Тепловой расчет котла ТП-42 для работы на углях марки АШ Донецкого месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Национальный исследовательский Томский политехнический университет"

Специальность Тепловые электрические станции

Кафедра парогенераторастроения и парогенераторных установок

Курсовой проект

Тепловой расчет котла ТП-42 для работы на углях марки АШ Донецкого месторождения

Студент

Кривчикова О.А.

Руководитель

Тайлашева Т.С.

Томск - 2014

Реферат

котел паровой зольность сгорание

Курсовой проект -62 с., 1 рис., 3 табл., 8 источников, 1 прил., 2 л. графич. материала.

Ключевые слова: котел, поверхности нагрева, тепловой расчет.

Объектом проекта является паровой котел, его поверхности нагрева: топка, фестон, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель.

Цель проекта - приобретение практических навыков проведения анализа работы котла на непроектном топливе, а также разработка проекта реконструкции поверхностей нагрева котла для обеспечения выработки пара заданных параметров.

Методы исследования ? расчетно-аналитические.

Область применения ? энергетика и энергомашиностроение.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0 шрифтом Times New Roman №12 через 1,5 интервал.

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика парового котла ТП-42

2. Расчетные теплотехнические характеристики топлива

3. Пересчет нормативного элементарного состава топлива и теплоты сгорания на заданную влажность и зольность

4. Расчет количества воздуха и объемов продуктов сгорания

5. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

6. Составление теплового баланса котла и определение расхода топлива

7. Тепловой расчет воздухоподогревателя 1 ступени (Вп1)

8. Расчет экономайзера 1 ступени (Эк1)

9. Тепловой расчет воздухоподогревателя второй ступени (Вп2)

10. Расчет экономайзера 2 ступени (Эк2)

11. Тепловой расчет топки

12. Расчет фестона

13. Тепловой расчет пароперегревателя

13.1 Схема пароперегревателя котла

13.2 Расчет теплообмена всего пароперегревателя

13.3 Расчет радиационного пароперегревателя

13.4 Расчет конвективного пароперегревателя второй (по ходу пара) ступени (Кпе2)

13.5 Расчет впрыскивающего пароохладителя

13.6 Расчет конвективного пароперегревателя первой (по пару) ступени Кпе1

14. Анализ результатов расчетов и определение объема реконструкции котла

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

Введение

Паровой котел относится к особо сложным агрегатам тепловой электростанции (ТЭС).

Рабочим телом в паровом котле для получения пара является питательная вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая мощность парового котла определяется его производительностью при обеспечении необходимой температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке сжигается расчетное количество топлива.

Номинальной производительностью котла называется наибольшая производительность по пару, которую котел должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.

Номинальное давление - это наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.

Номинальные температуры пара высокого давления - это температуры пара, которые должны обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.

Номинальная температура питательной воды - это температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечения номинальной производительности.

При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры будут изменяться.

При выполнении расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит при проверочном расчете котла в определении температуры и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла.

1. Краткая характеристика парового котла ТП-42

Котельный агрегат ТП-42 Бийского котельного завода выполнен с компоновкой поверхностей нагрева по П-образной схеме, с одним барабаном средней мощности. При такой компоновке поверхностей нагрева котельные агрегаты легче выполнить пригодными для работы на твердых топливах с разной приведенной влажностью и зольностью.

Котлоагрегат имеет длинный задний свод, низко расположенный над слоем, и короткий высоко поднятый и закрытый огнеупором передний свод для верхнего сжигания топлива. Далее выполнен пережим для перемешивания продуктов сгорания с воздухом и только за этими участками имеется объем со сплошным экранированием стен для охлаждения дымовых газов. Затем по ходу газов расположен фестон, выполненный из труб заднего экрана, и вертикальный пароперегреватель с поверхностным пароохладителем в рассечку. Топочная камера объемом 1470 м³ экранирована трубами.

В барабане диаметром 1500 мм расположены устройства для сепарации пара, ввода реактивов, непрерывной продувки, распределения питательной воды и ступенчатого испарителя котловой воды.

Исходные данные:

Паропроизводительность котла, Dпе = 230т/ч = 63,89 кг/с.

Давление перегретого пара, Рпе = 9,8МПа.

Температура перегретого пара, tпе = 510^оС.

Температура питательной воды, tпв = 215^оС.

Продувка котла, рпр = 3,0%.

Расчетная влажность топлива Wtг = 22%.

Расчетная зольность топлива Аг = 40%.

Способ сжигания топлива - камерный с твердым шлакозолоудалением.

Система пылепрготовления - ШБМ с промбункером.

2. Расчетные теплотехнические характеристики топлива

Заданное топливо - уголь Донецкое месторождения, АШ.

Нормативный элементарный состав заданного топлива в рабочем состоянии [1, табл. I]:

содержание углерода, (Сг)н = 40,3%;

содержание водорода, (Нг)н = 0,8%;

содержание серы (Sгор)н = 1,2%;

содержание азота, (Nг)н = 0,3%;

содержание кислорода, (Ог)н = 1,4%.

Нормативная влажность (Wtг)н = 20% [1, табл. I].

Нормативная зольность, (Аг)н = 36% [1, табл. I].

Контрольная сумма для нормативного состава топлива:

(Сг)н + (Нг)н + (Sгор)н + (Nг)н + (Ог)н + (Wtг)н + (Аг) н =

= 40,3 + 0,8 + 1,2 + 0,3 + 1,4 + 20 + 36 =100%.

Выход летучих Vdaf = 5,0% [1, табл. I].

Низшая теплота сгорания, (Qiг)н = 13630 кДж/кг [1, табл. I].

Температурные характеристики золы [1, табл. II]:

температура начала деформации, tА = 1130^оС;

температура начала размягчения, tБ = 1240^оС;

температура начала жидкоплавкого состояния, tС = 1260^оС.

3. Пересчет нормативного элементарного состава топлива и теплоты сгорания на заданную влажность и зольность

Пересчет производится в связи с тем, что заданные влажность и зольность расчетного топлива отличаются от их нормативных значений.

Коэффициент пересчета определяется по формуле [1, 2-06]

Кр = = = 0,864 .

Расчетный элементарный состав топлива:

содержание углерода

Сг = 40,3·0,864 = 34,81%;

содержание водорода

Нг = 0,8·0,864 = 0,69%;

содержание серы

Sрог = 0,9·0,864 = 1,04%;

содержание азота

Nг = 0,3·0,864 = 0,26%;

содержание кислорода

Ог = 1,4·0,864 = 1,21%.

Контрольная сумма для расчетного состава топлива

Сг + Нг + Sгор + Nг + Ог + Wtг + Аг =

= 34,81 + 0,69 + 1,04 + 0,26 + 1,21 + 22 + 40 =100%

Расчетная теплота сгорания определяется по формуле:

Qiг = [(Qiг)н + 24,42•(Wiг)н] - 24,42•Wiг,

где (Qiг)н = 13630 кДж/кг - нормативная низшая теплота сгорания топлива;

24,42 кДж/кг - скрытая теплота парообразования при нормальных условиях (t = 0oC, p = 101,3кПа);

Qiг = 13630 + 24,42•20,0 - 24,42•22,0 = 13581кДж/кг.

4. Расчет количества воздуха и объемов продуктов сгорания

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива (при коэффициенте избытка воздуха б = 1)

Vно = 0,0889•(Cг + 0,375•Sгор) + 0,265•Нг - 0,0333Oг =

= 0,0889•(34,81 + 0,375·1,04) + 0,265·0,69 - 0,0333·1,21 = 3,27 м³/кг.

Теоретический объем трехатомных газов

VнRO2 = 0,01866•(Cг + 0,375•Sгор) =

= 0,01866•(34,81+ 0,375·1,04) = 0,66 м³/кг.

