Проверочно-конструкторский расчет парового котла БКЗ-75-39ФБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверочно-конструкторский расчет парового котла БКЗ-75-39ФБ

Содержание

Задание

Введение

Расчетно-технологическая схеме парового котла

Раздел 1. Определение коэффициента полезного действия паровых котлов

1.1 Составление расчетно-технологической схемы трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха

.2                Топливо и продукты горения

1.3 Тепловой баланс парового котла. Определение расчетного расхода топлива

Раздел 2. Проверочный тепловой расчёт топочной камеры и фестона парового котла

2.1 Выбор схемы топливосжигания

2.2 Проверочный расчёт топки

2.3 Проверочный расчёт фестона

Раздел 3. Проверочно-конструкторский расчет пароперегревателя и хвостовых поверхностей нагрева паровых котлов

.1 Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя. Тепловой баланс парового котла

3.2 Проверочно-конструкторский расчет пароперегревателя

.3 Проверочно-конструкторский расчёт водяного экономайзера

3.4 Проверочно-конструкторский расчет воздухоподогревателя

Раздел 4. Пуск и останов котла

4.1 Пуск котла

4.2 Останов котла

Список литературы

Введение

расчет паровой котел

В данном проекте выполнен проверочно-конструкторский расчет парового котла БКЗ-75-39ФБ. Конструкторский и проверочный расчеты различают в зависимости от поставленной задачи.

Конструкторский расчет имеет целью выбрать рациональную компоновку парового котла, определить размеры топки и всех поверхностей нагрева. В результате получают данные, необходимые для расчета на прочность, выбора материала поверхностей нагрева, выполнения гидравлических и аэродинамических расчетов и выбора вспомогательного оборудования.

Проверочный расчет выполняют для существующей конструкции парового котла. Он ставит своей целью определение параметров рабочих сред (воды, пара, воздуха и продуктов горения) на границах поверхностей нагрева при заданных конструктивных характеристиках последних.

Данный проверочно-конструкторский тепловой расчет парового котла включает проверочный расчет топки и фестона и проверочно-конструкторские расчеты пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя. Предварительно выполняются расчеты по топливу, воздуху, продуктам горения, тепловому балансу. Затем выполняются чертежи продольного и поперечного разрезов парового котла.

В ходе работы принимается ряд допущений: состав и характеристики топлива и соответственно состав и энтальпии продуктов горения, а также воздуха задаются табличными; при сжигании твердых топлив принимаются топки с твердым шлакоудалением; компоновка водяного экономайзера и трубчатого воздухоподогревателя принимается одноступенчатой (последовательной).

Котлоагрегаты типа БКЗ-75-39ФБ

Котельный агрегат блочной конструкции типа БКЗ-75-39ФБ предназначен для работы на бурых и каменных углях, торфе, антрацитовом штыбе и тощих углях. Котел - однобарабанный, с естественной циркуляцией, выполнен по П-образной схеме. Топочная камера объемом 460,2 м² полностью экранирована трубами диаметром 60 мм и толщиной стенки 3 мм. Трубы фронтового, заднего экранов и нижней части образуют холодную воронку. В верхней части трубы заднего экрана разведены в четырехрядный фестон.

Для сжигания каменных углей топка котла оборудуется тремя пылеугольными горелками, расположенными с фронта котла и четырьмя, но расположенными по две на каждой боковой стенке.

Барабан котла внутренним диаметром 1500 мм. И толщиной стенки 36 мм выполнен из стали 16ГС. В барабане имеется чистый отсек первой ступени испарения и два солевых отсека второй ступени (по торцам барабана) оборудованные внутрибарабанными циклонами, третья ступень вынесена в выносные циклоны, пар из которых поступает в барабан.

Пароперегреватель - конвективный, вертикального исполнения, змеевиковый с коридорным расположением труб (первые четыре ряда первой ступени фестонированы), выполнен из двух блоков, расположенных в поворотном газоходе между топкой и опускным газоходом. Температура перегрева регулируется поверхностным пароохладителем.

Экономайзер стальной трубчатый с шахматным расположением труб кипящего типа, гладкотрубный.

Воздухоподогреватель стальной трубчатый вертикального типа с шахматным расположением труб.

Каркас котла металлический, сварной конструкции с обшивкой. Обмуровка трехслойная в виде плит облегченного типа, закрепляемых на каркасе.

-бункер сырого топлива; 2-питатель сырого угля (ПСУ); 3- мельница; 4-барабан; 5- опускные трубы; 6-экран; 7-пароперегреватель; 8- экономайзер; 9 - воздухоподогреватель; 10 - золоуловитель; 11- дымосос; 12 - дутьевой вентилятор; 13 - пароохладитель; 14 - питательный узел

Раздел 1. Определение коэффициента полезного действия паровых котлов

1.1     Составление расчетно-технологической схемы трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха

Расчетно-технологическую схему трактов парового котла с отражением компоновки поверхностей нагрева составляем на основе чертежей парового котла и задания на проектирование (рис. 1.1).

збыток воздуха в топке поддерживают, исходя из условий экономичного сжигания топлива. Так как в топку, кроме организованно поступающего из воздухоподогревателя горячего воздуха, проникает атмосферный холодный воздух из-за присоса в системе пылеприготовления и в топке, количество горячего воздуха уменьшают с учетом этого присоса до определенной величины.

Величину коэффициента избытка воздуха на выходе из топки  равной 1,2. По таблице 1.1 [1, стр. 5] для заданного парового котла находим значения присосов воздуха в газоходы.

Табл. 1.1 Присосы воздуха в газоходы паровых котлов при номинальной нагрузке

Элементы парового котла	Величина присосов
Топочная камера	0,100
Котельные пучки	0,000
Пароперегреватели	0,030
Экономайзеры	0,020
Воздухоподогреватели (трубчатые)	0,030

Вычисляем коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения. Результаты заносим в таблицу 1.2.

Табл 1.2. Избытки воздуха и присосы по газоходам

Газоходы	Коэф. избытка воздуха за газоходом, Величина присоса, Средний коэф. избытка воздуха в газоходе,
Топка и фестон
Пароперегреватель	,230
Экономайзер
Воздухоподогреватель

1.2     Топливо и продукты горения

1.2.1 Для заданного вида и марки топлива из таблицы П.1 [1, стр.104] выписываем элементный состав рабочей массы, величину теплоты сгорания , температурную характеристику золы , выход летучих , записываем номер строки топлива и сводим все данные в таблицу 1.3.

Табл 1.3. Расчетная характеристика топлива

№ п/п       Бассейн, месторождение               Марка Рабочая масса топлива, состав, %             ,

, %,

31	Кузнецкий	Д	11,5	15,9	0,4		56,4	4,0	1,9	9,9	21,9	40,5	1000

Рассчитываем приведенные влажность и зольность по формулам:

Проверим баланс элементного топлива:

 (1.3)

.2.2   Теоретические объемы воздуха и продуктов горения при , , P=101,3 кПа выписываем из табл. П.1 [1, стр.104]:

1.2.3 При  объемы продуктов горения, объемные доли трехатомных газов и водяных паров , безразмерную концентрацию золы , массу газов , их плотность  рассчитывают по всем газоходам для средних и конечных значений . Результаты вычислений сводим в таблицу 1.4. Для золы, уносимой газами, .

