Тепловий розрахунок парового котла

Тепловий розрахунок парового котла

Вступ

Тепловий розрахунок парового котла може бути конструктивним і повіреним. Перевірочний розрахунок котла або окремих його елементів виконується для існуючої конструкції з метою визначення показників його роботи при переході на інше паливо, при зміні навантаження або параметрів пари, а також після проведеної реконструкції поверхонь нагріву. У результаті перевірочного розрахунку котла визначають: коефіцієнт корисної дії котла, витрата палива, температуру відхідних газів, температуру робочого середовища за кожною поверхнею нагріву.

При перевірному розрахунку котла спочатку визначають обсяги та ентальпії повітря і продуктів згоряння, ККД і витрата палива, а потім виконують розрахунок теплообміну в котельній камері та в інших поверхнях у послідовності, що відповідає їх розташуванню по ходу продуктів згоряння.

Завдання

Провести перевірочний тепловий розрахунок окремих поверхонь нагріву і звести тепловий баланс котла ТП-230:

Характеристика котла ТП-230

. Номінальна паропродуктивність

ном = 213 т / год = 59,2 кг / с;

. Температура перегрітого пара tпп = 498 С;

. Тиск перегрітої пари РПП = 10 МПа;

. Тиск в барабані котла рбар = 10,8 МПа;

. Температура живильної води tпв = 198 С;

. Тиск живильної води РПВ = 11,5 МПа;

. Вид палива: антрацит

. Топка має металеву зовнішню обшивку.

1. Опис конструкції котла

За характером руху робочого середовища парогенератор ТП-230 відноситься до агрегатів з природною циркуляцією. Робоче середовище безперервно рухається по замкнутому контуру, що складається з обігріваються і не обігріваються труб, з'єднаних між собою проміжними камерами - колекторами і барабанами. У обігрівається частини контуру вода частково випаровується, що утворився пар відокремлюється від води в барабанах і, пройшовши через пароперегрівач, подається на турбіну. Випарувалася частина котлової води відшкодовується живильною водою, яка подається живильним насосом у водяний економайзер і далі в барабан.

Парогенератор ТП-230 виконаний за П - образної схемою. В одній його вертикальної шахті розташована топкова камера, в іншій економайзер і повітропідігрівників, вгорі в поворотному горизонтальному газоході розміщується конвективний пароперегрівник.

Характерною особливістю парогенераторів цієї серії є наявність двох барабанів, з'єднаних по парі і воді між собою пароперепускними трубами. Початкова стадія відділення пари від води відбувається в основному в роздільному барабані меншого діаметру. Подальше осушення пари відбувається в основному барабані більшого діаметра. Водоопускні труби включені в основний барабан біля його нижньої твірної.

Розміщення над топкової камерою двох барабанів добре компонується з конструкцією топкових екранів. Зверху топка обмежується стельовими трубами, які є продовженням труб фронтального екрану і включаються верхніми кінцями безпосередньо в розділовий барабан.

Димові гази виходять з топкової камери через розлучені (фестонірованние) в 4 ряди труби заднього екрана, також включені верхніми кінцями в розділовий барабан.

Підйомні труби працюють один з одним паралельно, проте їх конфігурація, довжина, освітленість факелом різна. Для забезпечення надійної циркуляції їх групують в окремі контури. У контур циркуляції включають підйомні труби, ідентичні за своїм гідравлічному опору і теплового навантаження. Кожен окремий контур має свої опускні труби. У котлі ТП-230 16 контурів циркуляції: по 3 контуру на бічних екранах і по 5 на фронтовому і задньому екранах.

Пароперегрівач чисто конвективного типу. Регулювання температури перегрітої пари виробляється двома пароохолоджувача поверхневого типу. Охолодження і часткова конденсація пари здійснюється за рахунок нагріву частини живильної води, що відводиться з цією метою з живильної лінії в пароохолоджувача.

Двоступінчастий економайзер, службовець для підігріву живильної води газами, що йдуть, складається з окремих пакетів змійовиків.

Трубчастий повітрепідігрівач, призначений для нагрівання дуттєвого повітря, що транспортує вугільний пил при спалюванні твердого палива і подається в зону горіння палива, складається з двох ступенів, між якими розміщується нижня частина (ступінь) економайзера.

2. Розрахунок обсягів продуктів згоряння, об'ємних часток трьохатомних газів і концентрацій золових частинок в газоходах котла

.1 Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння палива

Розрахункові характеристики палива

За табл. I [1], П4.1 [2] визначаємо склад робочої маси палива,%:

Вологість WP = 9,0;

Зольність AP = 34,6;

- сірка колчедану = 0,35;

сірка органічна = 0,35;

вуглець CP = 46,8;

водень HP = 2,9;

азот Nр = 0,8;

кисень OP = 5,2.

Нижча теплота згоряння = 18,3 МДж / кг.

Наведені характеристики,% ∙ кг / МДж:

- Вологість WП = 2,08;

Зольність АП = 4,55.

Коефіцієнт размолоспособності Кло = 1,0.

Вихід летких на горючу масу = 28,0%.

