Участки газового тракта

Δα

α"

Топка

0,05

1,1

Конвективный пучок

0,1

1,2

Экономайзер

0,08

1,28

Vo = 0,0889[Cp +0,375Spл]+ 0,265Нр-0,0333Qp, (2-2)

Vo = 0,0889(84,65 + 0,375 * 0,3) + 0,265 * 11,7 - 0,0333 * 0,3 = 10,6 м3/кг.

Теоретические объемы продуктов сгорания при α = 1, м3/кг, определяем по формуле для твердого топлива:

 , м3/кг; (2-3)

 = 1,866(84,65 + 0,375 * 0,3) / 100 = 1,6 м3/кг

VoN2 = 0,79 Vo + 0,008Nр; (2-4)

VoN2 = 0,79 * 10,6 + 0,008 * 0,3 = 8,4 м3/кг

VoH2O = 0,111Hр+0,0124Wp+0,0161Vo, (2-5)

Где Vo -теоретически необходимый объем воздуха;

 -объем техатомных газов;

VoN2 -теоретический объем азота в дымовых газах;

VoH2O -теоретический объём водяных паров в дымовых газах.

VoH2O =0,111 * 11,7 + 0,0124 * 3 + 0,0161 * 10.6 = 1,5 м3/кг

Рассчитываем действительные объемы при α > 1, м3/кг, будет

Объем двухатомных газов и водяных паров, м3/м3, определяем по формулам:

VR2 = VoN2 + (α - 1)Vo; (2-7)

VH2O = VoH2O + 0.0161(α - 1)Vo. (2-8)

Суммарный объем дымовых газов при α > 1, м3/кг, будет

Vг = VRO2 + VR2 + VH2O. (2-9)

Объемные доли трехатомных газов, равные парциальным давлениям газов при общем давлении 0,1 МПа, подсчитываем по формулам:

rRO2= VRO2/ Vг; (2-10)

rH2O = VH2O/ Vг; (2-11)

rn = rRO2 + rH2O. (2-12)

Расчеты по определению объемов воздуха и продуктов сгорания объемных долей трехатомных газов сводим в таблицу 2-2.

Таблица 2-2. Характеристика продуктов сгорания в поверхности нагрева (Vo =10,6 м3/кг; VRO2 =1,6 м3/кг; VoN2 =8,4 м3/кг; VoH2O =1,5 м3/кг)

2.3 Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретического объема воздуха и продуктов сгорания, отнесенные к 1 м3 сжигаемого топлива при температуре q оС, кДж/ м3, рассчитываем по формулам:

Iов = Vo(ct)в; (2-13)

Ioг = VRO2(cq)RO2 + VoN2(cq) N2 + VoH2O(cq) H2O, (2-14)

где Iов -энтальпия теоретически необходимого количества воздуха, кДж/кг;

Ioг- энтальпия теоретического количества дымовых газов, кДж/кг;

(ct)в, (cq)RO2, (cq) N2, (cq) H2O - удельные энтальпии воздуха, трехатомных газов, азота и водяных паров соответственно, кДж/ м3.

Расчеты по определению энтальпий теоретического объема воздуха и продуктов сгорания топлива сводим в таблицу 2-3.

Таблица 2-3. Энтальпия теоретического объема воздуха и продуктов сгорания топлива

Энтальпию продуктов сгорания на 1 кг топлива α > 1, кДж/ кг, подсчитываем по формуле:

Iг = Ioг + (α - 1) Iов. (2-15)

Расчеты по определению энтальпии продуктов сгорания топлива при различных температурах газов в разных газоходах сводим в таблицу 2-4. По данным таблицы 2-4 строим график зависимости энтальпии продуктов сгорания топлива I от температуры q, так называемую Iq -диаграмму (рис. 2-1).

