Проект стационарного парового котла
Содержание
Задание
1. Характеристика котлоагрегата
1.1 Техническая характеристика котла КЕ-25-14С
2. Расчет топлива по воздуху
2.1 Определение количества продуктов сгорания
2.2 Определение энтальпии продуктов сгорания
3. Поверочный тепловой расчет
3.1 Предварительный тепловой баланс
3.2 Расчет теплообмена в топке
3.3 Расчет теплообмена в конвективной поверхности
3.4 Расчет экономайзера
4. Окончательный тепловой баланс
Библиографический список
Задание
Выполнить проект стационарного парового котла в соответствии
со следующими данными:
тип котла КЕ-25-14С
полная производительность насыщенного пара, D, кг/с
6,94
рабочее давление (избыточное), Р, МПа 1,5
температура питательной воды:
до экономайзера, tпв1, ºС 90
за экономайзером, tпв2, ºС 170
температура воздуха, поступающего в топку:
до воздухоподогревателя, tв1, ºС 25
за воздухоподогревателем, tв2, ºС 180
топливо КУ - ДО
состав топлива: Сг = 76,9%
Нг = 5,4%г = 0,6%
Ог = 16,0%г = 1,1%
зольность топлива Ас = 23%
влажность топлива Wp = 7,5%
коэффициент избытка воздуха α = 1,28.
стационарный паровой котел тепловой
1.
Характеристика котлоагрегата
Паровой котел КЕ-25-14С, с естественной циркуляцией со
слоевыми механическими топками предназначен для выработки насыщенного или
перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных
предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Топочная камера котлов серии КЕ образована боковыми экранами,
фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов КЕ паропроизводительностью
от 2,5 до 25 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку глубиной 1605÷2105 мм и камеру догорания глубиной 360÷745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением
механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из
котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы
основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.
В котле КЕ-25-14С применена схема одноступенчатого испарения.
Вода циркулирует следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в
верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан
вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть
пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по
перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов
осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на
фронте котла.
Блок котла КЕ-25-14С, опирается камерами боковых экранов на
продольные швеллеры. Камеры приварены к швеллерам по всей длине. В области
конвективного пучка блок котла опирается на задние и передние поперечные балки.
Поперечные балки крепятся к продольным швеллерам. Передняя балка крепится
неподвижно, задняя - подвижно.
Обвязочный каркас котла КЕ-25-14С устанавливается на уголках,
приваренных вдоль камер боковых экранов по всей длине.
Для возможности перемещения элементов блоков котла КЕ-25-14С
в заданном направлении часть опор выполнена подвижными. Они имеют овальные
отверстия для болтов, которыми крепятся к раме.
Котлы КЕ с решеткой и экономайзером поставляются заказчику
одним транспортабельным блоком. Он оборудуются системой возврата уноса и острым
дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при
помощи эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от
решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов,
что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для
осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. В
местах установки люков трубы крайнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в
нижний барабан.
Паровой котел КЕ-25-14С оборудован стационарным устройством
очистки поверхностей нагрева согласно проекту завода.
Паровой котёл КЕ-25-14С комплектуется топкой типа ЗП-РПК с
пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками.
За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых
углей с приведенной влажностью W < 8 устанавливаются водяные экономайзеры.
Площадки котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для
обслуживания арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая площадка для
обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания
предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на
задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и
для доступа в верхний барабан при ремонте котла.
На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку -
спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.
Котел КЕ-25-14 С оборудован двумя предохранительными
клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями
контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе
пароперегревателя. На верхнем барабане каждого котла установлен манометр; при
наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе
пароперегревателя.
На верхнем барабане устанавливается следующая арматура:
главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили
для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска
воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.
У котла КЕ-25-14С, через патрубок для продувки осуществляются
периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех
нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки
установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и
запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору. Вместо паровой обдувки
может быть поставлена газоимпульсная или генератор ударных волн (ГУВ).
