Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Характеристика рабочих тел котельного агрегата

котел технический энтальпия тепловой

Роль рабочих тел, участвующих в процессе тепловых преобразований, играют топливо, воздух и вода.

В качестве источника тепла мы применяем паровой теплогенератор. Он вырабатывает насыщенный пар. Для того, чтобы пар вырабатывался мы должны сжигать топливо. Для того чтобы происходил процесс горения в топку подается окислитель (воздух). Топливо, сгорая в топке, образует горячие газы, которые движутся по газоходам котельного агрегата, отдавая тепло поверхностям нагрева. После чего газы охлаждаются и выбрасываются в окружающую среду.

В качестве теплоносителя в котельных установках обычно используются пар или вода.

Котельный агрегат представляет собой генератор, в котором химическая энергия топлива преобразуется в тепло.

В данной работе выполняется поверочный расчет теплогенератора типа ДКВР-2.5-13.

Задачей расчета является определение температуры воды, пара, воздуха, дымовых газов на границах между определенными поверхностями котельного агрегата, а также расход топлива, КПД котлоагрегата, расхода и скорости дымовых газов по заданным конструкциям и размерам теплогенератора.

Также выполняется конструктивный расчет водяного чугунного экономайзера некипящего типа системы ВТИ с целью определения его конструкции и размеров.

Общей задачей курсовой работы является создание эффективной компоновки теплогенерирующего агрегата из отдельных его частей.



1.1 Техническая характеристика топлива

- располагаемый источник тепловой энергии: мазут малосернистый М40;

- Состав мазута:

W_р=1,5% (содержание влаги)

А_р=0,12% (зольность)

S_ор+к=0.5% (содержание серы)

С_р=84.65%(содержание углерода)

N_р=О_р=0.3%(содержание азота, кислорода)

Н_р=11,7% (содержание водорода)

- Теплота сгорания: Q_н^c =40610 кДж/кг;

- Плотность при 20⁰С не более: р = 0.91

1.2 Теплоноситель (вода)

Показатели качества воды:

а) прозрачность - содержание в 1 кг. воды взвешенных веществ, (мг/л), легко удаляемых при фильтрации;

б) сухой остаток - осадок в (мг), состоящий из минеральных и органических примесей, полученных после выпаривания 1 кг профильтрованной воды и после его высушивания; в) жёсткость - содержание в 1 кг воды растворённых солей кальция и магния;

г) щёлочность - содержание в 1 кг воды растворённых гидратов, карбонатов и бикарбонатов;

д) степень кислотности или щёлочности - характеризуется составом растворённых солей и газов и определяется концентрацией водородных и гидроксильных ионов.

Обработка воды предусматривает:

1. удаление взвешенных примесей (механические фильтры);

2. снижение жёсткости, т.е. умягчение (метод катионового обмена);

3. поддержание определённой величины щёлочности;

4. снижение общего солесодержания;

5. удаление газов (СО₂).

Пар:

Пар - насыщенный.

Давление пара для технологических нужд равно 1,3 МПа.



2. Описание конструкции котла и принимаемой компоновки котельного агрегата. Техническая характеристика выбранного котла

Паровой котел ДКВР-2.5-13 имеет унифицированный верхний и нижний барабаны с внутренним диаметром 1000 мм и расстоянием между ними 2750 мм, а также боковые экраны и конвективными пучками. Диаметр и толщина стенки экранных и кипятильных труб Ш51Ч2,5 мм. Диаметр и толщина стенки коллекторов экранов Ш219Ч8 мм.

Шаг труб боковых экранов в топке и камере догорания 80 мм. Шаг труб заднего экрана в камере догорания и фестоне 100 мм. Шаг кипятильных труб по длине котла 100 мм, по ширине котла - 100 мм.

Боковые стены топочной камеры экранированы, фронтовая и задняя стены выполнены из огнеупорного кирпича (без экранов).

С правой стороны задней стенки топочной камеры котлов имеется окно, через которое продукты сгорания поступают в камеру догорания и далее в конвективный пучок.

Трубы конвективного пучка, развальцованные в нижнем и верхнем барабанах.

В конвективном пучке разворот газов осуществляется в горизонтальной плоскости при помощи шамотной и чугунной перегородок.

Боковые экраны и крайние боковые ряды труб конвективного пучка имеют общий нижний коллектор.

В котлах применены схемы одноступенчатого испарения. Питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан котловая вода опускается по задним трубам конвективного пучка. Передние трубы конвективного пучка являются испарительными.

Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Кроме того, котловая вода из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла, поступает в нижние коллекторы боковых экранов. Пароводяная смесь выходит из испарительных труб в верхний барабан, где происходит барботаж пара через слой воды. Пар, отсепарированный в паровом пространстве барабана, проходит через пароприемный дырчатый потолок, установленный на расстоянии 50 мм от верхней образующей барабана, и направляется в паропровод.

Боковые стены котлов закрыты натрубной обмуровкой, состоящей из слоя шамотобетона толщиной 25 мм по сетке из нескольких слоев изоляционных плит толщиной около 100 мм.

Котлы оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при помощи эжекторов и вводится в топочную камеру.

Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем.

Воздух остого дутья вводится в топку через заднюю стенку.