Таблица 2-4. Энтальпии продуктов сгорания в газоходах, кДж/кг

3. Тепловой баланс парогенератора

.1 Располагаемая теплота топлива

Тепловой баланс парогенератора выражает количественное соотношение между поступившей в агрегат теплотой, называемой располагаемой теплотой топлива Qрр, и суммой полезно использованной теплоты Q1 и тепловых потерь Q2, Q3, Q4 Q5, и Q6.

Располагаемую теплоту, отнесенную к 1 м3 газообразного топлива (кДж/ м3) по формуле

Qрр = Qнс + iтл. (3-1)

.2 Статьи теплового баланса

Тепловой баланс составляем для установившегося теплового состояния парогенератора в расчете на 1 кг сжигаемого топлива.

Общее уравнение теплового баланса, кДж/ кг, имеет вид

Qрр = Q1 + Q2 + Q3 + Q5. (3-2)

Если статьи теплового баланса выразить в относительных величинах (процентах от располагаемой теплоты Qрр), т.е.

qi = (Qi/ Qрр)*100; (3-3)

то уравнение теплового баланса примет вид

= q1 + q2 + q3 + q4 + q5+ q6. (3-4)

где Q1(q1)-теплота полезно использованная в парогенераторе;

Q2(q2)-потери теплоты с уходящими газами;

Q3(q3)-потери таплоты от химической неполноты сгорания топлива;

Q5(q5)-потери теплоты в окружающую среду;

При тепловом расчете парогенератора полезно использованную теплоту Q1 (q1) находим как остаточный член уравнения теплового баланса после определения всех потерь теплоты.

Расчетные потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива (q3 и q4), выраженные в процентах, принимаем из расчетных характеристик топки (таблица 4-5 [3]), а потерю теплоты от наружного охлаждения парогенератора по графику рис. 3-1 [3].

Потерю теплоты с уходящими газами находим по разности энтальпий дымовых газов, уходящих из парогенератора, и холодного воздуха:

, (3-5)

Ioх.в - энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха, кДж/м3. Значения Ioх.в приведены в таблице 2-3.

.

Величину q3, принимаем по рекомендациям, q5- по графику:

q3=0,5%; q5=1,2%

Суммарную потерю теплоты в парогенераторе подсчитываем по формуле

Σqпот = q2 + q3 + q5, (3-6)

а к.п.д. парогенератора брутто - по формуле

ηпг = q1 = 100 - Σqпот. (3-7)

ηпг =100 - (6 + 0,5 + 1,2)=92,3%

.3 Коэффициент сохранения теплоты

Разбивка потери теплоты от наружного охлаждения парогенератора по отдельным его газоходам практически не сказывается на результатах расчета. Поэтому данную потерю для всех элементов парогенератора считаем одинаковой и учитываем коэффициентом сохранения теплоты , который определяем по формуле

. (3-8)

.4 Расход топлива

Расход топлива, подаваемого в топку, кг/с, рассчитываем по формуле

, (3-9)

где D - Паропроизводительность агрегата, кг/с;

i”1.4 - удельная энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг;

i’1.4 - удельная энтальпия воды на линии насыщения, кДж/кг;

iп.в. - удельная энтальпия питательной воды, кДж/кг;

Dпр - расход воды на продувку парогенератора (кг/с), причем

Dпр = πD/100, (3-10)

Dпр =2,1 * 25/100 = 0,15 кг/с.

где π - продувка, %.

Расчетный расход топлива с учетом механической неполноты его сгорания (кг/с) определяют по формуле

Bp = B. (3-11)

Bp = 0,4 кг/с

тепловой топка горение

4. Основные конструктивные размеры топки

.1 Предварительная расчетная схема топки

Топочная камера котла шириной 2710 мм полностью экранирована трубами диаметром 51х2,5мм( степень экранирования 0,8).трубы всех экранов приварены к верхним и нижним камерам диаметром 219х8 мм. Топочная камера по глубин разделена на два блока. Каждый из боковых экранов (правый и левый)переднего и заднего топочных блоков образует самостоятельный циркуляционный контур. Верхние камеры боковых экранов в целях увеличения походного сечения на входе в пучок расположены ассиметрично относительно оси котла. Шаг труб фронтового и боковых экранов-55 мм, шаг заднего экрана -100 мм. трубы заднего экрана выделяют из топочного объема камеру догорания. На наклонном участке труб уложен слой огнеупорного кирпича толщиной 65 мм. Объем топочной камеры - 63 м3.