Табл 1.4. Объемы и массы продуктов горения, доли трехатомных газов и водяных паров, концентрация золы.

№ п/п	Величина	Единицы
			Газоходы
			Топка и фестон	Пароперегреватель	Экономайзер	Воздухоподогреватель
1	Коэффициент избытка воздуха за газоходом-1,2001,2301,2501,280
2	Коэффициент избытка воздуха средний в газоходе -1,2001,2151,2401,265

3                =Зам³/кг

(м3/ м3)0,6985--0,7059
		Ср		-	0,6999	0,7022	0,7046
4		За	м3/кг (м3/ м3)	7,4705	-	-	7,9383
		Ср		-	7,5583	7,7046	7,8510
5		За	-	0,1419	-	-	0,13352
		Ср		-	0,1402	0,1376	0,1335
6		За	-	0,0935	-	-	0,0889
		Ср		-	0,0926	0,0911	0,0897
7		За	-	0,2354	-	-	0,2224
		Ср		-	0,2328	0,2287	0,2247
8		За	кг/кг (кг/м3)	9,8681	-	-	10,4710
		Ср		-	9,9809	10,1690	10,3570
9		За	кг/кг	0,0153	-	-	0,0144
		Ср		-	0,0151	0,0148	0,0146
10		За	кг/м3	1,3209	-	-	1,3188
		Ср		-	1,3205	1,3198	1,3192

1.2.2 Энтальпия воздуха и продуктов горения ,  при  для табличных значений рабочей массы твердого топлива берем из таблицы П.3 [1, стр.23-24] во всем диапазоне температур газов ().

.2.3   Энтальпии продуктов горения при  рассчитываем по формуле:

. (1.4)

 (1.5)

1.2.6 
Результаты расчетов энтальпии сводим в табл. 1.5

Табл. 1.5. Энтальпия воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг или ккал/м³).

Газоход	Температура газов , 0С,,
1	2	3	4	5	6	7	8

Топка и фестон (при )

220023694195743914,8417,200128026,0001-
	2100	22500,5	18610	3722	398,3189	26620,8188	1405,181
	2000	21307	17646	3529,2	379,4376	25215,6376	1405,181
	1900	20127,5	16681,5	3336,3	360,5564	23824,3563	1391,281
	1800	18948	15717	3143,4	330,1953	22421,5953	1402,761
	1700	17784	14777	2955,4	311,7672	21051,1672	1370,428
	1600	16620	13837	2767,4	283,3698	19670,7698	1380,397
	1500	15474,5	12897	2579,4	265,697	18319,5969	1351,173
	1400	14329	11957	2391,4	239,1122	16959,5121	1360,085
	1300	13210	11028,5	2205,7	205,5791	15621,7790	1337,733
	1200	12092	10100	2020	182,1663	14294,1663	1327,613
	1100	10989	9196	1839,2	165,7019	12993,9018	1300,264
	1000	9886	8292	1658,4	148,6332	11693,0332	1300,869
	900	8803	7400,5	1480,1	132,1688	10415,2688	1277,764
	800	7720	6509	1301,8	115,8553	9137,6553	1277,613
Пароперегреватель 70066815644,51298,23599,99518079,2301-
	600	5642	4780	1099,4	84,588	6825,988	1253,242
	500	4650	3951	908,73	69,1809	5627,9109	1198,077
	400	3658	3122	718,06	54,378	4430,438	1197,473
Экономайзер 50046503951987,7569,18095706,9309-
	400	3658	3122	780,5	54,378	1214,053
	300	2718,5	2329	582,25	39,8772	3340,6272	1152,251
Воздухоподогреватель 3002718,52329652,1239,87723410,4972 -
	200	1779	1536	430,08	25,54256	2234,62255	1175,875
	100	877	764	213,92	12,20484	1103,12484	1131,498

1.3   
Тепловой баланс парового котла. Определение расчетного расхода топлива

1.3.1  Тепловой баланс составляют для установившегося состояния парового котла на 1 кг твердого топлива 0^оС и 101,3 кПа

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

 (1.7)

1.3.2  Располагаемое тепло топливо определяют по формуле:

 где (1.8)

- низшая теплота сгорания рабочей массы твердого топлива;

 - величина физического тепла топлива (учитывается только для мазута, т.е. в расчетах не учитываем);

 - тепло, затраченное на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев).

1.3.3  Потери тепла с уходящими газами находим по формуле:

 - энтальпия уходящих газов при избытке воздуха ( и температуре;

 - энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха на входе в воздушный тракт;

 - Отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому.

Температура холодного воздуха принимается равной 30^оС, а энтальпия определяется по формуле:

.3.4   Потери тепла с химическим и механическим недожогом определяем по таблице 1.8 [1, стр.15] в зависимости от вида топлива и производительности парового котла (, учитывая, что для данного каменного угля :

1.3.5 Энтальпию воздуха  , присасываемого а газоходы котла, принимаем равной, тогда:

1.3.6  Потери тепла от наружного охлаждения котла находим по графику рис.1.2 [1, стр.16]

1.3.7  Потери с физическим теплом шлака  не учитывают, если   , следовательно, не учитываем

1.3.8  КПД парового котла брутто находим по методу обратного баланса:

, (1.12)

Разбивка потери тепла от наружного охлаждения по отдельным газоходам практически не сказывается на результатах расчета. Доли этой потери, приходящиеся на отдельные газоходы, для упрощения принимаются пропорциональными количествам тепла, отдаваемым газами в соответствующих газоходах.

При расчете конвективных поверхностей нагрева, долю потери тепла , приходящуюся на отдельные газоходы, учитывают введением коэффициента сохранения тепла:

1.3.9  Расход топлива, подаваемого в топку, рассчитываем по формуле:

 

- тепло, внесенное в топку воздухом, при его подогреве вне котла (учитывают только для мазута)

- тепло, внесенное в топку «форсуночным» паром

где количество теплоты, полезно отданное в паровом котле:

 

 - количество выработанного перегретого пара (берется из задания);

 - энтальпия перегретого пара (при по табл.1.9 [1, стр.18]);

 - энтальпия питательной воды (при по табл. 1.10 [1, стр.18]).

- рабочее давление в барабане котла.

Для определения объемов продуктов сгорания и воздуха, а также тепла, отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива, вычисляемый с учетом механической неполноты сгорания:

Раздел 2. Проверочный тепловой расчёт топочной камеры и фестона парового котла

2.1     Выбор схемы топливосжигания

Схему топливосжиганияния выбирают в зависимости от марки и качества топлива. В целях обеспечения полного выгорания топлива выбирают схему подготовки топлива к сжиганию, подачи его к горелкам, тип, число и схему размещения горелок на стенах топочной камеры. В курсовом проекте ограничиваются принципиальным решением этих вопросов.

