Проверочный расчет котла БКЗ 75-39

Введение

Теплогенерирующей установкой называют совокупность устройств и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха. Водяной пар используют для технологических нужд промышленности и сельском хозяйстве, для приведения в движения паровых двигателей, а также для нагрева воды, направляемой в дальнейшем на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Горячую воду и подогретый воздух используют для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а также для коммунально-бытовых нужд населения. Теплогенерирующие установки предназначены для производства тепловой энергии, которыми являются: органическое и ядерное топлива, солнечная и геотермальная энергия, горючие и тепловые отходы промышленных производств.

Тепловая энергия - один из основных видов энергии используемой человеком для обеспечения необходимых условий его жизнедеятельности, как для развития и совершенствования общества, в котором он живёт, так и для создания благоприятных условий его быта. Тепловая энергия, производимая человеком из первичных источников энергии, в основном используется для получения электрической энергии на тепловых электростанциях, для технологических нужд промышленных предприятий, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.

Комплексы устройств, при производящих в тепловую энергию и доставляющих её в виде водяного пара, горячей воды и подогретого воздуха потребителю, называются системами теплоснабжения. В зависимости от мощности систем и числа потребителей, получающих от них тепловую энергию, системы теплоснабжения подразделяют на централизованные и децентрализованные. Условно принято считать систему теплоснабжения централизованной, если единичная мощность включенных в неё теплогенерирующих установок равна или превышает 58 МВт. если мощность установок, производящих тепловую энергию в системе, меньше 58 МВт, то система теплоснабжения считается децентрализованной.

Автоматизация-это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению(нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда,

приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,

увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара,

повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,

увеличивает экономичность работы парогенератора.

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенераторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» и др.

На основе указанных материалов для каждой котельной установки должны быть составлены должностные и технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, технике безопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т.п. Должны быть составлены технические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов различного назначения. Знание инструкций, режимных карт работы котла и указанных материалов является обязательным для персонала. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.

Эксплуатация котлов производится по производственным заданиям, составляемым по планам и графикам выработки пара, расхода топлива, расхода электроэнергии на собственные нужды, обязательно ведется оперативный журнал, в который заносятся распоряжения руководителя и записи дежурного персонала о работе оборудования, а так же ремонтную книгу, в которую записывают сведения о замеченных дефектах и мероприятиях по их устранению.

Должны вестись первичная отчетность, состоящая из суточных ведомостей по работе агрегатов и записей регистрирующих приборов и вторичная отчетность, включающая обобщенные данные по котлам за определенный период. Установка котлов в помещении должна соответствовать правилам Госгортехнадзора, требованиям техники безопасности, санитарно-техническим нормам, требованиям пожарной безопасности.

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:

1) процесс горения топлива,

2) процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

3) процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.

Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом. проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.

Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3, необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.

Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.

Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.

Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.

Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в данном случае ширмовой и коньюктивный, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С и давлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.

1. Общая часть

1.1 Характеристика котла

Котельный агрегат водочный конструкции типа БКЗ-75-39ФБ предназначен для работы на бурных и каменных углях на торфе, антрацитовым штыбе и тощих углях.

Котел - однобарабанный, с естественной циркуляции, выполнены по П - образном схеме.

Топочная камера объемом 454 м³ полностью экранирована 3 мм, а при работе котла на АШ и торфе частично трубами диаметром 60 мм, толщиной стенки 4 мм, расположенными с шагом 75 - 90 мм, Трубы фронтового и заднего экранов и нижней части трубы заднего экранов в нижней части образуют экрана разведены в четырехрядный фестон. Экраны разделены на 12 самостоятельных циркуляционных контуров по числу поставочных блоков топки.

Для сжигания каменных углей топка котла оборудуется тремя пылеугольными горелками, расположенными с фронта котла, или четырьмя пылеугольными горелками, расположенными сносно по две горелки на каждый боковой стенке.

Для сжигания фрезерного торфа топка оборудуется двумя мельничными шахтами, расположенными с фронта котла, с подачей топлива и воздуха тонкими струями. С целью обеспечения устойчивого сгорания фрезерки торфа часть поверхности боковых экранов топки на уровне амбразур утепляется. Для этого нижняя часть боковых экранов выполняется из трубы диаметром 60 мм и толщиной стенки 4 мм с приваренными к ними шипами и покрывается хромитовой массой.

Для сжигания АШ выполнена модификация котла ЬКЗ-75-39ФБ жш с жидким шлакоудалением. В этом случае для устойчивого сжигания АШ холодная воронка топки полностью утепляется, т.е. нижняя часть топки выполняется из трубы диаметром 60 мм и толщиной стенки 4 мм, шипуется и покрывается хромитовой массой, а скаты холодной воронки закрываются кирпичной кладкой. Топочная камера оборудуется четырьмя пылеугольными горелки, распложенными по две боковых стенах топки.

Схема испарения - трехступенчатая, рассчитана на питательную воду с солесодержанием плотного остатка до 350 мг/л.