Теоретический объем азот

VноN2 = 0,79•Vно + 0,008•Nг = 0,79·3,27+ 0,008·0,3 = 2,59 м³/кг.

Теоретический объем водяных паров

VноH2O = 0,111•Htг + 0,0124•Wtг + 0,0161•Vo =

= 0,111·0,8 + 0,0124·20,0 + 0,0161·3,27 = 0,4 м³/кг.

Суммарный теоретический объем дымовых газов

Vн ог = VноRO2 + VноN2 + VноH2O = 0,66 + 2,59 + 0,4 = 3,65 м³/кг.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки принимается по [1, таблица XVII] Дб = 1,2.

Присосы воздуха в газоходах котла принимаются в соответствии с наличием и расположением поверхностей нагрева в рассчитываемом котле по [1, таблица XVII]:

- в газоход фестона Дбф = 0;

- в газоход пароперегревателя 2 ступени ДбКпе2 = 0,015;

- в газоход пароперегревателя 1 ступени ДбКпе1 = 0,015;

- в газоход экономайзера 2 ступени ДбЭк2 = 0,02;

- в газоход воздухоподогревателя 2 ступени ДбВп2 = 0,03;

- в газоход экономайзера 1 ступени ДбЭк1 = 0,02;

- в газоход воздухоподогревателя 1 ступени ДбВп1 = 0,03;

- в топку Дбт = 0,05;

Присосы воздуха в систему пылеприготовления Дбпл = 0,1 [1, таблица XVII].

Коэффициенты избытка воздуха за отдельной поверхностью нагрева определяются путем прибавления величины присоса воздуха данной поверхности к коэффициенту избытка воздуха в предыдущей поверхности. Таким образом, коэффициент избытка воздуха будут:

- за топкой и фестоном бт = бф = 1,2;

- за пароперегревателем 2 ступени бКпе2 = 1,215;

- за пароперегревателем 1 ступени бКпе1 = 1,23;

- за экономайзером 2 ступени бЭк2 = 1,25;

- за воздухоподогревателем 2 ступени бВп2 = 1,28;

- за экономайзером 1 ступени бЭк1 = 1,3;

- за воздухоподогревателем 1 ступени (в уходящих газах) бВп1 = 1,33.

Средние коэффициенты избытка воздуха по газоходам котла:

- в фестоне

бсрф = бт = 1,2;

- в пароперегревателе 2 ступени

бКпе2.ср. = = 1,2075;

- в пароперегревателе 1 ступени

бКпе1.ср. = = 1,2225;

- в экономайзере 2 ступени

бЭк2.ср. = = 1,24;

- в воздухоподогревателе 2 ступени

бВп2.ср. = = 1,265;

- в экономайзере 1 ступени

бЭк1.ср. = = 1,29;

- в воздухоподогревателе 1 ступени

бВп1.ср. = = 1,315.

Действительные объемы водяных паров и дымовых газов подсчитываются для каждого газохода при средних коэффициентах избытка воздуха по формулам, м³/кг

VнH2O = VноH2O + 0,0161•(бcp - 1)•Vно;

Vгн = Vног + 1,0161•(бcp - 1)•Vно.

Результаты расчетов занесены в таблицу 1. В эту же таблицу заносятся и атомные доли трехатомных газов rRO2 = , водяных паров rH2O = , общая доля трехатомных газов и водяных паров rn = rRO2 + rH2O, а также масса дымовых газов Gг = 1 - и безразмерная концентрация золовых частиц мзл = . При этом доля золы, уносимая в газоходы котла, принимается бун = 0,95 [1, табл. XVIII-XIX].

Таблица 1 - Объемные характеристики продуктов сгорания

Величина	Газоходы котла
	Топка, фестон	Кпе2	Кпе1	Эк2	Вп2	Эк1	Вп1
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева, б	1,2	1,215	1,23	1,25	1,28	1,3	1,33
Коэффициент избытка воздуха средний, бср	1,2	1,208	1,223	1,24	1,265	1,29	1,315
Объем водяных паров, VНН2О , м3/кг	0,413	0,413	0,414	0,415	0,416	0,416	0,419
Полный объем дымовых газов, Vнг, м3/кг	4,312	4,337	4,386	4,445	4,528	4,611	4,694
Объемная доля трех-атомных газов, rRO2	0,153	0,152	0,150	0,148	0,145	0,143	0,140
Объемная доля водяных паров, rH2O	0,096	0,095	0,094	0,093	0,092	0,091	0,089
Объемная доля трехатомных газов и водяных паров, rn	0,248	0,247	0,244	0,241	0,237	0,233	0,229
Масса дымовых газов, Gг, кг	5,73	5,76	5,82	5,90	6,00	6,11	6,22
Безразмерная концентрация золовых частиц, м, кг/кг	0,0066	0,0066	0,0065	0,0064	0,0063	0,0062	0,0061

5. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при б = 1 и расчетной температуре х определяется по формуле, кДж/кг

Iов = Vно•(сх)в;

где (сх)в - удельная энтальпия воздуха, кДж/м³.

5.2 Действительная энтальпия продуктов сгорания (дымовых газов) при б > 1 подсчитывается по формуле, кДж/кг

Iг = Iог + (б - 1)•Iов + Iзл,

где Iог - теоретическая энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг, определяется

Iог = VнRO2•(cх)CO2 + VноN2•(cх)N2 + VноН2О•(сх)Н2О;

Iзл - энтальпия летучей золы, кДж/кг, определяется

Iзл = (сх)зл•;

(сх)в, (сх)СО2, (сх)N2, (сх)Н2О, (сх)зл - удельные энтальпии воздуха, углекислого газа, азота и водяных паров при температуре х, кДж/м3, определяются по [1, табл. XIV], энтальпия золы, кДж/кг определяется по [1, табл. XIV].

Рассчитанные значения энтальпий воздуха и продуктов сгорания, определенные для различных температур и коэффициентов избытка воздуха, заносятся в таблицу 2.

Таблица 2 - Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

t, oC	Iво,	Iго,	Iзл,	Iг = Iог + (б - 1)•Iов + Iзл, кДж/кг
				Топка. Фестон бт=1,2	за Кпе2 бПЕ2=1,215	за Кпе1 бПЕ1=1,23	за Эк2 бВЭ2=1,25	за Вп2 бВП2=1,28	за Эк1 бВЭ1=1,3	за Вп1 бВП1=1,33
30
100	431,64	1068,26	4,617							859,5
200	1335,32	1584,81	9,6387						1705,5	1737,99
300	2023,06	2411,97	15,048					2560,89	2593,6
400	2720,84	3264,16	20,52				3392,97	3458,99	3503
500	3433,68	4138,08	26,106			4245,1	4300,7	4384,159
600	4166,6	5029,36	31,92			5164,1	5231,50
700	4914,58	5945,63	37,734		6046,6	6106,2
800	5672,6	6891,22	43,719	6926,3	6995	7063,8
900	6430,62	7853,23	49,875	7889,2	7967,3
1000	7208,72	8831,36	56,088	8865,8	8953,4
1100	8006,9	9813,21	62,529	9849,4
1200	8805,08	10798,51	68,742	10852,7
1300	903,26	11808,48	77,577	11845,1
1400	10421,5	12839,8	90,231	12872,7
1500	11239,8	13860,02	100,263	13907,3
1600	12063,1	14896,01	106,932	14946,7
1700	12881,3	15939,45	117,648	16000,6
1800	13699,6	16990,39	124,602	17054,8
1900	14542,9	18052,63	136,059	18351,6
2000	15381,3	19108,19	143,184	19183,4
2100	16224,6	20177,65	143,184	20104,5
2200	17063	21249,21	143,184	21170,45

6. Составление теплового баланса котла и определение расхода топлива

Общее уравнение теплового баланса представляется в виде, кДж/кг

Qр + Qв.вн. + Qф = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6,

где Qр - располагаемое тепло сжигаемого топлива, кДж/кг;

Qв.вн. - тепло, подведенное к воздуху предварительно, до входа в воздухоподогреватель, от внешних источников тепла, кДж/кг;

Qф - тепло, вносимое в топку паровым дутьем при форсуночном распылении мазута, кДж/кг;

Q1 - тепло, полезно использованное в котле на подогрев воды, ее испарение и перегрев получаемого пара, кДж/кг;

Q2 - потери тепла с уходящими газами, кДж/кг;

Q3 - потери тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/кг;

Q4 - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/кг;

Q5 - потеря теплоты от наружного охлаждения, кДж/кг;

Q6 - потеря с теплом шлака, кДж/кг.