Подготовку твердых топлив к сжиганию осуществляют в системах пылеприготовления, технологическая схема которых в основном зависит от типа выбранной мельницы.

Для парового котла производительностью 75 т/ч и сжигающего каменный уголь применяем систему пылеприготовления с двумя среднеходными мельницами (СМ) с прямым вдуванием пыли.

Основным фактором, влияющим на экономическую тонкость помола, является выход летучих . В соответствии с [5, стр. 57] для каменных углей тонкость размола находится в пределах: .

Производительность каждой из мельниц должна составлять 60% полного расхода топлива на паровой котел (то есть примерно 6,4 кг/с). В данном проекте, учитывая [5, стр. 71], для СМ устанавливаем центробежные сепараторы.

При сжигании каменных углей тип, число, схему расположения пылеугольных горелок на стенах топки, диаметр амбразур и площадь стен, не защищенных экранами, принимаем по чертежам заданного парового котла. Поскольку круглые горелки универсальны и применимы для любого твердого топлива [5, стр. 112], то в данном курсовом проекте каждый центробежный сепаратор соединяем с горелками двухулиточными ТКЗ. Для Кузнецкого угля с выходом летучих газов  скорость аэросмеси на выходе из горелки принимаем 18-20 м/с, скорость вторичного воздуха - 22-25 м/с.

 

2.2 Проверочный расчёт топки

2.2.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры

Задачей проверочного расчета является определение температуры газов на выходе из топки  при заданных её конструктивных размерах. Конструктивные размеры топочной камеры определяем по чертежам парового котла, заданного для курсового проекта, после чего заносим их в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры

Наименование величины	Обозначение	ед.	Источн. или формула	Топочные экраны					Выходное окно
				Фронтовой		Боковой	Задний
				Осн.	Х.В.		Осн.	Х.В.
Расчетная ширина экранированной стены	мЧертеж и эскиз6,0756,0755,8006,0756,0756,075
Освещенная длина стены	мЧертеж и эскиз14,73,74-9,203,744,34
Площадь  стены	м289,3022,7271,5155,8922,7226,36
Площадь участка стены, не закрытой экранами	м2Чертеж и эскиз2,4-----
Наружный диаметр труб	d	м	Чертеж и эскиз	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06	-
Число труб в экране	z	шт	Чертеж и эскиз	81	81	64	81	81	-
Шаг экранных труб	S	м	Чертеж и эскиз	0,075	0,075	0,085	0,075	0,075	-
Относительный шаг труб	S/d	-	-	1,250	1,250	1,42	1,250	1,250	-
Расстояние от оси трубы до обмуровки	e	м	Чертеж и эскиз	0,100	0,150	0,100	0,100	0,150	-
Отн-ое расстояние до обмуровки	e/d	-	-	1,667	2,50	1,667	1,667	2,50	-
Угловой коэффициент экрана	x	-	Номогр. 1 [1,стр 123]	0,99	0,99	0,97	0,99	0,99	1
Коэф., учитывающий загрязнения	ζ	-	Табл.2.2  [1, стр 31]	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45
Коэф. тепловой эффективности экрана	ψ	-	x ζ	0,446	0,446	0,436	0,446	0,446	0,45

Угловой коэффициент экрана, x определяем по номограмме 1а рис. 2.3. [2, стр.13] в зависимости от S/d и l/d этого экрана.

Реальные условия работы экрана с учётом загрязнения их отложениями шлака и золы оценивают коэффициентом эффективности экрана y=x·x где

x - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения экранных труб или нанесения на них слоя огнеупорного материала, принимаем x =0,45 по табл. 2.2 [1, стр.31].

.2.2 Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяем по формуле:

где

 - расчётная площадь стен топки, которую определяем как сумму площадей, ограничивающих активный объём топки:

В числителе - алгебраическая сумма произведений коэффициентов тепловой эффективности экранов на соответствующие этим экранам площади стен, покрытые испарительными поверхностями. Вычитанием неэкранированных площадей  учитываем снижение тепловой эффективности каждого экрана за счет неполного покрытия стен испарительными поверхностями.

.2.3 Активный объём топочной камеры определяют по формуле:

 

=71,51 м² - площадь боковой стены топки (табл. 2.1),

 - ширина топки (табл. 2.1).

2.2.4 Эффективную толщину излучающего слоя в топке определяем по формуле:

 

2.2.4 Расчёт теплообмена в топке

Расчет суммарного теплообмена базируется на приложении теории подобия к топочному процессу.

.2.5 Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры вычисляется по формуле:

где

 - критерий поглощательной способности Бугера;

 - критерий радиационного теплообмена Больцмана;

 - адиабатическая температура горения топлива;

М - параметр, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительно уровня расположения горелок, степени забалластирования топочных газов и других факторов;

 - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

 - температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, К;

.2.6 Критерий Больцмана рассчитывается по формуле:

где

- расчетный расход топлива;

-поверхность стен топки;

 -средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур (…);

- среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

-коэффициент сохранения тепла;

 - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

.2.7Температура газов на выходе из топки:

.2.8 Эффективное значение критерия Бугера:

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

где

-коэффициент поглощательной способности топочной среды

-давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува;

-эффективная толщина излучающего слоя.

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды:

=0,20 - принимаем для каменного угля.

Коэффициент поглощения лучей частицами золы:

где

- концентрация золы в продуктах сгорания (табл. 1.4);

=0,80- принимаем для каменного угля.

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (:

где

=20 [1, стр.124];

- суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания (по табл. 1.4).

.

.2.9 Для камерных топок параметр М рассчитывается по формуле:

=0,42 - принимаем при встречном расположении горелок;

-параметр забалластированности топочных газов.

где

-коэффициент рециркуляции газов, в нашем случае

-объем дымовых газов на выходе из топки (табл.1.4).

.2.10 Относительный уровень расположения горелок в топке определяется по формуле:

где

 =12,02 м -общая высота топки;

- уровень расположения горелок в ярусе, который находится как расстояние от середины холодной воронки до оси горелок в ярусе. При сжигании одного вида топлива и расположения горелок в несколько ярусов:

где

 и т.д. -число горелок в первом, во втором и т.д. ярусах;

 и т.д. - высота расположения осей ярусов.

.2.11 Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг топлива:

где

-энтальпия продуктов сгорания 1кг топлива при температуре

 =950⁰С принимаем для камерных топках для сжигания каменных углей (табл.2.3 [1, стр.36]);

-определяется по полезному тепловыделению  в топке при избытке воздуха .

.2.12 Полезное тепловыделение в топке:

где

-располагаемое тепло;

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

-тепло, вносимое в топку с паровым дутьем, принимаем применяем механические форсунки;

-тепло рециркулирующих газов в нашем случае отсутствует;

-тепло, вносимое в топку с воздухом:

где

-энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре за воздухоподогревателем при t_ГВ=250 ⁰С принимается по табл. 1.5;

-энтальпия присасываемого воздуха,

Здесь  находится по формуле:

где

- присос в системе пылеприготовления при сушке горячим воздухом, ;

-коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов на рециркуляцию;

-коэффициент рециркуляции газов в низ топки или в горелки, в нашем случае

Полученная температура не отличается более, чем на от принятой.