Барабан котла внутренним диаметром 1500 мм и толщиной стенки 36 мм выполнен из стекла 16ГС. В барабане имеется чистый отсек первой ступени испарения и два соленых отсека первой ступени испарения и два соленых отсека второй ступени испарения по торцам барабана, оборудования внутрибарабанными циклонами. Третья ступень испарения включает два выносных циклона диаметром 337 мм. Пар из циклонов поступает в барабан.

Пароперегреватель - конвекционный, вертикального типа, с коридорным расположением труб диаметром 38 мм и толщиной 3 мм выполнен из двух блоков, расположенных поворотом газоходе между топкой и опускным газоходом. Температура перегрева регулируется поверхности пароохладителем, расположенным в рассечке пароперегревателя.

Водяной экономайзер - кипящего типа, гладкотрубный, змеевиковый, выполнен из труб диаметром 32 мм и толщиной стенки 3 мм. Состоит из трех блоков, распложенных в опускном газоходе котла.

Трубчатый воздухоподогреватель - вертикального типа, выполнен из труб диаметром 40 мм и толщиной стенки 1,5 мм имеет четыре хода по воздушной стороне. Состоит из трех блоков.

При необходимости котлоагрегат может быть оборудован устройством для дробовой очистки поверхности нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя, а так же защитой от дробового наклепа.

Каркас котла - металлический, сварной конструкции, с обшивкой. Обмуровка - трехслойная, выполнена виде плит облегченного типа, закрепляемых на каркасе котла. Толщина обмуровки 265 мм, в местах, не закрытых трубами, - 320 мм.

Котлоагрегат поставляется крупными транспортабельными блоками.

1.2 Техническая характеристика котла

Таблица 1.1 - Техническая характеристика котла типа БКЗ-75-39ФБ

Наименование	Обозначение
1. Паропроизводительность, т/ч	75
2. Давление пара, на выходе из котла МПа (кгс/см2)	40
3. Температура, 0С
перегретого пара	440
питательной воды	145
уходящих газов	131
4. Расчетный к.п.д. %	89,3
5. Габаритные размеры, мм
Верхняя отметка	24535
Ширина по осям колони	7430
Глубина по осям колони	11120
6. Все металла котла в объеме поставки завода.	340

1.3 Характеристика топлива

Принято твердое органическое топливо по степени углефикации исходного органического материала делят на древесину, торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит

Марки угля различают по выходу летучих и характеру летучего остатка. Характеристики угля в пределах одних и тех же марок определяются для каждого угольного бассейна отдельно.

Петрографический состав угля. Уголь по своей природе является веществом, неоднородным по цвету, блеску, твердости, пористости и другим параметрам

Твердое топливо способно удерживать в своем объеме определенное количество влаги в результате химического и физико-химического гетерогенного взаимодействия с веществом угля. Влагу общую W\, удерживаемую веществом угля, условно делят на внешнюю W_cx и гидратную W_m. К внешней влаге относят влагу, попавшую в массу угля в пласте, а также влагу, попавшую при добыче, хранении и транспортировке топлива за счет грунтовых вод и из атмосферного воздуха (свободная влага); сортированную влагу и заполняющую капилляры и открытые поры массы угольного вещества (связанная влага). Внешняя влага легко удаляется из угля механическими средствами и термической сушкой при температуре до 105 °С. К гидратной влаге относят влагу, входящую в состав кристаллогидратов минеральных примесей топлива, и коллоидную влагу, являющуюся составной частью угольного вещества. Гидратная влага выводится из топлива для большинства кристаллогидратов при температурах 150-200 °С, а при кратковременном пребывании в высокотемпературной среде полное выделение гидратной влаги происходит при температурах среды свыше 600 °С. Гидратная влага составляет лишь несколько процентов от общего содержания воды в топливе. При увеличении зольности топлива доля гидратной влаги растет.

Твердое органическое топливо является термически нестойким веществом, которое при нагревании разлагается, в результате чего происходит деструкция (распад) термически нестойких сложных углеводородсодержащих соединений массы топлива с выделением горючих (водорода, углеводородов, окиси углерода) и негорючих (углекислоты и водяных паров) газов. Для получения углевой пыли, уголь измельчается в шаровых мельницах.

1.4 Топочное устройство

На агрегате большой производительности устанавливают мощные одно и двух улиточные, лопаточные и улиточно-лопаточные пылеугольные круглые горелки. При любой конструкции круглой горелки потоки пылевоздушной смеси и вторичного воздуха закручиваются в одном направлении. В горелке ОРГРЭС (см. рис. 4.12, а), вторичный воздух, получивший вращение в улиточном устройстве, встречаясь с пылевоздушной смесью, увлекает ее. В горелках ТКЗ, ЗИО и ЦКТИ (см. рис. 4.12, б, в) оба потока закручиваются вследствие улиточного или лопаточного подвода. Потоки образуют в топке два концентрически расходящихся усеченных конуса, как бы опирающихся малыми основаниями на кольцевые выходы из горелки (рис. 4.13). Внутри образуется конус пылевоздушной смеси, снаружи к нему примыкает конусообразный поток вторичного воздуха. По мере движения в топке оба потока проникают один в другой, перемешиваются, увлекая за собой топочные газы. Чем больше горячих топочных газов вовлекается в этот процесс, тем быстрее воспламеняется и сгорает топливо. Для увеличения угла раскрытия факела мощные горелки имеют коническую выходную насадку. С этой же целью выходящую часть амбразуры часто также выполняют конической, расширяющейся к устью. При этом достигается лучшее сочетание форм развития факела и амбразуры, увеличивается поверхность контакта факела, ускоряется воспламенение топлива.