Температура початку розм'якшення золи t2 = 1220 0С; початку рідкоплавкого стану золи t3 = 1360 0 С.

2.2 Теоретичний об'єм повітря

Теоретичний об'єм повітря, м3 пов / кг, необхідний для спалювання 1 кг палива при α = 1 і нормальних фізичних умовах (t = 0 0С, р = 101325 Па), визначаємо за формулою (4-02) [1], (2.1 ) [2]:

м3/кг.

2.3 Теоретичні обсяги продуктів згоряння

Теоретичні обсяги продуктів згоряння, одержувані при повному спалюванні 1кг палива з теоретичним кількістю повітря, м3/кг, визначаємо за формулами (4-04)  (4-08) [1], (2,2)  (2,5) [2]

/кг.

/кг.

2.4 Коефіцієнт надлишку повітря

Коефіцієнт надлишку повітря на виході з топки для камерної топки з твердим видаленням шлаку приймаємо по таблиці XVII-XXI [1], 1.7 [2], αт= 1,2.

Присоси повітря у газоходах котла (на виходе з газоходу) приймаємо по табл. XVII [1], табл. 1.8 [2]:

− присоси повітря в топку Daт=0,08;

− присоси повітря в фестон DaФ=0;

− присоси повітря в пароперегрівач I ст. DaппI=0,015;

− присоси повітря в пароперегрівач II ст. DaппII=0,015;

− присоси повітря в економайзер II ст. DaэкII=0,02;

− присоси повітря в повітрепідігрівач II ст. Da впI =0,03;

− присоси повітря в економайзер I ст. Da экI=0,02;

− присоси повітря в повітрепідігрівач I ст. DaвпI=0,03;

− присоси повітря в систему пилоприготування Daпл=0,1.

2.5 Обсяги продуктів згоряння

Обсяги продуктів згоряння, об'ємні частки трьохатомних газів і концентрації золових частинок за газоходам котла представлені в табл. 2.1 (див. табл.4.1 [1], табл. 2.1 [2]).

Таблиця 2.1 - Обсяги продуктів згоряння, об'ємні частки трьохатомних газів і концентрації золових частинок

4.Повний об´єм газів м3/кг  VГ= +

7. маса димових газів при спалюванні твердого та рідкого палива Gг=1-0,01AP + +1,306∙aср∙ , кг/кг

При спалюванні газу:г=+(dГ/1000)+

2.6 Ентальпії теоретичних об'ємів повітря і продуктів згоряння

Ентальпії теоретичних об'ємів повітря і продуктів згоряння і, визначаємо за табл. XV [1], табл. п. 4.2 [2]. Ентальпію продуктів згоряння НГ, кДж / кг.

Ентальпію золи НЗЛ, кДж / кг, визначаємо за формулою (4-24) [1].

,

де (c)зл - ентальпія 1 кг золи, кДж / кг, визначається за табл. XIV [1].

Нзл можна розрахувати за формулою (2.19) [2].

Результати розрахунку ентальпій продуктів згоряння при дійсних надлишках повітря в газоходах наведені в таблиці 2.2 (див. табл. 4.2 [1]; табл. 2.3 [2]).

Ентальпія продуктів згоряння, кДж / кг (H-- таблиця)

Таблиця 2.2

Поверхня нагріву           ",°СНГВ=(a−

− 1)НГ=+

Топочна камера,  фестон =1,22200

,6

,4

,2

,0

,0

,8

,6

,622673,6

,863

,025

,215

,198

,129

,37

,042

,463

,825

,21

,19

,33

,77

Пароперегрівач  I ст. =1,2151000

Пароперегрівач  II ст. =1,231000

Экономайзер II ст. =1,25800

Повітрепідігрівач II ст. =1,28600

,4

,3

,5

,801

,632

,05184,4

,33

,5

Экономайзер I ст. =1,3600

,4

,3

,5

,26003,801

,632

,05

,825184,4

,33

,5

Повітрепідігрівача I ст. =1,33400

,3

,5

,23896,632

,05

,825118,33

,5

Примітка. Ентальпії димових газів і повітря і  (без урахування ентальпії золи) при a = 1 і вологовмісту повітря 10 г / кг представлені в табл. XV [1], табл. П 4.2 [2].

3. Тепловий баланс котельного агрегату і визначення витрат палива

.1 Тепловий баланс котельного агрегату

Складання теплового балансу котельного агрегату полягає у встановленні рівності між надійшли в агрегат кількістю тепла, званим розташовуваним теплом, і сумою корисно використаного тепла і теплових втрат. На підставі теплового балансу обчислюються ККД котла і необхідна витрата палива.

Дану теплоту 1 кг палива, що спалюється , кДж / кг, визначаємо за формулою (3.4) [2]

=103 + + Qвнш+ Qпф− Qк,

де - нижча теплота згоряння робочої маси палива, МДж / кг;

- фізична теплота палива, кДж / кг, враховується для рідких і сильно вологих твердих палив, коли WР>1,6.Для Аркагалінского вугілля марки Д Р приймаємо = 0;внш - теплота, що підводиться до повітря від зовнішнього джерела, кДж / кг, Qвнш = 0;пф - теплота, що вноситься в топку при розпиленні мазуту пором, кДж / кг, Qпф = 0;к - теплота, що поглинається при спалюванні сланців, кДж / кг, Qк = 0.