.2.13 По полученной температуре  при находим  и количество тепла, переданное излучением в топке:

Определяем тепловые нагрузки топочной камеры.

Удельное тепловое напряжение объема топки:

Данное значение не превышает допустимых значений по табл.1.8 [1, стр.15].

.2.14 Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:

Где -сечение топки,

Значение удельного теплового напряжения сечения топки в области горелок превышает максимально допустимого значения для сжигания шлакующих каменных  [1, стр. 38], с разрешения руководителя проекта допускаем, что полученное удельное тепловое напряжение сечения топки удовлетворяет условиям предотвращения шлакования экранов.

2.3 Проверочный расчёт фестона

2.3.1 В котле на выходе из топки расположен четырехрядный испарительный пучок, образованный трубами заднего топочного экрана с увеличенными поперечными и продольными шагами, называемый фестоном. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводится проверочный расчёт фестона, целью которого является определение температуры газов за фестоном .

.3.2 По чертежам парового котла составляем эскиз фестона в двух проекциях, на котором указываем все конструктивные размеры поверхности.

По чертежам и эскизу составляем таблицу конструктивных размеров и характеристик фестона. Определяем расчётную поверхность и площадь живого сечения для прохода газов.

2.3.3 Определяем длину трубы l_i в каждом ряду и количество труб в ряду z_i. Поперечный шаг S₁ равен учетверенному шагу заднего экрана топки, поскольку экран образует четыре ряда фестона. X_ф принимаем равным единице, тем самым несколько увеличивается конвективная поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), но существенно упрощается расчет. Продольные шаги определяем как среднее арифметическое значение, так как поверхности нагрева рядов близки между собой:

2.3.4 По средним значениям  и  определяем эффективную толщину излучающего слоя в соответствии с формулой [1, формула 4.23]:

.3.5 Расположение труб в пучке шахматное, омывание газами - поперечное

Высоту газохода определяем в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Достаточно определить высоту газохода и площадь живого сечения для первого и последнего рядов труб, так как расчётная поверхность всех рядов труб близка по величине.

Ширина газохода одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

Табл. 2.2. Конструктивные размеры и характеристики фестона.

Наименование величины	Обозначение	Единица	Ряды фестона				Для всего фестона
			1	3	4
Наружный диаметр труб	d	м	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06
Количество труб в ряду	zi	-	20	20	20	21	-
Длина трубы в ряду	li	м	5,20	5,16	5,12	5,22	-
Поперечный шаг труб	S1	м	0,300	0,300	0,300	0,300	0,300
Продольный шаг труб	S2	м	-	0,250	0,250	0,250	0,250
Угловой коэффициент фестона	Xф	-	-	-	-	-	1
Расположение труб	-	-	Шахматное
Расчётная поверхность нагрева	Hi	м2	14,70	14,77	14,88	15,82	60,17
Высота газохода	ai	м	4,98	-	-	4,92	-
Ширина газохода	b	м	6,075	6,075	6,075	6,075	-
Площадь живого сечения прохода газов	F	м2	24,30	-	-	23,70	24,00
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	-	5,00	5,00	5,00	5,00	5,00
Относительный продольный шаг труб	S2/d	-	-	4,17	4,17	4,17	4,17
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	-	-	-	-	1,379

2.3.6 Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду определяют по формуле:

 

где

- длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб рассчитываемого ряда.

Определим площади живого сечения для первого ряда F_вх и последнего F_вых:

;

В соответствии с [1], так как

то среднюю площадь живого сечения находят как среднеарифметическое их значений:

2.3.7 Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации (сгибов) в пределах фестона:

 

где  - число труб в ряду,  - длина трубы в ряду по её оси.

.3.8 Расчётную поверхность нагрева фестона определяем как сумму поверхностей всех его рядов:

.

2.3.9 На правой и левой стенах газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона, и поэтому при тепловом расчете фестона дополнительную поверхность экрана в области фестона суммируют с поверхностью фестона:

 

.3.10 Дополнительная поверхность экранов определяется как площадь боковых стен (правой и левой), покрытых экранами в газоходе фестона (снизу граница этих площадей проходит по оси первого ряда труб фестона), умноженная на угловой коэффициент бокового экрана х^б (таблица 2.1):

где   

=6,58 - поверхность стен боковых экранов, расположенная выше 1-ого ряда фестона,  = 0,97.

Составляем таблицу исходных данных для проверочного теплового расчёта.

Табл. 2.3. Исходные данные для проверочного теплового расчёта

Наименование величин	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов перед фестоном	997,6
Энтальпия газов перед фестоном	11662,37
Объём газов на выходе из топки при 7,4705
Объёмная доля водяных паров	-0,0935
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов	-0,2354
Концентрация золы в газоходе	0,0153
Температура состояния насыщения при давлении в барабане 255

.3.11 Ориентировочно примем температуру газов за фестоном на (30 -100) ⁰С ниже, чем перед ним:

 (по табл.1.5)

2.3.12 По уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов горения) определяем балансовое тепловосприятие фестона:

По рекомендациям указаний [1, разд.4, формула (4,4) и (4.34)] определяем коэффициент теплопередачи и температурный напор по [4, формула (1.23)].

2.3.13 Коэффициент теплоотдачи :

Коэффициент теплоотдачи  от газов к стенке для конвективных пучков труб определяется по [1, формула (4.5)]:

 

где

- коэффициент использования, для поперечно омываемых пучков труб принимается

- коэффициент теплоотдачи конвекцией;

- коэффициент теплоотдачи излучением.

.3.14 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб  при поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами находят по номограмме 8 [1, стр. 129]. Для этого нужно определить среднюю скорость газового потока в фестоне по [1, формула 4.6]:

где

 - площадь живого сечения для прохода газов,

 - расчетный расход топлива,

 - объем газов на 1 кг топлива (табл 1.4).

По средней скорости W, диаметру труб (60 мм) по номограмме 8 [1, стр. 128] находим коэффициент теплоотдачи конвекцией  и определяем поправки по номограмме 7 [1, стр. 127] и формулам (4.15в) и (4.14а) [1,стр.91]:

·        поправка на число рядов труб по ходу газов или воздуха:

При  

·        поправка на компоновку трубного пучка, зависящая от относительных шагов труб:

-коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного

шага  и значения :

Т.о.

При

·        поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах:

при

Тогда согласно [1, стр. 90] коэффициент теплоотдачи конвекцией:

  

2.3.15 Коэффициент теплоотдачи излучением  определяется в зависимости от температур потока и стенки (определяем по номограмме 18 [1, стр. 134] ) и степени черноты продуктов горения :

Для пользования номограммой 18 необходимо знать температуру загрязненной стенки рассчитываемой поверхности нагрева. Учитываем, что для фестона при давлении в барабане:

Тогда .