Располагаемое тепло сжигаемого топлива

Qр = Qri = 13581 кДж/кг.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива, определяется по [1, таблица XVIII-ХХI]

q3 = 0.

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива, принимается по [1, табл. XVIII-ХХI]

q4 = 1%.

Потеря теплоты от наружного охлаждения, определяется

q5 = = 0,537%.

Доля золы топлива, преходящая в шлак

бшл = 1 - бун = 1 - 0,95 = 0,05.

Температура удаляемого шлака принимается при твердом шлакозолоудалении по [1, 5-10]

хшл = 600^оС.

Энтальпия удаляемого шлака при хшл по [1, табл. XIV]

(cх)шл = 560кДж/кг.

Потеря тепла с физической теплотой шлаков

q6 = = 0,074%.

Температура уходящих газов; принимается с последующим ее уточнением

хух = 135^оС.

Энтальпия уходящих газов при хух (определяется по таблице 2 путем интерполяции)

Iух = 1158,15кДж/кг.

Температура присасываемого воздуха; принимается равной температуре холодного воздуха

tпрс = tхв = 30^оС.

Средняя теплоемкость воздуха при 30^оС [1, табл. V]

cв = 1,32кДж/м3•К.

Энтальпия присасываемого воздуха

Iо. прс = Iо. хв = св·tхв·Vно = 1,32·30·3,27 =129,5 кДж/кг.

Отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя к теоретически необходимому при отсутствии рециркуляции газов (rрц = 0)

в'т = бт - Дбт - Дбпл = 1,2 - 0,05 - 0,1 = 1,05.

Отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому

в' = в'т + Дбвп,

где Дбвп - суммарная величина присоса воздуха в обеих ступенях воздухоподогревателя

Дбвп = ДбВп1 + ДбВп2 = 0,03 + 0,03 = 0,06;

в' = 1,05 + 0,06 = 1,11.

Потеря тепла с уходящими газами [1, 5-15]

q2 = =

= = 6,7%.

Коэффициент полезного действия котла

зк = 100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6) =

= 100 - (6,7 + 0 + 1 + 0,537 + 0,074) = 91,7%.

Коэффициент сохранения теплоты

ц = 1 - = 1 - = 0,9936.

Расход перегретого пара (по заданию)

Dпе = 63,89 кг/с.

Расход продувочной воды

Dпр = 0,01·Dпе•рпр = 0,01•63,89•3,0 = 1,917кг/с.

Энтальпия перегретого пара при tпе=510^оС [2, таблица III]

iпe = 3402,1 кДж/кг.

Давление питательной воды на входе в котел принимается

рп.в. = 1,2•рпе = 1,2•9,8 = 11,76 МПа.

Энтальпия питательной воды при давлении в рп.в. и температуре tп.в. [4, таблица III]

iпв = 923,3 кДж/кг.

Давление среды в барабане [2, таблица III]

рб = 1,1·рпе = 1,1·9,8 = 10,78 МПа.

Температура насыщения пара при давлении в барабане [4, таблица II]

ts = 309,48^oC.

Энтальпия насыщенного пара при давлении в барабане [4, таблица II]

is = 2728 кДж/кг.

Энтальпия продувочной (кипящей) воды при давлении в барабане [4, таблица II]

is' = 1399,9 кДж/кг

Тепло, полезно используемое в котле

Qк = Dпе•(iпe - iпв) + Dпр•(is' - iпв) =

= 63,89•(3402,1 - 923,3) + 1,917·(1399,9 - 923,3) = 161276кВт.

Расход топлива, подаваемого в топку

В = = 12,95кг/с.

Расчетный расход топлива (с учетом механической неполноты его сгорания) [1, 5-24]

Вр = В•(1 - 0,01·q4) = 12,95•(1 - 0,01•1) =12,82кг/с.

7. Тепловой расчет воздухоподогревателя 1 ступени (Вп1)

Конструктивные характеристики

Тип ступени - двухходовая.

Диаметр наружный d = 40 мм.

Диаметр внутренний dвн = 37 мм.

Поперечный шаг труб S1 = 60 мм.

Относительный поперечный шаг труб у1 = 1,5.

Продольный шаг труб S2 = 45 мм.

Относительный продольный шаг труб у2 = 1,125.

Сечение для прохода воздуха ѓв = 12,9 м².

Сечение для прохода газов Fг = 11,8 м².

Теплообменная поверхность нагрева Н = 9730 м².

Число рядов труб по ходу газов z2 = 40.

Глубина пакета ?п = 8,4 м.

Глубина газового объема ?об = 1,1 м.

Температура газов на выходе из Вп1; принимается равной температуре уходящих газов (тепловой баланс котла)

х''г = хух = 135^оС (Т''г = 130 + 273 = 403К).

Энтальпия газов на выходе из Вп1; принимается равной энтальпии уходящих газов (тепловой баланс котла)

I''г = Iух = 1158,15кДж/кг.

Температура воздуха на входе в Вп1; принимается равной температуре холодного воздуха, т. к. подогрева воздуха вне котла нет

t'в = tхв = 30^oC.

Энтальпия воздуха на входе в Вп1 (тепловой баланс котла)

I'о.в. = Iо.хв. = 129,5 кДж/кг.

Температура воздуха на выходе из Вп1; принимается с последующим уточнением

t''в = 235^оС.

Энтальпия воздуха на выходе (таблица 2)

I''о.г.в. = 1576 кДж/кг.

Температура воздуха средняя

tв.ср. = = 132,5^оС (Тв.ср. = 132,5 + 273 = 405,5К).

Энтальпия присасываемого воздуха при средней температуре (таблица 2)

Iо.прс. = Iв.ср. = 725,34кДж/кг.

Отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя к теоретически необходимому (тепловой баланс котла)

в'т = 1,05.

Количество воздуха, подогреваемого в Вп1 (относительно теоретически необходимого)

вВп1 = в'т + ДбВп2 + = 1,05 + 0,03 + = 1,095.

Тепло, воспринимаемое воздухом по уравнению теплового баланса

Qб = вВп1•(I''о.г.в. - I'о.в.) = 1,095•(1576 - 129,5) = 1584 кДж/кг.

Энтальпия дымовых газов на входе в Вп1

I'г = I''г + Qб/ц - ДбВп1•Iо.прс. = 1158,15 + 1584/0,9936 - 0,03•725,34 = 2730,6 кДж/кг.

Температура дымовых газов на входе в Вп1; определяется по таблице 2 при I'г (за Эк1)

х'г = 319^оС (Т'г = 319 + 273 = 592К).

Температура дымовых газов средняя

хг.ср. = = 227С (Тг.ср. = 227 + 273 = 500К).

Скорость дымовых газов

wг = = 9,34 м/с.

Коэффициент теплопроводности газов [1, п. 3-04]

лг = 4,047•10-2Вт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости [1, п. 3-03]

v = 32,3•10-6 м³/с.

