Тепловой поверочный расчет котельного агрегата КЕ-25-14-225С

Курсовой проект

по дисциплине: «Котельные установки и парогенераторы»

по теме: ТЕПЛОВОЙ ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА КЕ-25-14-225С

Содержание

Введение

. Расчетные характеристики топлива

2. Материальный баланс рабочих веществ в котле

3. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания

4. Тепловой баланс котельного агрегата

5. Характеристики и тепловой расчет топочной камеры

6. Расчет фестона

7. Расчет камеры охлаждения

8. Расчет пароперегревателя

9. Расчет первого котельного пучка

. Совместный расчет второго и третьего котельного пучка

. Расчет экономайзера

12. Расчетная невязка теплового баланса котельного агрегата

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение

Котлы типа КЕ предназначены для работы на твердом топливе со слоевыми механическими топками и вырабатывают насыщенный или перегретый пар, используемый на технологические нужды промышленных предприятий, для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Верхний и нижний барабаны котла диаметром 1000 м размещаются друг над другом в вертикальной плоскости, они объединены трубами конвективного пучка, которые крепятся в барабанах вальцовкой. Трубы конвективного пучка установлены с шагами вдоль барабана 90 мм и поперечными 110 мм (по середине пучка 120 мм). Ширина боковых пазух 195-387 мм.

Топочная камера образована плотными боковыми экранами. Боковые экраны и крайние боковые ряды труб конвективного пучка объединены общими нижними коллекторами по всей длине котла. Верхние концы труб боковых экранов и боковых рядов труб конвективного пучка присоединены непосредственно к верхнему барабану. Фронтовая и задняя стенки топочной камеры выполнены из огнеупорного кирпича. С правой стороны задней стенки топочной камеры имеется окно, через которое продукты сгорания поступают в камеру догорания и далее в конвективный пучок. Под камеры догорания выполнен с уклоном в сторону топки с тем, чтобы попадающие в камеру догорания куски топлива скатывались на решетку.

Топочные газы из камеры догорания поступают в конвективный пучок, который проходят с разворотом в горизонтальной плоскости, осуществляемым шамотной и чугунной перегородками.

Питательная вода, подогретая в водяном экономайзере подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе и по задним трубам конвективного пучка сливается в нижний барабан. Передняя часть конвективного пучка является подъемной (кипятильной). Питание нижних коллекторов экранов и ограждающих стен конвективного пучка осуществляется по перепускным трубам из нижнего барабана и по опускным стоякам, расположенным на фронте котла. Пароводяная смесь поступает в верхний барабан под уровень воды, через которую происходит барботаж. В паровом пространстве верхнего барабана расположено сепарационное устройство, пройдя которое, пар направляется в паропровод.

Конструктивная схема котлов типа КЕ напоминает схему котлов типа ДКВР. Особенностью котлов типа КЕ является наличие плотных боковых экранов и ограждающих стен конвективного пучка из труб Ø 51 × 2,5 мм, расположенных с шагом 58 мм, которые в нижней части объединены коллекторами по всей длине котла.

Для улучшения циркуляционных характеристик фронтового экрана на нем устанавливаются шесть рециркуляционных труб Ø 76×3 мм. Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева - 91 м².

Третьим поставочным блоком котла является блок конвективного пучка с двумя барабанами (верхним и нижним) внутренним диаметром 1000 мм. Длина верхнего барабана - 7000мм, нижнего - 5500мм. Толщина стенки барабанов котлов с давлением 1,45 МПа - 13 мм, материал сталь 16ГС. Ширина конвективного пучка по осям крайних труб - 2320 мм. В таком пучке отсутствуют пазухи для размещения пароперегревателя, что существенно улучшает омывание конвективного пучка.

Поперечный шаг труб в пучке составляет 110 мм, продольный - 95мм. Площадь поверхности нагрева конвективного пучка составляет407 м².

Первые три ряда труб на входе в котельный пучок имеют шахматное расположение с поперечным шагом S=220мм. Увеличение шага в два раза по сравнению с остальными рядами позволяет увеличить проходное сечение на входе в пучок, частично перекрытое потолком топочной камеры.

Все блоки котла КЕ-25-14 собирают на отдельных опорных рамах. На раму передается через опоры камер экранов и барабана вес элементов блока котла под давлением, вес обвязочного каркаса, а также вес обмуровки с обшивкой.

Пароперегреватели котлов КЕ-25-14 изготовляются из труб с диаметром Ø32×3 мм. У котлов с температурой перегрева 225 и 250˚С пароперегреватель выполнен трехниточным, регулируемым, с вертикальным расположением труб. Два пакета перегревателя располагаются по обе стороны барабана.

Применение плотных экранов позволило отказаться от тяжелой обмуровки на боковых стенах и заменить ее натрубной изоляцией. Натрубная изоляция состоит из выполняемого по металлической сетке слоя шамотобетона толщиной 25 мм и нескольких слоев изоляционных плит общей толщиной 100 мм: Снаружи изоляция закрывается металлической обшивкой толщиной 2 мм, привариваемой к каркасу

Все котлы данного типа поставляются заводом-изготовителем без топочного устройства, экономайзера и обмуровки (изоляции) одним транспортабельным блоком,

Котлы оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос из зольников возвращается эжекторами в топку на высоте 400 мм от решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу этой системы. Воздух острого дутья и в систему возврата уноса подается высоконапорным вентилятором производительностью 1000 м³/ч. Острое дутье осуществляется в топку через заднюю стенку топочной камеры.

На котлах типа КЕ паропроизводительностью 4,0; 6,5 и 10,0 т/ч, работающих на каменных и бурых углях, применяются топки с пневмомеханическими забрасывателями и моноблочной ленточной цепной решеткой обратного хода типа ТЛЗМ. В котлах паропроизводительностью 2,5 т/ч применяются топочные устройства с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками (ЗП-РПК).

Котел КЕ-25-14С спроектирован с учетом недостатков котла ДКВР-20 и поставляется тремя блоками: два топочных блока и блок конвективного пучка. Степень экранирования топочной камеры 0,8. Трубы всех экранов объединены верхними и нижними коллекторами, выполненными из труб Ø 219×8 мм. Каждый из боковых экранов (левый и правый) переднего и заднего топочных блоков образует самостоятельный циркуляционный контур. Асимметричное относительно оси котла расположение верхних коллекторов боковых экранов принято для увеличения проходного сечения газохода на входе в конвективный пучок. Трубы заднего экрана отделяют от топочной камеры камеру догорания, которая отделяется от топки перегородкой толщиной 65 мм из слоя огнеупорного кирпича, укладываемого на наклонном участке труб.

Лучшая циркуляция воды во фронтовом экране обеспечивается за счет трех рециркуляционных труб Ø 89×4 мм. Объем топочной камеры составляет 45,51 м³. топливо котел фестон экономайзер

Все поверхности нагрева котла выполнены из труб Ø 51 × 2,5 мм.