= 103 = 18,3 103=18300 кДж/кг.

3.2 Втрати теплоти від хімічного і механічного недопалювання

Втрати теплоти від хімічного і механічного недопалювання палива q3 і q4 визначаються за табл. 4.6 [2] або за табл. XVIII-XIX [1] (див. п.п. 5-07, 5-08 [1]). Приймаємо для твердого палива q3 = 0, q4 = 1%.

.3 Втрата теплоти з газами що йдуть

Втрату теплоти з газами, що q2,%, визначаємо за (5-06) - (5-07) [1], (3.2) [2].

,

де - коефіцієнт надлишку повітря за повітрепідігрівачем;

 - Ентальпія газів, що йдуть при коефіцієнті надлишку повітря aух і температурі газів, що йдуть tух;

- Ентальпія теоретично необхідної кількості холодного повітря на вході в повітряний тракт (перед калорифером або вентилятором), кДж / кг. Приймаються tхв = 30, якщо не задана інша величина;

- втрати теплоти з механічним недожогом палива,%.

За табл. 1.4 [2] приймаємо tyx = 150.

Ентальпію газів, що йдуть при tyx = 150 визначаємо за табл. 2.2 цього розрахунку методом інтерполяції.

Н= кДж/кг.

Ентальпію холодного повітря визначаємо за формулою (3.3) [2], (см. (4-23) [1]).

 кДж/кг,

де tхв=30 °С − температура холодного повітря, приймаємо за [1], стр. 29; табл. 1.5 [2]; (див. табл. II-5 [1]).

.

3.4 Втрата теплоти від зовнішнього охолодження

Втрата теплоти q5 від зовнішнього охолодження через зовнішні поверхні котла при номінальній продуктивності котла Dном = 230 т/год = 63,9 кг/с визначаємо за формулою (3.11) [2], за рис. 5.1 або за формулою (5-10) [1]:

3.5 Втрата з теплом шлаків

Втрата з фізичної теплотою видаляються шлаків q6 при камерному спалюванні з твердим шлаковидаленням враховується тільки для багато зольних палив, коли АР>2,5, відповідно до п. (3.1) [2] (див. також п. 5.10 [1]). Приймаються q6 = 0.

3.6 Коефіцієнт корисної дії котла

Коефіцієнт корисної дії котла визначаємо за формулою (5 - 15) [1], (3.1) [2].

3.7 Витрата палива

Витрата палива B, кг / с, що подається в топковий камеру парового котла визначаємо за формулою (5-19) [1]; (3.14) [2].

,

де Dпе = Dном - розрахункова паропродуктивність котла, кг / с;

- Ентальпія відповідно перегрітої пари, живильної води і киплячої води в барабані парового котла, кДж / кг;

- витрата вдруге перегрівається пари, кг / с, (Dвт = 0);

- Ентальпія вдруге перегрівається пара відповідно на вході і на виході з пароперегрівача, кДж / кг;

- витрата продувочної води з барабанного парового котла, кг / с.

Витрата продувочной води з барабана котла визначаємо за формулою (3.15) [2].

пр= 0,01∙ p ∙ Dпе = 0,01∙ 3 ∙ 59,2 =1,775кг/c,

де р = 3% - безперервна продування котла, приймається відповідно до п. 4.8.27 ПТЕ.

При тиску перегрітої пари рпп = 10 МПа і tпп = 498 по табл. XXV [1] визначаємо hпп = 3359,55 кДж / кг.

При тиску живильної води рп.в. = 11,5 МПа і tп.в. = 198 по табл. XXIV [1] визначаємо hп.в. = 843,43 кДж / кг.

При тиску в барабані котла рбар = 10,8МПа, tн =316,652, по табл. XXIII [1] визначаємо hкіп=1420,16 кДж /кг.

Розраховуємо витрата палива.

кг / с.

Розрахункові витрати палива з урахуванням механічного недопалювання визначаємо за формулою (5-24) [1], (3.16) [2]:

 кг / с.

Коефіцієнт збереження теплоти розраховуємо за формулою (5-11) [1], (4.24) [2]:

j = 1−.

4. Розрахунок теплообміну в топці

.1 Геометричні характеристики топки

Геометричні характеристики топки визначаємо за кресленням котла ТП-230, враховуючи рекомендації, викладені в п. 6-А [1]; § 4.1 [2].

При розрахунку теплообміну в котельній камері її обсяг, м3, визначається за кресленнями котла. Межами обсягу є осьові площині екранних труб або звернені в топку поверхні захисного вогнетривкого шару, у місцях, не захищених екранами - стіни камери згоряння. У вихідному перерізі камери її обсяг обмежується площиною, що проходить через осі першого ряду труб ширм, фестона або котельного пучка. Нижньою межею об'єму топки є під. При наявності холодної воронки за нижню межу обсягу топки умовно приймається горизонтальна площина, що відокремлює її нижню половину (див. рис. 6.1 [1]).