Техническая характеристика котла ДКВР-2.5-13 [2]. (т. 17):

Паропроизводительность, т/ч - 2,5

Давление, кгс/см² - 13

Температура пара,°С - 194

Поверхность нагрева котла:

- радиационная поверхность нагрева, м² - 17,7

- конвективная поверхность нагрева, м² - 73,6

- общая, м² - 91,3

Расчетный КПД: (при сжигании мазута), % - 88,8

Габаритные размеры (с площадками и лестницами), м

- длина - 4,12

- ширина - 3,20

- высота - 4,343

Масса в объеме заводской поставки, кг - 7068

Конструктивные характеристики котлоагрегатов серии ДКВР [1], (т. 2.7):

- объем топки, м³ - 10,4

- площадь поверхности стен топки, м² - 36.4

- диаметр экранных труб, мм - 51x2,5

- шаг труб боковых экранов, мм - 80

- площадь лучевоспринимающей поверхности

нагрева, м² - 16,6

- площадь поверхности нагрева конвективных

пучков, м² - 73,6

- диаметр труб конвективных пучков, мм - 51x2,5

- расположение труб конвективных пучков - коридорное

- поперечный шаг труб, мм - 100

- продольный шаг труб, мм - 100

- площадь живого сечения для прохода продуктов

сгорания, м² - 0,405

- число рядов труб по ходу продуктов сгорания

(I пучок / II пучок) - 20/20

- диаметр верхнего и нижнего барабана, мм - 1000

Выбор вспомогательной поверхности нагрева.

Принимаем к установке в качестве вспомогательной поверхности нагрева - водяной экономайзер, чугунный, ребристый, некипящего типа системы ВТИ.

В настоящее время изготавливают только один тип водяных чугунных экономайзеров - водяные экономайзеры системы Всесоюзного теплотехнического института. Их собирают из чугунных ребристых труб различной длины, соединяемых между собой специальными фасонными частями - калачами. Ребристые трубы устанавливают с целью увеличения площади поверхности нагрева и уменьшения габаритных размеров экономайзеров.

Конечная температура воды на выходе из чугунных экономайзеров должна быть ниже температуры кипения в котле, по крайней мере на 20 градусов, чтобы не происходило разрушения чугуна.

Температуру дымовых газов на выходе из экономайзера принимаем равной 150 градусов для того, чтобы не образовывался конденсат (т.к. температура воды в трубках больше), который бы реагировал с сернистым газом, образуя кислоту, разрушающую трубки.



3. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

3.1 Определение присосов и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам

Коэффициенты избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличиваются. Это обусловлено тем, что давление в газоходах меньше давления окружающего воздухами через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата.

Присос воздуха принято выражать в долях теорётического количества воздуха, необходимого для горения.

Дб= ДV_прис/Vо (3.1)

где: ДV_прис - количество воздуха, присасываемого в соответствующий газоход агрегата, приходящийся на 1 кг мазута при нормальных условиях.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к б_т соответствующих присосов воздуха.

б_i = б_т + УД б_i, (3.2)

где: i - номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания;

б_т - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, принимаемый по табл. 3.2 [1],

б_т = 1,1;



б_кп1 = б_т + Дб_кп = 1,1 + 0,05 = 1,15;

б_кп2 = б_кп1 + Дб_кп = 1,15 + 0,05 = 1,2;

б_эк = б_кп2 + Дб_эк = 1,2 + 0,08 = 1,28;

б_тр = б_эк + Дб_тр = 1,28 + 0,02 = 1,282;

где б_кп - коэффициент избытка воздуха на выходе из конвективного пучка;

б_эк - коэффициент избытка воздуха на выходе из экономайзера;

б_тр - коэффициент избытка воздуха на выходе из дымовой трубы.

3.2 Определение объемов воздуха и продуктов сгорания

1. Определяем теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания:

V°=0,0889 (С_р +0,375 S_ор+к)+0,265 Н_р - 0,0333 О_р; (3,3)

V°=0,0889Ч(84.65+0,375 Ч 0.5)+0,265 Ч11,7 - 0,0333Ч 0.3 = 10.62 м³/кг

2. Определяем теоретический объём азота в продуктах сгорания:

V°_N2 =0.79 V° +0.8 (N_р /100); м³/кг (3,4)

V°_N2 =0.79 Ч 10,6 2+ 0.8 Ч (0.3/100) = 8,39 м³/кг

3. Определяем объём трёхатомных газов:

V_R02 = 1,866 Ч ((С_р + 0.375 Ч S_ор+к) /100), м³/кг (3,5)

V_R02 = 1,866 Ч ((84.65 + 0.375 Ч0.5) /100) = 1,58 м³/кг

4. Определяем теоретический объём водяных паров:



V°_Н2О = 0111Ч Н_р + 0,0124Ч W_р + 0,0161ЧV°, м³/кг (3,6)

V°_Н2О = 0111Ч 11,7 + 0,0124Ч 1,5 + 0,0161Ч10,62 = 1,51 м³/кг

5. Определяем средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева:

б _ср =(б? +б?) /2

где: б' - коэффициент избытка воздуха перед газоходом;

б» - коэффициент избытка воздуха после газохода;

Топка: б _ср.т = 1,1

Конвективный пучок 1: б _ср.кп1 = 1,125

Конвективный пучок 2: б _ср.кп2 = 1,15

Экономайзер: б _ср.эк = 1,24

Дымовая труба: б _ср.тр. = 1,281

Результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Объем продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов

Величина	Теоретические объемы V0 = 10,62 (м3/кг) V0N2 = 8.39 (м3/кг) VRO2 =1,58 (м3/кг) VH2O = 1,51 (м3/кг)
	топка	к.п. 1	к.п. 2	экон-р.	дым. т.
1. Коэффициент избытка воздуха: бi = бт + УД бi	1,1	1,15	1,2	1,28	1,282
2. Средний коэффициент избытка воздуха поверхности нагрева: б ср =(б? +б?) /2	1,1	1,125	1,15	1,24	1,281
3. Избыточное количество воздуха: Vвизб = V°Ч(б ср - 1);	1,059	1,3275	1,853	3,177	3,76
4. Объем водяных паров: VН2О = V°Н2О + 0.0161 Ч (б ср - 1) Ч V°;	1,503	1,531	1,5353	1,5371	1,5465
5. Суммарный объем продуктов сгорания: Vг= VR02 +V°N2 + VH2O + Vвизб	12,505	12,829	13,311	14,657	15,249
6. Объемная доля трехатомных газов: rRO2 = (VRO2 / Vr)	0,126	0,123	0,118	0,108	0,104
7. Объемная доля водяных паров: rH2O = (VH2O / Vr);	0,120	0,119	0,114	0,101	0,10
8. Суммарная объемная доля: rп = rRO2 + rH2O	0,246	0,242	0,232	0,209	0,204
9. Масса дымовых газов: Gг = 1 + 1,306 Ч бср Ч V0	16,21	16,6	18,29	19,67	19,8
10. Плотность дымовых газов: сг =Gг / Vг	1,296	1,298	1,374	1,342	1,298

3.3 Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха или продуктов сгорания относить к 1 кг сжигаемого топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания проводится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.