Для улучшения циркуляционных характеристик фронтового экрана на нем устанавливаются шесть рециркуляционных труб диаметром 76х3 мм. Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева -91 м2.

.2 Расчет размеров топки

При поверочном расчете, используя составленную схему топки, определяем ее активный объем Vт.

Vт = 63 м3. (4-1)

Значение теплового напряжения объема топки qv (кВт/м3) определяем по формуле

qv = BQрн/ Vт. (4-2)

qv =0,4 * 40310 / 63=256 кВт/м3.

Сравнивая полученные значения с максимально допустимыми (qvдоп=230-350 кВт/м3) , можно сдалать вывод, что конструкция топки соответствует характеристикам топлива.

5. Расчет теплообмена в топке

.1 Определение тепловыделения в топке и теоретической температуры горения

Теоретической или адиабатной температурой называется температура, которую бы имели топочные газы при отсутствии теплообмена в топке. В реальных условиях температура газов в любом участке топки ниже адиабатной.

Зона максимальных температур, положение которой влияет на условия лучистого теплообмена, расположена в ядре горения. Положение ядра горения зависит от типа и конструкции топки, топлива и способа его сжигания.

Температурой газов на выходе из топки  , считают температуру в выходном окне топки, перед трубами фестона. При наличии камеры догорания температуру газов на выходе из топки считают температуру их за камерой догорания.

Полезное тепловыделение в топке вычисляется по формуле:

Qт (5-1)

где Qв-тепло вносимое в топку с воздухом;

По величине (S  по I -таблице при заданном значении aт находим значение адиабатной температуры горения uа=1764оС.

5.2 Определение температуры газов на выходе из топки

Передача теплоты в топке происходит в основном путем излучения. Доля конвективного теплообмена мала и им пренебрегают. Метод расчета теплообмена в топке основан на совместном использовании аналитических и эмпирических исследований с применением теории подобия. Исходной для расчета теплообмена является формула, которая связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки θ”т с критерием лучистого теплообмена Больцмана Во, степенью черноты топки αт и параметром М, учитывающим характер распределения температуры по высоте топки:

. (5-2)

где Т”т - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

Та - температура газов, которая была бы при их адиабатическом сгорании, К.

Критерий Во определяем выражением

, (5-3)

где φ - коэффициент сохранения теплоты, определяемый по формуле (3-8);

Вр - расчетный расход топлива (кг/с), определяемый по формуле (3-12);

Vcср - средняя суммарная удельная теплоемкость продуктов сгорания топлива, кДж/(кг*К);

Fст - площадь стен топки, м2;

σ = 5,67*10-11 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, кВт/(м2*К4);

ψср - среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов.

Значение критерия Больцмана при сжигании смеси твердых или жидких топлив определяем по суммарному расходу топлив и объему продуктов сгорания, приходящемуся на 1 кг смеси топлив.

Полная и лучевоспринимающая поверхности топки

Полная площадь стен топки Fст есть суммарная площадь всех поверхностей, ограничивающих активный объем топочной камеры (экранированных и неэкранированных стен, пода или верхней половины холодной воронки).

Площадь суммарной лучевоспринимающей поверхности топки рассчитывают суммированием площадей лучевоспринимающих поверхностей отдельных участков:

Нтл = ΣНл=91м2. (5-4)

Под площадью лучевоспринимающей поверхности участка Нл (м2) понимают площадь непрерывной плоскости, которая по тепловосприятию эквивалентна действительной незагрязненной и незакрытой огнеупорными материалами площади поверхности экрана.