Критерий Прандтля для газов [1, п. 3-06]

Ргг = 0,67.

Поправка на температуру потока газов [1, п. 7-55]

Сt = 1,0.

Поправка на относительную длину канала [1, п. 7-55]

С? = 1,0.

Поправка на форму канала [1, п. 7-55]

Ск = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке [1, п. 7-55]

бк = 0,023• =

= 0,023• = 35,73 Вт/м²•К.

Расчетная скорость воздуха [1, п.7-28б]

wв = = 5,3 м/с.

Коэффициент теплопроводности воздуха [1, п. 3-04]

лв = 3,41•10-2Кт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха [1, п. 3-03]

v = 27,264•10-6 м³/с.

Критерий Прандтля для воздуха [1, п. 3-06]

Ргг = 0,69.

Поправка на число рядов по ходу воздуха [1, п. 7-45а]

Сz = 1,0.

Средний относительный диагональный шаг труб

у1' = = 1,352.

Величина

ц = = 1,42.

Поправка на компоновку пучка [1, п. 7-44а]

Сs = 0,77•ц0,5 = 0,77•1,420,5 = 0,9176.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху [1, п. 7-43]

б2 = 0,36•Сz•Cs• =

= 0,36•1,0•0,9176• = 53,82 Вт/м²•К.

Эффективная толщина излучающего слоя [1, п. 7-38]

S = 0,9•dвн = 0,9•0,037 = 0,033м.

Коэффициент поглощения лучей газовой средой продуктов сгорания (RO2, H2O) [1, п. 6-13]

кг = ког•rn = =

= = 19,63 1/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,8.

Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы [1, 6-16]

кзл•мзл = =

= = 0,775 1/м•МПа.

Коэффициент поглощения газовой среды при сжигании заданного топлива [1, 6-18]

к = кг + кзл•мзл = 19,63 + 0,775 = 20,405 1/м•МПа.

Степень черноты потока газов при средней температуре Тг.ср. и давлении р = 0,1МПа [1, 7-65]

аг = 1 - е-к•р•s = 1 - 2,718-20,405•0,1•0,033 = 0,065

Степень черноты загрязнения стенок лучевоспринимающей поверхностью [1, 7-35]

аз = 0,8.

Абсолютная температура загрязнений наружной труб поверхности воздухоподогревателя [1, 7-39]

Тз = = 451,75К.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания [1, 7-63]

бл = 5,67·10-8 =

= 5,67·10-8 = 1,52Вт/м2·К.

Коэффициент А для заданного топлива [1, 7-40]

А = 0,5.

Коэффициент теплоотдачи с учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве [1, 7-42]

б'л = бл• =

1,52• = 2,1Вт/м2·К.

Коэффициент использования поверхности [1, 7-41]

о = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [1, 7-16]

б1 = о•(бк + б'л) = 1,0•(35,73 + 2,1) = 37,83 Вт/м²·К.

Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоков воздуха [1, табл. 7-6] ш = 0,9.

Коэффициент теплопередачи [1, 7-15б]

К = = 19,995Вт/м2·К.

Разность температур на входе в ступень

Дt' = х'г - t''в = 319 - 235 = 84оС.

Разность температур на выходе из ступени

Дt'' = х''г - t'в = 135 - 30 = 105оС.

Температурный напор в ступени при противотоке [1, 7-74]

Дtпрт = = 94оС.

Больший перепад температуры среды

фб = t''в - t'в = 235 - 30 = 205^оС.

Меньший перепад температуры среды

фм = х'г - х''г = 319 - 135 = 184^оС.

Параметр [1, 7-79б]

R = = 1,114.

Параметр [1, 7-79а]

Р = = 0,637.

Коэффициент пересчета противоточной схемы к более сложной [1, номограмма 21] ш = 0,96.

Температурный напор в ступени (расчетный) [1, 7-77]

Дt = ш•Дtпрт = 0,96•94 = 88,32оС.

Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи [1, 7-01]

Qт = = 1569,35кДж/кг.

Невязка теплового баланса (абсолютная)

/ДQ/ = = 0,9%.

Допустимая абсолютная величина невязки теплового баланса менее 2%.

8. Расчет экономайзера 1 ступени (Эк1)

Конструктивные характеристики

Тип ступени - змеевиковая, шахматная, противоточная.

Диаметр труб наружный d = 32 мм.

Диаметр труб внутренний dвн = 28 мм.

Поперечный шаг труб s1 = 90 мм.

Относительный поперечный шаг труб у1 = 2,81.

Продольный шаг труб s2 = 50 мм.

Относительный продольный шаг труб у2 = 1,56.

Сечение для прохода воды ѓв = 0,0785 м².

Сечение для прохода газов Fг = 20,4 м².

Теплообменная поверхность нагрева Н = 1075 м².

Число труб по ходу газов z2 = 27,

Глубина пакета ?п = 3,5 м.

Глубина газового объема ?об = 0,9 м.

Температура газов на выходе из Эк1; принимается равной температуре газов на входе в воздухоподогреватель 1 ступени (расчет Вп1)

х''г = 319оС (Т'г = 319 + 273 = 592К).

Энтальпия газов на выходе из Эк1; принимается равной энтальпии газов на входе в воздухоподогреватель 1 ступени (расчет Вп1)

I''г = 2730,6 кДж/кг.

Температура воды на входе в Эк1; принимается равной температуре питательной воды (задание)

t'в = tп.в. = 215^oC.

Давление воды на входе в Эк1; принимается равным давлению перегретого пара, увеличенному на 20%

р'в = 1,2•рпе = 1,2•9,8 = 11,76 МПа.

Энтальпия воды на входе в Эк1 при t'в и р'в [3, таблица III]

i'в = 923,9кДж/кг.

Температура воды на выходе из Эк1; принимается предварительно с последующим уточнением

t''в = 234^оС.

Давление воды на выходе из Эк2; принимается равным давлению перегретого пара, увеличенному на 15%

р''в = 1,15•рпе = 1,15•9,8 = 11,27МПа.

Энтальпия воды на выходе при t''в и р''в [3, таблица III]

i''в = 1008,43 кДж/кг.

Температура воды средняя

tв.ср. = = 224,5оС (Тв.ср. = 224,5 + 273 = 497,5К).

Удельный объем воды при tв.ср. и р''в [3, таблица III]

v = 0,00119 м³/кг.

Расход воды в ступени

DЭк1 = Dпе + Dпр = 63,89 + 1,917 = 65,807 кг/с.

Тепло, воспринимаемое водой по уравнению теплового баланса

Qб.Эк1 = = 433,9 кДж/кг.

Энтальпия дымовых газов на входе в ступень

I'г = I''г + = 3164,6 кДж/кг.

Температура дымовых газов на входе в ступень (таблица 2)

х'Эк1 = 367оС (Т'г = 367 + 273 = 640 К)

Температура дымовых газов средняя

хг.ср. = = 341оС (Тг.ср. = 341 + 273 = 614 К).

Скорость дымовых газов [1, 7-28а]

wг = = 6,52 м/с.

Средняя скорость воды [1, 7-30]

wв = = 0,996 м/с.

Коэффициент теплопроводности газов [1, 3-04]

лг = 4,89•10-2Вт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости газов [1, 3-04]

vг = 45,01•10-6 м²/с.

Критерий Прандтля для газов [1, 3-06]

Pr = 0,65.

Средний относительный диагональный шаг труб

у1' = = 2,1.

Значение

ц = = 1,645

Поправка на число рядов по ходу газов определяется по [1, 7-45а]

при z2 > 10 Сz = 1.