Степень черноты потока:

 

где

 

 

- суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

 

где

=40 - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определили по монограмме 2 [1, стр.124];

 

Определяем по (2.11):

 

Тогда получим:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения для запылённого потока:

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для фестона:

 

.3.16 Коэффициент теплопередачи:

 

 коэффициент тепловой эффективности по рис.4.1 [1, стр.87].

.3.17 Температурный напор при постоянной температуре пароводяной смеси в фестоне:

 

Из уравнения теплопередачи для фестона находим тепловосприятие фестона по [1, формула 4.1]:

Тепловой баланс считаем действительным и принимаем вычисленные значения для дальнейшего расчета.

Раздел 3. Проверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя и хвостовых поверхностей нагрева парового котла

3.1 Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя. Тепловой баланс парового котла

В целях уменьшения ошибок тепловосприятие пароперегревателя и воздухоподогревателя определяем по уравнению теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера - по уравнению теплового баланса продуктов горения.

3.1.1 Тепловосприятие пароперегревателя:

где

 - паропроизводительность парового котла;

 - расчетный расход топлива;

 -энтальпия перегретого пара;

 - энтальпия сухого насыщенного пара;

 - съём тепла в пароохладителе, служащем для регулирования температуры перегретого пара.

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем равным нулю , угловой коэффициент фестона .

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией:

 

.1.2 Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

 

где

 - коэффициент сохранения тепла;

  - энтальпия газов за фестоном;

 - величина присоса воздуха в пароперегревателе;

 - энтальпия холодного воздуха;

Решая его относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем, получим:

Эта энтальпия соответствует температуре  (см. табл. 1.5.).

3.1.3 Тепловосприятие воздухоподогревателя

Тепловосприятие воздухоподогревателя определяется по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), так как температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Зависит от схемы подогрева воздуха. При отсутствии рециркуляции горячего воздуха, а также в случае отсутствия предварительного подогрева воздуха , тепловосприятие воздухоподогревателя, определяемое по уравнению теплового баланса:

 

где

 - энтальпия теоретического объема горячего воздуха (

- энтальпия теоретического объёма воздуха перед воздухоподогревателем, подогретого за счёт подачи (рециркуляции) части горячего воздуха на всасывании дутьевого вентилятора или в специально установленных калориферах. Определяется по температуре  для твёрдого влажного топлива

- присос воздуха в воздухоподогреватель, принимаемый равным перетечке с воздушной стороны;

 - отношения количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

 

где

- энтальпия газов за водяным экономайзером;

 - энтальпия уходящих газов;

 - энтальпия теоретического объёма воздуха, определяемая температурой присасываемого воздуха:

 

Уравнение (3.7) решаем относительно энтальпии газов за экономайзером:

Полученное значение энтальпии газов за водяным экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним (см. табл.1.5.)  

3.1.4 Тепловосприятие водяного экономайзера определяется по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов)

Невязка теплового баланса парового котла:

Определение тепловосприятий поверхностей нагрева, граничных энтальпий и температур газов считается правильным, если неувязка:

невязка не превышает 0,5% от располагаемого тепла, значит расчёты выполнены верно.

3.2 Проверочно-конструкторский расчет пароперегревателя

.2.1 Целью проверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его расчётной поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках, заданных чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

.2.2 По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя. На эскиз указываем конструктивные размеры поверхности

.2.3 По чертежам и эскизу составим таблицу конструктивных размеров и характеристик пароперегревателя, определим фактические (по чертежу) поверхности нагрева, площади живых сечений для прохода газов и пара как для отдельных ступеней поверхности, так и в целом для всего пароперегревателя

Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяется характером взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов)  и числу труб в ряду (поперёк газохода) . Поверхность подвесных труб определяют аналогично и включают в поверхность ступени. В неё также включают поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемой дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) , занятой этими трубами, на угловой коэффициент , определяемый по номограмме 1 [1, стр.123].

3.2.4 С учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева каждой ступени определяется по формуле:

 

где

- число труб в ряду (поперёк газохода);

 - полная длина змеевика (с учётом гибов), м;

- наружный диаметр трубы;

 - поверхность, примыкающая к стене;

 - угловой коэффициент, определяемый по номограмме 1 [1, стр.123], .

Табл. 3.1.Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя.

Наименование величин	Обозначение	Единица	Номер ступени по ходу газа		Весь пароперегреватель
			1	2
Наружный диаметр труб	м0,0380,0380,038
Внутренний диаметр труб	м0,0320,0320,032
Число труб в ряду	шт.7272-
Число рядов по ходу газов	шт.81624
Средний поперечный шаг труб	м0,1150,0920,101
Средний продольный шаг труб	м0,1100,1100,110
Средний относительный поперечный шаг	-3,032,422,66
Средний относительный продольный шаг	-2,892,892,89
Расположение труб	-	-	коридорное
Характер взаимного движения сред	-	-	Смешанный ток		-
Длина трубы змеевика	м33,746,5-
Поверхность, примыкающая к стене	м228,642,1818,78
Поверхность нагрева	м2318,34401,66720
Высота газохода на входе	м4,52,68-
Высота газохода на выходе	м3,123,00-	м6,6356,6356,635
Площадь живого сечения для прохода газов на входе	м221,6510,89-
То же на входе	м212,4913,01-
То же среднее	м215,8411,86
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	м--0,3352
Глубина газового объёма до пучка	м0,920,3351,255
Глубина пучка	м0,9851,6502,635
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару	шт.727272
Живое сечение для прохода пара	м20,0580,0580,058

.2.5 Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании газами пароперегревателя определяют на входе и выходе из каждой ступени:

 

где

 - длина проекции первого или последнего ряда труб на соответствующую (входную или выходную) плоскость сечения, м;

 - ширина газохода (между обмуровкой боковых стен), м;

 - число труб в ряду для рассматриваемого сечения;

 - наружный диаметр труб соответствующей ступени, м;

- высота газохода на входе в ступень и на выходе из нее, принимая в плоскости, проходящей через оси первого и последнего ряда труб, м.

.2.6 Площадь среднего живого сечения

.2.7 Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получаем усреднением живых сечений ступеней:

.2.8 Площадь живого сечения для прохода пара:

Составляем таблицу исходных данных для проверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя.

Табл. 3.2. Исходные данные для проверочно-конструктивного расчета пароперегревателя.

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до пароперегревателя	960
Температура газов за пароперегревателем	592
Температура пара в состоянии насыщения	255
Температура перегретого пара	450
Средний удельный объём пара в пароперегревателе	0,0638
Конвективное тепловосприятие по балансу	4419,34
Средний объём газов в пароперегревателе (при  )7,5583
Объёмная доля водяных паров	-0,0926
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов	-0,2328
Массовая концентрация золы в газоходе	0,0151

 

Средний удельный объём пара находится по удельным объёмам пара в состоянии насыщения  при давлении в барабане  и перегретого пара  при его температуре  и давлении после пароперегревателя :

Средний удельный объем пара определяем по формуле:

-удельный объем пара в состоянии насыщения при давлении в барабане;

 - удельный объем перегретого пара.

.2.10 Коэффициент теплопередачи определяется для перегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц 3.1 и 3.2 и в соответствии с указаниями в разделе 4 [1].