Коэффициент загрязнения и закрытия экранов.

Снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или закрытия огнеупорной массой поверхности экранов учитывают коэффициентом ζ = 0,6.

Степень экранирования камерная топки.

Ψ, =Hл/Fт=91/98=0,9 (5-5)

Учет характера распределения температуры в топке.

Для учета характера распределения температуры в топке служит параметр М, значение которого зависит от относительного местоположения максимума температуры пламени.

При сжигании газа

М = 0,54 - 0,3*хт. (5-7)

Коэффициент хт характеризует относительное положение максимума температуры топочных газов.

Для слоевых топок хт = 0,35.

М=0,54 - 0,3 * 0,35 = 0,435.

Средняя теплоемкость продуктов сгорания. Степень черноты топки.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания и степень черноты топки αт зависят от искомой температуры на выходе из топки u”т. Поэтому для определения этих величин предварительно, с последующим уточнением, принимаем искомую температуру газов на выходе их топки u”т. = 1000 оС.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания топлива, кДж/(кг*К), равна

, (5-8)

где I”т - энтальпия продуктов сгорания топлива при температуре и избытке воздуха на выходе из топки, кДж/м3.

 кДж/(кг*К)

При проверочном расчете теплообмена в топке значения I”т находим из Iq - таблицы методом линейной интерполяции или из Iq - диаграммы по предварительно принятой температуре газов на выходе из топки.

Степень черноты топки αт определяем по формуле:

для слоевых топок

αт = αф /( αф + (1 - αф) * ψ * ζ (5-9)

где ψ, - степень экранирования слоевой топки, определяемая по формуле (5-5);

αф - эффективная степень черноты факела.

Эффективная степень черноты факела зависит от вида сжигаемого топлива.

Эффективная степень черноты факела при сжигании твердого топлива равна

αф = (1 - m) * αнесв + m * αсв (5-10)

где е - основание натуральных логарифмов;

kps - суммарная сила поглощения топочного объема;

k - коэффициент ослабления лучей топочной средой;

p - давление в топке, МПа (для агрегатов, работающих без наддува, р = 0,1 МПа);

s - эффективная толщина излучающего слоя (м), определяемая по формуле

s = 3,6Vт/Fст, (5-11)

где Vт и Fст - активный объем и площадь стен топки.

s=3,6*63/98=2,3 м

kнс = rnkг, (5-12)

где rn = rRO2 + rH2O - суммарная объемная доля трехатомных газов (ее значения приведены в табл. 2-2);

kг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м*МПа), определяемый по формуле

 (5-13)

pn = prn=0,1*0,25=0,025мПа.

Откуда kнс =0,25 * 6,3=1,6

Теперь по формуле (5-10) можем рассчитать эффективную степень черноты факела :

αф = (1 - 0,5) * 0,3 + 0,5 * 0,7 = 0,5.

Откуда степень черноты топки αт

Проверка правильности определения u”т и ее соответствия условиям эксплуатации.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания Vcср и степень черноты факела αф рассчитывались по предварительно принятой температуре газов на выходе из топки u”т. Правильность определения Vcср оцениваем по расхождению значений температуры u”т, принятой предварительно и полученной в результате расчета. При расхождении не более чем на ± 100 оС ошибка в определении Vcср и αф так мала, что практически не влияет на точность расчета u”т.