Поправка на компоновку пучка; определяется по [1, 7-44а]

при 0,1 < ц < 4,5 и у < 3

Сs = 0,77•ц0,5 = 0,77•1,6450,5 = 0,988.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенкам труб экономайзера [1, п. 7-43]

бк = 0,36•Сz•Cs• =

= 0,36•1,0•0,988• = 72,63 Вт/м²•К.

Эффективная толщина излучающего слоя [1, п.7-67а]

s = 0,9•d• = 0,132 м.

Коэффициент поглощения лучей газовой средой продуктов сгорания (RO2, H2O) [1, п.6-13]

кг = ког•rn = =

= = 9,1251/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,75.

Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы [1, 6-16]

кзл•мзл = =

= = 0,637 1/м•МПа.

Коэффициент поглощения газовой среды при сжигании заданного топлива [1, 6-18]

к = кг + кзл•мзл = 9,125 + 0,637 = 9,762 1/м•МПа.

Степень черноты потока газов при средней температуре Тг.ср. и давлении р = 0,1МПа [1, 7-65]

аг = 1 - е-к•р•s = 1 - 2,718-9,762·0,1·0,132 = 0,12.

Степень черноты загрязнения стенок лучевоспринимающей поверхностью [1, 7-35]

аз = 0,8.

Абсолютная температура загрязнений наружной труб поверхности экономайзера [1, 7-39]

Тз = Тв.ср + Дt = 497,5 + 25 = 522,5К.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания [1, 7-64]

бл = 5,67·10-8 =

= 5,67·10-8 = 4,53Вт/м2·К.

Коэффициент А для заданного топлива [1, 7-40]

А = 0,5.

Коэффициент теплоотдачи с учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве [1, 7-72]

б'л = бл• =

4,53• = 6,337 Вт/м²·К.

Коэффициент использования поверхности [1, 7-41б]

о = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [1, 7-16]

б1 = о•(бк + б'л) = 1,0•(72,63 + 6,337) = 78,967 Вт/м²·К.

Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоков воздуха [1, табл. 7-6]

ш = 0,75.

Коэффициент теплопередачи [1, 7-16]

К = ш•б1 = 0,55•78,967 = 43,43Вт/м²·К.

Разность температур на входе в ступень

Дt' = х'г.Эк1 - t''в = 367 - 234 = 133^оС.

Разность температур на выходе из ступени

Дt'' = х''г. Эк1 - t'в = 319 - 215 = 104^оС.

Температурный напор в ступени при противотоке [1, 7-74]

Дtпрт = = 118^оС.

Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи [1, 7-01]

Qт.Эк1 = = 429,7 кДж/кг.

Невязка теплового баланса (абсолютная)

/ДQ/ = = 0,97%.

Допустимая абсолютная величина невязки теплового баланса менее 2%.

9. Тепловой расчет воздухоподогревателя второй ступени (Вп2)

Техническая характеристика

Тип ступени - двухходовая.

Диаметр наружный d = 40 мм.

Диаметр внутренний dвн = 37 мм.

Поперечный шаг труб S1 = 60 мм.

Относительный поперечный шаг труб у1 = 1,50.

Продольный шаг труб S2 = 45 мм.

Относительный продольный шаг труб у2 = 1,125.

Сечение для прохода воздуха ѓв = 12,9 м².

Сечение для прохода газов Fг = 11,8 м².

Теплообменная поверхность нагрева Н = 4870 м².

Число рядов труб по ходу газов z2 = 40.

Глубина пакета ?п = 3,5 м.

Глубина газового объема ?об = 1,1 м.

Температура газов на выходе из Вп2; принимается равной температуре газов на входе в Эк1 (расчет Эк1)

х''г = 367оС (Т''г = 367 + 273 = 640К)

Энтальпия газов на выходе из Вп2; принимается равной энтальпии газов на входе в Эк1 (расчет Эк1)

I''г = Iух = 3164,6 кДж/кг.

Температура воздуха на входе в Вп2; принимается равной температуре воздуха на выходе из Вп1

t'в = 235^oC.

Энтальпия воздуха на входе в Вп2; принимается равной энтальпии воздуха на выходе из Вп1 (расчет Вп1)

I'о.в. = Iо.хв. = 1576кДж/кг.

Температура воздуха на выходе из Вп2; принимается с последующим уточнением

t''в = 373^оС.

Энтальпия воздуха на выходе (таблица 2)

I''о.г.в. = 2532,45 кДж/кг.

Температура воздуха средняя

tв.ср. = = 304оС (Тв.ср. = 304 + 273 = 577К).

Энтальпия присасываемого воздуха при средней температуре (таблица 2)

Iо.прс. = Iв.ср. = 2051кДж/кг.

Отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя к теоретически необходимому (тепловой баланс котла)

в'т = 1,08.

Количество воздуха, подогреваемого в Вп2 (относительно теоретически необходимого)

вВп2 = в'т + ДбВп2 + = 1,08 + 0,03 + = 1,0125.

Тепло, воспринимаемое воздухом по уравнению теплового баланса

Qб = вВп2•(I''о.г.в. - I'о.в.) = 1,0125•(2532,45 - 1576) = 968,4 кДж/кг.

Энтальпия дымовых газов на входе в Вп2

I'г = I''г + Qб/ц - ДбВп1•Iо.прс. = 3164,6 + 968,4/0,9936 - 0,03•2051 = 4077,7 кДж/кг.

Температура дымовых газов на входе в Вп2; определяется по таблице 2 при I'г (за Эк2)

х'г = 475^оС (Т'г = 475 + 273 = 748К).

Температура дымовых газов средняя

хг.ср. = = 421оС (Тг.ср. = 421 + 273 = 694К).

Скорость дымовых газов

wг = = 12,5 м/с.

Коэффициент теплопроводности газов [1, п. 3-04]

лг = 5,62•10-2 Вт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости [1, п. 3-03]

vг = 56,174·10-6 м³/с.

Критерий Прандтля для газов [1, п. 3-06]

Ргг = 0,64.

Поправка на температуру потока газов [1, п. 7-55]

Сt = 1,0.

Поправка на относительную длину канала [1, п. 7-55]

С? = 1,0.

Поправка на форму канала [1, п. 7-55]

Ск = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке [1, п. 7-55]

бк = 0,023• =

= 0,023• = 39,65Вт/м²•К.

Расчетная скорость воздуха [1, п. 7-28б]

wв = = 7,73м/с.

Коэффициент теплопроводности воздуха [1, п. 3-04]

лв = 4,489•10-2Кт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха [1, п. 3-03]

v = 49,4•10-6 м³/с.

Критерий Прандтля для воздуха [1, п. 3-06]

Ргг = 0,69.

Поправка на число рядов по ходу воздуха [1, п. 7-45а]

Сz = 1,0.

Средний относительный диагональный шаг труб

у1' = = 1,352.

Величина

ц = = 1,42.

Поправка на компоновку пучка [1, п. 7-44а]

Сs = 0,77•ц0,5 = 0,77•1,42 = 1,093.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху [1, п. 7-43]

б2 = 0,36•Сz•Cs• =

= 0,36•1,0•1,093• = 74,09 Вт/м²•К.

Эффективная толщина излучающего слоя [1, п. 7-38]

S = 0,9•dвн = 0,9•0,037 = 0,033 м.

Коэффициент поглощения лучей газовой средой продуктов сгорания (RO2, H2O) [1, п. 6-13]

кг = ког•rn = =

= = 18,45 1/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,8.

Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы [1, 6-16]

кзл•мзл = =

= = 0,65 1/м•МПа.

Коэффициент поглощения газовой среды при сжигании заданного топлива [1, 6-18]

к = кг + кзл•мзл = 18,45 + 0,65 = 19,1 1/м•МПа.

Степень черноты потока газов при средней температуре Тг.ср. и давлении р = 0,1МПа [1, 7-65]

аг = 1 - е-к•р•s = 1 - 2,718-19,1•0,1•0,033 = 0,061.