На питательных трубопроводах перед экономайзером
устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном
установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным
механизмом автоматики котла.
Паровой котел КЕ-25-14С обеспечивают устойчивую работу в
диапазоне от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Испытания и опыт
эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на
пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего
давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными
тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных,
предназначенных для производства насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном
до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при
давлении 1,4 МПа.
Для котлов типа КЕ пропускная способность предохранительных
клапанов соответствует номинальной паропроизводительности при абсолютном
давлении 1,0 МПа.
При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны
на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на
оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.
С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация
котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в
питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет
20°С, что удовлетворяет требованиям правил Госгортехнадзора.
1.1
Техническая характеристика котла КЕ-25-14С
Паропроизводительность D = 25 т/ч.
Давление Р = 24 кгс/см2.
Температура пара t = (194÷225) ºС.
Радиационная (лучевоспринимающая) поверхность нагрева Нл
= 92,1 м2.
Конвективная поверхность нагрева Нк = 418 м2.
Тип топочного устройства ТЧЗ-2700/5600.
Площадь зеркала горения 13,4 м2.
Габаритные размеры котла (с площадками и лестницами):
длина 13,6 м;
ширина 6,0 м;
высота 6,0 м.
Масса котла 39212 кг.
2. Расчет
топлива по воздуху
2.1
Определение количества продуктов сгорания
Расчет количества продуктов сгорания основан на
стехиометрических соотношениях и выполняется с целью определения количества
газов, образующихся при сгорании топлива заданного состава при заданном
коэффициенте избытка воздуха. Все расчеты объема воздуха и продуктов сгорания
ведутся на 1 кг топлива.
Так как в задании указана зольность сухой массы топлива, то
определим зольность рабочей массы топлива.
Ар = Ас (100 - Wр) /100,
Ар = 2,3∙ (100 - 7,5) /100 = 21,3%.
Коэффициент пересчета горючей массы в рабочую
(100 - Wр - Ар) /100 = (100 - 7,5 -
21,3) /100 = 0,71.
Рабочая масса составляющих элементов топлива
Ср = 76,9 ∙ 0,71 = 54,6%, Нр =
5,4 ∙ 0,71 = 3,9%,р = 0,6 ∙ 0,71 = 0,5%,
Ор = 16,0 ∙ 0,71 = 11,4%,р = 1,1 ∙
0,71 = 0,8%.
Проверка:
р + Нр + Sр + Ор
+ Nр + Ар + Wр = 100%,
,6 + 3,9 + 0,5 + 11,4 + 0,8 + 21,3 + 7,5 = 100%.
Теоретически необходимое количество сухого воздуха
o = 0,089 (Cp + 0,375Sр) +
0,267Нp - 0,033Оp; о = 0,089∙ (54,6 +
0,375 ∙ 0,5) + 0,267 ∙ 3,9 - 0,033 ∙ 11,4 = 5,54 м3/кг.
Объем трехатомных газов
V = 0,01866 (Ср + 0,375Sр);
= 0,01866∙ (54,6 + 0,375 ∙
0,5) = 1,02 м3/кг.
Теоретический объем азота
= 0,79Vo + 0,008Np; V = 0,79 ∙ 5,54 + 0,008 ∙ 0,8 =
4,38 м3/кг.
Теоретический объем водяных паров
= 0,112Нр + 0,0124Wр + 0,016Vо; = 0,112 ∙ 3,9 + 0,0124 ∙ 7,5
+ 0,016 ∙ 5,54 = 0,61 м3/кг.
Теоретическое количество влажного воздуха
овл = V + 0,016Vо; (2.8), V = 0,61 + 0,016 ∙ 5,54 = 0,70 м3/кг.
Избыточный объем воздуха
и =
(α - 1) Vо;
и = 0,28 ∙ 5,54 = 1,55 м3/кг.
Полный объем продуктов сгорания
г =
V+ V + V+ Vи; г = 1,02 +
4,38 + 0,61 + 1,55 = 7,56 м3/кг.