) Площі поверхонь стін:

а = (10,5 +5,25 / 2) ∙ 10 = 131,25 м2;

м2;

в + (7,25 +4) ∙ 1,89 / 2 = = (7,75 +4,25) ∙ 2,25 / 2 +12,5 ∙ 7,75 + (7,25 +4) ∙ 1 , 89 / 2 = 121 м;

м2,

де площа відповідно задньої, фронтовий і бічної стіни, м2;

площа фестона (площина проходить через осі першого ряду труб фестона), м2;

 м2 ширина топкової камери

м2 глибина камери згоряння.

Повна поверхня стін:

 м.

Поверхня стін, зайнята пальниками:

м,

де м - діаметр вихідний амбразури пальника.

Поверхня стін, зайнята екранами:

м2 .

) Обсяг топкової камери:

м3 .

) Промінеспиймаючу поверхню стін визначаємо за формулою (6-06А) [1].

,

де - площа i-ої стіни, зайнята екраном, м2;

 - Кутовий коефіцієнт i-го екрана (див. номограму 1 [1]).

Кутовий коефіцієнт гладкотрубних екранів визначається в залежності від їх конструкції (див. п. 6-06 [1]).

Для фестона = 1. Для настінних топкових екранів кутовий коефіцієнт можна розрахувати за формулою (4.31) [2]. Діаметр і крок труб всіх екранів однакові. Томупромінесприймаючу поверхню екранів обчислюємо спільно по одному значенню кутового коефіцієнта. Діаметр екранних труб d = 76 мм, крок труб S = 95 мм, S/d = 1,25. Відносне відстань від труб до стіни / d = 57,5/ 76 » 0,8.

= 1 - 0,2 (S / d - 1) = 1 - 0,2 (95/76 - 1) = 0,95,

де S / d - відносний крок труб настінного екрану;

) Визначаємо ступінь екранування топки:

) Ефективна товщина випромінюючого шару топки розраховується за формулою (6-07) [1].

де - обсяг топкової камери, м3; Fст - повна поверхня стін топки, м2.

) Розрахункову теплову напругу топкового обсягу визначаємо за формулою (4.8) [2]:

кВт/м3.

Допустиме теплову напругу топкового обсягу визначаємо за табл. XVIII [1]: = 175 кВт/м3, нормативна вимога виконується.

4.2 Коефіцієнт теплового випромінювання топкової камери

Коефіцієнт теплового випромінювання топкової камери xт введено замість застосовувалася раніше ступеня чорноти топки eт. Він є радіаційної характеристикою випромінюючого тіла, і залежить тільки від його фізичних властивостей і температури. Здатність (ступінь чорноти) eт характеризує ступінь поглинання падаючого випромінювання і додатково залежить від спектра цього випромінювання. Для сірих і чорних тіл ці два коефіцієнти xт і eт чисельно рівні. Для визначення температури газів на виході з топки  розраховують коефіцієнт теплового випромінювання топки xт. xт визначається коефіцієнтом випромінювання газового факелуxф, заповнює топковий обсяг, і теплової ефективністю екранних поверхонь yср. xт розраховується за формулою (4.36) [2].

де - коефіцієнт випромінювання газового факела;

 - Коефіцієнт теплової ефективності екранних поверхонь.

Коефіцієнт випромінювання газового факелу xф залежить від температури газів на виході з топки (від абсолютної температури газів на виході з топки). При виконанні розрахунків спочатку задаються за табл. 4.7 [2] (див. стор 38, 39 [2]), а потім розраховують її значення. Прийняте і розрахункове значення не повинні відрізнятися більш ніж на 100 .

) Коефіцієнт випромінювання газового факела при спалюванні твердих палив визначаємо за формулою (4.37) [2], для газу та мазуту за формулою (4.42) [2].

,

де - оптична товщина поглинання топкової середовища;

- Коефіцієнт ослаблення (поглинання) променів топкової середовищем,1 / (м ∙ МПа);

- Тиск газів в котельній камері, МПа, для топок, що працюють під розрідженням і з наддувом не більше 5 кПа, приймають р = 0,1 МПа;- ефективна товщина випромінюючого шару, м. (S = 6,62 м).

Коефіцієнт k 1 / (м ∙ МПа), ослаблення променів топкової середовищем визначаємо за формулою (4.39) [2]:

 ,

де - коефіцієнт ослаблення променів триатомним газами, 1 / (м ∙ МПа);

- Коефіцієнт ослаблення променів золовим частинками, 1 / (м ∙ МПа);

- Коефіцієнт ослаблення променів палаючими коксовими частинками, за рекомендаціями, викладеними в [2] стор 43, приймаємо = 1,0 1 / (м ∙ МПа).

За формулою (6-13) [1] або (4.40) [2] визначаємо коефіцієнт ослаблення променів триатомним газами.

де  - абсолютна температура газів на виході з топки, К;      

- Об'ємна частка трьохатомних газів, приймається за табл. 2.1 цього розрахунку.

За рекомендаціями [2] табл. 4.7 (див. стор 38-39) приймаємо температуру газів на виході з топки =1150 °С.

 1 / (м ∙ МПа).