Если же определенная по расчету температура газов на выходе из топки отличается от предварительно принятой более чем на ± 100 оС, то найденную в результате расчета температуру u”т следует принять за исходную, затем уточнить значения Vcср и αф при расчете по формуле 5-3)

Тепловосприятие топки

Общее тепловосприятие топки в расчете на 1 (кг) топлива, кДж/кг, определяем по формуле :

Qтл = φ(Qт - I”т), (5-14)

Qтл =0,99*(40808 - 21488,9) = 19126 кДж/кг

а среднюю часовую удельную тепловую нагрузку лучевоспринимающих поверхностей топки (кВт/м2) - по формуле

qсрл = Bр Qтл/Нтл. (5-15)

qсрл =0,4 * 19126/91=84,1 кВт/м2

Паропроизводительность топки вычислим по формуле:

 (5-16)

6. Расчет конвективных поверхностей нагрева

.1 Основные расчетные соотношения

Конвективными называются такие поверхности парогенератора, в которых процесс передачи теплоты осуществляется путем конвективного теплообмена, т.е. это испарительные пучки и перегреватели, расположенные за фестоном, воздухоподогреватели и экономайзеры.

Количество тепла, которое воспринимается каждой данной поверхностью от дымовых газов, определяются по двум уравнениям: теплового баланса и теплопередачи.

Уравнение теплового баланса:

Qб = φ(I’ - I” + ∆αIoпрс), (6-1)

I’ и I” - энтальпии газов на выходе в поверхность нагрева и выходе из нее, кДж/кг;

∆α Ioпрс - количество тепла вносимого в рассчитываемую поверхность присосанным воздухом;

Уравнение теплопередачи:

 , (6-2)

где К-коэффициент теплопередачи;

Н-величина рассчитываемой поверхности нагрева;

Dt-температурный напор;

Bp - расчетный расход топлива, кг/с;

В конвективных пучках расчетную площадь поверхности принимаем равную площади поверхности труб с газовой стороны.

.2 Определение коэффициента теплопередачи

Основные расчетные соотношения.

Средний температурный напор:

 , (6-3)

Температура продуктов сгорания на входе в газоход - ивестная величина, раная температуре JI’, полученной из расчета топки. Температурой из выходе из газохода задаемся в пределе 300-600оС, затем по IJ-диаграмме находят Qб.

Далее определив все необходимые величины определяют значение Qб.

Тепловой расчет считается законченным если отношение  находится в пределах 98-100%(т.е. ±2%). В противном случае следует сделать новое приближение.

Для упрощения расчетов можно воспользоваться графическим определением температуры u” . Для чего задаемся двумя значениями температуры заведомо большей и заведомо меньшей чем действительная. Выполняют расчет для двух температур, строят график и определят значение температуры u”.

Наибольшую сложность в данном расчете составляет определение коэффициента теплопередачи. Для котельных поверхностей расчетный коэффициент теплопередачи подсчитываем из выражения

, (6-4)

где ω = 0,9 - коэффициент омывания или степень заполнения газохода;

ε = 0,6 - для всех видов топлива при слоевом сжигании;

αк - коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке, Вт/(м2*К), зависит от скорости и температуры газового потока, диаметра и расположения труб (шахматное, коридорное) и характера их омывания (продольное, поперечное); определяем по номограмме;

αл - коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, Вт/(м2*К), зависит от температуры газов, толщины излучающего слоя и парциальных давлений трехатомных сухих газов и водяных паров; определяем по номограмме .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания.

Чтобы использовать номограммы необходимо предварительно найти:

1)           Температуру потока qср, которую принимаем по формуле

, (6-5)

2)           Объемную долю водяных паров, содержащуюся в дымовых газах rН2О, которую берем из табл. 2-2 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха;

3)      Число рядов труб вдоль и поперек газового потока и их шаг в поперечном (s1) и продольном (s2) направлениях: s1 = 110 мм, s2 = 95 мм;

)        Площадь живого сечения газохода F, м2, определяемая как разность между площадью всего газохода и площадью, занятой трубами, эта площадь подсчитывается:

F = ab - n1dl, (6-6)

где a и b - поперечные размеры газохода в свету, м;

n1 - среднее число труб в одном ряду;

d - наружный диаметр труб, м;

l - длина омываемых газами труб, м.