Конвективный блок образован верхним и нижним барабанами, объединенными трубным пучком. Завод-изготовитель отказался от пазух в конвективном пучке для размещения пароперегревателя, что улучшило условия омывания труб газами. В отличие от котла ДКВР-20 длина барабанов различна: верхнего - 7000 мм, нижнего - 5500 мм. Диаметры и толщины стенок барабанов, фасоны труб конвективного пучка (за исключением наружных боковых рядов) унифицированы с котлами типа ДКВР Продольный шаг труб в пучке принят 95 мм, поперечный 11О мм (для увеличения проходного сечения на входе в пучок частично перекрытый потолком топочной камеры). На входе в трубный пучок первые три ряда труб установлены с шахматным расположением, с поперечным шагом 220 мм. В случае применения пароперегреватель размещается вместо испарительных труб за их первыми пятью рядами. Пароперегреватель изготавливается из труб Ø 32 × 3 мм, размещенных с поперечным шагом 70 мм и с продольным 75 мм, которые присоединяются к камерам Ø 159 × 6 мм.

Очистка пара от влаги производится в сепарационном устройстве, состоящем из отбойных щитов и козырьков, осушающих пар, и окончательно - в горизонтальном жалюзийном сепараторе. Равномерный подвод пара к жалюзийному сепаратору обеспечивается расположенным перед ним дырчатым листом с отверстиями Ø 8 мм.

При работе на каменных и бурых углях применяется топочное устройство ТЧЗ-2,7/5,6 состоящее из чешуйчатой цепной решетки обратного хода и двух пневмомеханических забрасывателей с пластинчатым питателем.

При выполнении расчета парового котла, его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Расчет является поверочным.

1. Расчетные характеристики топлива

Сжигаемое топливо: уголь Кузнецкого бассейн, 2СС, Р, СШ [1, таблица I, № 33].

Средний (табличный) состав топлива для рабочего состояния, % для заданного твердого или жидкого топлива [1, таблица I, № 33]:

W^r_т=8,5%;

А^r_т=16,5%;

S^r _{(о+р) т}=0,4%;

С^r_т=66%;

Н^r_т=3,5%;

N^r_т=1,6%;

О^r_т =3,5%.

W^r_т+ А^r_т +S^r_(о+р)т+ С^r_т+ Н^r_т+ N^r_т+ О^r_т=100%;

Низшая теплота сгорания: Q_т=25,33 МДж/кг

. Материальный баланс рабочих веществ в котле

Целью данного раздела является определение объемов продуктов сгорания, зависящих от характеристик рабочего топлива, и их энтальпий в различных частях котельного агрегата.

При определении расхода окислителя (кислорода, воздуха) учитывают, что для твердого топлива, состав рабочей массы которого задается в процентах, горючими составляющими являются углерод, водород и сера:

С^Р + Н^Р + S^Р_Ор+К + О^Р + N^P + A^P + W^P = 100%

Определение объемов воздуха и продуктов сгорания.

При сжигании твердого топлива теоретическое количество расходуемого на горение сухого воздуха V_B⁰, м³/кг, определяется по формуле [1, п.4-02]:

V_О^Н = 0,0889·(С^Р + 0,375·S^P_Ор+К) + 0,265·Н^Р - 0,0333·О^Р;

V_О^Н = 0,0889·(66+ 0,375·0,4) + 0,265·3,5 - 0,0333·3,5 = 6,692 м³/кг.

Так как обеспечить идеальное смешение воздуха с топливом в процессе подготовки топлива к сжиганию не удается, то для более полного выгорания топлива воздух в топку котла подают в количестве V_B⁰ < V_B.

Действительное количество воздуха, поступающее в топку, м³/кг

V_B = α_T·V_B⁰,

где α_T - коэффициент избытка (расхода) воздуха, зависящий от вида сжигаемого топлива, его качества, степени измельчения, способа сжигания, а также от конструкции топочного устройства; выбирается по [1, стр.176,табл.XXI] α_T = 1,3.

V_B = 1,3·6,692 = 8,6996 м³/кг.

Объемы продуктов сгорания, получающиеся при полном сгорании каменного угля [1, п.4-05]:

трехатомных газов:

;

;

азота:

;

;

водяных паров:

;

.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки α_т

Принимаем в зависимости от типа топочного устройства и рода сжигаемого топлива по данным таблиц:

В нашем случаи α_т=1,3.

Присосы воздуха по принятой компоновке поверхностей нагрева по отдельным газоходам (Δα):

Принимаются в зависимости от принятой компоновки поверхностей нагрева и являются табличными данными.

Таблица 2.1 - Присосы воздуха для отдельных элементов газового тракта

Присосы воздуха в газоход фестона: Δα_ф = 0.

Присосы воздуха в газоход камеры догорания: Δα_{кам. дог} = 0.

Присосы воздуха в газоход пароперегревателя: Δα_пп = 0,03.

Присосы воздух в газоход первого котельного пучка: Δα_кп1 =0,05.

Присосы воздуха в газоход второго и третьего котельного пучка:

Δα_кп2+кп3= Δα_кп2+ Δα_кп3=0,1+0,1=0,2.

Присосы воздух в газоход экономайзера: Δα_эк =0,2.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева в соответствии с принятой компоновкой поверхностей нагрева:

где i - номер поверхности нагрева по ходу дымовых газов.

Избыток воздуха за фестоном:

 .

Избыток воздуха за камерой догорания:

Избыток воздуха за пароперегревателем:

Избыток воздуха за первым котельным пучком:

Избыток воздуха за вторым и третьим котельным пучком:

Избыток воздуха за водяным экономайзером:

Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе каждой поверхности нагрева в соответствии с принятой их компоновкой:

.

В газоходе топки и фестона:

В газоходе камеры догорания:

В газоходе пароперегревателя:

В газоходе первого котельного пучка:

В газоходе второго и третьего котельного пучка:

В газоходе водяного экономайзера:

Объём водяных паров в дымовых газах при избытке воздуха α>1:

.

Объём дымовых газов, образующихся при избытке воздуха α>1:

.

Объёмная доля сухих трёхатомных газов:

.

Объёмная доля водяных паров:

.

Суммарная объёмная доля трёхатомных газов:

.

Доля золы топлива, уносимой дымовыми газами из топки в конвективные газоходы парогенератора.

Выбирается в зависимости от типа топлива и топки и является табличным данным α_ун = 15.

Масса дымовых газов при сжигании твёрдого топлива:

.

Безразмерная концентрация золы в дымовых газах:

.

. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха

Энтальпия теоретического объема дымовых газов

Энтальпия золы в дымовых газах

Энтальпия дымовых газов

.