Степень черноты загрязнения стенок лучевоспринимающей поверхностью [1, 7-35]

аз = 0,8.

Абсолютная температура загрязнений наружной труб поверхности воздухоподогревателя [1, 7-39]

Тз = = 635,5К.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания [1, 7-63]

бл = 5,67·10-8 =

= 5,67·10-8 = 3,665Вт/м2·К.

Коэффициент А для заданного топлива [1, 7-40]

А = 0,5.

Коэффициент теплоотдачи с учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве [1, 7-42]

б'л = бл• =

3,665• = 4,92Вт/м2·К.

Коэффициент использования поверхности [1, 7-41]

о = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [1, 7-16]

б1 = о•(бк + б'л) = 1,0•(39,65 + 4,92) = 44,57 Вт/м²·К.

Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоков воздуха [1, табл. 7-6]

ш = 0,9.

Коэффициент теплопередачи [1, 7-15б]

К = = 25,05 Вт/м²·К.

Разность температур на входе в ступень

Дt' = х'г - t''в = 475 - 373 = 102^оС.

Разность температур на выходе из ступени

Дt'' = х''г - t'в = 367 - 235 = 132^оС.

Дtпрт = = 116^оС.

Больший перепад температуры среды

фб = t''в - t'в = 373 - 235 = 138^оС.

Меньший перепад температуры среды

фм = х'г - х''г = 475 - 367 = 108^оС.

Параметр [1, 7-79б]

R = = 1,28.

Параметр [1, 7-79а]

Р = = 0,45.

Коэффициент пересчета противоточной схемы к более сложной [1, номограмма 21]

ш = 0,96.

Температурный напор в ступени (расчетный) [1, 7-77]

Дt = ш•Дtпрт = 0,87•116 = 100,92^оС.

Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи [1, 7-01]

Qт = = 960,34 кДж/кг.

Невязка теплового баланса (абсолютная)

/ДQ/ = = 0,83%.

Допустимая абсолютная величина невязки теплового баланса менее 2%.

10. Расчет экономайзера 2 ступени (Эк2)

Конструктивные характеристики

Тип ступени - змеевиковая, шахматная, противоточная.

Диаметр труб наружный d = 32 мм.

Диаметр труб внутренний dвн = 28 мм.

Поперечный шаг труб s1 = 90 мм.

Относительный поперечный шаг труб у1 = 2,81.

Продольный шаг труб s2 = 50 мм.

Относительный продольный шаг труб у2 = 1,56.

Сечение для прохода воды ѓв = 0,0785 м².

Сечение для прохода газов Fг = 26,0 м².

Теплообменная поверхность нагрева Н = 970 м².

Число труб по ходу газов z2 = 27,

Глубина пакета ?п = 1,5 м.

Глубина газового объема ?об = 4,2 м.

Температура газов на выходе из Эк2; принимается равной температуре газов на входе в воздухоподогреватель 2 ступени (расчет Вп2)

х''г = 475оС (Т'г = 475 + 273 = 748К).

Энтальпия газов на выходе из Эк1; принимается равной энтальпии газов на входе в воздухоподогреватель 2 ступени (расчет Вп2)

I''г = 4077,7кДж/кг.

Температура воды на входе в Эк2; принимается равной температуре на выходе из Эк1 (расчет Эк1)

t'в = tп.в. = 234^oC.

Давление воды на входе в Эк2; принимается равным давлению на выходе из Эк1 (расчет Эк1)

р'в = 11,27 МПа.

Энтальпия воды на входе в Эк2 при t'в и р'в [3, таблица III]

i'в = 1008,43 кДж/кг.

Температура воды на выходе из Эк2; принимается предварительно с последующим уточнением

t''в = 28⁰С.

Давление воды на выходе из Эк2; принимается равным давлению перегретого пара, увеличенному на 15%

р''в = 1,1•рпе = 1,1•9,8 = 10,78МПа.

Энтальпия воды на выходе при t''в и р''в [3, таблица III]

i''в = 1237,45кДж/кг.

Температура воды средняя

tв.ср. = = 257^оС (Тв.ср. = 257 + 273 = 530К).

Удельный объем воды при tв.ср. и р''в [3, таблица III]

v = 0,001257 м³/кг.

Расход воды в ступени

DЭк2 = Dпе + Dпр = 63,89 + 1,917 = 65,807 кг/с.

Тепло, воспринимаемое водой по уравнению теплового баланса

Qб.Эк2 = = 1175,6 кДж/кг.

Энтальпия дымовых газов на входе в ступень

I'г = I''г + = 5258,3кДж/кг.

Температура дымовых газов на входе в ступень (таблица 2)

х'Эк2 = 610оС (Т'г = 610 + 273 = 883К).

Температура дымовых газов средняя

хг.ср. = = 542,5оС (Тг.ср. = 542,5 + 273 = 815,5К).

Скорость дымовых газов [1, 7-28а]

wг = = 6,55 м/с.

Средняя скорость воды [1, 7-30]

wв = = 1,054м/с.

Коэффициент теплопроводности газов [1, 3-04]

лг = 6,67•10-2 Вт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости газов [1, 3-04]

vг = 75,9•10-6 м²/с.

Критерий Прандтля для газов [1, 3-06]

Pr = 0,618.

Средний относительный диагональный шаг труб

у1' = = 2,1.

Значение

ц = = 1,645.

Поправка на число рядов по ходу газов определяется по [1, 7-45а]

при z2 > 10 Сz = 1.

Поправка на компоновку пучка; определяется по [1, 7-44а]

при 0,1 < ц < 4,5 и у < 3

Сs = 0,77•ц0,5 = 0,77•1,6450,5 = 0,9876.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенкам труб экономайзера [1, п. 7-43]

бк = 0,36•Сz•Cs• =

= 0,36•1,0•0,9876• = 73,38 Вт/м²•К.

Эффективная толщина излучающего слоя [1, п. 7-67а]

s = 0,9•d• = 0,132.

Коэффициент поглощения лучей газовой средой продуктов сгорания (RO2, H2O) [1, п.6-13]

кг = ког•rn = =

= = 8,6 1/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,75

Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы [1, 6-16]

кзл•мзл = =

= = 0,544 1/м•МПа.

Коэффициент поглощения газовой среды при сжигании заданного топлива [1, 6-18]

к = кг + кзл•мзл = 8,6 + 0,544 = 9,144 1/м•МПа.

Степень черноты потока газов при средней температуре Тг.ср. и давлении р = 0,1МПа [1, 7-65]

аг = 1 - е-к•р•s = 1 - 2,718-9,144·0,1·0,132 = 0,114.

Степень черноты загрязнения стенок лучевоспринимающей поверхностью [1, 7-35]

аз = 0,8.

Абсолютная температура загрязнений наружной труб поверхности экономайзера [1, 7-39]

Тз = Тв.ср + Дt = 530 + 60 = 590К.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания [1, 7-64]

бл = 5,67·10-8 =

= 5,67·10-8 = 8,28Вт/м2·К.

Коэффициент А для заданного топлива [1, 7-40]

А = 0,5.

Коэффициент теплоотдачи с учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве [1, 7-72]

б'л = бл• =

8,28• = 12,59Вт/м2·К.

Коэффициент использования поверхности [1, 7-41б]

о = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [1, 7-16]

б1 = о•(бк + б'л) = 1,0•(73,38 + 12,59) = 85,97 Вт/м²·К.

Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоков воздуха [1, табл. 7-6]

ш = 0,69

Коэффициент теплопередачи [1, 7-16]

К = ш•б1 = 0,64•85,97 = 55 Вт/м²·К.

Разность температур на входе в ступень

Дt' = х'г.Эк2 - t''в = 610 - 280 = 330^оС.