Средняя температура газов:

При сжигании твёрдых топлив и коридорном расположении труб коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

3.2.11 Коэффициент теплоотдачи

 

Коэффициент теплоотдачи  от газов к стенке для конвективных пучков труб определяется по [1, формула (4.5)]:

 

где   

- коэффициент использования, для поперечно омываемых пучков труб принимается

- коэффициент теплоотдачи конвекцией;

- коэффициент теплоотдачи излучением.

Определим среднюю скорость газового потока в пароперегревателе по:

где

 - площадь живого сечения для прохода газов,

 - расчетный расход топлива,

 - объем газов на 1 кг топлива (табл 1.4).

.2.11.1 Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

 

где

 - коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяемый только диаметром труб и скоростью потока;

С_Z - поправка на число рядов труб по ходу газов;

C_S - поправка на компоновку трубного пучка, которую определяют в зависимости от относительных шагов труб;

С_Ф - поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах;

По средней скорости W, диаметру труб (38 мм) по номограмме 8 [1, стр. 128] находим коэффициент теплоотдачи конвекцией  и определяем поправки по номограмме 7 [1, стр. 127] и формулам (4.15в) и (4.14а) [1,стр.91]:

·        поправка на число рядов труб по ходу газов или воздуха:

При  

·        поправка на компоновку трубного пучка, зависящая от относительных шагов труб:

-коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного

шага  и значения :

Т.о.

При

·        поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах:

при

Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией:

  

.2.11.2 Коэффициент теплоотдачи излучением  определяется в зависимости от температур потока и стенки (определяем по номограмме 18 [1, стр. 134] ) и степени черноты продуктов горения :

Для определения необходимо знать температуру загрязнённой стенки рассчитываемой поверхности нагрева. При сжигании твердых топлив для конвективных пароперегревателей:

где

, где температура состояния насыщения рабочего тела при давлении в барабане.

Тогда .

Степень черноты потока:

 

где

 

 

- суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

 

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков:

 - наружный диаметр труб;

 - поперечный шаг труб;

- продольный шаг труб;

где

=70 - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определили по монограмме 2 [1, стр.124];

 

Определяем по (2.11):

 

Тогда получим:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения для запылённого потока:

При расчете пароперегревателя на полученную величинунеобходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед пароперегревателем и между отдельными пакетами, которые увеличивают передачу тепла излучением:

где

=1,255м и =2,635м - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка;

А - коэффициент, при сжигании каменных углей А=0,4 [1, стр.94];

 - температура газов в объёме камеры:

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для пароперегревателя:

.2.12 Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к пару:

Определение средней скорости пара:

где

 - средний удельный объём пара;         

 - паропроизводительность котла;

 - площадь живого сечения для прохода пара.

По средней температуре  и среднему давлениюопределяем по номограмме 12  и  [1, стр.132]:

Тогда:

В итоге коэффициент теплопередачи:

3.2.13 Определение температурного напора в целом для всего пароперегревателя

Средний температурный напор для сложных схем включения ступеней поверхности нагрева определяем по формуле:

 

 - коэффициент пересчёта от противоточной схемы к более сложной, определяется по номограмме 20 [1, стр.136] (один ход многоходовой среды противоточный, а другой - прямоточный):

P, R - безразмерные параметры:

Находим .

 - температурный напор для противотока:

Среднеарифметический температурный напор для противотока:

Средний температурный напор:

Расчётная поверхность пароперегревателя по уравнению теплопередачи:

.2.14 Невязка между расчётной и исходной поверхностью:

таким образом, необходимо увеличить число петель змеевика на величину , определяемую по формуле:

 - наружный диаметр труб;

 - число труб в ряду;

 - высота газохода в изменяемой ступени пароперегревателя.

Данные изменения в компоновке пароперегревателя изображаем на эскизе и чертеже.

3.3 Проверочно-конструкторский расчёт водяного экономайзера

Целью расчёта является определение расчётной поверхности нагрева при известном тепловосприятии и заданных чертежами конструктивных размерах и характеристиках.

Табл. 3.3.Исходные данные к расчёту водяного экономайзера

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов до экономайзера	0С592
Температура газов за экономайзером	0С368,2
Температура питательной воды	0С110
Давление питательной воды перед экономайзером	47,52
Энтальпия питательной воды	463,9
Тепловосприятие по балансу	2596,04
Объём газов при среднем избытке воздуха	VГ	7,7046
Объёмная доля водяных паров	─ 0,0911
Суммарная объемная доля трёхатомных газов	rп	─	0,2287
Массовая концентрация золы в газоходе	μзл	0,0148

Давление воды перед водяным экономайзером :

Определение энтальпии и температуры питательной воды после экономайзера.

3.3.1 Уравнение теплового баланса по рабочему телу:

где

 - пропуск воды через экономайзер, при поверхностных пароохладителях, включенных по воде до водяного экономайзера

;

- расчетный расход топлива;

 и  - энтальпия питательной воды за экономайзером и перед ним соответственно:

где

 - съем тепла в пароохладителе [1, стр.50];

Выражаем энтальпию за экономайзером :

 

Определяем температуру питательной воды до и после экономайзера:

Энтальпия воды (пара) в состоянии насыщения

 энтальпия воды на выходе из экономайзера, т. е.  поэтому экономайзер некипящего типа.

По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях и указываем конструктивные размеры поверхности.

По чертежам и эскизу составим таблицу конструктивных размеров и характеристик экономайзера, определим исходные площади живых сечений для прохода газов и воды.

Табл. 3.4.Конструктивные размеры экономайзера.

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Наружный диаметр труб	м0,032
Внутренний диаметр труб	м0,026
Число труб в ряду	шт.20
Число рядов труб по ходу газов	шт.44
Поперечный шаг труб	м0,1
Продольный шаг труб	м0,052
Относительный поперечный шаг	-3,125
Относительный продольный шаг	-1,625
Расположение труб	-	шахматное
Характер взаимного движения труб	-	противоток	-
Длина горизонтальной части петли змеевиков	м
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения	м6,253
Длина трубы змеевика	м139,8
Поверхность нагрева ЭКО	м2810
Глубина газохода	м2
Ширина газохода	м6,7
Площадь живого сечения для прохода газов	м29,398
Эффективная толщина излучающего слоя	м0,1575
Суммарная глубина газовых объёмов до пучков	м3,74
Суммарная глубина пучков труб	м2,226
Количество змеевиков, включённых параллельно по воде	шт.41
Живое сечение для прохода воды	м20,0218

3.3.2 Поперечный шаг (в ряду) труб  для всего экономайзера одинаков;

.3.3 Средний продольный шаг определяют:

где

- суммарная глубина пучков труб;

 - число рядов по ходу газа.

3.3.4 Площадь живого сечения для прохода газов:

где

 - наружный диаметр труб;

 - глубина газохода;

 - ширина газохода;

 - длина проекции ряда труб на горизонтальную плоскость.

.3.5 Площадь живого сечения для прохода воды:

 - количество змеевиков, включенных параллельно по воде ();

- внутренний диаметр труб.