За формулою (4.41) [2] визначаємо коефіцієнт ослаблення променів завислими в котельній середовищі частками летючої золи.

 ,

де - щільність димових газів при атмосферному тиску, г/м3, приймаємо rг = 1300 г/м3 (1,3 кг/м3);

 - Ефективний діаметр золових частинок, мкм (dзл визначається за рекомендаціями, викладеними в [2], див. стор 43). Для ШБМ приймаємозл = 13 мкм.

 - Концентрація золових частинок в потоці газів, кг / кг. Приймається з табл. 2.1 цього розрахунку (див. формулу (4-11) [1]).

 1 / (м ∙ МПа).

Коефіцієнт ослаблення променів топкової середовищем.

 1 / (м ∙ МПа).

Коефіцієнт випромінювання факела (ступінь чорноти факела) визначається за формулою (4.37) [2] (див. номограму 2 [2]).

 .

) теплосприйняття в топці оцінюється середнім коефіцієнтом теплової ефективності екранів yср. yср визначають за формулою (6-32) [1]; (4.32) [2].

де - коефіцієнт теплової ефективності i-го ділянки екрану;, F2, F3, F4, F5, F6 - поверхня i-го ділянки екрану (поверхні відповідно задньої, фронтовий, перший бічний, 2-ий бічної стіни, амбразур пальників і фестона).

 - Умовний коефіцієнт забруднення поверхні, приймається за табл. 4.8 [2], = 0,5; для газу = 0,65;

 - Кутовий коефіцієнт екрану,  = 0,95, розраховується за формулою (4.31) [2]. (Див. п. 4.1 цього розрахунку).

Коефіцієнт теплового випромінювання топки дорівнює:

4.3 Розрахунок температури газів на виході з топки

Адіабатична температура горіння , °С, визначається за корисним тепловиділенням у топці , кДж/кг, при надлишку повітря у топуі aт=1,2.

) корисне виділення у топці (для розрахунку  и V∙cср) складається з даної теплоти топлива за виключенням топочних втрат и теплоти зовнішнього підігріву палива та повітря, парового дуття и теплоти рециркуляційних газів. Qт розраховується за формулою (6-28) [1], (4.17) [2]:

де - потрібне тепло палива, кДж/кг;

, ,  - втрати тепла від хімічної та фізичної неповноти згорання палива та з теплом шлаку;

- тепло,що вноситься у топку паровим дуттям, кДж/кг, ();

- теплота, що вноситься повітрям у топку, кДж/кг, визначається за (6-29) [1]; (4.18) [2];

 - теплота рециркуляційних газів, кДж/кг, (= 0).

,

де - ентальпія відповідно гарячого повітря та присосів холодного повітря із зовні за рекомендаціями, викладеними в [2] табл. 1.6 приймаємо tг.в=300 °С. Ентальпію гарячого повітря визначаємо за даними табл. 2.2 дійсного розрахунку методу інтерполяції.

 кДж/кг;

 кДж/кг.

Корисне тепловиділення у топці:

 кДж/кг.

) середню сумарну теплоємність продуктів згорання  кДж/(кг∙○С) визначаємо за формулою (7.7) [2]. Попередньо приймаємо температуру газів на виходе з топки =1150 °С (см. стр. 38-39 [2]).

Для твердих палив температура газів на виходе з топки вибирається з умов попередження шлакованих наступних поверхонь нагріву (см. табл. II-1 [1], табл. 4.7. [2]). Крім того, для топок з твердим шлаковидаленням повинні бути згранульовані, розплавлені мікрокаплини шлаку до зустрічі їх з трубами на виходе з топки. Для цього температура топкових газів на входе з топки повинна бути нижче температури t2 початку розм'якшення золи [3, стр. 39] t2= 1220 °С.

,

де - адіабатна температура горіння, °С, відповідає умові, коли все корисне тепловиділення приймається продуктами згорання (при відсутності теплових втрат топки), визначається за даними табл. 2.2 дійсного розрахунку по відомими значеннями Qт. Приймаючи Hг = Qт=23482,438 кДж/кг, отримуємо

°С;

- ентальпія продуктів згорання при  (визначається по табл. 2.2 дійсного розрахунку)

 кДж/кг.

) коефіцієнт М розміщення горілок визначається (4.26) [2] (коефіцієнт М враховує відносне положення ядра факела по висоті топки, що впливаає на ; М залежить від виду палив та способу його спалюваннясм. стр. 39, 40 [2]).

При камерному спалювання твердих палив, М=0,56 - 0,5∙Хт,

де Хт - коефіцієнт, що характеризує відносну висоту положення зони максимума температур у топці, визначається за формулою (4.28) [2].

де - висота розміщення пальників, hгор=3,5 м;

- розрахункова висота заповнюючого топку факела (від нижньої частини топеки до середини виходу газового вікна (см. рис. 4.2 [2]);

- поправка, при Dном ≤ 110 кг/с приймаємо Dх = 0,1;

М = 0,56 − 0,5∙0,32 = 0,4.

Максимальне значення М не перевищує 0,5.