Разность температур на выходе из ступени

Дt'' = х''г. Эк2 - t'в = 475 - 234 = 241оС.

Температурный напор в ступени при противотоке [1, 7-74]

Дtпрт = = 283С.

Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи [1, 7-01]

Qт.Эк2 = = 1175,7 кДж/кг.

Невязка теплового баланса (абсолютная)

/ДQ/ = = 0,16%.

Допустимая абсолютная величина невязки теплового баланса менее 2%.

11. Тепловой расчет топки

Конструктивные характеристики топки

Тип топки - открытая, с твердым шлакозолоудалением.

Объем топки Vт = 1488 м³.

Площадь сечения топки Fт = 69,4 м².

Полная поверхность стен топки Fс = 852 м².

Поверхность выходного окна топки Fвых = 51,5 м².

Диаметр экранных труб d = 60 мм.

Шаг экранных труб S = 64 мм.

Диаметр потолочных труб Рпе dр.пе. = 42 мм.

Шаг потолочных труб Рпе Sр.пе. = 90 мм.

Поверхность потолочного пароперегревателя Fр.пе = 54,0 м².

Высота расположения горелок hг = 4,15 м.

Расчетная высота топки Нт = 17,67 м.

Температура горячего воздуха, подаваемого в топку; принимается равной температуре воздуха на выходе из Вп2

t''г.в. . = 373^оС.

Энтальпия горячего воздуха; принимается равной энтальпии воздуха на выходе из Вп2

Iо.гв = 2532,42 кДж/кг.

Температура присасываемого в топку воздуха; принимается равной температуре холодного воздуха

tпрс = t''х.в. = 30^oC.

Энтальпия присасываемого в топку холодного воздуха (тепловой баланс)

Iо.прс. = Iо.х.в. = 129,5 кДж/кг.

Отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя, к теоретически необходимому при отсутствии циркуляции газов

в''т = бт - ?бт - ?бпл = 1,2 - 0,02 - 0,1 = 1,08.

Тепло, вносимое в топку с горячим и холодным воздухом [1, 6-29]

Qв = в''т•Iо.г.в + (Дбт + Дбпл)Iо.прс = 1,08·2532,45 + (0,02 + 0,1)·129,5 = 2750,6кДж/кг.

Полезное тепловыделение в топке при отсутствии форсуночного дутья (Qф = 0) и рециркуляции газов в топку (r = 0) [1, 6-28]

Qт = Qp = = 16330 кДж/кг.

Теоретическая температура горения (по таблице 2, столбец для топки)

ха = 1731оС = (Та = 1731 + 273 = 2004К).

Угловой коэффициент топочных экранов [3, 4-31]

хэ = 1 - 0,2 = 1 - 0,2 = 0,987.

Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения экранов, закрытие их изоляцией [1, 6-31]

оэ = ш/хэ = 0,4.

Коэффициент тепловой эффективности экранов топки

шэ = оэ•хэ = 0,987•0,4 = 0,395.

Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева; принимаем для сжигания твердых топлив [1, 6-34]

в = 0,6.

Для выходного газового окна

овых = в•оэ = 0,6•0,4 = 0,24.

Коэффициент тепловой эффективности выходного окна топки

швых = хвых•овых = 1•0,24 = 0,24.

Угловой коэффициент потолочных труб радиационного пароперегревателя; [3, 6-31]

хр.пе = 1 - 0,2• = 0,77.

Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнений радиационного пароперегревателя

ор.пе. = оэ = 0,6.

Коэффициент тепловой эффективности радиационного подогревателя, расположенного на потолке топки

шр.пе. = хр.пе•ор.пе = 0,77•0,4 = 0,308.

Среднее значение коэффициент тепловой эффективности топочных экранов, если Ушoi = 0,35 [1, 6-32, табл. 6-12]

Шср = = 0,34.

Коэффициент Мо для топки [1, 6-18]

Мо = 0,42

Средний относительный уровень расположения горелок [1, 6-11]

хт = = = 0,235.

Параметр забалластированности топочных газов при отсутствии циркуляции газов в топку [1, 6-27]

rv = = 1,123.

Параметр М для топки [1, 6-26а]

М = Мо•(1 - 0,4•хг)• = 0,396.

Эффективная толщина излучающего слоя в топочной камере [1, 6-07]

S = 3,6, = 3,6 = 6,2532м.

Температура газов на выходе из топки; принимается предварительно с последующим уточнением

х''т = 1140^оС (Т''т = 1140 + 273 = 1413 К).

Энтальпия газов на выходе из топки при принятой температуре (по таблице 2)

I''г.т = 10250,72 кДж/кг.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1кг топлива [1, 6-19]

(хc)ср = = 10,286 кДж/кг•К.

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO2, H2O) [1, 6-13]

кг = кго•rn = =

= = 0,769 1/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,75.

Коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы [1, 6-16]

Кзлмзл = = =

0,35 1/м•МПа.

Коэффициент поглощения лучей частицами кокса; принимается по [1, табл. 6-2] в зависимости от вида топлива, для каменных углей

ккокс•мкокс = 0,1 1/м•МПа.

Коэффициент поглощения газовой среды при сжигании заданного топлива [1, табл. 6-18]

к = кг + кзлмзл + ккокс•мкокс = 0,769 + 0,35 + 0,1 = 1,219 1/м•МПа.

Критерий Бугера, характеризующий поглощательную способность продуктов сгорания при р = 0,1МПа [1, 6-12]

Вu = к•р•S = 1,219•0,1•6,2532 = 0,762.

Эффективное значение критерия Бугера [1, 6-25]

= 0,889.

Расчетная температура газов на выходе из топки [1, 6-35]

Тт = =

= = 1186С.

Полученная расчетом температура газов не отличается от принятой не более чем на 100^оС, поэтому уточнения ее расчета не требуется.

Энтальпия газов на выходе из топки при расчетной температуре, кДж/кг, (таблица 2)

I''г.т = 10712,24кДж/кг.

Количество тепла, воспринимаемое в топке излучением, кДж/кг

Qл.т = ц·(Qт - I''гт) = 0,9936·(16330 - 10712,24) = 5581,8 кДж/кг.

Коэффициент распределения тепловосприятия на высоте топки для верхней ее части [1, табл. 8-3]

ув = 0,9.

Удельная тепловая нагрузка радиационного (потолочного) пароперегревателя [1, 6-37]

qр.пе. = ув· = 0,9· = 68,48 кВт/м².

Удельное тепловое восприятие выходного окна топки [1, 6-37]

qг.о. = ув· = 0,9· = 53,28 кВт/м³.

Тепловое напряжение сечения топочной камеры [1, 6-37]

qFt = Bp· = 12,82· = 2508,77 кВт/м².

Тепловое напряжение топочного объема (расчетное) [1, 6-37]

qv = Bp = 12,82· = 117,64 кВт/м³.

Тепловое напряжение топочного объема (допустимое) [1, табл. XVIII - XX] Qv = 180 кВт/м³.

Тепловое напряжение сечения топочной камеры (допустимое) [1, табл. XVIII - XX]

qf = 2,9 МВт/м².

Лучевоспринимающая поверхность топочных экранов

Нл = Fc•хэ = 852•0,987 = 840,924 м².

Тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности топки [1, 6-37]

qH = = 207,044 кВт/м².

12. Расчет фестона

Конструктивные характеристики фестона

Расположение труб - шахматное.

Число рядов труб по ходу газов Z2 = 4.

Поперечный шаг труб S1 = 256 мм.

Относительный поперечный шаг труб у1 = S1/d = 4,27

Продольный шаг труб S2 = 300 мм.

Относительный продольный шаг труб у2 = S2/d = 5.