1. Вычисляем энтальпию теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур (кДж/кг).

I°_в =V°Ч(си)_в, кДж/кг

где: V⁰ - теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания,

V° = 10,62 м³/кг;

(си)_в-энтальпия 1 м³ воздуха, кДж/кг, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [1].

I°_в(2200) = 10,62 Ч 3410 = 36111,9 кДж/кг

I°_в(1500) = 10,62 Ч 2247 = 23795,73кДж/ кг

I°_в(1000) = 10,62 Ч 1440= 15292,8кДж/ кг

I°_в(900) = 10, 62 Ч 1285 = 13608,15 кДж/ кг

I°_в(700) = 10, 62 Ч 982 = 10399,38кДж/кг

I°_в(600) = 10, 62 Ч 832 = 8810,88 кДж/кг

I°_в(500) = 10, 62 Ч 686 = 7264,74кДж/кг

I°_в(400) = 10, 62 Ч 543= 5750,37кДж/кг

I°_в(300) = 10, 62 Ч 404 = 4290,48кДж/кг

I°_в(200) = 10, 62 Ч 267 = 2827,53 кДж/кг

I°_в(100) = 10, 62 Ч 133= 1408,47 кДж/кг

2. Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания для всего диапазона выбранных температур (кДж/кг).

I°_г = V_RO2Ч (си)_RO2 + V°_N2 Ч (си)_N2 + V°_H2O Ч (си)_H2O, кДж/кг

где: V_RO2, V°_N2, V°_H2O - объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и

водяного пара воздуха, необходимого для горения:

V_RO2 = 1,58 м³/кг; V°_N2 = 8,39 м³/кг; V°_H2O = 1,51 м³/кг.

(си)_RO2, (си)_N2, (си)_H2O - энтальпии 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота и теоретического объема водяных паров, кДж/кг, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [1].

I°_г(2200) = 1,58Ч 5405 + 8,39 Ч 3301 + 1,51 Ч 4414 = 42711,684 кДж/кг

I°_г(1500) = 1,58Ч 3515 + 8,39 Ч 2171 + 1,51 Ч 2789 = 27858,264 кДж/кг

I°_г(1000) = 1,58Ч 2209 + 8,39 Ч 1398 + 1,51 Ч 1730 = 17831,7 кДж/кг

I°_г(900) = 1,58Ч 1957 + 8,39 Ч 1247 + 1,51 Ч 1529 = 15794,944 кДж/кг

I°_г(700) = 1,58Ч 1466 + 8,39 Ч 949 + 1,51 Ч 1151 = 11964,706 кДж/кг

I°_г(600) = 1,58Ч 1226+ 8,39 Ч 806+ 1,51 Ч 970 = 10120,34 кДж/кг

I°_г(500) = 1,58Ч 999+ 8,39 Ч 666 + 1,51 Ч 797= 8333,522 кДж/кг

I°_г(400) = 1,58Ч 774+ 8,39Ч 528+ 1,51 Ч 628 = 6572,528 кДж/кг

I°_г(300) = 1,58Ч 561+ 8,263 Ч 393 + 1,51 Ч 464= 4884,34 кДж/кг

I°_г(200) = 1,58Ч 359+ 8,263 Ч 261 + 1,51 Ч 305= 3203,49 кДж/кг

I°_г(100) = 1,58Ч 170 + 8,263 Ч 130+ 1,51 Ч 151= 1580,286 кДж/кг

3. Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур кДж/кг.

I^в_изб = (б - 1) Ч I°_в; кДж/кг

V^в_{изб.(2200)т} = (1,1 - 1) Ч 36111,9 = 3611,19 кДж/кг

V^в_{изб.(1500)т} = (1,1 - 1) Ч 23795,73= 2379,573 кДж/кг

V^в_{изб.(900)т} = (1,1 - 1) Ч 13608,15= 1360,815 кДж/кг

V^в_{изб. кп1 (1000)кп} = (1,15 - 1) Ч 15249,6= 3812,4 кДж/кг

V^в_{изб кп1.(700)кп} = (1,15 - 1) Ч 10399,38= 2599,845 кДж/кг

V^в_{изб кп1.(500)кп} = (1,15 - 1) Ч 7264,74= 1816,185 кДж/кг

V^в_{изб. кп2 (600)кп} = (1,2 - 1) Ч 8810,88 = 2202,72 кДж/кг

V^в_{изб. кп2 (400)кп} = (1,2 - 1) Ч 5750,37= 1437,593 кДж/кг

V^в_{изб кп2.(200)кп} = (1,2 - 1) Ч 2827,53= 706,883 кДж/кг

V^в_{изб.(300)эк} = (1,28 - 1) Ч 4290,48= 1501,67 кДж/кг

V^в_{изб.(200)эк} = (1,28 - 1) Ч = 989,635 кДж/кг

V^в_{изб.(100)эк} = (1,28 - 1) Ч 1408,47= 492,964 кДж/кг

V^в_{изб.(200)тр} = (1,282 - 1) Ч 2827,53= 1017,911 кДж/кг

V^в_{изб.(100)тр} = (1,282 - 1) Ч 1408,47= 507,049 кДж/кг

4. Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха б > 1.