4) дійсна температура газів на виходе з топки , °С, визначається за формулою (6-35) [1], (7.6) [2]:

де - абсолютна адіабатична температура горіння

;

- середній коефіцієнт теплової ефективності екранів;

- повна поверхня стен, включаючи площу горілок; м2;

- коефіцієнт теплового випромінювання топки;

 - коефіцієнт збереження тепла,

j =1− [q5/(hк+q5)] = 0,99;

- розрахункові витрати палива (з розрахунком механічного недопалу), кг/с.

1120,485 ○С.

Отримане значення  =1120,485 З порівнюємо з попередньо прийнятим значенням  = 1150. Розбіжність не перевищує  100. Нормативне вимога виконується (див. стор 104 [1], стор 157 [2]).

Температуру газів на виході з топки можна визначити за номограмі 4 [1], (див. рис. 4.4 [2]). Для цього попередньо потрібно розрахувати: 1) адіабатичних (теоретичну) температуру горіння газів °С; 2) коефіцієнт випромінювання газового факелу; 3) середній коефіцієнт теплової ефективності екранів; 4) емпіричний коефіцієнт М, враховує розташування ядра факела (М = 0,4) ; 5) визначити значення кВт / м2.По номограмі отримуємо =1120 °С.

Приймаються температуру газів на виході з топки =1120 °С.

Розраховуємо ентальпію газів на виході з топки:

 кДж/кг.

) Кількість тепла сприйнятого в топці:

 кДж/кг.

Тут коефіцієнт збереження теплоти (див. п. 3.7 цього розрахунку);

 корисне тепловиділення в топці (див. п. 4.3 цього розрахунку).

) Середня теплове навантаження промінесприймаючої поверхні нагрівання:

 кВт/м2.

Розрахункове теплове напруження топкового об'єму (підраховано раніше, див. п. 4.1 цього розрахунку):

кВт / м.

5. Розрахунок фестона

.1 Загальні відомості

Повірений тепловий розрахунок фестона зводиться до визначення кількості тепла, сприйманого фестонів. Кількість теплоти, що сприймається фестонів, розраховується за рівнянням теплового балансу і по рівнянню теплопередачі. Результати розрахунків порівнюються, якщо розбіжність результатів розрахунків за рівнянням теплового балансу і по рівнянню теплопередачі не перевищує 5%, то розрахунок вважається виконаним.

Конструктивно фестони складається з труб заднього екрана, але розміщених з збільшеним поперечним

S1 = 200 ÷ 300 мм і подовжнім S2 = 250 ÷ 400 мм кроками. При цьому труби фестона розводяться в кілька рядів Z2. Іноді фестони виконується з труб більшого діаметра (близько 100 мм), розташованих в один ряд (S1 = 400 ÷ 800 мм).

З розрахунку топки для попередньої поверхні нагрівання відомими є температура і ентальпія газів перед фестонів. Температура газів за фестонів приймається з подальшою перевіркою та уточненням її. Крім цього, вона повинна бути ув'язана з умовами забезпечення надійної роботи пароперегрівача. Згідно з [2] охолодження димових газів в фестони можна попередньо прийняти для однорядних фестонів (z2 = 1) 7-10○С, для дворядних - 15-20 ○С, для трирядових фестонів - 30-40 ○С і для чотирирядний - 50 - 60 ○С (менше значення для вологого палива, більше - для сухого). Кількість рядів по ходу газів в фестони Z2 приймається з креслення котла.

Температура обігрівається середовища постійна і дорівнює температурі кипіння при тиску в барабані котла, температурний напір визначається за формулою

 ,

де = 0,5() - середня температура газів в фестони ○С,; tн - температура кипіння при тиску в барабані.

Середня швидкість газів у фестони, величина, яка необхідна для визначення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією, визначається з виразу (6.7) [2]. Обсяг газів на одиницю палива Vг визначається по надлишку повітря на виході з топки.

Площа живого перетину для проходу газів визначається з креслення з використанням рис. 5.1.

Рис. 5.1 - До розрахунку живого перерізу фестону

г = ℓф(а − Z1d),

де ℓ ф - висота газового вікна, де розміщений фестони, м; а - ширина котла по фронту, м; d-діаметр труб (визначається з креслення); Z1-число труб в одному ряду.

Якщо відстань від крайньої труби фестона одно поперечним кроку S1, то

= а/S1 - 1.

Якщо зазначена відстані дорівнює S1 / 2, то

= а/S1.

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією при поперечному обтіканні визначається в залежності від форми пучка (коридорний або шаховий) за номограммам 7, 8 [1] або за рис. 6.4, 6.5 [2]. При косому обтіканні коридорних пучків з кутом між напрямком потоку і осями труб <80 ○ С отримана з номограми величина множиться на 1,07.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням визначається за формулами (6.35), (6.37) [2] або номограмі 18 [1], див. рис. 6.14 [2].

Ефективна товщина випромінюючого шару визначається за формулою

= 0,9

Кроки труб визначаються по дійсному відстані між осями труб з креслення. При конструкторському розрахунку згідно [1] рекомендуються наступні кроки труб фестона S1 ≥ 300, S2 ≥ 200 мм.

Випромінювання газових обсягів на фестони не враховується. Температура забрудненої стінки обчислюється за формулою

= tн + Δt,

де Δt = 80 ○ С.