Теплообменная поверхность нагрева Fф = 213 м².

Лучевоспринимающая поверхность Нлф = 51,5 м².

Сечение для прохода газов Fг = 48,7 м².

Диаметр труб наружный d = 60 мм.

Температура газов на входе в фестон; принимается равной температуре газов на выходе из топки (из расчета топки)

х'г = 1186оС (Т'г = 1186 + 273 = 1459К).

Энтальпия газов на входе в фестон (из расчета топки)

I'г = 10712,24кДж/кг.

Температура газов на выходе из фестона; принимается предварительно с последующим уточнением

х''г = 1033оС (Т''г = 1033 + 273 = 1306К)

Энтальпия газов на выходе из фестона (из таблицы 2)

I''г = 9190,39 кДж/кг.

Тепло отдаваемое газами по уравнению теплового баланса

Qб.ф = ц•(I'г - I''г) = 0,9936•(10712,24 - 9190,39) = 1512,11 кДж/кг.

Температура дымовых газов в фестоне средняя

хг.ср = = 1109,5^оС (Тг.ср = 1109,5 + 273 = 1382,5К).

Давление пароводяной смеси в фестоне принимается равным давлению в барабане котла (давлению перегретого пара на выходе, увеличенному на 10%)

Рф = 1,1•Рпе = 1,1•9,8 = 10,78МПа.

Температура насыщения при этом давлении [1, табл. ХХIII]

tн = 316,36^оС.

Температурный напор

Дt = хг.ср. - tн = 1382,5 - 316,36 = 1066,4^оС.

Скорость дымовых газов

Wг = = = 4,87 м/с.

Коэффициент теплопроводности газов [1, п. 3.04 и табл. VI]

лг = 11,625·10-2Вт/м.

Коэффициент кинематической вязкости газов [1, п. 3.03 и табл. VI]

vг = 185,7·10-6 м²/с.

Критерий Прандтля для газов [1, п. 3.05 и табл. VI]

Рr = 0,57.

Средний относительный диагональный шаг труб

у'2 = = 5,44.

Значение

ц = = 0,74.

Поправка на число рядов по ходу газов; определяется по [1, 7-45б]

при z2 > 10, Сz = 1

Поправка на компоновку пучка; определяется по [1, 7-44б]

при 0,1 < ц < 4,5

Сs = 0,95•ц0,1 = 0,95•0,740,1 = 0,922

Коэффициент теплопередачи конвекцией от газов к стенкам труб фестона [1, 7-43]

Эффективная толщина излучающего слоя [1, 7-67а]

S = 0,9•d = 0,9·0,06 = 1,415м.

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO2. H2O) [1, 6-13]

кг = кгrn = =

= = 1,788 1/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,75.

Коэффициент ослабления лучей частицами золы

кзлмзл = = = 0,394 1/м•МПа.

Коэффициент поглощения газовой средой [1, 7-66]

к = (кгrn + Кзлмзл ) = 1,788 + 0,394= 2,182.

Степень черноты потока газов при средней температуре Тг.ср и р = 0,1МПа [1, 7-65]

а = 1 - е-крs = 1 - 2,718-2,182 0,1 1,415 = 0,46.

Коэффициент излучения загрязненных стенок по [1, 7-35]

оз = 0,8.

Абсолютная температура загрязнений наружной поверхности труб [1, 7-39]

tз = tн + 80 = 316,36 + 80 = 396,36оС (Тз = 396,36 + 273 = 669,36К).

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания [1, 7-63]

бл = 5,67·10-8 =

= 5,67·10-8 = 95,64 Вт/м²·К.

Коэффициент использования поверхности [1, 7-41]

о = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

б1 = о•(бк + бл) = 1,0•(44,27 + 96,64) = 139,91 Вт/м2·К.

Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности и неполноты омывания газами [1, 7-16]

ш = 0,60.

Коэффициент теплопередачи [1, 7-15в]

К = ш•б1 = 0,6·139,91 = 83,946 Вт/м²•К.

Теплота, отдаваемая газами по уравнению теплопередачи [1, 7-01]

Qт.ф = = = 1487,35 кДж/кг.

Невязка теплового баланса (абсолютная)

дQ = = = 1,63%.

Допустимая абсолютная величина невязки теплового баланса - менее 2%.

Лучевоспринимающая поверхность фестона; принимается равной площади выходного газового окна топки (см. расчет топки)

Нл.ф. = Fвых = 51,5 м².

Сумма угловых коэффициентов фестона [1, табл. 7-2]

Ухр.ф. = 0,8.

Тепло, воспринимаемое фестоном излучением из топки [1, 10-6]

Qл.ф = = = 171,23 кДж/кг.

Лучистое тепло топки, проходящее сквозь фестон и воспринимаемое пароперегревателем, расположенным за фестоном [1, 7-07]

Qл.Кпе2 = = 42,8кДж/кг.

13. Расчет пароперегревателя

13.1 Схема пароперегревателя котла

Пароперегреватель котла - радиационно-конвективный. Состоит из радиационной части (Рпе), расположенной на потолке топки и двух конвективных ступеней (Кпе1 и Кпе2). размещенных в поворотном газоходе котла.

Схема пароперегревателя котла представлена на рисунке 1.

Рпе - радиационный пароперегреватель; Кпе1 - конвективный пароперегреватель 1 ступени; Кпе2 - конвективный пароперегреватель 2 ступени

Рисунок 1 - Схема пароперегревателя котла

13.2 Расчет теплообмена всего пароперегревателя

Расход пара на выходе из пароперегревателя (задание)

Dпе = 63,89 кг/с.

Процент впрыска в пароохладитель; принимается в пределах 6-8%

рвпр = 6%.

Расход воды на впрыск

Dвпр = = 3,83кг/с.

Расход насыщенного пара на входе в пароперегреватель

D'пе = Dпе - Dвпр = 63,89 - 3,83 = 60,06 кг/с.

Давление перегретого пара на входе в пароперегреватель; принимается равным давлению пара на выходе увеличенному на 10%

рн.р. = 1,1•рпе = 1,1•9,8 = 10,78 МПа.

Давление перегретого пара на выходе из пароперегревателя (задание)

рпе = 9,8МПа.

Температура насыщенного пара на входе в пароперегреватель при этом давлении [1, табл. XXIII]

tн = t s= 316,53^oC.

Энтальпия пара на входе в пароперегреватель [1, табл. XXIII]

i'п = is = 2709,8 кДж/кг.

Температура пара на выходе из пароперегревателя (задание)

t''п = tпе = 510^оС.

Энтальпия пара на выходе из пароперегревателя (тепловой баланс) [1, табл. XXV]

i''пе = 3402,1 кДж/кг.

Энтальпия кипящей воды, впрыскиваемой в пароохладитель (тепловой баланс котла) [1, табл. XXIII]

iвпр = is = 1441,96 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка радиационного (потолочного) подогревателя; определена при расчете топки (расчет топки)

qр.пе = 68,48 кВт/м².

Угловой коэффициент радиационного пароперегревателя, определен при расчет топки в зависимости от конструкции [1, номограмма 1]

хр.пе = 0,77.

Количество тепла, воспринимаемое радиационным подогревателем излучением из топки

Qл.р.пе. = = 222,1кДж/кг.

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем излучением из топки (расчет фестона)

Qл.Кпе2 = 42,8 кДж/кг.

Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса

Температура газов на входе в пароперегреватель; принимается равной температуре газов на выходе из фестона (расчет фестона)

х'г = 1033^оС (Тг = 1033 + 273 = 1306К).

Энтальпия газов на входе в пароперегреватель; принимается равной энтальпии газов на выходе из фестона (расчет фестона)

I'г = 9190,39кДж/кг.

Энтальпия присасываемого холодного воздуха при tх.в. = 30oC