I = I°_г + I^в_изб, кДж/кг

I _(2200)т= 42711,684+3611,684 = 46322,874 кДж/кг

I _(2000)т= 38568,6+3264,5= 41833,2 кДж/кг

I _(1500)т= 27858,264+2379,573=30237,837 кДж/кг

I _(1000)т= 17831,7+1529,28= 19360,9 кДж/кг

I _(900)т= 15794,944+1360,815 = 17155,759 кДж/кг

I _(1000)кп1= 17754,91+3812,4 = 21567,31 кДж/кг

I _(700)кп1= 11964,706+2599,845= 14564,551 кДж/кг

I _(500)кп1= 8333,522+1816,185 = 10149,707 кДж/кг

I _(600)кп2= 10120,34+2202,72=12323,06 кДж/кг

I _(400)кп2= 6572,528+1437,593=8010,121 кДж/кг

I _(200)кп2= 3203,49+706,883= 3910,373 кДж/кг

I _(300)эк= 4884,34+1501,67=6386,01 кДж/кг

I _(200)эк= 989,635+3203,49=4080,024 кДж/кг

I _(100)эк= 1580,286+492,964=2016,912 кДж/кг

I _(200)тр= 3203,49+1017,911=4221,401 кДж/кг

I _(100)тр= 1580,286+507,049= 2087,355 кДж/кг

Таблица 2 - Энтальпия продуктов сгорания

Поверхность нагрева	Температура 0С	IВ0	IГ0	IВИЗБ.	IГ0 + IВИЗБ.
		кДж/кг
Топка б т.=1,1	2200	36111,9	42711,684	3611,19	46322,874
	2000	32645,8	38568,6	3086,2	41833,2
	1500	23795,73	27858,264	2379,573	30237,837
	1000	15292,8	17831,7	1529,28	19360,9
	900	13608,15	15794,944	1360,815	17155,759
К.п. 1 б к.п.(1).=1,15	1000	15249,6	17754,91	3812,4	21567,31
	700	10399,38	11964,706	2599,845	14564,551
	500	7264,74	8333,522	1816,185	10149,707
К.п. 2 б к.п.(2).=1,2	600	8810,88	10120,34	2202,72	12323,06
	400	5750,37	6572,528	1437,593	8010,121
	200	2827,53	3203,49	706,883	3910,373
Экономазер б эк.=1,28	300	4290,48	4884,34	1501,67	6386,01
	200	2827,53	3203,49	989,635	4080,024
	100	1408,47	1580,286	492,964	2016,912
Дымовая труба б тр.=1,282	200	2827,53	3203,49	1017,911	4221,401
	100	1408,47	1580,286	507,049	2087,355

По данным таблицы 2 строится график I = f(и).



4. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива

При работе котла, вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q_р^р.

Потеря теплоты с уходящими газами обусловлено тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты внутренних и наружных поверхностей нагрева (q₂).

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов. Потеря теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа сжигания в топке, от уровня и распределения температур в топочной камере.

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлено наличием в остатках продуктов горения твердых горючих частиц. Остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе и твердых горючих частиц, не вступивших в процесс газификации и горения. Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, а также от зольности топлива.

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅) обусловлено передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потери в окружающую среду зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности парового котла.

Коэффициентом полезного действия парового котла называется отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. КПД брутто определяется по выработанной теплоте, КПД нетто - по отпущенной.

Между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство:

Q_р^р = Q_н^с + Q_в.вн.

Где: Q_н^с - низшая теплота сгорания мазута, Q_н^с =40610 кДж/кг;

Q_в.вн - теплота внесенная воздухом, кДж/кг;

Для котлов не имеющих воздухоподогревателя:

Q_в.вн.= 39,8 Ч V° = 39,8 Ч 10,62 = 421,48 кДж/кг

Q_р^р = 40610 + 421,48 = 41031,5 кДж/кг

Потери теплоты от механической неполноты сгорания: q₄ = 0%;

Потери теплоты от химической неполноты сгорания принимаем по таблице 4.4 (1): q₃ = 0,5%;

Потери теплоты от внешнего охлаждения принимаем по таблице 4.6 (1):

q₅ = 3,4%;

Потеря теплоты в виде физической теплоты шлаков и от охлаждения балок и панелей топки q₆ = 0%.

Определяем потерю теплоты с уходящими газами:

q₂ = ((I_ух - б_ух Ч I_х.в⁰⁾ Ч (100 - q₄)) / Q_р^р



где: I_ух - энтальпия уходящих газов, определяем по табл. 2, при выбранной температуре уходящих газов t_ух = 150°С, I_ух = 3154,378 кДж/кг;

б_ух - коэффициент избытка воздуха, берется по табл. 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева, б_ух =1,36;

I_х.в⁰ - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при

t_в = 30°С по формуле:

I_х.в⁰ = 39_,8 Ч V°, кДж/кг

I_х.в⁰ = 39_,8 Ч 10,62 = 421,48 кДж/кг

Получаем:

q₂ = ((3154,378 - 1,36 Ч 421,48⁾ Ч (100 - 0)) / 41031,5 = 6,295%

КПД брутто парового котла определяем по уравнению обратного баланса (в%):

з_бр = 100 - (q₂ + q₃+ q₄+ q₅+ q₆)

Подставляя ранее определяемые величины всевозможных потерь теплоты, получим:

з_бр = 100 - (6,3 + 0,5+ 0+ 3,4+ 0) = 89,8%

Расход топлива, подаваемого в топку, определяем из уравнения теплового баланса:

В_пг= (Q_пг / (Q_р^рЧ з_бр)) Ч100, м³/с

где: Q_пг - полезная мощность парового котла, кВт, определяется по формуле:

Q_пг = DпеЧ (Iп.п. - Iп.в.)+Dн.п.Ч(Iн.п.-Iп.в.)+0,01ЧрЧ(Dпе+Dн.п.)Ч(Iкип-Iп.в.)



