). Дымовые газы после конвективного пучка охлаждаются до и поступают в ВЭК, где происходит их дальнейшее снижение до .

Для котлов ДКВР, КЕ, ДЕ и других с давлением в барабане до 2,4МПа используется экономайзер некипящего типа, собираемый из ребристых чугунных труб ВТИ, соединяемых между собой чугунными калачами. Промышленность выпускает элементы длиной 1,5; 2; 2,5 и 3 метра, имеющие параметры:

ПАРАМЕТРЫ	ВЕЛИЧИНЫ
Длина, м	1,5	2	2,5	3
Поверхность нагрева со стороны газов, м2, Н0	2,18	2,95	3,72	4,49
Живое сечение для прохода газов, м2, f1	0,088	0,12	0,152	0,184
Живое сечение для прохода воды, м2, fВ	0,00435

Для котлов производительностью до 10 т/час обычно используются ребристые чугунные трубы длиной 2 м. Для более мощных котлов - 3 м. Трубы-элементы укладываются в коридорном порядке, причем фланцы элементов образуют боковые стороны ВЭК.

Соответственно полное живое сечение для прохода газов

F = n_Г*f₁

Расчет водяного экономайзера является конструкторским расчетом, то есть, известны температуры газов на выходе и входе, а определяется из уравнения тепловосприятия поверхность , . По рассчитанной поверхности конструируют ВЭК.

Записывается температура газов на выходе из ВЭК. и - известны из расчета конвективного пучка, задана температура питательной воды на входе в ВЭК , а по ней уже определена энтальпия воды , (при расчете теплового баланса котла). Затем записывается температура и энтальпия уходящих газов и , которые использовались в расчете теплового баланса котла при определении потерь теплоты с уходящими газами.

В общем случае считают уравнение теплового баланса ВЭК Q_б и приравнивают его к Q_Т для определения из уравнения теплопередачи.

Расчет уравнения баланса тепла ВЭК - Q_б:

, или (8.1)

где:

- энтальпия газов покидающих конвективный пучок при (для топки);

- энтальпия газов за ВЭК при ;

- коэффициент сохранения тепла.

Расчет уравнения теплопередачи - Q_Т:

, или (8.2)

где:

- коэффициент теплопередачи (для чугунного ВЭК типа ВТИ принимается в зависимости от скорости газов по рис. 8.1; Расчет скорости дымовых газов производится по формуле (7.4).

- поверхность нагрева водяного экономайзера (считать по формуле (8.2)), ;

- расход топлива на котел (из теплового баланса), или .

ВЭК рассчитывается по формуле (8.2): где Q_Т= Q_б

- среднеарифметический температурный напор ;

, (8.3)

где:

- температурный напор на входе газов в ВЭК, , ;

- температурный напор на выходе газов из ВЭК, ,;

- температура питательной воды на входе в экономайзер (задана), ;

и - соответственно температура газов на входе и выходе из ВЭК (; ,).

Рис. 8.1 Коэффициент теплопередачи ребристых чугунных водяных экономайзеров ВТИ



где а при использовании паровых обдувочных аппаратов:

· при сжигании мазута а=0,25;

· при сжигании твердого топлива в слое а=0,1.

Теплосодержание питательной воды на выходе из ВЭК определяется по формуле:

, (8.4)

где:

- теплосодержание воды на выходе из ВЭК, ;

- количество тепла, передаваемое газами ВЭК, считается по формуле (8.1), ;

- расход топлива, или ;

- паропроизводительность теплогенератора (задана), .

Общее количество труб в ВЭК определяется по формуле:

Количество рядов труб по высоте экономайзера рассчитывается по соотношению , округляется до целого числа и делится на несколько пакетов.

В каждом пакете по высоте должно быть не более 8 труб (или 4) из условия установки обдувочного аппарата, который может обдуть от золы и сажистых частиц одновременно пакет из 4 труб по высоте сверху и пакет из 4 труб снизу от него. Расстояние между пакетами принять равным 0,6 м, а размер трубы ВТИ считать по размеру квадратных фланцев элемента со стороной 0,15 м. Размер подводящего и отводящего газохода по высоте принять равным 0,8-1 м.

Скорость воды в трубе ВЭК определяется по формуле:

Температура питательной воды на выходе из ВЭК определяется по формуле:

, (8.5)

где: - теплоемкость воды ();

Для чугунных ВЭК должна быть меньше или равна температуре кипения минус 20 ^oС ().