Рисунок 3.1 - диаграмма воздуха и продуктов сгорания

4. Тепловой баланс котельного агрегата

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются к.п.д. и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на топлива при 101,3 кПа и 0 и имеет вид [1, п.5-01]:

, кДж/кг,

где Q_р - располагаемое тепло топлива, кДж/кг;

Q₁ - полезно использованное тепло, кДж/кг;

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

Q₃ - потери тепла химическим недожогом, кДж/кг;

Q₄ - потери тепла механическим недожогом, кДж/кг;

Q₅ - потери тепла от наружного охлаждения через ограждающие стенки газоходов котла, кДж/кг;

Q₆ - потери тепла с физическим теплом шлака, кДж/кг.

Потерю теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄ принимаем равной q₄ = 4% [1, табл. XXI, стр.176].

Потеря теплоты с уходящими газами зависит от температуры уходящих газов и избытка воздуха определяется по следующей формуле [2, стр.50, ф. (5.15)]:

,

где Н_ух.г - энтальпия уходящих газов при избытке воздуха α_ух.г и температуре , кДж/кг;

Н_0.х.в. - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт, кДж/кг.

Температуру уходящих газов принимаем = 150ºC.

Энтальпию уходящих газов определяем по таблице 2 при температуре уходящих газов: Н_ух.г =2853,2 кДж/кг.

Коэффициент избытка воздуха уходящих газов за экономайзером α = 1,78 определяем по таблице 1.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт при температуре холодного воздуха [1, стр. 49, ф. (5.12)]:

,

где  - температура холодного воздуха; принятая согласно рекомендациям;

с_в = 1,32 кДж/м³∙К - теплоемкость влажного воздуха при t_х.в..

Таким образом, энтальпия теоретически необходимого количества

воздуха на входе в воздушный тракт равна:

.

Располагаемое тепло рабочего топлива составляет Q_р = Q_н^r = 25330кДж/кг.

Таким образом, потеря теплоты с уходящими газами равна:

.

Потеря теплоты от наружного охлаждения определяется по номограмме [1, рис. 5.1, стр.30]:

Потеря тепла от наружного охлаждения q₅ для стационарных котлов принимается по рисунку.1 %,т.к. D=25 т\ч=5,5 кг/с

Потери теплоты с физическим теплом шлака q₆.

Потеря с теплом шлака q₆ вводится в расчет для всех твердых топлив при слоевом сжигании:

,%

Потерю тепла с химическим недожогом принимаем q₃ = 0,09%

Суммарная потеря тепла в котле [1, п.5-12]:

.

Коэффициент полезного действия котла брутто равен [1, п.5-12]:

η_К = 100 - Σq = 100 - 14,5 = 85,5 %.

Коэффициент сохранения тепла определим по следующей формуле [1, п.5-09]:

.

Расход топлива, подаваемого в топочную камеру парового котла, определяем из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котле.

Полное количество тепла, полезно использованное в котле, определим по следующему уравнению [1, п.5-13]:

Q_К = D_пп (h_пп - h_пв) + D_пр (h_кип - h_пв),

где D_пп - расчетная паропроизводительность котла, кг/c;

D_пп = 20 т/ч = 5,5 кг/с;

h_пп, h_пв, h_кип - энтальпии соответственно перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг;

Энтальпии определяются по соответствующим температурам пара и воды с учетом изменения давления в пароводяном тракте котла;

h_пп 2872,87 кДж/кг, при р_пп = 1,3 МПа, t_пп = 225°С по табл. XXV [1, стр. 184-195];

h_пв = 432.83кДж/кг, при р_пв=р_б+0,1· р_б = 1,4+0,1·1,4 =1,54 МПа, t_пв= 103°С по табл. XXIV [1, стр. 181-183];

h_кип = 830.13 кДж/кг, при р_б = 1,4МПа по табл. XXIII [1, стр. 179-180].

Расход воды на продувку котла составляет:

D_пр = 0,01·р·D_пе = 0,01·5·5,5 = 0,275 кг/с,

где р - процент непрерывной продувки котла: р = 5%.

Тогда,

Q_К = 5,5·(2872,87 - 432,83) + 0,275(830,13 - 432,83) = 13529,4775 кДж/кг.

Расход топлива, подаваемого в топку, определим по следующему уравнению [1, п.5-14]:

 кг/с.

Полный объем газов, образующихся при сгорании топлива в топочной камере, определяется как произведение количества сожженного топлива В_Р, кг/с, на объем газов, получающихся при сгорании 1 кг топлива. Сгоревшее топливо называют расчетным расходом топлива В_Р, его количество будет меньше, чем полный расход топлива на котел В, если есть механический недожог q₄ [1, п.5-15]:

 кг/с.

В дальнейшем во все формулы для определения объемов и количества теплоты будем подставлять величину В_Р.

. Характеристики и тепловой расчет топочной камеры

Тепловой расчет топочной камеры заключается в определении температуры газов на выходе из топки и количества тепла, воспринятого в ней.

Конструктивные характеристики топочной камеры.

Конструктивными характеристиками топки являются: поверхность стен топочной камеры , ее объем и эффективная толщина излучающего слоя . Для более простого определения необходимо составить эскиз топки в границах активного объема (по осям экранных труб). На эскизе следует указать геометрические размеры топки.

Ширина топки: b_т=4,875 м.

Глубина топки: .

Высота топки: =4,425.

Высота расположения забрасывателя: h_з=1,03м.

Высота задней стены топки: h_з=1,225+2,85+1,55=5,625м.

Высота фронтовой стены: h_ф=4,425м.

Ширина потолка: b_п=2,575м.

Площадь фронтовой стены:

.

Площадь задней стены:

.

Площадь потолка:

.

Площадь пода:

.

Площадь боковой стены вычисляем, разбив ее на 4 части:

Общая поверхность стен топочной камеры определяется по геометрическим размерам топки как суммам поверхностей фронтовой стены, задней стены, потолка, пода и двух поверхностей боковых стен.

Общая поверхность стен топочной камеры:

=F_ф+F_з+F_п +F_под +2F_б;

.

Объем топочной камеры:

;

Эффективная толщина излучающего слоя топки [1, п.6-03]:

.

Относительный уровень расположения забрасывателей в топке определяем по [1, стр. 98, ф. (6.58)]

;

Где h_з - уровень расположения оси забрасывателя в ярусе;

Н_т - высота топочной камеры;

Н_т = 4,425м.

Тогда .

Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана χ на коэффициент ξ, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией

ψ = χ∙ξ,

где χ=0,98 [1, номограмме 1а, кривая 1];

ξ=0,45[1, табл. 6.3].

ψ =0,98∙0,45=0,441.

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера) [1, п. 6-07]:

Bu = k∙p∙s,

Где k - коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м∙МПа), рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов (RO₂, H₂O) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и кокса.

р - давление в топочной камере, МПа(для котлов без наддува  0,1 МПа); р =0,1 МПа;

s - эффективная толщина излучающего слоя, м; s = 2,02м.

Коэффициент поглощения топочной среды.

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO₂, H₂O) определяется по [1, п.6-08]:

, 1/(м∙МПа),

Где - суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания; .