Где: Dпе - расход выработанного перегретого пара, кг/с, Dпе = 0;

Dн.п - расход выработанного насыщенного пара, кг/с, Dн.п = 0,694 кг/с;

Iп.п - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; Iп.п = 0;

Iп.в-энтальпия питательной воды (в экономазере t = 104°С, Р = 12 атм.),

Iп.в = 437 кДж/кг;

Iн.п - энтальпия насыщенного пара (t = 194°С), кДж/кг,

Iн.п =2790 кДж/кг;

Iкип - энтальпия кипящей воды (t = 194°С), кДж/кг,

Iкип = 829 кДж/кг;

р - непрерывная продувка парового котла, %, принимаем р = 2% (стр. 53 (1));

Q_пг = 0,694Ч(2790-437)+0,01Ч2Ч(0+0,694)Ч(829-437) =1718,6 кВт

Переведем:

Q_пг = 1718,6 Ч 3,6 = 6187 кДж/ч

Получаем:

В_пг= (6187 / (41031,5Ч 89,8)) Ч100 = 0,168 кг/с

Расчетный расход топлива равен:

В_р = В_пг = 0,047 кг/с = 604,5 кг/ч

Определяем коэффициент сохранения теплоты, по формуле:

ц = 1 - (q₅/(з_бр + q₅))

где: ц - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, q₅= 3,6%;

з_бр - КПД брутто парового котла, з_бр = 89,98%;

ц = 1 - (3,6/(89,8 + 3,4)) = 0,964



5. Тепловой расчет топки

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств.

Для выполнения поверочного расчета необходимо знать определенные параметры: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояния между осями труб).

Объем топочной камеры равен: V_т = 10,4 м³; (таб. 2.7 (1))

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экранов равна: Н_л = 16,6 м²; (таб. 2.7 (1))

Полная площадь поверхности стен топки равна: F_ст ⁼ 36,4 м²; (таб. 2.7 (1))

Степень экранирования топки, определяется по формуле:

Ч = Н_л / F_ст

Получаем:

Х = 16,6 / 36,4 = 0,456

Поверочный расчет топок производится в такой последовательности:

1. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Т_т? = 950°С, (Т_т? = 1223 К);

2. Для принятой в п. 1 температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2, I_т? = 18258,3 кДж/м³;

3. Определяем полезное тепловыделение в топке, кДж/м³, по формуле:

Q_т = (Q_р^р Ч((100 - q₃ - q₄ - q₆) / (100 - q₄)) + Q_в.вн.



где: Q_в.вн. - теплота вносимая воздухом, кДж/м³, определена:

Q_в.вн. = 421,48 кДж/кг

Получаем:

Q_т = (41031,5 Ч((100 - 0,5 - 0 - 0) / (100 - 0)) + 421,48 = 41247,8 кДж/кг

5. Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов, по формуле:

Ш = х Ч ж

где: х - угловой коэффициент (отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности). Показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене.

При S =55 мм; d = 51 мм; l=0,5Чd

х = 1 (из рис. 5,3 (1))

ж - коэффициент, который учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы, принимается по табл. 5.1 [1], ж = 0,55 (для мазута);

Ш = 1 Ч 0,55 = 0,55

5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя, (м):

s = (3,6 Ч V_Т) / F_СТ

где: V_Т - объем топочной камеры, по [1] таб. 2.7, V_Т = 10,4 м³;

F_СТ - поверхность стен топочной камеры, по [1] таб. 2.7, F_СТ = 36,4 м²;

s = (3,6 Ч 10,4) / 36,4 = 1,028 м

6. Определяем коэффициент ослабления лучей.

При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k_г) и сажистыми частицами (k_с):

k = k_гЧ r_п + k_с, (м Ч МПа)^-1

где: r_п - суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 1,

r_{п т} = 0,246;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k_г) определяется по формуле:

k_г = (((7,8 + 16 Ч r_н2о) / (3,16 v р_пЧs)) -1)Ч(1-0,37Ч(Т_т?/1000), (мЧМПа)^-1

где: р_п = r_п * р - парциальное давление трехатомных газов, МПа;

р_п = 0,246 * 0,1 =0,0246 МПа;

р - давление в топочной камере котлоагрегата, принимается р = 0,1 МПа;

r_н2о - объемная доля водяных паров, из табл. 1, r_н2о = 0,120;

Т_т? - абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К, Т_т? = 1223 К;

k_г = (((7,8 + 16 Ч 0,120) / (3,16 v 0,0246Ч1,028)) -1)Ч(1-0,37Ч(1223/1000)= 10,1 (мЧМПа)^-1

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами (k_с) определяется по формуле:

k_с =0,3Ч (2 - б_т)Ч(1,6 Ч (Т_т? /1000) - 0,5)Ч(С_р / Н_р), (м Ч МПа)^-1



где: С_р, Н_р - содержание углерода и водорода в рабочей массе топлива.

k_с =0,3Ч (2 - 1,1)Ч(1,6 Ч (1223 /1000) - 0,5)Ч(84,65 / 11,7) = 2,8 (м Ч МПа)^-1

Получаем:

k = 10,1Ч 0,246 + 2,8 = 5,3 (м Ч МПа)^-1

7. Определяем степень черноты факела:

а_ф = m Ч а_св + (1 - m) Ч а_r

где: m - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 5.2 [1], в зависимости от вида топлива и q_v (удельная нагрузка топочного объема), которая рассчитывается по формуле:

q_v = (В_РЧ Q_н^с) / V_Т

где: В_Р - расчетный расход топлива, В_Р = 0,168 кг/с

Q_н^с - низшая теплота сгорания сухой массы газа, Q_н^с = 40610 кДж/кг;