На полноту сгорания топлива сильное влияние оказывают скорости вдувания в топку первичной смеси и вторичного воздуха. При малой скорости первичной смеси возможны выпадение из потока крупных частиц топлива и обгорание выходных патрубков горелки. Слишком большая скорость первичной смеси ухудшает условия воспламенения и увеличивает длину факела, i Скорость вторичного воздуха так же, как и первичного, выбирается в зависимости от выхода летучих w\ - 12 - 25 м/с, 12) 2=18-4-30 м/с. Круглые горелки универсальны и применимы для любого твердого топлива, но наибольшее распространение они получили для топлива с малым выходом летучих. Единичная мощность круглых горелок достигает 14 т/ч (по углю АШ).

Рис. 4.12. Схема различных круглых пылеугольных

горелка с лопаточным аппаратом

1-ствол для аэропыли; 2 - улитка первичного воздуха;

3 - улитка вторичного воздуха; 4 - рассекатель;

5 - порог; 6 - амбразура; 7 - лопаточный аппарат;

8 - мазутная форсунка; 9 - подвод воздуха к мазутной

форсунке; I - подвод пылевоздушной смеси;

II - подвод вторичного воздуха

1.5 Сепаратор пыли

Сепараторы применяются для выделения из патока пыли крупных частиц и возврата их в мельницу на домол. В зависимости от конструктивного выполнения - они бывают центробежные, гравитационные и инерционные.

Центробежные сепараторы применяются в системах с шаровыми мельницами, реже с быстроходными и среднеходными.

Центробежные смесь поступает во входной патрубок со скоростью 15-22 м/с. В сепараторе скорость падает до 2-6 м/с, а результате чего выпадают наиболее крупных частицы и по патрубок поступают обратно на домол в мельницу. Далее пылевоздушная смесь приходит по кольцевому каналу вверх и через окна поступает во внутренний конус. В окнах пыль закручивается благодаря направленности, созданной поворотными лопатками. В результате центробежных сил теряется скорость. Крупных частицы выпадают из потока и по патрубку поступают на домол. Готовая кондиционная пыль по выходной трубе направляется в пылесистему.

Гравитационные сепараторы представляет собой прямоугольную вертикальную шахту 2 из листов стали высотой от 4 до 8 м и более. Отделения крупных частиц осуществляется в шахте под действием сил тяжести. Количества воздуха, подаваемого в шахту, определяется расчетом. По расходу сушильной среды и скорости рассчитывается площадь сечения сепаратора. Размолотое топливо с сушильной средой выбрасывается билами в шахту, часть пылевоздушной среды подсасывается за счет подсоса воздуха ротором молотковой мельницы вдоль противоположной стенки обратно в мельницу.

Инерционные сепараторы применяются с молотковыми мельницами при работе на бурных углях и сланцах с тонкостью пыли R₉₀ › 40%, а также на фрезерном торфе. На показано конструкция инерционного сепаратора. Пылевоздушная смесь поступает из мельницы вверх и после двойного поворота выходит через выходной патрубок, а крупные частицы возвращаются обратно в мельницу. Тонкость помола пыли регулируется специальными шибером. Скорость в канале применяется 4,5-7,5 м/с, в наибольшем сечении сепаратора 2-3 м/с, воздуха входном патрубке 12-18 м/с.

2. Специальная часть

2.1 Исходные данные

Тип котла - БКЗ-75-39

Тип топки - ТЛЗМ-2700/3000

Паропроизводительность номинальная - 75т/ч

Давление насыщенного пара в барабане котла - 3,9мПа

Температура питательной воды - 145⁰С

Топливо - Итатское (каменные уголь)

Хвостовые поверхности нагрева - В/Э, ВЗП

Температура уходящих газов - 141

Расчётные характеристики топлива

По табл. 4.1 для Итатское каменное угля

W^р = 40,5% A^р =6,8% S^р_{ор + к} = 0,4% C^р=36,2%

H^р =2,6% N^р = 0,4% O^р =12,7%

Q^р_н =12,820 V^г =48,0

Характеристики плавкости золы: t₁ = 1200

t₂ =1220

t₃ =1240

Приведённая зольность:

A^п = 10і ·A^р/Q^р_н =10³*6,8/12820=0,53 (2.1)

Приведённая влажность:

W^п = 10і · W^р/ Q^р_н =10³*40,5/12820=3,91 (2.2)

Приведённая сернистость:

S^п = 10і · S^р_{ор + к} / Q^р_н =10³*0,4/12820=0,031 (2.3)