T"_т - температура газов на выходе из топки, К; принимаем  = 950ºC, (T"_т = 1223 К).

Коэффициент поглощения лучей частицами золы определяется по [1, п.6-10]:

, 1/(м∙МПа),

Где μ_зл - концентрация золы в продуктах сгорания; μ_зл = 0,2029.

А_ЗЛ принимаем по [1, табл.6-1] для каменного угля А_ЗЛ = 0,8

 1/(м∙МПа).

Коэффициент поглощения лучей частицами кокса k_кокс∙μ_кокс принимаем по [1, табл.6-2] для каменного угля k_кокс∙μ_кокс = 0,2.

При расчете критерия Bu принимается, что при сжигании твердого топлива основными излучающими компонентами являются газообразные продукты сгорания (RO₂, H₂O) и взвешенные в их потоке частицы золы и кокса.

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды определяется по [1, п. 6-12]:

= k_г + k_зл∙μ_зл + k_кокс∙μ_кокс ;

= 1,44+ 9,5 + 0,2 = 11,14 1/(м∙МПа).

Тогда Bu = 11,14∙0,1∙2,02= 2,25.

Методика расчета суммарного теплообмена в топке базируется на приложении теории подобия к топочному процессу. Основными параметрами, определяющими безразмерную температуру газов на выходе из топки Ө_т", являются критерий радиационного теплообмена Больцмана (Во) и критерий поглощательной способности Бугера (Bu).

Учет влияния на теплообмен неизотермичности температурного поля топки и эффекта рассеяния излучения обеспечивается использованием эффективного значения критерия Bữ.

Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры [1, стр.39, ф. (6-23)]:

,

Где Т_А - адиабатическая температура горения топлива, К;

М - параметр, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительно уровня расположения забрасывателей, степени забалластированности топочных газов и других факторов.

Критерий Больцмана [1, стр.40, ф. (6-24)]:

,

Где В_Р - расчетный расход топлива, кг/с;

F_СТ - поверхность стен топки, м²;

(Vc)_СР - средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур (Т_А - Т"_Т), кДж/(кг∙К);

ψ_ср - среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

φ - коэффициент сохранения тепла;

σ₀ = 5,67∙10^-11 кВт/(м²∙К⁴) - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Эффективное значение критерия Бугера Вữ [1, п. 6-17]:

 ;

.

Параметр М для камерных топок рассчитывается по [1.п.6-18]:

,

Где при однофронтовом расположении забрасывателей принимаем согласно [1, стр.40]: М₀ = 0,46.

 - относительный уровень расположения забрасывателей в топке;  = 0,233;

r_v - параметр забаластированности топочных газов [1, стр.41, ф.(6-27)]:

, м³/м³,

Где r - коэффициент рециркуляции;

r = 0;

V_г^н - объем газов на выходе из топки без учета рециркуляции, м³/кг.

 м³/м³.

Тогда .

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива [1, п.6-19]:

, кДж/(кг∙К),

Где Н"_т - энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре t"_т, избытке воздуха на выходе из топки α_т; Н"_т = 15503,1 кДж/кг.

Адиабатическая температура горения t_а определяется по полезному тепловыделению в топке Q_т при избытке воздуха α_т.

где  - располагаемое тепло топлива, кДж/м³;

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

 - тепло, вносимое в топку паровым дутьем, кДж/кг;

 - тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/м³.

 - тепло рециркуляции газов кДж/кг, учитывается в случае возврата в топку части газов, отобранных из газоходов котла, за котлом или из верхней части топки,т.к. нет возврата в топку части газов, то

, кДж/м³.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива

, кДж/(кг К),

где  - полезное тепловыделение в топке, кДж/м³;

 - адиабатическая температура горения, °С, которая определяется по  при избытке воздуха на выходе из топки (табл.2),

 - температура дымовых газов на выходе из топки, °С;

 - энтальпия продуктов сгорания топлива при температуре, которая определяется при избытке воздуха перед фестоном  (по табл.3.1), кДж/м³.

Величина температуры дымовых газов перед фестоном неизвестна, и ее определение является одной из основных задач теплового расчета топки. В связи с этим, прежде чем определять величину , необходимо задаться температурой газов перед фестоном.

Задаемся .

Тогда  кДж/кг.

, кДж/(кг К).

Количество тепла, воспринятого в топке на 1 кг топлива [1, ф.(6-30)]:

 кДж/кг.

Температура газов в конце топки [1, п.6-23]:

 ;

ºС.

Задавались ºС.

Полученное расхождение температур меньше 100ºС, поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой на выходе из топки является .

6. Расчет фестона

Задачей расчета фестона является определение температуры газов за ним, его тепловосприятия и потока лучистого тепла, идущего на последующий конвективный пакет.

Конструктивные характеристики фестона:

расположение труб - шахматное;

количество рядов z₂=1;

количество труб в ряду z₁ = 25;

диаметр труб d = 51мм;

глубина газохода а = 2,7 м;

поперечный шаг труб в фестоне S₁=z₂·S=100 мм;

относительный поперечный шаг труб ;

Конструктивные характеристики принимаем по чертежу (ФЮРА.311232.003).

Температура на входе в фестон равна температуре на выходе из топки  = 949ºC (T'_ф = 1222 K), при которой энтальпия газов на входе в фестон по табл. 2 равна Н'_ф = 15486,7 кДж/кг.

Температуру на выходе из фестона принимаем равной  = 907ºC (T"_ф = 1180K), при которой энтальпия газов на выходе из фестона по табл. 3.1 равна Н"_ф = 14801,3 кДж/кг.

Средняя температура газов в фестоне [1, п.7-17]:

 ºС, (Т_ф = 1201 К).

Поверочный расчет фестона выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед фестоном, конструктивным характеристикам поверхности нагрева [1, п.7-02]:

^ф_б = φ∙(H'_ф - H"_ф + Δα∙Н_0.прс), кДж/кг ;

, кДж/кг,

Где Н_ф - расчетная поверхность фестона, м²;

z - число труб фестона;

d - диаметр труб фестона, м;

ℓ - длина труб фестона, м.

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

Δt - температурный напор, ºС.

Тепло, отданное газами фестону:

^ф_б = φ∙(H'_ф - H"_ф)

где - коэффициент сохранения тепла равный 0,99

Q^ф_б = 0,985∙(15486,7 - 14801,3) = 685,4 кДж/кг.

Определим тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи.

Расчетную поверхность фестона определяем по [2, стр.134, ф.(8.3)]:

Н_ф = z∙π∙d∙ℓ

_ф = 3,14×0,051×2,1×25 = 16,4м².

Для гладкотрубных испарительных поверхностей тепловым сопротивлением с внутренней стороны труб пренебрегают, поэтому расчет коэффициента теплопередачи ведем по [1, п.7-08]:

, Вт/(м²∙К).