.3.6 Проверяем скорость продуктов горения на входе в экономайзер:

- расчетный расход топлива;

 - средний объём продуктов горения в пароперегревателе (табл 1.4.);

- температура газов за пароперегревателем;

 - площадь живого сечения для прохода газов.

Сравниваем получившуюся скорость с допустимой скоростью сжигания по табл. 3.6 [1, стр.73]:

        

.3.7 Скорость воды на входе в экономайзер:

где

- паропроизводительность котла;

- удельный объём питательной воды на входе в экономайзер табл.1.10 [1, стр.18];

 - площадь живого сечения для прохода воды.

.3.8 Поверхность нагрева экономайзера

где

 = 0,032 м - наружный диаметр труб;

 - количество змеевиков, включенных параллельно по воде

(-число труб в ряду);

 - длина змеевика, м:

здесь - длина горизонтальной части петли змеевика.

Тогда:

.3.9 Коэффициент теплопередачи определяется для перегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц 3.3. и 3.4. и в соответствии с указаниями разд.4[1].

При сжигании твёрдых топлив и шахматном расположении труб коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

 - коэффициент тепловой эффективности.

- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

здесь x - коэффициент использования поверхности нагрева, учитывающий уменьшение её тепловосприятия за счёт неравномерного омывания поверхности газами, образования застойных зон и частичного перетекания газов мимо поверхности, для поперечно омываемых трубных пучков принимают ;

.3.9.1 Коэффициент теплоотдачи конвекцией

 

 - коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяемый только диаметром труб и скоростью потока;

С_Z - поправка на число рядов труб по ходу газов;

C_S - поправка на компоновку трубного пучка, которую определяют в зависимости от относительных шагов труб;

С_Ф - поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах;

Определим среднюю скорость газового потока в пароперегревателе по:

 - площадь живого сечения для прохода газов,

 - расчетный расход топлива,

 - объем газов на 1 кг топлива (табл 1.4).

По средней скорости W, диаметру труб (32 мм) по номограмме 8 [1, стр. 128] находим коэффициент теплоотдачи конвекцией  и определяем поправки по номограмме 7 [1, стр. 127] и формулам (4.15в) и (4.14а) [1,стр.91]:

·        поправка на число рядов труб по ходу газов или воздуха:

При  

·        поправка на компоновку трубного пучка, зависящая от относительных шагов труб:

-коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного

шага  и значения :

Т.о.

При

·        поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах:

при

Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией:

.3.9.2 Коэффициент теплоотдачи излучением  определяется в зависимости от температур потока и стенки (определяем по номограмме 18 [1, стр. 134] ) и степени черноты продуктов горения :

Для определения необходимо знать температуру загрязнённой стенки рассчитываемой поверхности нагрева. При сжигании твердых топлив для конвективных пароперегревателей:

Тогда .

Степень черноты потока:

 

где

 

- суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

 

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков:

 - наружный диаметр труб;

 - поперечный шаг труб;

- продольный шаг труб;

=140 - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определили по монограмме 2 [1, стр.124];

 

Определяем по (2.11):

 

Тогда получим:

- находим по монограмме 18 [1, стр.134]

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения для запылённого потока:

При расчете пароперегревателя на полученную величинунеобходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед пароперегревателем и между отдельными пакетами, которые увеличивают передачу тепла излучением:

где

=3,740м и =2,226м - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка;

А - коэффициент, при сжигании каменных углей А=0,4 [1, стр.94];

 - температура газов в объёме камеры:

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для фестона:

Коэффициент теплопередачи для экономайзера:

Определение температурного напора.

3.3.10 Температурный напор определяем как среднелогарифмическую разность температур:

Расчётная поверхность экономайзера.

3.3.11 Расчетную поверхность экономайзера определяем по уравнению теплопередачи:

.3.12 Невязка поверхностей нагрева:

Следовательно, нужно внести конструкторские изменения.

Требуемая длина змеевика:

Число рядов:

Принимаем

Высота пакета водяного экономайзера:

 

.4 Проверочно-конструкторский расчет воздухоподогревателя

По чертежам парового котла составляем компоновку и эскиз трубного пучка воздухоподогревателя, на котором указываем все конструктивные размеры поверхности.

По чертежам и эскизу составим таблицу конструктивных размеров и характеристик экономайзера, определим исходные площади живых сечений для прохода газов и воды.

Таблица 3.5. Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Наружный диаметр труб	м0,04
Внутренний диаметр труб	м0,037
Число труб в ряду (поперёк движения воздуха)	z1	шт.	100
Число труб по ходу воздуха	z2	шт.	30
Поперечный шаг труб	S1	м	0,064
Продольный шаг труб	S2	м	0,044
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	─	1,6
Относительный продольный шаг труб	S2/d	─	1,1
Расположение труб	─	шахматное
Характер омывания труб воздухом	─	поперечное
Характер омывания труб газами	─	продольное
Число труб, включенных параллельно по газам	шт.3600
Площадь живого сечения для прохода газов	м23,87
Ширина воздухоподогревателя по ходу воздуха	b	м	6,6
Высота одного хода по воздуху	м2,0
Площадь живого сечения для прохода воздуха	м25,20
Поверхность нагрева воздухоподогревателя	НВП	м2	3627

3.4.1 Общее число труб, включенных параллельно по газам:

где

- число труб в ряду по ширине;

 -число рядов труб по ходу воздуха (по глубине).

.4.2 Площадь живого сечения для прохода газов определяем по формуле:

где

- внутренний диаметр трубы;

- общее число труб, включённых параллельно по газам.

.4.3 Площадь живого сечения для прохода воздуха:

- высота одного хода по воздуху;

здесь m=4-число секций по ширине воздухоподогревателя;

 - число труб в ряду в одной секции.

Принимаем b=6,6м, тогда:

.4.4 Поверхность нагрева воздухоподогревателя:

 средний диаметр трубы воздухоподогревателя;

- высота (длина) трубы воздухоподогревателя.

Примем

Составим таблицу исходных данных для теплового расчета воздухоподогревателя.

Табл. 3.6. Исходные данные для теплового расчета воздухоподогревателя.

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов до воздухоподогревателя	0C368,2
Температура газов за воздухоподогревателем (уходящих)	0C120
Температура воздуха до воздухоподогревателя	0C30
Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя		0C	250
Объём газов при среднем коэффициенте избытка воздуха	7,851
Теоретический объём воздуха	V0	5,76
Отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому	─1,07
Отношение объёма рециркулирующего воздуха к теоретически необходимому	-0
Объёмная доля водяных паров	─0,0897
Тепловосприятие воздухоподогревателя по балансу	(кДж/)2813,73(672,48)

.4.5 Средняя скорость газов:

где

- расчётный расход топлива;

- объём газов при среднем коэффициенте избытка воздуха;

- площадь живого сечения для прохода газа;

 -средняя температура газов:

Полученное значение  входит в рамки оптимальной скорости:

 [1, стр.80]

.4.6 Средняя скорость воздуха:

 , т.е. условие выполнено [1, стр.81]

.4.7 Коэффициент теплопередачи определяется для перегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц 3.5. и 3.6. и в соответствии с указаниями раздела 4 [1].