Объемная доля трехатомных газов
= V/Vг; = 1,02/7,56 = 0,135.
Объемная доля водяных паров
= V/Vг; r = 0,70/7,56 = 0,093.
Суммарная доля водяных паров и трехатомных газов
п =
r+ r,п = 0,093 + 0,135 = 0,228.
Давление в топке котла принимаем равным Рт = 0,1 МПа.
Парциальное давление трехатомных газов
Р= rРт;
Р= 0,135 ∙ 0,1 = 0,014 МПа.
Парциальное давление водяных паров
Р = rРт;
Р = 0,093 ∙ 0,1 = 0,009 МПа.
Суммарное парциальное давление
Рп = Р+ Р; Рп = 0,014 + 0,009 = 0,023 МПа.
2.2
Определение энтальпии продуктов сгорания
Дымовые газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, в
рабочем процессе парового котла являются теплоносителем. Количество теплоты, отдаваемое
газами, удобно рассчитывать по изменению энтальпии дымовых газов.
Энтальпией дымовых газов по какой-либо температуре называется
количество теплоты, расходуемое на нагрев газов, полученных от сгорания одного
килограмма топлива от 0º до этой температуры при
постоянном давлении газов в топке.
Энтальпию продуктов сгорания определяем в диапазоне
температур 0…2200ºС с интервалом в 100ºС. Расчет ведем в табличной форме (табл.2.1).
Исходными данными для расчета являются объемы газов,
составляющих продукты сгорания, их объемные изобарные теплоемкости, коэффициент
избытка воздуха и температура газов.
Средние изобарные теплоемкости газов берем из справочных
таблиц.
Теоретическое количество газов определяем по формуле
I = ΣVct=VC+ VC + VC) t.
Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по формуле
= VoCввt.
Энтальпию газов определяем по формуле
г =
I + (α - 1) I.
Таблица 2.1 Расчет энтальпии продуктов сгорания
tºС
|
V= 1,02 м3/кгV= 4,38 м3/кгV= 0,61 м3/кгIo,
кДж/кгВлажный воздух (α - 1) Ioвв, кДж/кгIг,
кДж/кг
|
|
|
|
|
|
|
|
СRO2,
кДж/ (м3∙К)
|
V RO2СRO2,
кДж/ (м3∙К)
|
СN, кДж/
(м3∙К)
|
V oNСN,
кДж/ (м3∙К)
|
СH2O,
кДж/ (м3∙К)
|
Vo
H2OСH2O, кДж/ (м3∙К)
|
|
Свв,
кДж/ (м3∙К)
|
Ioвв,
кДж/кг
|
|
|
0 100 200 300
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
2000 2100 2200
|
1,599 1,700
1,787 1,822 1,929 1,988 2,041 2,088 2,131 2,169 2, 203 2,234 2,263 2,289
2,313 2,335 2,355 2,374 2,391 2,407 2,422 2,435 2,448
|
1,631 1,734
1,823 1,920 1,968 2,028 2,082 2,130 2,174 2,212 2,247 2,279 2,308 2,335 2,359
2,382 2,402 2,421 2,439 2,455 2,470 2,484 2,497
|
1,294 1,295
1,299 1,306 1,316 1,327 1,340 1,353 1,367 1,379 1,391 1,403 1,414 1,425 1,434
1,444 1,452 1,461 1,469 1,475 1,482 1,489 1,495
|
5,668 5,672
5,690 5,720 5,764 5,812 5,869 5,926 5,987 6,040 6,093 6,145 6, 193 6,242
6,281 6,325 6,360 6,399 6,434 6,461 6,491 6,522 6,548
|
1,494 1,505
1,522 1,542 1,566 1,589 1,614 1,641 1,668 1,695 1,722 1,750 1,776 1,802 1,828
1,852 1,876 1,899 1,921 1,942 1,962 1,982 2,000
|
0,911 0,918
0,928 0,941 0,955 0,969 0,985 1,001 1,017 1,034 1,050 1,068 1,083 1,099 1,115
1,130 1,144 1,158 1,182 1,185 1, 197 1, 209 1,220
|
0 832 1688 2574
3475 4405 5362 6340 7342 8357 9390 10441 11501 12579 13657 14756 15850 16963
18081 19192 20316 21452 22583
|
1,318 1,324
1,331 1,342 1,354 1,368 1,382 1,397 1,414 1,424 1,437 1,449 1,461 1,472 1,483
1,492 1,501 1,510 1,517 1,525 1,532 1,539 1,546
|
0 733 1475 2230
3000 3789 4594 5418 6267 7100 7961 8830 9713 10601 11502 12399 13305 14221
15128 16052 16975 17905 18843
|
0 205 413 624
840 1061 1286 1517 1755 1988 2229 2472 2720 2968 3221 3472 3725 3982 4236
4495 4753 5013 5276
|
Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по
формуле
I = VoCввt.