Коэффициент тепловой эффективности ψ определяется по [1, стр.71, рис.7.16]: ψ = 0,49.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы [1, п.7-08]:

α₁ = ξ∙(α_к + α_л), Вт/(м²∙К),

где ξ - коэффициент использования;

α_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²∙К);

α_л - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²∙К).

1) Значение коэффициента использования поверхности нагрева  принимается в зависимости от полноты омывания ее газами. Поскольку обеспечивается прохождение через поверхность всего газового потока, коэффициент использования принимаем равным .

) Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или оребренная) и характера ее омывания (поперечное, продольное или косое), физических свойств омывающей среды.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п.7-15]:

, м/с,

где V_г^н - объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р - расчетный расход топлива, кг/с;

F_г - площадь живого сечения для прохода газов, м².

Площадь живого сечения для прохода газов [1, п. 7-16]:

F_ф = a∙b - z₁∙ℓ∙d;

_ф =2,7×4,1 -2,1×0,051×25 = 5,84м².

Тогда

 м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков определяется по [2, стр.178, ф. (11.28)]:

α_к = α_н∙C_z∙C_s∙C_ф, Вт/(м²∙К),

где C_z - поправка на число рядов труб по ходу газа, [1,стр.221, номограмма 7]; C_z =0,9;

C_s - поправка на геометрическую компоновку пучка, [1, стр.221, номограмма 7]; C_s = 1;

C_ф - поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик, [1, стр.221, номограмма 7]; C_ф = 0,94;

α_н - номограмный коэффициент теплоотдачи, [1, стр.220, номограмма 7]; α_н = 39 Вт/(м²∙К).

Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией равен:

α_к = 39∙0,9∙0,94∙1 = 32,99 Вт/(м²∙К).

) Коэффициент теплоотдачи излучением запыленного потока [1, стр.66,ф.(7-35)]:

, Вт/(м²∙К),

где a_з - степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей, для поверхностей нагрева котлов a_з = 0,8;

a - степень черноты потока газов при температуре T; определяется по формуле:

,

здесь kps - суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

=, 1/(мМПа),

крs =

,1/(м∙МПа).

kps = 1,478∙0,1∙2,02=0,298

Тогда степень черноты потока газов при температуре Т равна:

где  °C - для фестонов, расположенных на выходе из горизонтального газохода [2cтр.198],

195,05+50=245,05^оС,

 ^оС,

Тогда коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы равен:

Коэффициент теплопередачи равен:

 Вт/(м²∙К).

Температурный напор Δt=- t_н, где

t_н=195,05 ºС; при P_бар=1,4 Мпа.

Δt=907-195,05=711,95ºС.

Таким образом, величина тепловосприятия фестона, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

 кДж/кг.

Расхождение между значением тепловосприятия  и значением тепловосприятия  составляет [3, п.7.3]:

 %.

Полученное расхождение тепловосприятий не превышает допустимое (2 %), поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой после прохождения фестона является ºС.

7. Расчет камеры охлаждения

Площадь камеры охлаждения:

S_к.о.= F=33.4 м²;

Живое сечения для прохода дымовых газов:

F_к.о.=4,1×(2,7-2×0,051)=10,65 м²;

Температура на входе в камеру охлаждения: ˚С, при которой энтальпия газов на выходе из фестона по табл. 2 равна Н"_ф =14801,3кДж/кг.

Задаемся температурой на выходе из камеры охлаждения: ˚С, К, при которой энтальпия газов на выходе из камеры охлаждения по табл. 3.1 равна Н"_ко = 12882,2 кДж/кг.

Средняя температура газов в камере охлаждения [1, п.7-17]:

 ºС, (Т_ко = 1126 К).

Тепло, отданное газами камере охлаждения:

Q^ко_б = φ∙(H''_ф - H"_ко) = 0,985∙(14801,3 - 12882,2) = 1890,3 кДж/кг.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п.7-15]:

, м/с,

где V_г^н - объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р - расчетный расход топлива, кг/с;

F_к.д. - площадь живого сечения для прохода газов, м².

Тогда

 м/с.

Коэффициент теплоотдачи излучением запыленного потока [1, стр.66, ф.(7-35)]:

, Вт/(м²∙К),

где a_з - степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей, для поверхностей нагрева котлов a_з = 0,8;

a - степень черноты потока газов при температуре T; определяется по формуле:

,

здесь kps - суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

=

,1/(м∙МПа).

 - эффективная толщина излучающего слоя, м.

, 1/(м∙МПа).

Коэффициент теплопередачи равен:

k = k_г + k_зл∙μ_зл + k_кокс∙μ_кокс ;

k = 1,897+ 11,47 = 13,367 1/(м∙МПа).

kps = 1,44∙0,1∙13,367=1,92

Коэффициент теплопередачи равен:

 Вт/(м²∙К).

Температурный напор Δt=- t_н, где

t_н=195,05 ºС; при P_бар=1,4 Мпа.

Δt=799-195,05 =603,95ºС.

Таким образом, величина тепловосприятия камеры охлаждения, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

, кДж/ кг [2.c.134].

 кДж/кг.

Расхождение между значением тепловосприятия  и значением тепловосприятия  составляет [3, п.7.3]:

%.

Полученное расхождение тепловосприятий не превышает допустимое (2%), поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой после прохождения камеры охлаждения является ºС.

8. Расчет пароперегревателя

Задачей расчета пароперегревателя является определение температуры газов за ним, его тепловосприятие.

Конструктивные характеристики пароперегревателя:

расположение труб - коридорное;

количество рядов z₂= 4;

количество труб в ряду z₁=18

диаметр труб d = 32 мм;

толщина стенки трубы =3 мм;

внутренний диаметр трубы d_вн= d-2d =32-6=24 мм;

глубина газохода а = 2350 мм;

поперечный шаг труб S₁=52 мм;

продольный шаг труб S₂=75 мм;

относительный поперечный шаг труб ;

относительный продольный шаг труб ;

средняя длина труб l_ср=2150 мм,

высота газохода h=1925 мм;

длина змеевика м;

Температура на входе в пароперегреватель равна температуре на выходе из камеры охлаждения  = 799ºC (T'_пп = 1072 K), при которой энтальпия газов на входе в пароперегреватель по табл. 3.2 равна Н'_пп = 12882,2 кДж/кг.

Температуру на выходе из пароперегревателя принимаем равной  = 733ºC (T"_ПП = 1006 K), при которой энтальпия газов на выходе из пароперегревателя по табл. 3.1 равна Н"_пп =11884,1 кДж/кг.

Средняя температура газов в пароперегревателе [1, п.7-17]:

 ºС, (Т_пп =1039 К).

Поверочный расчет пароперегревателя выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед пароперегревателем, конструктивным характеристикам поверхности нагрева [1, п.7-02]:

_б^общ = φ∙( H'_пп - H"_пп + Δα∙Н_0.прс), кДж/кг ;

, кДж/кг,

Где Н_пп - расчетная поверхность пароперегревателя, м²;

z - число труб пароперегревателя;

d - диаметр труб пароперегревателя, м;

ℓ - длина труб пароперегревателя, м.