Расчётные характеристики топки

По табл. 5.1. для топки ……ТЛЗМ-2700/3000……………….:

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки - б_т =1,2

Тепловое напряжение площади зеркала горения - q_R =1200/1300кВт/м²

Тепловое напряжение объёма топки - q_V =180кВт/м³

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания - q₃ =0,5

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания -

q₄ =1

Для золы топлива, уносимая газами - б_ун =0,95

Коэффициенты избытка воздуха в газовом тракте установки

Присосы воздуха в отдельных элементах котельной установки согласно табл. 5.4.:

В конвективном пучке - Дб_кп =0,1

В чугунном водяном экономайзере - Дб_э =0,1

В золоуловителе - Дб_зу =0,05

В стальных газопроводах длиной L?10 м - Дб_г =0,01

Коэффициенты избытка воздуха:

За котлом (перед экономайзером) - б_к = б^'_э = б_т + Дб_кп =1,3 (2.4)

За экономайзером - б^«_э = б^'_э + Дб_э =1,4 (2.5)

Перед дымососом - б_g = б^«_э + Дб_зу + Дб_г =1,46 (2.6)

2.2 Объёмы воздуха и продуктов сгорания

Топливо - Итатское угол.

Теоретический объём воздуха: объём воздуха (V⁰, м³/кг), необходимый для полного сгорания 1 килограмма твердого или жидкого топлива заданного состава определяются по уравнению:

V⁰= 0,0889 (С^р+ 0,375S^p_ор+к)+ 0,265Н^р - 0,0333О^р (2.7)

Теоретические объемы продуктов сгорания (при б=I) при сжигании жидких топлив (V_i⁰, м³/кг) рассчитывается по соотношениям:

а) объем азота

V_N2⁰= 0,79 V⁰+ 0,008N^p; (2.8)

б) объем трехатомных газов

(2.9)

в) объем водяных паров

V⁰H₂O=0,111H^p+ 0,0124W+ 0,0161 V⁰ (2.10)

Объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, равные их парциальным давлениям при общем давлении 0,1 Мпа, вычисляются по соотношениям:

(2.11)

(2.12)

(2.13)

Средняя плотность продуктов сгорания(pr, кг/м3) определяется как:

 (2.14)

Где масса газов(G_r, кг/кг или кг/м³) при сжигании жидких топлив находится из выражения:

G_r= 1 - 0,01· А^р+ 1,306· б· V⁰. (2.15)

V^о = 0,0889 (C^р + 0,375 · S^р_{ор + к}) + 0,265 · H^р - 0,0333 · O^р = 0,889 (36,6+0,375*0,4)+0,265*2,6-0,0333*12,7=3,57 (2.16)

Теоретический объём азота:

V^о_N2 = 0,79 · V^о + 0,008 · N^р =0,79*3,53+0,008*0,4=2,793 (2.17)

Объём трёхатомных газов:

V_RO2 = 1,866 ·(C^р + 0,375 · S^р_{ор + к} /100) =1,866*=0,69 (2.18)

Теоретический объём водяных паров:

V^о_H2O = 0,111 · H^р + 0,0124 · W^р + 0,0161 · V^о =0,111*2,6+0,0124*40,5+0,0161*3,5=0,848 (2.10)

Таблица 1.1

Высчитываемая величина	Размерность	Коэффициент избытка воздуха
		бт=1,2	бк=б'э=1,3	б«э=1,4	бg=1,46
Vн2о=V0н2о+0,0161 (б-1)· V0	м3/кг	0,859	0,865	0,870	0,874
Vr=VRO2+V0N2+V0H2O+1,0161·(б-1) V0	,	5,045	5,404	5,783	5,978
ЧRO2 = VRO2 / Vг	-	0,136	0,128	0,119	0,115
ЧH2O = VH2O / Vг	-	0,170	0,160	0,150	0,146
Ч п= ЧRO2+ Ч Н2О	-	0,306	0,288	0,269	0,261
Gг =1-0,01·Ар+1,306·б·V0	кг/кг	6,464	6,925	7,386	7,662
сг = Gг / Vг	кг/м3	1,281	1,282	1,284	1,286

2.3 Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия представляет собой теплосодержание единицы объема топлива, при определённой температуре.

Энтальпия полного объёма газообразных продуктов сгорания.

I _r= I⁰_r+I _?Vв + I _{? H2O} (2.20)

В твёрдом топливе, в продуктах горения присутствуют частицы золы, которые тоже обладают энтальпией.

I _r =I⁰_r +I _?в + I _{? H2O}+ IЗЛ (2.21)

Энтальпия есть производственной теплоёмкости, тогда энтальпия теоретического объёма газа.

I⁰_r=V_RO2(СU)_RO2+V⁰_N2·(CU) _N2+ V⁰_H2O (СU) _H2O (2.22)

Энтальпия избытка количества воздуха.