Энтальпию газов определяем по формуле
г =
I + (α - 1) I.
По результатам расчетов (табл.2.1) строим диаграмму зависимости
энтальпии газов I1 от их температуры t (рис.2.1).
Рис.2.1 - Диаграмма зависимости энтальпии газов от их температуры
3. Поверочный
тепловой расчет
3.1
Предварительный тепловой баланс
При работе парового котла вся поступившая в него теплота
расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие
различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котел,
называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котел и
покинувшей его, должно существовать равенство (баланс). Теплота, покинувшая
котел, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с
технологическим процессом выработки пара заданных параметров.
Тепловой баланс котла составляется применительно к одному
килограмму топлива при установившемся (стационарном) режиме работы котла.
Низшую теплота сгорания рабочей массы топлива определяем по
формуле Менделеева:
нр = 339Ср + 1030Нр - 109 (Ор
- Sр) - 25Wр,нр = 339 ∙ 54,6
+ 1030 ∙ 3,9 - 109∙ (11,4 - 0,5) - 25 ∙ 7,5 = 21151 кДж/кг.
Коэффициент полезного действия котла (принимаем по прототипу)
η' = 92%.
Потери тепла:
от химической неполноты сгорания ([1] с.15)
3 = (0,5÷1,5) = 0,5%;
от механического недожога ([1] табл.4.4)4 = 0,5%;
в окружающую среду ([1], рис.4.2)5 = 0,5%;
с уходящими газами
2 = 100 - (η' + q3 + q4
+ q5), 2 = 100 - (92 + 0,5 + 0,5 + 0,5) = 6,5%.
Средние изобарные объемные теплоемкости влажного воздуха
холодного, при температуре tв1 ([2]
табл.1.4.5)
св1 = 1,32 кДж/кг;
подогретого, при температуре tв2 ([2]
табл.1.4.5)
св1 = 1,33 кДж/кг.
Количество тепла, вносимое в топку с воздухом:
холодным
хв = 1,016αVосв1tв1,хв = 1,016 ∙
1,28 ∙ 5,54 ∙ 1,32 ∙ 25 = 238 кДж/кг;
подогретым
гв = 1,016αVосв2tв2,гв = 1,016 ∙
1,28 ∙ 5,54 ∙ 1,33 ∙ 180 = 1725 кДж/кг.
Количество тепла, переданное в воздухоподогревателе
вн = Iгв - Iхв,вн
= 1725 - 238 = 1487 кДж/кг.
Принимаем температуру топлива, поступающего в топку, равной
tтл = 30°С.
Теплоемкость сухой массы топлива ([1] табл.4.1)
сстл = 0,972 кДж/ (кг·град).
Теплоемкость рабочей массы топлива
сртл = сстл (100 - Wр)
/100 + сWp/100,
где с - теплоемкость воды, с= 4,19 кДж/ (кг·град),
сртл = 0,972· (100 - 7,5) /100 + 4,19 ·
7,5/100 = 1,21 кДж/ (кг·град).
Теплота, вносимая в топку с топливом
тл
= сртлtтл,
iтл = 1,21 · 30 = 36 кДж/кг.