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

Δt - температурный напор, ºС.

Тепло, отданное газами пароперегревателю:

_б^общ = φ∙( H'_пп - H"_пп) = 0,985∙(12882,2 - 11884,1) =983,1 кДж/кг.

Определим тепловосприятие паропегревателя по уравнению теплопередачи.

Расчетную поверхность пароперегревателя определяем по [3, стр.98]:

Н_пп = n∙z∙π∙d∙ℓ_зм

Н_пп = 4∙18∙3,14∙0,032∙=39,42 м².

Температурный напор:

Δt=- t_пп,

_пп=225 ºС;

Δt=733-225=508ºС.

Коэффициент теплопередачи в конвективных гладкотрубных пучках, не получающих прямое излучение из топки [1, п.7-08]:

, Вт/(м²∙К).

Коэффициент тепловой эффективности ψ определяется по [1, стр.71, рис.7.16]; ψ = 0,55.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к протекающему в ней пару определяется по [1, стр. 230]:

α₂ = α_н∙С_d, Вт/(м²∙К),

где α_н - номограммный коэффициент теплоотдачи, зависящий от среднего давления, средней температуры и скорости пара, Вт/(м²∙К);

С_d - поправка на диаметр.

Расчетную скорость пара определяем по [1, п.7-15]:

,

где υ - средний удельный объем пара, м³/кг;

f_п - площадь живого сечения для прохода пара, м².

D_пп=5,5 кг/с;

При P_пп=1,3 МПа по таблице [1, табл. XXV], м³/кг.

Площадь живого сечения при течении среды внутри труб определяется по следующему уравнению [1, п. 7-16]:

 м².

Таким образом, расчетная скорость пара равна:

 м/с.

Поправочный коэффициент C_d и номограммный коэффициент α_н теплоотдачи определяем по [1, стр.230, номограмма 12]: C_d = 0,98; α_н = 650 Вт/(м²∙К).

Тогда коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару равен:

α₂ = 650∙0,98 = 637 Вт/(м²∙К).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы [1, п.7-08]:

α₁ = α_к, Вт/(м²∙К),

где α_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²∙К).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или оребренная) и характера ее омывания (поперечное, продольное или косое), физических свойств омывающей среды.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п. 7-15]:

, м/с,

где V_г^н - объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р - расчетный расход топлива, кг/с;

F_г - площадь живого сечения для прохода газов, м²;

F_г=a∙h-l∙d∙z= 2350 ∙1925-2150∙32∙18=3,3 м

Тогда

 м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков определяется по [2, стр.178, ф.(11.28)]:

α_к = α_н∙C_z∙C_s∙C_ф, Вт/(м²∙К),

где C_z - поправка на число рядов труб по ходу газа, [1, стр.221, номограмма 7]; C_z = 0,94;

C_s - поправка на геометрическую компоновку пучка, [1, стр.221, номограмма 7]; C_s = 1;

C_ф - поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик, [1, стр.221, номограмма 7]; C_ф = 0,87;

α_н - номограммный коэффициент теплоотдачи, [1, стр.220, номограмма 7];

α_н = 73 Вт/(м²∙К).

α_к = 73∙0,94∙1∙0,87 = 59,7 Вт/(м²∙К).

Коэффициент теплопередачи равен:

 Вт/(м²∙К).

Таким образом, величина тепловосприятия пароперегревателя, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

 кДж/кг.

 кДж/кг.

Расхождение между значением тепловосприятия 1) и значением тепловосприятия 2) составляет [3, п.7.3]:

%.

Полученное расхождение тепловосприятий не превышает допустимое (2 %), поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой после прохождения пароперегревателя является  = 733ºC.

9. Расчет первого котельного пучка

Задачей расчета первого котельного пучка является определение температуры газов за ним, его тепловосприятия.

Конструктивные характеристики первого котельного пучка:

расположение труб - коридорное;

количество рядов труб z₂=16;

количество труб в ряду z₁=18

диаметр труб d = 51 мм;

толщина стенки трубы =2,5 мм;

глубина газохода a =2,350м;

высота газохода h=1,925 м;

поперечный шаг труб S₁= 110 мм;

продольный шаг труб S₂=150 мм;

относительный поперечный шаг труб ;

относительный продольный шаг труб ;

средняя длина труб в пучке: l_ср=2,150м;

Площадь живого сечения для прохода дымовых газов:

_кп1=а·h-l_ср·d·z₁=2,350·1,925-2,150·0,051·18=2,55 м².

Температура на входе в первый котельный пучок равна температуре на выходе из пароперегревателя  =733ºC (T'_кп1 = 1006 K), при которой энтальпия газов на входе в первый котельный пучок и пароперегреватель по табл. 3.2 равна Н'_кп1 = 11884,1 кДж/кг.

Температуру на выходе из первого котельного пучка принимаем равной  = 588ºC (T"_кп1 = 861K), при которой энтальпия газов по табл. 3.1 равна Н"_кп1 = 9682,7 кДж/кг.

Средняя температура газов в первом котельном пучке [1, п.7-17]:

 ºС, (Т_кп1 = 933,5 К).

Поверочный расчет первого котельного пучка выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед первым котельным пучком, конструктивным характеристикам поверхности нагрева [1, п.7-02]:

_б^кп1 = φ∙( H'_кп1 - H"_кп1 + Δα∙Н_0.прс), кДж/кг;

, кДж/кг,

Где Н_1кп - расчетная поверхность первого котельного пучка, м²;

z - число труб первого котельного пучка;

d - диаметр труб первого котельного пучка, м;

ℓ - длина труб первого котельного пучка, м;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

Δt - температурный напор, ºС.

Тепло, отданное газами первому котельному пучку:

Q_б^кп1 = φ∙( H'_кп1 - H"_кп1) = 0,985∙(11884,1 - 9682,7) = 2168,4 кДж/кг.

Определим тепловосприятие первого котельного пучка по уравнению теплопередачи.

Расчетную поверхность первого котельного пучка определяем по [3, стр.98]:

Н_кп1 = z₁∙z₂∙π∙d∙ℓ_ср;

Н_кп1 = 16∙18∙3,14∙0,051∙2,150 = 99,2м².

Температурный напор:

При P_б=1,4 МПа, t_н=195,05 ºС;

Δt=- t_н,

Δt=588-195,05=392,95 ºС.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или оребренная) и характера ее омывания (поперечное, продольное или косое), физических свойств омывающей среды.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п. 7-15]:

, м/с,

где V_г^н - объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р - расчетный расход топлива, кг/с;

F_г - площадь живого сечения для прохода газов, м².

Тогда

 м/с.