I _{?в =} (б-1) V⁰·(CU) _в (2.23)

Таблица 1.2. Энтальпии дымовых газов

х, оC	VRO2 =0,69 VоN2 =2,79 VоH2O =0,84	Jог, кДж/кг	Vо = 3,53 мі/кг	JоB, кДж/кг	Jг = Jог + (б - 1) JоB
					бт =1,2	бк = б'э =1,3	б«э =1,4	бg =1,46
	(Cх)CO2	(Cх)N2	(Cх)H2O		(Cх)B
100	169	130	151	606	132	465	699	745	792	819
200	357	260	304	1227	266	938	1414	1502	1602	1658
300	559	392	463	1867	403	1422	2151	2293	1435	2521
400	772	527	626	2528	542	1913	2910	3101	3293	3407
500	996	664	794	3206	684	2414	3791	3903	4171	4316
600	1222	804	967	3898	830	2929	4483	4776	5069	5245
700	1461	946	1147	4610	979	3455	5301	5646	5992	6199
800	1704	1093	1335	5346	1130	3988	6143	6542	6941	7180
900	1951	1243	1524	6094	1281	4521	6998	7380	7902	8173
1000	2203	1394	1725	6858	1436	5069	7871	8378	8885	9189
1100	2457	1545	1926	7623	1595	5630	8749	9312	9875	10212
1200	2717	1695	2131	8393	1754	6191	9631	10250	10869	11240
1300	2976	1850	2344	9183	1931	6816	10546	11227	11909	12318
1400	3240	2009	2558	9984	2076	7155	11415	12130	12846	13275
1500	3504	2164	2779	10789	2239	7903	12369	13159	13950	14424
1600	3767	2323	3001	11601	2403	8482	13279	14145	14993	15502
1700	4035	2482	3227	12418	2566	9057	14229	15131	16040	16584
1800	4303	2642	3458	13244	2729	9633	15170	16133	17097	17675

2.4 Тепловой баланс котлоагрегата

Определение расхода топлива.

Тепловой баланс, как известно [б] составляется для установившегося теплового режима работы котлоагрегата на 1 кг твёрдого или жидкого и 1м³ газообразного топлива.

Тепловой баланс дает представление о характере распределения теплоты вносимой в котлоагрегат (располагаемой теплоты - Q_р^р, кДж/кг или кДж/м³) на полезно использованную теплоту (Q₁, кДж/кг или кДж/м³) и тепловые потери (?Q_ПОТ= Q₂+ Q₃+Q₄+Q₅+Q₆, кДж/кг или кДж/м³):

Q_P^P=Q₁+?Q_ПОТ= Q₁+ Q₂+ Q₃+Q₄+Q₅+Q₆, (2.24)

где Q₂ - потеря теплоты с уходящими газами, кДж/кг или кДж/м³;

Q₃ - потеря теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/кг или кДж/м³;

Q₄ - потеря теплоты от механической неполноты сгорания, кДж/кг или кДж/м³;

Q₅ - потеря теплоты в окружающую среду, кДж/кг или кДж/м³;

Q₆ - потеря с физической теплотой шлака, кДж/кг или кДж/м³;

Теплота, вносимая в котлоагрегат (распологаемая теплота), в общем случае определяется как:

Q_P^P= Q_Н+ Q_Ф^B+Q_ФТ+Q_П-Q_ЖД (2.25)

Здесь Q_Н низшая теплота сгорания топлива (для твердого и жидкого топлива - Q^P_H, кДж/кг; для газообразного - Q^P_H, кДж/м³).

При выполнении теплового расчета потери теплоты в котлоагрегате чаще всего выражаются относительными величинами (в процентах от распологаемой теплоты Q_P^P):

q_i= (2.26)

Потеря теплоты с уходящими газами (q₂=)

- наибольшая из тепловых потерь, обусловлена превышением температуры уходящих газов над температурой окружающего воздуха и определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из котла и холодного воздуха, поступающего в агрегат:

 (2.27)

I⁰_хв - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха (кДж/кг или кДж/м³), рассчитываемая по выражению:

I⁰_хв= V⁰•C_B•t_B, (2.28)

где С_В - теплоемкость воздуха, кДж/(м³К);

t_B - температура холодного воздуха, поступающего в котлоагрегат (при отсутствии специальных указаний принимается t_B=30⁰, для которой теплоёмкость воздуха С_В = 1,3 кДж/(м³ К)). Потеря теплоты от химической неполноты сгорания () обусловлена наличием в дымовых газов продуктов неполного горения (Н₂, СО, С_mН_n и др.) и определяется как одна из расчётных характеристик топки в зависимости от её конструкции и вида сжигаемого топлива по данным таблиц 5.1-5.3. Потеря теплоты от механической неполноты сгорания () обусловлена недожогом твёрдого топлива топочной камере (удалением из топки несгоревших топливных частиц со шлаком, выносим их с дымовыми газами или провалом через щели колосниковой решетки). Потеря теплоты в окружающую среду () обусловлена наружным охлождением котлоагрегата (потерей теплоты через его обмуровку) и при выполнении теплового расчёта определяется в зависимости от тепло- или паропроизводительности котла. В ходе расчёта суммарная потеря теплоты в окружающую среду распределяется по отдельным элементам котельного агрегата (топке, конвективному пучку и т.д.) пропорционально количеству теплоты, отдаваемой газами соответствующим поверхностям нагрева, и учитывается введением коэффициента сохранения теплоты:

(2.29)

где з_ка - к.п.д. котлоагрегата, %. Потеря с физической теплотой шлака ()

вводится в расчёт только при сжигании твёрдых топлив и обуславливается тем, что удаляемый шлак, имея высокую температуру, выносит из топки определённое количество теплоты. Величина потери q₆ рассчитывается по формуле:

(2.30)

где б_шл= 1-б_ун - доля золы топлива в шлаке (б_ун - доля золы в топливе уноса, определяемая по данным таблицам 5.1, 5.2); Коэффициент полезного действия котлоагрегата (з_ка, %), характеризующий эффективность использования располагаемой теплоты как:

З_ка= 100 - ?q_пот= 100 - (q₂+q₃+q₄+q₅+q₆), (2.31)

Полное количество теплоты, полезно использованное в паровом котле (Q_КА, кДж/ч), (теплоты воспринятой поверхностями нагрева и переданной рабочему теплу), находится по уравнению:

Q_KA= D•(i_n•i_ПБ)+ D_пр•(i^I - i_пв), (2.32)

D_пр - расход воды на продувку котла, кг/ч, определяемый по соотношению:

(2.33)

где Р - величина непрерывной продувки, % (при отсутствии данных по величине продувки принимается Р= 5%.

Для водогрейного котлоагрегата полное количество полезно использованной теплоты (Q_КА, кДж/ч) принимаются равным его номинальной теплопроизводительности, а расход воды через котел (G, кг/ч) рассчитывается по формуле:

(2.34)

где i₁ и i₂ - энтальпия воды на входе в котел и на выходе из него, кДж/кг, определяемые в зависимости от ее температуры и расчетного давления по данным таблицы 8.4.

Полный расход топлива, подаваемого в топку на горение (В, кг/с или м³/с), определяется по уравнению:

(2.35)

Расчетный расход твердого топлива (В_р, кг/с) учитывающий механическую теплоту сгорания и используемый в дальнейшем для определения суммарных объемов дымовых газов и теплоты, передаваемой в поверхностях нагрева котла, вычисляется по формуле:

 (2.36)

Расчёт теплового баланса котла БКЗ - 75 - 39 Таблица 1.3

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчёт	Результат
Располагаемая теплота	Qрр	кДж/кг	Qрр = Qнр	-	12820
Температура уходящих газов	хух	оC	По заданию	-	141
Энтальпия уходящих газов	Jух	кДж/кг	По табл. 1.2.	При хух =1410С бух = б«э =1,4	1150
Температура холодного воздуха	tB	оC	По § 8	-	30
Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха	JоXB	кДж/кг	Vо · CB · tB CB = 1,3 кДж/мі · K при tB =300С	3,53*1,3*30	137,7
Потеря теплоты:
А) от химического недожога	q3	%	Из расчётных характеристик топки	-	0,5
Б) от механического недожога	q4	%	«»	-	1
В) с уходящими газами	q2	%	(Jух - бух · JоХВ) - · (100 - q4) Qрр		7,39
Г) в окружающую среду	q5	%	По рис. 8.1.	При D =75т/ч	0,7
Д) с физической теплотой шлака	q6	%	бшл · (Cх)шл · Aр / Qрр бшл = 1 - бун =1-0,95*0,92 (Cх)шл =0,05*6,8*561		0,014
Сумма тепловых потерь	У qпот	"	q2 + q3 + q4 + q5 + q6	0,5+1+6+7,39+0,7+0,014	9,6
КПД котлоагрегата	зка	"	100 - Уqпот	100-9,6	90,4
Энтальпия вырабатывемого пара	i"п	кДж/кг	По табл. 8.2.	Пар насыщенный P = 3,9мПА	2799
Энтальпия котловой воды	i'	"	По табл. 8.2.	При P =3,9мПа	1080
Энтальпия питательной воды	iпв	"	По табл. 8.4.	При tпв =1450С P =3,9	600
Расход воды на продувку котла	Dпр	кг/ч	P · D/100 P = 5% D =10000 кг/ч	5*75000/100	3750
Теплота, полезно использованная в котлоагрегате	Qка	кДж/ч	D ·(iп - iпв) + Dпр ·(i' - iпв)	75000*(2799-600)+3750*(1080-600)	166725000
Полный расход топлива	B	кг/с	Qка /36 · Qрр · зка	166725000/36*12820*90,4	3,996
Расчётный расход топлива	Bр	"	B · (1 - (q4/100)	3,996 (1-1/100)	3,95
Коэффициент сохранения теплоты	ц	-	q5 1 - - зка + q5	1-	0,992

2.5 Расчет теплообмена в топке

Расчёт теплообмена в топке целесообразно начинать с проверки величин видимых тепловых напряжений топочного объёма - q_V (кВт/м³) и зеркала горения (только для

или

Значения q_V и q_R, найденные по уравнениям (9.1) и (9.2), не должны выходить за пределы рекомендуемых тепловых напряжений. Отклонение расчётных тепло напряжений от рекомендованного диапазона значений свидетельствует о недопустимых условиях организации топочного процесса.