При розрахунку коефіцієнта теплопередачі для фестонів не враховується коефіцієнт тепловіддачі від стінки до пароводяної суміші, так як він багато більше, і тому термічним опором 1 / можна знехтувати.

У всіх випадках коефіцієнт тепловіддачі для фестона визначається за формулою

К =

де - коефіцієнт теплової ефективності.

Для фестонів котлів великої потужності і розвинених котелень пучків котлів малої потужності в залежності від роду палива приймаються в діапазоні 0,5 ÷ 0,7 за таблицею 7.4, 7.5 [1], табл. 6.4 [2].

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки для фестона визначається за формулою

 ,

де ξ - коефіцієнт використання поверхні.

Повна теплообмінна поверхню фестона

ф = Z1Z2dℓф.

Для розрахунку кількості теплоти, що передається від газів до фестони за рахунок конвективного теплообміну Qт, за формулою (6.1) [2] в якості розрахункової поверхні нагрівання приймається повна теплообмінна поверхню фестона.

При перевірному розрахунку по рівнянню теплопередачі визначається кількість теплоти, передане поверхні фестона Qт, і порівнюється з величиною теплосприйняття фестона Qф, яка складається з двох складових: теплоти, безпосередньо відданої газами при їх охолодженні від  до теплоти, отриманої фестонів випромінюванням з топки.

Q=

Якщо розбіжність між Qт и Qф не перевищує ± 5%, то розрахунок не уточнюється.

5.2 Геометричні параметри фестона

Геометричні параметри фестона приймаються за паспортними даними котла:

Зовнішній діаметр труб dH = 76 мм;

Число рядів труб по ходу руху газів Z2 = 4;

Поперечний крок труб S1 = 380 мм;

Поздовжній крок труб S2 = 400 мм;

Розташування труб - шахове;

Розмір поверхні нагрівання Fф = 164 м2;

Живий перетин для проходу газів f = 50,3 м2.

5.3 Розрахунок ентальпії димових газів на виході з фестона

Температуру димових газів перед фестонів приймаємо рівною температурі газів на виході з топки.

==1120 °С, = =11128,7 кДж/кг.

Температуру димових газів за фестонів визначаємо за формулою:  

= -Dф=1120−70=1050 °С,

де приймаємо D=70 °С - охолодження газів в фестони.

 приймається відповідно до табл. II-1 [1], див. табл. 4.7 [2].

Ентальпія димових газів на виході з фестона:

кДж / кг.

5.4 Розрахунок теплоти, яка сприймається фестонів, на рівнянням теплового балансу

Теплота, що сприймається фестонів, складається з двох складових:

ф = Qб.ф + Qл.ф

) Теплота, віддане газами Qб.ф, кДж / кг, розраховується за формулою (5.5) [2] по (рівнянню теплового балансу)

де - коефіцієнт збереження теплоти, враховує втрати теплоти поверхнею нагріву в навколишнє середовище,  = 0,99;

 - Ентальпія газів відповідно на вході в фестони і на виході з фестона, кДж / кг;

 - Зміна коефіцієнта надлишку повітря в поверхні охолодження (фестона), = 0;

 - Ентальпія присмоктуються повітря, кДж / кг.

 кДж / кг.

) Теплота Qл.ф, кДж / кг, отримана фестонів випромінюванням з топки, визначається за наступною формулою

де - кутовий коефіцієнт трубного пучка, враховує те, що не все тепло, випромінюване з топки, сприймається фестонів. визначається за рис. 5.19 [2]. При S1/d = 380/76 = 5 для шахового розташування труб приймаємо Xф = 0,74;

 - Теплота випромінювання з топки на фестони, кДж / кг.

Теплоту випромінювання з топки на фестони визначаємо за формулою (5.24) [2]:

 ,

де - коефіцієнт розподілу теплового навантаження по висоті топки, визначається за табл. 4.10 [2], приймаємо = 0,8;

 - Середнє теплову напругу поверхні нагрівання топкових екранів, кВт/м2 (див. п. 4.3 цього к / пр. або (4.49) [2]);

- Промінесприймаюча поверхня фестона, .

.

Середнє теплову напругу поверхні нагрівання, кВт/м2, топкових екранів визначаємо за формулою (4.49) [2]:

 ,

де - питоме теплосприйняття топки, кДж / кг, визначається за формулою (4.23) [2]:

 кДж/кг;

 кВт/м;

 кДж/кг.

Тепло, отримане фестонів випромінюванням з топки:

 кДж/кг;

 кДж/кг.

5.5 Розрахунок теплоти, яка сприймається фестоном, теплопередачею

котел паливо топка фестон

Кількість тепла, кДж / кг, що передається фестони за умовою теплопередачі визначаємо за формулою (6.1) [2]:

,

де - розрахункова теплообмінна поверхню фестона, м2;

 - Коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м2 К);

- Усереднений по всій теплообмінної поверхні температурний напір, 0С;

 - Розрахункова витрата палива, кг / с.