V_Т - объем топочной камеры, V_Т = 10,4 м³;

q_v = (0,168Ч 40610⁾ / 10,4 = 656 кВт/м³

400 < 656 <1000 кВт/м³, поэтому m = 0,7 (таб. 2,5 при помощи интерполяции);

а_св - степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами, значения а_св и а_r определяются по формулам:

а_св= 1 - е^{-(kгЧ rп + kс)ЧрЧs}

а_r= 1 - е ^{- kгЧ rпЧрЧs}



Получаем:

а_св= 1 - е^{-(5,3)Ч0,1Ч1,028} = 0,4

а_r= 1 - е ^{- 10,1Ч 0,246Ч0,1Ч1,028} = 0,23

Степень черноты факела равна:

а_ф = 0,7 Ч 0,4 + (1 - 0,7) Ч 0,23 = 0,35

8. Определяем степень черноты топки по формуле, для камерных топок при сжигании жидкого топлива:

а_т= а_ф / (а_ф +(1-а_ф) Ч ш_ср)

где: ш_ср - коэффициент тепловой эффективности экранов, рассчитанный нами

в п. 4, ш_ср = 0,55

а_т= 0,35 / (0,35 + (1 - 0,35) Ч 0,55) = 0,5

9. Определяем коэффициент М, учитывающий расположение максимума температур пламени по высоте топки (х_т).

При сжигании газа и мазута:

М = 0,54 - 0,2Ч х_т;

Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяется как отношение высоты размещения горелок к общей высоте топки

х_т = h_г / H_т,



где h_г - под считывается как расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок, а H_т - как расстояние от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна топки.

х_т = 0,65 / 2 = 0,325

М = 0,54 - 0,2Ч 0,325 = 0,475

10. Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг мазута при нормальных условиях, по формуле:

Vc_ср= (Q_т - I_т?) / (Т_А - Т_т?), кДж/(м Ч К)

где: Т_т? - температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К, Т_т? = 950°С = 1223 К;

I_т? - энтальпия продуктов сгорания, берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре, I_т? = 18258,3 кДж/м³;

Q_т - полезное тепловыделение в топке, Q_т = 41247,8 кДж/кг;

Т_А - теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2 по значению Q_т = 41247,8 кДж/кг, равному энтальпии продуктов сгорания

I_А = 41247,8 кДж/кг, равная Т_А = 1975°С = 2248К;

Vc_ср= (41247,8 - 18258,3) / (2248-1223) = 22,4 кДж/(м Ч К)

11. Определяем действительную температуру на выходе из топки,°С,

по формуле:

и «_т =(Т_А / (МЧ((5,67Ч ш_срЧ F_СТ Ч а_тЧ Т_А³) / (10¹¹Ч ц Ч В_РЧ Vc_ср))^0,6 + 1)) - 273

Подставляя все выше найденные значения, получаем:

и «_т =(1975 / (0,475Ч((5,67Ч 0,55Ч 36,4 Ч 0,5Ч 1975³) / (10¹¹Ч 0,964 Ч 0,168Ч 22,4))^0,6 + 1)) - 273 = 923°С

Т.к. расхождение между получаемой температурой (923°С) и ранее принятой (950°С) на выходе из топки не превышает ±100°С, то расчет считается оконченным.



6. Расчет конвективной поверхности нагрева

6.1 Расчет конвективных пучков котла

Расчет топочной камеры парового котла выполняется с целью выявления экономичности и надежности ее работы.

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару. Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружных поверхностей труб к внутренним, теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару - конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс называемый теплоотдачей.

Предварительно задается диапазон температур дымовых газов на выходе из котельного агрегата (два значения).

Для выбранных температур составляем тепловой баланс конвективных пучков. Расчет теплового баланса кипятильных пучков объединяют.

Определяют количество теплоты, которое приносят с собой дымовые газы Q_Б(приход тепла) и отдают наружные поверхности труб.

Q_Б= цЧ(I? - I»+ДбЧI^о_прс), кДж/кг

Q_т - количество теплоты, которое принимается трубами на процесс парообразования (расход тепла).

Q_т = (КЧНЧДt) / В_Р, кДж/кг



Строим график и по расчетной температуре газов выходящих из топки определяем энтальпию.

Q_Б= Q_т

6.2 Расчет 1-го конвективного пучка котла

По справочнику выписываем конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг труб и рядов (расстояние между осями труб), диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания.

1) Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе, м², равна: Н_кп(1) = 34,56 м²;

2) Наружный диаметр труб, мм, равен: (d = 51 мм);

3) Общее число труб, расположенных в газоходе, шт., равно: n =120 шт.;

4) Поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению к потоку), мм, равен: S₁= 100 мм;

5) Продольный шаг труб (в продольном направлении по отношению к потоку), мм, равен: S₂ = 100 мм;

6) Число труб в ряду поперек хода продуктов сгорания, шт.,

равно: z₁ = 6 шт.;

7) Число труб в ряду по ходу продуктов сгорания, шт.,

равно: z₂ = 20 шт.;

8) По конструктивным данным подсчитываем относительный поперечный шаг, равный: у₁= S₁ / d = 100 / 51 = 1,96; Подсчитываем относительный продольный шаг, равный: у₂= S₂ / d = 100 / 51 = 1,96;

9) Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (при поперечном омывании гладких труб), м²: F _ж. = 0,405 м²,

2. Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода: и₍₁₎» = 700°С, и₍₂₎» = 500°С;

3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания, кДж/кг, по формуле:

Q_Б= цЧ(I? - I»+ДбЧI^о_прс), кДж/кг

Где: ц - коэффициент сохранения теплоты, равен: ц = 0,964;

I? - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, при температуре на выходе из топки и_т»= и_к^? = 923°С, по табл. 1, равна: I?₍₉₂₃₎ = 17663 кДж/кг;