Располагаемая теплота топлива
= Q + Qвн + iтл, = 21151 + 1487 + 36 = 22674 кДж/кг.
Энтальпия уходящих газов
'ух = q2Qрр/ (100 - q4)
+ Iхв,'ух = 6,5 ∙ 22674/ (100 - 4,5) + 238 = 1719 кДж/кг.
Температура уходящих газов (табл.1)
t'ух
= 164°С.
Степень сухости получаемого пара принимаем ([1] с.17)
х =
(0,95…0,98) = 0,95.
Энтальпия сухого насыщенного пара (по таблицам водяного пара) при
заданном давлении
i" =
2792 кДж/кг.
Скрытая теплота парообразования
r = 1948 кДж/кг.
Энтальпия влажного пара
ix = i" - (1 - x) r,
ix = 2792 - (1 - 0,95) ·1948 = 2695 кДж/кг.
Энтальпия питательной воды перед экономайзером (при tв2)
iпв = 377 кДж/кг.
Секундный расход топлива
Вр = ,
Вр = = 0,77 кг/с.
3.2 Расчет
теплообмена в топке
Целью поверочного расчета теплообмена в топке является
определение температуры газов за топкой и количества тепла, переданного газами
поверхности нагрева топки.
Эта теплота может быть найдена только при известных
геометрических размерах топки: величине лучевоспринимающей поверхности, Нл,
полной поверхности стен, ограничивающих топочный объем, Fст,
величине объема топочной камеры, Vт.
Рис.3.1 - Эскиз парового котла КЕ-25-14С
Лучевоспринимающая поверхность топки находится как сумма
лучевоспринимающих поверхностей экранов, т.е.
где Нлэ - поверхность левого бокового экрана,
Нпэ - поверхность правого бокового экрана;
Нзэ - поверхность заднего экрана;
Нлэ = Нпэ = Lтlбэхбэ;
Нзэ = Взэlзэхбэ;
т -
длина топки;
lбэ - длина трубок бокового экрана;
Взэ - ширина заднего экрана;
хбэ - угловой коэффициент бокового экрана;
lзэ - длина трубок заднего экрана;
хзэ - угловой коэффициент заднего экрана.
Ввиду сложности определения длин трубок, величину
лучевоспринимающей поверхности нагрева возьмем из технической характеристики
котла:
Нл = 92,1 м2.
Полная поверхность стен топки, Fст, вычисляется
по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Поверхности
сложной конфигурации приведем к равновеликой простой геометрической фигуре.
Площадь поверхностей стен топки:
фронт котла
фр
= 2,75 ∙ 4,93 = 13,6 м2;
задняя стенка топки
зс
= 2,75 ∙ 4,93 = 13,6 м2;
боковая стенка топки
бс
= 4,80 ∙ 4,93 = 23,7 м2;
под топки
под
= 2,75 ∙ 4,80 = 13,2 м2;
потолок топки
пот
= 2,75 ∙ 4,80 = 13,2 м2.
Полная поверхность стен, ограничивающих топочный объем
ст
= Fфр + Fзс + 2Fбс + Fпод + Fпот,ст
= 13,6 + 13,6 + 2 ∙ 23,7 + 13,2 + 13,2 = 101,0 м2.
Величина топочного объема:
т =
2,75 ∙ 4,80 ∙ 4,93 = 65,1 м3.
Степень экранирования топки
Ψ = Нл/Fст,
Ψ = 92,1/101,0 = 0,91.
Коэффициент сохранения теплоты
φ = 1 - q5/100,
φ = 1 - 0,5/100 = 1,00.
Эффективная толщина излучающего слоя
= 3,6Vт/Fст,= 3,6 · 65,1/101,0 = 2,32 м.
Адиабатная (теоретическая) энтальпия продуктов сгорания
a =
Q (100 - q3 - q4) /
(100 - q4) + Iгв - Qвн,a = 22674·
(100 - 0,5 - 0,5) / (100 - 0,5) + 1725 - 1487 = 22798 кДж/кг.