) Усереднений температурний напір визначаємо за рекомендаціями, викладеними в [2] (див. стор 148), при незмінній температурі однієї із середовищ. Температуру пароводяної суміші в фестони визначаємо за табл. XXIII [1] як температуру насичення при тиску в барабані котла рбар = 11МПа, tф = 318,04 0С:

○ С;

 ○ С.

Усереднений температурний напір визначаємо за формулою (6.47) [2]:

○С.

) Розрахункову швидкість м / с, газів в фестони визначаємо за формулою (6.7) [2]:

,

де - повний об'єм газів при спалюванні 1 кг палива при 0,1 МПа і 0 0С, визначається за середнім надлишку повітря в газоході, м3/кг, (табл. 2.1 цього розрахунку);

 - Середня температура димових газів в газоході, 0С, (визначається як півсума температур газів на вході в поверхню нагріву і на виході з неї);

 - Живий перетин фестона (перетин для проходу газів), м2.

○С.

 м/с.

) Коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м К), визначаємо за наступною формулою (див. табл. 6.1 [2]):

,

де y - коефіцієнт теплової ефективності, приймається за табл. 6.4 [2], y = 0,65;

 - Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки, Вт / (м К).

) визначається за формулою (6.5) [2]:

 ,

де - коефіцієнт використання поверхні нагріву, враховує нерівномірне омивання поверхні газами (див. стор 119 [2]), приймаємо = 1;

- Коефіцієнт тепловіддачі конвенцій від газів до поверхні нагрівання, Вт / (м2* К);

 - Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням продуктів згоряння, Вт / (м2 К).

) Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією , Вт/(мК), для шахових гладко трубних пучків визначаємо за формулою (6.10) [2], за даними стор 125 [2] або по номограмі 8 [1]:

 .

Або

 .

де - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(мК), визначається за рис. 6.5 стор 124 [2] (для шахових трубних пучків при поперечному омивання);

 - Поправка на число поперечних рядів труб по ходу газів, при Z2³10, С = 1 (див. стор 125 [2]);

 - Поправка на компонування пучка, визначається в залежності від відносних кроків s1 и s2 труб пучка. розраховується за однією з формул, наведених на стор 125, 126 [2] або визначається за рис. 6.5 [2].

Сф - поправка на фізичні характеристики потоку, (див. рис. 6.5 [2]).

Відносні кроки труб фестона розраховуємо за формулами:

;

;

 визначаємо за рис 6.5 [2], приймаємо = 0,9.

При Z2 < 10 и s1 ³ 3,0

Сф визначаємо по малюнку 6.5 [2]:

при ,  приймаємо Сф=0,95;

при  приймаємо  =47,5 Вт/(мК).

 Вт/(мК)

) Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням  Вт/(мК), продуктів згоряння визначаємо за формулою:

,

де коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, Вт / (м2 К), визначається за номограмі 18 [1], за рис. 6.14 [2]; за відомою температурі стінки фестона і середній температурі газів;

 - Коефіцієнт теплового випромінювання газового середовища (ступінь чорноти продуктів згоряння для запиленого потоку), визначається по температурі димових газів за формулою (4.37) [2]. Для газу і мазуту за формулою (4.42) [2].

 .

Тут - сумарна оптична товщина продуктів згоряння, визначається за формулою (6.38) [2]

.

Ефективну товщину S випромінюючого шару для гладко трубних пучків визначаємо за формулою (6.40) [2].

 м.

р = 0,1 МПа - тиск в котельній камері.

Коефіцієнт ослаблення променів триатомним газами визначаємо за формулою (4.40) [2] при ; ;

 К.

.

Коефіцієнт ослаблення променів частинками золи визначаємо за формулою (4.41) [2] при = 0,0131 (див. табл. 2.1 цього розрахунку)

Коефіцієнт теплового випромінювання (ступінь чорноти) газового потоку.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням продуктів згоряння дорівнює:

 Вт/(мК).

Тут = 250 Вт / (м2 ∙ К) визначається за рис. 6.14 [2] при середній температурі газів в фестоні υср = 1125 °С і температурі забрудненої стінки труб фестона t3 = tн + Δt = 314 +80 = 394 ° С.

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки визначаємо за формулою:

 ,

де ξ - коефіцієнт використання поверхні, ξ = 1.

 Вт/(мК).

Коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою:

;

 Вт/(мК).

Кількість тепла, що передається фестони за умовою теплопередачі визначаємо за формулою:

 кДж / кг.

5.6 Нев`язка балансу теплоти

Нев`язка балансу теплот для фестона розраховується за формулою:

Нев`язка теплового балансу для фестона не перевищує допустимого значення ± 5%, розрахунок фестона вважається закінченим.

Література

1. Тепловий розрахунок котлів (нормативний метод). М.: НПО ЦКТІ 1998. 297 с.

. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Віленський Т.В. Компоновка і тепловий розрахунок парового котла. М.: Вища школа, 1988. 208 с.

. Ковальов О.П., Лелеев Н.С., Віленський Т.В. Парогенератори: Підручник для вузів. - М.: Вища школа, 1985. 376 с.

. Кудінов А.О. Короткий курс теорії горіння органічних палив. Самара: CамГТУ, 2004. 108 с.