I» - энтальпия продуктов сгорания после поверхности нагрева, при предварительно принятой нами температуре на выходе из пучка, по табл. 1, равна:

при и_К» = 700°С = I» = 14564,55 кДж/кг;

при и_К» = 500°С = I» = 10149,7 кДж/кг;

Дб - присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее: Дб = 0,05; (из таб. 3.1 (1))

I^о_прс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха t_В ⁼ 30°С, равна: I^о_прс ⁼ 586,56 кДж/кг;

Получаем:

при и_К» = 700°С

Q_Б(1)= 0,964Ч(17663 - 14564,55 + 0,05 Ч 586,56) = 3071,7 кДж/кг

при и_К» = 500°С

Q_Б(2)= 0,964Ч(17663 - 10149,7 + 0,05 Ч 586,56) = 7327,6 кДж/кг

4. Вычисляем расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, по формуле:



и = (и? + и») / 2,^оС

где: и' и и» - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе

из нее: и' = 923°С;

Получаем:

при и»₍₁₎ = 700°С:

и₍₁₎ = (923 + 700) / 2 = 812 ^оС

при и»₍₂₎ = 500°С:

и₍₂₎ = (923 + 500) / 2 = 712^оС

5. Определяем температурный напор, по формуле:

Дt = и - t_к, ^оС

где: t_к - температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле Р = 13 атм., и равна: t_к = 194°С;

и - средняя расчетная температура продуктов сгорания,°С;

Получаем:

при и»₍₁₎ = 700°С:

Дt₍₁₎ = 812 - 194 = 618°С;

при и»₍₂₎ = 500°С:

Дt₍₂₎ = 712 - 194 = 518°С;

6. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, по формуле:

щ_г = (В_Р ЧV_гЧ (и +273)) / (FЧ 273), м/с



где: В_Р - расчетный расход топлива, кг/с, равен: В_Р = 0,168 кг/с;

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, F = 0,405 м²; (из таб. 2.7 (1))

V_г - объем продуктов сгорания на 1 кг мазута, по табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха, V_г = 12,829 м³/кг;

и - средняя расчетная температура продуктов сгорания,°С;

Получаем:

при и»₍₁₎ = 700°С:

щ_г(1) = (0,168 Ч12,829Ч (812 +273)) / (0,405Ч 273) = 21,9 м/с

при и»₍₂₎ = 500°С:

щ_г(2) = (0,168 Ч12,829Ч (712 +273)) / (0,405Ч 273) = 19,9 м/с

7. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов

сгорания к поверхности нагрева, при поперечном омывании коридорных пучков:

б_к = б_н Ч с_z Ч с_s Ч с_ф

где: б_н - коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при (d = 51 мм):

при и»₍₁₎ = 700°С: (щ_г(1) = 21,9 м/с) = б_н(1) = 109 Вт/(м² Ч К);

при и»₍₂₎ = 500°С: (щ_г(2) = 19,9 м/с) = б_н(2) = 107 Вт/(м² Ч К);

с_z - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется по номограмме рис 6. 1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при z₂ = 20 шт.:

при и»₍₁₎ = 700°С: с_z(1) = 0,96;

при и»₍₂₎ = 500°С: с_z(2) = 0,96;

с_s - поправка на компоновку пучка, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при у₁ = 1,96 и

при у₂ = 1,96:

при и»₍₁₎ = 700°С: с_s(1) =1 при и»₍₂₎ = 500°С: с_s(2) =1;

с_ф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при r_н2о = 0,119:

при и»₍₁₎ = 700°С: (и₍₁₎ = 874°С) = с_ф(1) = 0,97;

при и»₍₂₎ = 500°С: (и₍₂₎ = 774°С) = с_ф(2) = 0,99;

Получаем:

при и»₍₁₎ = 700°С:

б_к(1) = 108 Ч 0,96 Ч 1 Ч 0,97 = 99,9 Вт/(м² Ч К),

при и»₍₂₎ = 500°С:

б_к(2) = 105 Ч 0,96 Ч 1 Ч 0,99 = 99,7 Вт/(м² Ч К);

8. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме рис. 5,6. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину по формуле:

kps = (k_г Ч r_п + k_зл Ч м) Ч p Ч s

где: s - толщина излучаемого слоя для гладкотрубных пучков, рассчитывается по формуле:

s = 0,9 Ч d Ч ((4 / р) Ч ((s₁ Ч s₂₎ / d²⁾ - 1), м

Подставляя значения s₁ = 100 мм, s₂ = 100 мм, d = 51 мм, получим:

s = 0,9 Ч 0,051 Ч ((4 / 3,14) Ч ((0,1 Ч 0,1) / 0,051²⁾ - 1) = 0,214 м

м - концентрация золовых частиц, для газа: м = 0; (стр. 75 (1))

k_зл - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, при сжигании газа, k_зл = 0;

r_п - суммарная объемная доля трехатомных газов, для соответствующего газохода, берется из табл. 1, r_п = 0,24;

k_г - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется по формуле:

k_г = ((7,8 + 16 Ч r_н2о) / (3,16 Ч v р_пЧ s) - 1) Ч (1 - 0,37 Ч (и» / 1000), (м Ч МПа)^-1

где: р_п = r_п Ч р - парциальное давление трехатомных газов, МПа;

р_п = 0,24Ч 0,1 = 0,024 МПа

р - давление в газоходе, для котлоагрегата, принимается р = 0, 1 МПа;

r_н2о - объемная доля водяных паров, по табл. 1, r_н2о = 0,119;

и» - выбранняя расчетная температура продуктов сгорания, К

при и»₍₁₎ =700°С: (и»₍₁₎ = 973 К)

k_г(1) = ((7,8 + 16 Ч 0,119) / (3,16 Ч v 0,024Ч 0,214) - 1) Ч (1 - 0,37 Ч (973 / 1000) = 28,57 (м Ч МПа)^-1

при и»₍₂₎ =500°С: (и»₍₂₎ = 773 К)

k_г(2) = ((7,8 + 16 Ч 0,119) / (3,16 Ч v 0,024Ч 0,214) - 1) Ч (1 - 0,37 Ч (773 / 1000) = 30,78 (м Ч МПа)^-1

Получаем при и»₍₁₎ =700°С:

Kps₍₁₎ = (28,57 Ч 0,24+ 0 Ч 0) Ч 0,1 Ч 0,214 = 0,14

при и»₍₂₎ =500°С:

Kps₍₂₎ = (30,78 Ч 0,24 + 0 Ч 0) Ч 0,1 Ч 0,214 = 0,15

Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме рис. 5,6.