Для трубчатых воздушных подогревателей:

 - коэффициент тепловой эффективности.

- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

где

 - коэффициент теплоотдачи конвекцией в зависимости от скорости газов и эквивалентного диаметра труб (при продольном омывании труб ) по монограмме 11 [1, стр.130];

 - поправка на изменение физического состояния газового потока по средней его температуре, по монограмме 11[1, стр.130];

 - поправка на длину трубы.

 - коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу:

 

где

          - по монограмме 8 [1, стр. 128];        

 - поправка на число рядов труб, моногр. 8 [1, стр. 128];

 - поправка на изменение физических свойств среды моногр. 8 [1, стр. 128];

 - поправка на компоновку трубного пучка, зависящая от относительных шагов монограмме. 8 [1, стр. 128].

Получаем коэффициент теплопередачи:

Определение температурного напора для воздухоподогревателя:

где

 - коэффициент пересчета от противоточной к более сложной, определяемый по номограмме 21 [137, стр.26] по безразмерным параметрам:

.4.8 Температурный напор для противотока определяем как среднелогарифмическую разность температур

Температурный напор:

Расчётная поверхность воздухоподогревателя.

.4.9 Определяем расчетную поверхность воздухоподогревателя по уравнению теплопередачи:

3.4.10 Невязка поверхностей нагрева:

Расчёт проведён с необходимой точностью, и изменений в конструкцию воздухоподогревателя вносить не надо.

Глава 4. Пуск и останов котла

 

.1 Пуск котла

Пуск котлов сопровождается значительными изменениями напряжений всех элементов под действием тепловых деформаций и меняющихся механических усилий. Возникающие дополнительные напряжения могут достигнуть опасных пределов, поэтому процессы пуска и останова являются наиболее ответственными при эксплуатации котлов, требуют от обслуживающего персонала точного выполнения условий надёжности и безопасности в проведении этих операций.

При пуске котла из холодного состояния предварительно проводится проверка и осмотра, а при пуске из ремонта, кроме того, специальные испытания, предусмотренные типовыми инструкциями. Только при исправности всего агрегата приступают к подготовительным операциям и растопке котла.

Пуск котла идёт в следующей последовательности: внешний осмотр, проверка исправности задвижек, горелок, дымососов, вентиляторов, мельничного оборудования, открытие воздушников, закрытие главной паровой задвижки и задвижки перед магистралью. Открытие задвижки перед паровым котлом, открытие продувной линии. Котёл заполняют тёплой водой с температурой 70 - 80 ⁰С из деаэратора. В начальный период заполнение котла ведут с небольшим расходом воды. Во избежание возникновения больших внутренних напряжений рекомендуется проводить заполнение котла горячей водой для котлов среднего давления в течение 1 -1,5 часа. Включают дымососы и вентилируют газоходы 10 - 15 минут. Включают растопочные мазутные форсунки, а затем пылеугольные горелки. В период растопки особое внимание уделяют контролю за прогревом барабана, экранных поверхностей, пароперегревателя, экономайзера. Продолжительность растопки зависит от начального состояния котла (из холодного или горячего резерва), размеров и конструкции котла в каждом конкретном случае устанавливаются индивидуально. Для котлов среднего давления продолжительность составляет 2 - 4 часа. При Р_Б=1 - 2 атм. открывают задвижку перед магистралью, закрывают арматуру на линиях продувки и поднимают нагрузку на котле в соответствии с потребностями станции.

 

.2 Останов котла

При останове котла в горячий резерв принимаются меры к сохранению в агрегате накопленного тепла. При нормальных остановах в холодный резерв котёл расхолаживают, соблюдая при этом условия медленного охлаждения, безопасного для оборудования.

Остановы котлов производят с предварительным снятием нагрузки, передавая её на параллельно работающие котлы или разгружая турбины. Охлаждения котла происходит, в основном, за счёт конвективного теплообмена между поверхностями нагрева и воздухом, который проникает в газоходы котла вследствие образующейся в них самотяги.

Продолжительность расхолаживания котла зависит о его размеров и конструктивных данных и обычно составляет 24 часа. В течение первых четырёх часов котёл остывает при полностью закрытых заслонках, люках, с минимальной продувкой и подпиткой.

Последовательно отключают подачу топлива, отключают от паровой магистрали, открывают продувочную линию на один час. Медленно в течение 4 -6 часов расхолаживают паровой котёл, останавливают дымососы и вентиляторы. Паровой котёл продувают питательной водой, поддерживают нормальный уровень в барабане. Скорость охлаждения барабана определяют скорость падения в нём. Эта скорость регулируется с таким расчётом, чтобы разность температур между верхом и низом барабана не превышала 40 ⁰С.

№ п/п	Наименование величины	Размерность		Фестон		Пароперегреватель		Экономайзер		Воздухоподогреватель
		Система измерений
		СИ	МКГ СС	СИ	МКГ СС	СИ	МКГ СС	СИ	МКГ СС	СИ	МКГ СС
1	Паропроизводительность			75	20,83	75	20,83	75	20,83	75	20,83
2	Температура перегретого пара			255	528	450	723	-	-	-	-
3	Расчетный диаметр труб	мм	мм	60	0,06	38	0,038	32	0,032	40	0,04
4	Скорость газового потока			4,1	6,3	6,3	6,55	6,55	13,3	13,3
5	Скорость пара, воды, воздуха			-	-	22,92	22,92	1,0154	1,0154	5,34	5,34
6	Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке			41,04	35,29	61,10	52,47	87,51	75,26	-	-
7	Коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу			-	-	1843,0	1584,98	-	-	85,36	73,41
8	Коэффициент теплоотдачи излучением от газов к стенке			167,87	144,37	161,47	138,86	78,77	67,74	-	-
9	Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке			208,91	179,66	222,41	191,41	166,28	143,00	60,00	51,60
10	Коэффициент теплопередачи			104,45	89,83	129,08	111,01	102,26	87,94	35,05	30,14
11	Расчетная поверхность нагрева			60,17	60,17	720,00	720,00	810,00	810,00	3627,00	3627,00

Итоговая таблица расчетов

Список литературы

1.    Баранов В.Н., Методика теплового расчета паровых котлов: учеб. пособие.-Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009.

2.      Методические указания по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Ивановский энергетический институт им. В.И. Ленина; сост. Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново, 1991 - 36 с.

.        Методические указания по проверочному тепловому расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Ивановский энергетический институт им. В.И. Ленина; сост. Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново, 1991 - 36 с.

.        Методические указания по проверочно-конструкторскому расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей нагрева паровых котлов / Ивановский энергетический институт им. В.И. Ленина; сост. Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. -Иваново, 1991 -36 с.

.        Методические указания по определению коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей нагрева паровых котлов / Ивановский энергетический институт им. В.И. Ленина; сост. Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново, 1991 - 32 с.

.        Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. - М.: Энергия, 1974. - 360 с.