Конвективное излучение для второго котельного пучка:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков определяется по [2, стр.178, ф. (11.28)]:

α_к = α_н∙C_z∙C_s∙C_ф, Вт/(м²∙К),

где C_z - поправка на число рядов труб по ходу газа, [1, стр.221, номограмма 7]; C_z = 1;

C_s - поправка на геометрическую компоновку пучка, [1, стр.221, номограмма 7]; C_s = 1;

C_ф - поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик, [1, стр.221, номограмма 7]; C_ф = 0,96;

α_н - номограммный коэффициент теплоотдачи, [1, стр.220, номограмма 7]; α_н = 58 Вт/(м²∙К).

α_к = 58∙1∙1∙0,96 = 55,7 Вт/(м²∙К);

Коэффициент теплопередачи равен:

=ψ∙α_к=0,6∙55,7=33,41 Вт/(м²∙К).

Таким образом, величина тепловосприятия первого котельного пучка, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

 кДж/кг.

Расхождение между значением тепловосприятия  и значением тепловосприятия  составляет [3, п.7.3]:

 %.

Полученное расхождение тепловосприятий не превышает допустимое (2 %), поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой после прохождения первого котельного пучка является  = 588ºC.

10. Совместный расчет второго и третьего котельного пучка

Задачей расчета второго и третьего котельного пучка является определение температуры газов за ним, его тепловосприятия.

Конструктивные характеристики второго и третьего котельного пучка:

расположение труб - коридорное;

количество рядов труб z₂=27;

количество труб в ряду z₁=18

диаметр труб d = 51 мм;

толщина стенки трубы =2,5 мм;

глубина газохода a =2,350м;

высота газохода h=1,925 м;

поперечный шаг труб S₁= 110 мм;

продольный шаг труб S₂=95 мм;

относительный поперечный шаг труб ;

относительный продольный шаг труб ;

средняя длина труб в пучке: l_ср=2,150м;

Площадь живого сечения для прохода дымовых газов:

_кп2+кп3=а·h-l_ср·d·z₁=2,350·1,925-2,150·0,051·18=2,55 м².

Температура на входе во второй и третий котельный пучок равна температуре на выходе из первого котельного пучка  =588ºC (T'_кп2+кп3 = 861 K), при которой энтальпия газов на входе во второй и третий котельный пучок по табл. 3.1 равна Н' _кп2+кп3 = 9682,7 кДж/кг.

Температуру на выходе из второго и третьего котельного пучка принимаем равной  = 401ºC (T" _кп2+кп3 = 674K), при которой энтальпия газов на выходе из второго и третьего котельного пучка по табл. 3.1 равна Н" _кп2+кп3 = 7149,9 кДж/кг.

Средняя температура газов во втором и третьем котельном пучке [1, п.7-17]:

 ºС, (Т_кп2+кп3 = 767,5 К).

Поверочный расчет второго и третьего котельного пучка выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед вторым и третьим котельным пучком, конструктивным характеристикам поверхности нагрева [1, п.7-02]:

Q_б^кп2+кп3 = φ∙(H' _кп2+кп3 - H" _кп2+кп3 + Δα∙Н_0.прс), кДж/кг;

, кДж/кг,

Где Н_2кп+3кп - расчетная поверхность второго и третьего котельного пучка, м²;

z - число труб второго и третьего котельного пучка;

d - диаметр труб второго и третьего котельного пучка, м;

ℓ - длина труб второго и третьего котельного пучка, м;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

Δt - температурный напор, ºС.

Тепло, отданное газами второму и третьему котельному пучку:

Q_б^кп2+кп3 = φ∙(H' _кп2+кп3 - H" _кп2+кп3) = 0,985∙(9682,7-7149,9) = 2104,7 кДж/кг.

Определим тепловосприятие второго и третьего котельного пучка по уравнению теплопередачи.

Расчетную поверхность второго и третьего котельного пучка определяем по [3, стр.98]:

Н _кп2+кп3 = z₁∙z₂∙π∙d∙ℓ_ср;

Н _кп2+кп3 = 27∙18∙3,14∙0,051∙2,150 = 167,33 м².

Температурный напор:

При P_б=1,4 МПа, t_н=195,05 ºС;

Δt=- t_н,

Δt=401-195,05=205,95 ºС.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или оребренная) и характера ее омывания (поперечное, продольное или косое), физических свойств омывающей среды.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п. 7-15]:

, м/с,

где V_г^н - объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р - расчетный расход топлива, кг/с;

F_г - площадь живого сечения для прохода газов, м².

Тогда

 м/с.

Конвективное излучение для второго и третьего котельного пучка:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков определяется по [2, стр.178, ф. (11.28)]:

α_к = α_н∙C_z∙C_s∙C_ф, Вт/(м²∙К),

где C_z - поправка на число рядов труб по ходу газа, [1, стр.221, номограмма 7]; C_z = 1;

C_s - поправка на геометрическую компоновку пучка, [1, стр.221, номограмма 7]; C_s = 1;

C_ф - поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик, [1, стр.221, номограмма 7]; C_ф = 1,01;

α_н - номограммный коэффициент теплоотдачи, [1, стр.220, номограмма 7]; α_н = 53 Вт/(м²∙К).

α_к = 53∙1∙1∙1,01 = 53,53 Вт/(м²∙К);

Коэффициент теплопередачи равен:

=ψ∙α_к=0,68∙53,53=36,4 Вт/(м²∙К).

Таким образом, величина тепловосприятия второго и третьего котельного пучка, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

 кДж/кг.

Расхождение между значением тепловосприятия  и значением тепловосприятия  составляет [3, п.7.3]:

 %.

Полученное расхождение тепловосприятий не превышает допустимое (2 %), поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой после прохождения второго и третьего котельного пучка является  = 401ºC.

11. Расчет экономайзера

Задачей расчета экономайзера является определение температуры газов за ним, его тепловосприятия.

Конструктивные характеристики экономайзера:

расположение труб - шахматное;

диаметр труб d = 28 мм;

толщина труб δ = 2,5 мм;

количество труб в ряду z₁ = 21;

глубина газохода а = 2,71 м;

ширина газохода b =1,5 м;

поперечный шаг - S₁ = 70 мм;

продольный шаг - S₂ = 50 мм;

относительный поперечный шаг труб ;

относительный продольный шаг труб ;

длина труб: l=3 м.

Температура на входе в экономайзер равна температуре на выходе из второго и третьего котельного пучка  = 401ºC (T'_эк =674 K), при которой энтальпия газов на входе в экономайзер по табл. 3.1 равна Н'_эк = 7149,9 кДж/кг. Температуру на выходе из экономайзера принимаем равной  = 150ºC (T"_эк = 423K), при которой энтальпия газов на выходе из экономайзера по табл. 3.1 равна Н"_эк = 2846,4 кДж/кг.