Целью поверочного теплового расчёта топки заданной конструкции является определение температуры дымовых газов на выходе из неё (U^II_T, ⁰C), которая находится из уравнения:

Адиабатическая (теоретическая) температура горения

Тб, К (Uб, %).

Адиабатическая температура горения - это такая температура, которая развивалась бы в топке при отсутствии теплообмена между топочными газами и луче воспринимающими поверхностями (экранами, обмуровкой и др.). Значение U_б определяется по величине полезного тепловыделения в топке - Q_Т (кДж/кг; кДж/м³):

При отсутствии подогрева воздуха, для слоевых и газомазутных топок, величина Q_В может определятся по упрощённой формуле:

Q_B = б_T · C_B · t_B,

В которой температура воздуха - t_В=30 ⁰С, а теплоёмкость воздуха - С_В=1,3 кДж/(м³ К).

По найденному значению полезного тепловыделения в топке Q_Т, равному энтальпии дымовых газов I_б при коэффициенте избытка воздуха б_Т, используя I-U - таблицу находят величину адиабатической температуры горения U_б, ⁰С или Т_б=U_б+273, K.

Параметр М, учитывающий влияние характера распределения температур в топке на интенсивность лучистого теплообмена, определяется в зависимости от конструктивных особенностей и конфигурации топочной камеры, вида сжигаемого топлива и способа его сжигания.

В частности, в «вертикальных» топках с верхним выходом газов параметр М находится по следующим эмпирическим уравнениям:

а) при сжигании газа и мазута:

М= 0,54 - 0,2·Х_Т;

б) при камерном сжигании малореакционных твердых топлив (АШ, Т), а также каменных углей с повышенной зольностью (типа Экибастузских):

М= 0,56-0,5·Х_Т;

Х_Т - относительное положение максимума температур по высоте топки.

,

Рассчитываем тепловой рассчитываема экранов Ш_ср.

_ассчитывае тепловой _ассчитываема экранов (Ш_с) характеризуется отношением количества лучистой теплоты воспринятой экранной поверхностью, и поступающему на ее рассчитыва тепловому потоку:

Шi=xiМоi

Степень черноты топки бТ.

Степень черноты топки определяется структурой, физическими свойствами топочной среды и лучевоспринимающих поверхностей.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания VC_ср, кДж/(кгМ⁰С) или кДж/(м³М⁰С). Величина VC_ср, входящая в уравнение (9.3), определяется по соотношению:

При выполнении проверочного теплового расчета топки, для определения численных величин коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами К_Г, золовыми частицами К_зл и частицами сажи К_с, а также величины средней суммарной теплоемкости газов VC_ср, необходимо предварительно задаваться температурой газа на выходе из топки U_T^II и осуществлять расчет методом последовательных приближений. Значения температуры U_T^II рекомендуется принимать в диапазоне 900+1150 ⁰С. Если расчетная температура газов U_T^II, полученная по уравнению (9.3) или по номограммой отличается от принятой предварительно более чем на 100 ⁰С, задаются новой величиной U_T^II и вычесления повторяют. Если разница между принятыми предварительно вычесленным значениями U_T^II не привышает 100⁰С, то расчет топочной камеры считают _ассчитывае и в дальнейшем используют расчетное значение температуры газов на выходе из топки.

Таблица 1.4 Расчёт теплообмена в топке котла БК3 - 75 - 39

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчёт	Результат
Видимое тепловое напряжение топочного объёма	qV	кВт/ мі	B · Qнр/ Vт		53,7
Теплота, вносимая в топку воздухом	QB	кДж/кг	бт· Vо · CB · tB	1,2*1,3*30	46,8
Полезное тепловыделение в топке	QT	"	100-q3-q4-q6 Qрр · - + QB 100-q4		12753
Адабатическая (теоретическая) температура горения	ха	оС	По табл. 1.2	При бт =1,2 И Qт = Jа	1550
Относительное положение максимума температур	Xт	-	По § 9	-	0,1
Параметр	M	-	0,59 - 0,5 · Xт	0,59-0,5*0,1	0,54
Коэффициенты, учитывающие загрязнение:
А) для открытых экранов	ооткр	-	По табл. 9.1	-	0,45
Б) для экранов закрытых изоляцией	озакр	-	По табл. 9.1	-	0,1
Средний коэффициент тепловой эффективности экранов	Шср	-	ооткр ·УHл.откр+озакр·УHл.закр - Fст - R		0,21
Температура газов на выходе из топки	хт»	оС	Принимается предварительно	-	850
Произведение	Pn · S	м · МПа	P · Rn· S	0,1*0,306*5,04	0,15
Коэффициенты ослабления лучей:
А) трёхатомными газами	Kг	1/ м · МПа	По рис. 9.5	При RH2O =0,17	2
Б) эоловыми частицами	Kзл	"	По рис. 9.6	-	1,53
В) частицами кокса	Kкокс	"	По § 9	-	10
Безразмерные параметры	ж1 ж2	-	По § 9 "	-	0,5 0,3
Концентрация эоловых частиц в топочных газах	мзл	г/ мі	10 · Aр · бун Vг		12,8
Суммарная поглощающая способность топочного объёма	K · p · S	-	(Kг··Жn+kзл·мзл+kкокс·ж1·ж2)··p·S	(2*0,8+1,53+12,8*0,5+0,3)*0,5*0,10	10,93
Степень черноты факела	бф	-	По рис. 9.4	-	1
Отношение площади зеркала горения к поверхности стен топки	p	-	R/Fст
Тепловое напряжение стен топки	qFст	кВт/мІ	Bр · Qт - Fст	3,95*12820 660,96	76,21
Расчётная температура газов на выходе из топки	хтр»	0C	По рис. 9.1	-	840
Энтальпия газов на выходе из топки	Jт»	кДж/кг	По табл. 1.2	При бт = 1,2	6400
Количество теплоты, переданное экранам	Qл	"	ц ·(Qт - Jт»)	0,992 (12320-6400)	6302