Если это условие не соблюдается то ставят стальной экономайзер. Для стальных ВЭК кипящего типа расчет температурного напора и температуры загрязнения стенки ведутся по условной температуре воды на выходе:

, (8.6)

где:

- количество тепла, затраченное на парообразование 1 кг питательной воды, проходящей через ВЭК, .

Для формул (8.3) и (8.9), для стального ВЭК .

Для стального водяного экономайзера расчет теплопередачи определяется по формуле:

, (8.7)

где:

- коэффициент тепловой эффективности (см. табл. 7.1);

и - коэффициенты теплоотдачи конвекцией (см. рис. 7.1) и излучением (см. рис. 7.3);

Живое сечение стального ВЭК определяется по формуле:

, (8.8)

где:

- глубина газохода ВЭК, ;

- ширина газохода ВЭК, ;

соотношение примерно ;

- число рядов змеевиков в горизонтальном ряду;

- диаметр труб (принимаем ).

Расчет скорости дымовых газов производится по формуле (7.4).

Поперечный шаг - расстояние между осями труб змеевиков (принимаем ). Продольный шаг между трубами змеевика .

Определение коэффициента теплоотдачи излучением в ВЭК - , :

В расчете учитывается излучение трехатомных газов, зависящее от температуры наружной стенки трубы с учетом загрязнений , считается по формуле (7.12).

Степень черноты газов (см. формулу (7.8)) рассчитывается при средней температуре газов по формуле:

,

Суммарная оптическая толщина потока определяется по формуле:

,

где:

- определяется по формуле 6.13, в зависимости от , комплекса и средней температуры газов ;

Эффективная толщина излучающего слоя считается по формуле (7.10);

и - поперечный и продольный шаги стального ВЭК, ;

- диаметр труб змеевиков.

По рис. 7.3 (а, б) по формуле для незапыленного потока считают .

Температура загрязненной стенки определяется по формуле:

, (8.9)

где:

- средняя температура питательной воды в ВЭК, , ;

- поправка на температуру загрязненной стенки для твердого топлива, мазута и газа .

При конструировании стального ВЭК высота пакета должна быть не более 1,2 м. Если высота более 1,2 м, то ВЭК собирается с двумя пакетами. Между пакетами устанавливается лаз и обдувочный аппарат. Коллектора ВЭК располагают параллельно оси котла.

Число труб-змеевиков в одном ряду определяется по формуле:

, (а и S₁ в метрах) (8.7)

Длина каждого из параллельно включенных змеевиков считается по формуле:

, м

Количество труб в змеевике при шаге труб принимаем

.

9. Сводная таблица расчета и тепловой баланс котла

ВЕЛИЧИНЫ	Размерность	Наименование газохода
		топка	конвективный пучок	экономайзер
Температура газов на входе, t		-	1223	250
Температура газов на выходе, t		1223	250	130
Тепловосприятие, QТ		35341	18500	16800
Температура среды:
на входе		191,6		105
на выходе				137
Скорость газов		-	4,54	4,64
Скорость воды		-	-	?

Составление поверочного теплового баланса

Определяется по уравнению:

где:

- располагаемая теплота сгорания (из расчета теплового баланса котла), или ;

- коэффициент полезного действия котла, %;

- количество теплоты, переданное лучеиспусканием в топке, в конвективном пучке по Q_б, или ;

- удельный механический недожог, из характеристики топки или теплового баланса котла, %.

Ошибка в балансе расчета котла не должна превышать 0,5%.

Библиографический список

экономайзер котел топливо тепловой

1. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Издание 3, переработанное и дополненное СПб.: Изд. НПОЦКТИ, 1998. - 256 с.

2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / под редакцией Кузнецова С.Л М.: Энергия, 1973. - 295 с.

3. Котлы малой и средней мощности. Каталог-справочник.

М.: НИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972. - 207 с.

4. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства: Отраслевой каталог. М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1987. - 208 с.

5. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 487 с.

6. Делягин Г.И., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 586 с.

7. Голдобин Ю.М., Витт О.К., Гальперин Л.Г. Теплофизические свойства топлив, продуктовые сгорания и воздуха. Приложение к методическим указаниям. Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 1994. - 26 с.

8. Лумми А.П., Гальперин Л.Г. Расчет конвективных поверхностей котла: Методические указания. Екатеринбург: издательство УГТУ-УПИ, 1994. - 27 с.

Размещено на Allbest.ru