Средняя температура газов в экономайзере [1, п.7-17]:

 ºС (Т_эк = 548,5 К)

Поверочный расчет экономайзера выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед экономайзером, конструктивным характеристикам поверхности нагрева [1, п.7-02]:

Q_б^эк = φ∙(H'_эк - H"_эк + Δα∙Н_0.прс), кДж/кг;

, кДж/кг,

Где Н_эк - расчетная поверхность экономайзера, м²;

z - число труб экономайзера;

d - диаметр труб экономайзера, м;

ℓ - длина труб экономайзера, м.

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

Δt - температурный напор, ºС.

Тепло, отданное газами экономайзеру:

_б^эк = φ∙(H'_эк - H"_эк) = 0,985∙( 7149,9 - 2846,4) =5027,13 кДж/кг.

Определим тепловосприятие экономайзера по уравнению теплопередачи.

Расчетную поверхность экономайзера определяем по [2, стр.134, ф.(8.3)]:

Н_эк = z₁∙ z₂∙π∙d∙ℓ;

Н_эк = 21∙66∙3,14∙0,028∙3 = 365 м².

Температурный напор:

При P_б=1,4 МПа, t_н=195,05 ºС;

Δt=- t_н,

Δt=275,5-195,05 =80,45ºС

Для гладкотрубных экономайзеров тепловым сопротивлением с внутренней стороны можно пренебречь и коэффициент теплопередачи определяется по [1, п.7-08]:

, Вт/(м²∙К).

Коэффициент тепловой эффективности ψ определяется по [1,стр.71, рис.7.16]; ψ = 0,78.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или оребренная) и характера ее омывания (поперечное, продольное или косое), физических свойств омывающей среды.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п.7-15]:

, м/с,

где V_г^н - объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р - расчетный расход топлива, кг/с;

F_г - площадь живого сечения для прохода газов, м².

Расчет площади живого сечения для прохода газов ведем по [1, п. 7-16]:

F_г = a∙b - z₁∙ℓ∙d = 2,71∙1,5 - 3∙0,028∙21 = 2,3 м^2.

Тогда

 м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков определяется по [2, стр.178, ф. (11.28)]:

α_к = α_н∙C_z∙C_s∙C_ф, Вт/(м²∙К),

где C_z - поправка на число рядов труб по ходу газа, [1, стр.221, номограмма 7];

C_z = 1;

C_s - поправка на геометрическую компоновку пучка, [1, стр.221, номограмма 7]; C_s = 1;

C_ф - поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик, [1, стр.221, номограмма 7]; C_ф = 1,04;

α_н - номограммный коэффициент теплоотдачи, [1, стр.220, номограмма 7];

α_н = 54 Вт/(м²∙К).

α_к = 54∙1∙1∙1,04 = 56,16 Вт/(м²∙К).

Коэффициент теплопередачи равен:

 Вт/(м²∙К).

Таким образом, величина тепловосприятия экономайзера, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

кДж/кг.

Расхождение между значением тепловосприятия  и значением тепловосприятия  составляет [3, п.7.3]:

%.

Полученное расхождение тепловосприятий превышает допустимое (2%), поэтому необходимо изменить расчетную поверхность экономайзера.

Определим достаточную поверхность нагрева:

Н_р =∙ /;

Н_р =∙∙ /=836 м².

Определим число рядов, которые необходимо добавить для увеличения расчетной поверхности экономайзера:

= (Н_р - Н_эк)/ n∙π∙d∙ℓ_зм;

=(836 - 365)/ 21∙3,14∙0,028∙3=85.

Тогда расхождение между значением тепловосприятия  и значением тепловосприятия  будет составлять:

%.

Температура после прохождения экономайзера равна  = 150 ºC.

На основании данного расчета можно сделать вывод, что при заданном топливе и при заданных параметрах котла расхождение между значением тепловосприятия  и значением тепловосприятия  составляет больше 2%, поэтому было принято конструктивное предложение - увеличили поверхность нагрева экономайзера с 365 м² до 836 м² (добавили 85 рядов). Тогда расчетная невязка теплового баланса котельного агрегата не превышает 0,5 % от Q_р, то есть баланс сходится.

12. Расчетная невязка теплового баланса котельного агрегата

Завершается поверочный тепловой расчет определением невязки теплового баланса котла [1, п.9-05]:

ΔQ = Q_p∙η_к - (Q_л.т + Q_ф + Q_ко + Q_1кп+Q_пп+Q_2кп+3кп + Q_эк) (1 - 0,01∙q₄),

где Q_л.т, Q_ф, Q_1кп, Q_пп, Q_2кп+3кп, Q_эк - количество тепла, воспринятого соответственно в топке, фестоном, первым котельным пучком, пароперегревателем, вторым и третьим котельным пучком и экономайзером, кДж/кг, рассчитанные по уравнению теплового баланса.

Величина невязки составляет

ΔQ = ∙0,855 - ( + +  + + ++)(1 - 0,01∙4) = 120.

Баланс сходится если величина невязки не превышает 0,5% от Q_р.

δ = ΔQ/Q_р = (120/25330)100 =0,47%.

Баланс сходится, следовательно, поверочный расчет котла выполнен верно.

Заключение

Проведя поверочный расчет котельного агрегата типа КЕ-25-14-225С по заданному топливу, паропроизводительности котла, параметрам пара и питательной воды были определены температуры и тепловосприятия рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева котла.

Результаты расчета:

·        температура на выходе из топки ==949 °С;

·        температура на выходе из фестона ==907 °С;

·        температура на выходе из камеры догорания ==799 °С;

·        температура на выходе из пароперегревателя ==733°С;

·        температура на выходе из первого котельного пучка: ==588°С;

·        температура на выходе из второго и третьего котельного пучка ;

·        температура на выходе из экономайзера ==150 °С

На основании данного расчета можно сделать вывод, что при заданном топливе и при заданных параметрах котла тепловой баланс котла не сходится, поэтому было принято конструктивное предложение - увеличить поверхность нагрева экономайзера с 365 м² до 836 м² (добавили 85 рядов). Тогда расчетная невязка теплового баланса котельного агрегата не превышает 0,5 % от Q_р, то есть баланс сходится.

Список используемой литературы

1. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Издание 3-е, переработанное и дополненное / Издательство НПО ЦКТИ, СПб, 2012.

. Фурсов И.Д., Коновалов В.В. Конструирование и тепловой расчет паровых котлов: Учеб. пособие для студентов вузов. Издание второе, переработанное и дополненное / Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2011. - 266 с.

. Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2010. - 208 с.

4. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий / М.: Энергоатомиздат, 2008. - 528 с.

. «Котлы малой и средней мощности и топочные устройства», отраслевой каталог, Москва, 1987г.

Приложение А

Эскиз топочной камеры

Приложение Б

Эскиз камеры догорания

Приложение В

Эскиз фестона

Приложение Г

Эскиз первого котельного пучка и пароперегревателя

Приложение Д

Эскиз второго и третьего котельного пучка

Приложение Е

Эскиз экономайзера