Получаем:

при и»₍₁₎ =700°С: (Kps₍₁₎ = 0,14) - а₁ = 0,13

при и»₍₂₎ =500°С: (Kps₍₂₎ = 0,15) - а₁ = 0,14

9. Определяем коэффициент теплоотдачи б_л, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м² Ч К), по формуле, для незапыленного потока (при сжигании мазута):



б_л = б_н Ч а Ч с_г, Вт/(м² Ч К)

где: б_н - коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис 6.4 [1], Вт/(м² Ч К);

а - степень черноты газового потока;

с_г - коэффициент, определяется по рис 6.4 [1];

Для определения б_н и коэффициент с_г вычисляем температуру загрязненной стенки, по формуле:

t_з = t + Дt,°С

t - средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при t = 194°С в котле;

Дt - при сжигании жидкого топлива принимается равной 60°С; (стр. 78) [1];

t_з = 194 + 60 = 254°С

Находим б_н при t_з = 254°С:

при и»₍₁₎ = 700°С (и₍₁₎ = 812°С): б_н(1) = 122 Вт/(м² Ч К);

при и»₍₂₎ = 500°С (и₍₂₎ = 712°С): б_н(2) = 97 Вт/(м² Ч К);

Находим с_г при t_з = 254°С:

при и»₍₁₎ = 700°С (и₍₁₎ = 812°С): с_г(1) = 0,98

при и»₍₂₎ = 500°С (и₍₂₎ = 712°С): с_г(2) = 0,96

Рассчитываем б_л:

при и»₍₁₎ = 700°С:

б_л(1) = 122 Ч 0,13 Ч 0,98 = 15,5 Вт/(м² Ч К)

при и»₍₂₎ = 500°С:

б_л(2) = 97 Ч 0,14 Ч 0,96 = 13,1 Вт/(м² Ч К)

10. Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м² Ч К), по формуле:



б₍₁₎ = о Ч (б_к + б_л), Вт/(м² Ч К)

где: о - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образование застойных зон, для поперечно омываемых пучков о = 1;

Получаем:

при и»₍₁₎ = 700°С:

б₍₁₎ = 1 Ч (99,9 + 15,5₎ = 115,4 Вт/(м² Ч К)

при и»₍₂₎ = 500°С:

б₍₂₎ = 1 Ч (99,7 + 13,1₎ = 112,8 Вт/(м² Ч К)

11. Вычисляем коэффициент теплопередачи, Вт/(м² Ч К), по формуле:

К = ш Ч б₁

Где: ш - коэффициент тепловой эффективности, определяется по табл. 6.2 [1], в зависимости от вида сжигаемого топлива, ш = 0,65;

Получаем:

при и»₍₁₎ = 700°С:

К₍₁₎ = 0,65 Ч 115,4 = 75 Вт/(м² Ч К)

при и»₍₂₎ = 500°С:

К₍₂₎ = 0,65 Ч 112,8 = 73,3 Вт/(м² Ч К)

12. Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева на 1 кг сжигаемого жидкого топлива, по формуле:

Q_т = (K Ч H Ч Дt) / (B_р Ч 10³), кДж/кг;

где: В_Р - расчетный расход топлива, кг/с, равен: Вр = 0,168 кг/с;

Н_кп(1) - площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе м², равна: Н_кп = 34,56 м²;

Дt - температурный напор, определяется по формуле:

Дt = (и? - и») / (2,3 Ч lg (и? - t_кип) / (и» - t_кип)),°С

где: t_кип - температура насыщения при давлении в паровом котле, равна, t_кип =194°С

и? - температура на выходе из топки, и? = 923°С;

при и»₍₁₎ = 700°С:

Дt₍₁₎ = (923 - 700) / (2,3 Ч lg (923 - 194) / (700 - 194)) = 619,4°С

при и»₍₂₎ = 500°С:

Дt ₍₂₎ = (923 - 500) / (2,3 Ч lg (923 - 194) / (500 - 194)) = 486,2°С

Получаем:

при и»₍₁₎ = 700°С:

Q_т(1) = (75 Ч 34,56 Ч 619,4) / (0,168Ч 10³) = 9556,5 кДж/кг

при и»₍₂₎ = 500°С:

Q_т(2) = (73,3 Ч 34,56Ч 486,2) / (0,168 Ч 10³) = 7331,3 кДж/кг

13. По принятым двум значениям температуры и»₍₁₎= 700°С, и»₍₂₎= 500°С и полученным двум значениям Q_б и Q_т производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов после поверхности нагрева. Для этого строим зависимость Q = f (и») рис. 1.

Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания и_кп», которую следовало бы принять при расчете.

при и»₍₁₎ = 700°С: Q_т(1) = 9556,5 кДж/кг

Q_Б(1)= 3071,7 кДж/кг

при и»₍₂₎ = 500°С:

Q_т(2) = 7331,3 кДж/кг

Q_Б(2)= 7327,6 кДж/кг



По рис. 1 определяем, что действительная температура продуктов сгорания после поверхности нагрева равна и_кп» = 505°С.