2.6 Тепловой расчёт поверхности нагрева котла

Общие положения методики.

Для расчета конвективных поверхностей нагрева используются уравнения теплового баланса и теплообмена.

В уравнениях теплового баланса определяется количество теплоты Q^б, отданное греющей средой - дымовыми газами или воспринятое нагреваемой средой - водой, паром и воздухом:

В уравнениях теплового баланса определяется количество теплоты Q^б, отданное греющей средой - дымовыми газами или воспринятое нагреваемой средой - водой, паром и

Q^б= У(I^I - I^II+Дб· I⁰_ХВ),

Q^б=(i^II-i^I),

Q^б=б_ВП^СР·(I_В^0II - I_В^0I).

По уравнению теплообмена находится количество теплоты Q^Т переданное в процессе теплопередачи от греющей среды (дымовых газов) и к нагреваемой среде (воде, пароводяной смеси, пару, воздуху):

По уравнению теплообмена находится количество теплоты Q^Т переданное в процессе теплопередачи от греющей среды (дымовых газов) и к нагреваемой среде (воде,

Q^Т=

В уравнениях приняты следующие обозначения:

У - коэффициент сохранения теплоты;

I^I и I^II - начальная и конечная энтальпии дымовых газов;

?б - присос воздуха на рассчитываемом участке газохода;

I⁰_КВ - энтальпия теоретического количества воздуха, необходимого для горения, кДж/кг или кДж/м³;

D - расход нагреваемого теплоносителя (воды или пара) на рассчитываемом участке, кг/ч;

В_р - расчетный расход топлива, кг/с или м³/с;

i^I и i^II - начальная и конечная энтальпии нагреваемого теплоносителями (воды и пара), кДж/кг;

б_вп^ср - среднее значение коэффициента избытка воздуха в воздухоподогревателе;

I^0I_В и I^0II_В - энтальпии теоретического количества воздуха, необходимого для горения, при температуре на входе в воздухоподогреватель и на выходе из него, кДж/кг или кДж/м³;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К);

Н - поверхность нагрева рассчитываемого участка, м²;

?t - температурный напор, ⁰С.

Порядок расчета пароперегревателя.

Для пароперегревателей котлов как правило выполняется конструктивный тепловой расчет, поскольку температура перегрева пара обычно задана, а величина поверхности нагрева пароперегревателя в значительной степени зависит от вида сжигаемого топлива.

В котельных агрегатах низкого и среднего давлении обычно применяются конвективные пароперегреватели [2], представляющие собой параллельно включенные змеевики составленные из труб малого диаметра (d_r= 28:42 мм) и расположенные после топки после первых рядов труб кипятильного пучка.

Для расчета пароперегревателя используются уравнения

Для расчета пароперегревателя используются уравнения

Порядок расчета конвективных пучков паровых и водогрейных котлов.

При поверочном тепловом расчете все конструктивные характеристики конвективного пучка (поверхность нагрева, диаметр и шаги труб, поперечное сечение газохода и др.) определяются из чертежа котла или по его паспортным данным, а температура и энтальпия продуктов сгорания перед котельным пучком принимаются из расчета топки или предшествующей поверхности нагрева.

Порядок расчета водяных экономайзеров.

Паровые котлы малой и средней мощности поставляются заводами изготовителями без хвостовых поверхностей нагрева и комплектуются отдельно стоящими, как правило, чугунными водяными экономайзерами ВТИ [3]. Для таких котельных установок выполняется конструктивный тепловой расчет экономайзеров, поскольку последние должны обеспечивать заданное снижение температуры уходящих газов и подогрев питательной воды.

В основу расчета водяного экономайзера закладываются условные равенства количеств теплоты, определяемых по уравнениям

Для пароперегревателей котлов как правило выполняется конструктивный тепловой расчет, поскольку температура перегрева пара обычно заданапаропеПорядок расчета

Паровые котлы малой и средней мощности поставляются заводами изготовителями без хвостовых поверхностей нагрева и комплектуются отдельно стоящими, как В

Порядок расчета воздухоподогревателей.