) Среднюю скорость перемещения газового потока по газоходу, определяемую по формуле

,, (6-7)

где ΣV - общий объем дымовых газов при входе в газоход и выходе из него, м3/кг, по табл. 2-2;

qср - средняя температура дымовых газов, оС;

Вр - расход топлива, кг;

F - площадь живого сечения газохода, м2.

Эффективную толщину излучающего слоя для гладкотрубных пучков:

, (6-8)

Температура наружной поверхности стенки, воспринимающей лучистое тепло, оК.

tст = tн + ε*Qб*Вр/Н, (6-9)

где tн - температура насыщенного пара, оС;

ε = 0,6 - коэффициент загрязнения;

Qб - тепло, переданное поверхности нагрева рассчитываемого газохода (формула 6-1), кДж/м3;

Н - поверхность нагрева рассчитываемого газохода, м2.

Задаемся двумя произвольными значениями температур газов на выходе из рассчитываемого газохода (но, естественно, более низкими, чем температура газов при входе в данный газоход) и графоаналитически находим искомую температуру после выполнения табличных расчетов. Все расчеты сводим в таблицу 6-2. График для нахождения искомой температуры газов на выходе из рассчитываемого газохода следует после табличного расчета.

Таблица 6-1. Основные характеристики газохода

Таблица 6-2. Тепловой расчет газохода

По результатам расчетов строим график для определения температуры дымовых газов за первым газоходом.

Температура дымовых газов на выходе равна 345 оС, при которой тепловыделения равны 4950 кВт.

7. Расчет экономайзера

.1 Основные характеристики

По условию устанавливаем чугунный экономайзер. Водяные экономайзеры устанавливаем для снижения температуры уходящих газов, а следовательно для повышения КПД котельной установки.

Расчет водяного экономайзера производим аналогично расчету конвективных поверхностей нагрева. Сначала решаем уравнение

Qб = φ(I’ - I” + ∆αIoпрс), (7-1)

в котором известны все составляющие; затем пересчитываем количество питательной воды, проходящей через экономайзер.

Далее определяем температуру воды на выходе из экономайзера по формуле

 (7-2)

Определяем средний температурный напор, среднюю температуру дымовых газов, среднюю скорость дымовых газов в экономайзере и коэффициент теплопередачи аналогично, как в расчете конвективных поверхностей нагрева.

Расчетную поверхность нагрева определяем из уравнения (6-3)

Hэ = Qэ/∆tсрKэ. (7-3)

∆tср - средний температурный напор;

Kэ - коэффициент теплопередачи, находят графическим способом.

Определив поверхность нагрева и зная поверхность нагрева принятой стандартной трубы hэ = 3 м2 в зависимости от ее длины, находим общее количество устанавливаемых труб

n = Нэ/ hэm. (7-4)

где m - число труб в ряду.

Скорости перемещения газов по экономайзеру принимают в пределах 6-9 м/с. Скорость воды в трубах экономайзера может изменяться в пределах 0,3-1,5 м/с.

Температура при входе в экономайзер любого типа должна быть на 5-10 оС выше температуры точки росы.

Таблица 7-1. Тепловой водяного экономайзера

8. Проверка теплового баланса

После расчетов, определив количество тепла, воспринятого различными поверхностями котельного агрегата, проверяем тепловой баланс котельного агрегата (таблица 8-1)

Таблица 8-1. Тепловой баланс парогенератора по теплу, пару и К.П.Д.

Список использованной литературы

1.       Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок.-М.:Стройиздат,1973г.-248с.

2.      Зах Р.Г.Котельные установки.-М.:Энергия,1968г.

.        Роддатис Н.Ф. Котельные установки.-М.:Энергия,1973г.

.        Тепловой расчет промышленных парогенераторов. Учебник.-Киев:Выща школа, 1980г.-184с.

© 2003 - 2022 «Библиофонд»

Обратная связь

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности

Полная версия

Помощь по учебным работам

Консультация по курсовой работе

Консультация по дипломной работе ВКР

Консультация по реферату

Консультация по отчетам о практике