Адиабатная (теоретическая) температура газов (табл.1)
Та = 1835°С = 2108 К.
Принимаем температуру газов на выходе из топки
Т'т = 800°С = 1073 К.
Энтальпия газов на выходе из топки (табл.1) при этой температуре'т
= 9097 кДж/кг.
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания
(VгСср) = (Ia - I'т) /
(ta - t'т),
(VгСср) = (22798 - 9097) / (1835 - 800) =
13,24 кДж/ (кг·град).
Условный коэффициент ([1] табл.5.1) загрязнения поверхности
нагрева при слоевом сжигании топлива
ξ = 0,60.
Тепловое напряжение топочного объема
v =
BQ/Vт,v = 0,77 ·
22674/65,1 = 268 кВт/м3.
Коэффициент тепловой эффективности
Ψэ = Ψξ,
Ψэ = 0,91 · 0,60 = 0,55.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
,
∙0,228 = 5,39 (м·МПа) - 1.
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
с =
0,3 (2 - α) (1,6Тт/1000
- 0,5) Ср/Нр,с = 0,3· (2 - 1,28) ·
(1,6 · 1073/1000 - 0,5) ·54,6/3,9 = 3,68 (м·МПа) - 1.
Часть золы топлива, уносимая из топки в конвективные газоходы ([1]
табл.5.2)
аун = 0,1.
Масса дымовых газов
г =
1 - Ар/100 + 1,306αVо,г = 1 - 21,3/100 + 1,306 ·
1,28 · 5,54 = 10,0 кг/кг.
Коэффициент ослабления лучей взвешенными частицами летучей золы
([1] рис.5.3) при принятой температуре tт
kзл = 7,5 (м·ата) - 1.
Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса ([1] с.29)
kк = 0,5 (м·ата) - 1.
Концентрация золовых частиц в потоке газа
μзл = 0,01Араун/Gг, μзл = 0,01 · 21,3 · 0,1/10,0 = 0,002.
Коэффициент ослабления лучей топочной средой
kт = 5,39 + 7,5 · 0,002 + 0,5 = 5,91 (м·ата)
- 1.
Эффективная степень черноты факела
аф = 1 - е-kтРтS,
аф = 1 - 2,7-5,91·0,1·2,32 = 0,74.
Отношение зеркала горения к полной поверхности стен топки при
слоевом горении
ρ = Fпод/Fст,
ρ = 13,2/101,0 = 0,13.
Степень черноты топки при слоевом сжигании топлива
ат = ,
ат = = 0,86.
Величина относительного положения максимума температур для слоевых
топок при сжигании топлива в тонком слое (топки с пневмомеханическими
забрасывателями) принимается ([1] с.30) равным:
Хт = 0,1.
Параметр, характеризующий распределение температур по высоте топки
([1] ф.5.25)
М = 0,59 - 0,5Хт, М = 0,59 - 0,5 · 0,1 = 0,54.
Расчетная температура газов за топкой
Тт = ,
Тт = = 1090 К = 817°С.
Расхождение с предварительно принятым значением составляет
∆tт = tт - t'т,
∆tт = 817 - 800 = 17°С < ± 100°C.
Энтальпия газов за топкойт = 9259 кДж/кг.
Количество тепла, переданное в топке
т =
φВ (Ia
- Iт),т = 1,00 · 0,77· (22798 - 9259) = 10425 кВт.
Коэффициент прямой отдачи
μ = (1 - Iт/Iа) ·100,
μ = (1 - 9259/22798) ·100 = 59,4%.
Действительное тепловое напряжение топочного объема
v =
Qт/Vт, qv = 10425/65,1 = 160 кВт/м3.
3.3 Расчет
теплообмена в конвективной поверхности
Тепловой расчет конвективной поверхности служит для
определения количества передаваемого тепла и сводится к решению системы двух
уравнений - уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи.
Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого топлива при
нормальных условиях.
Из предыдущих расчетов имеем:
температура газов перед рассматриваемым газоходом
t1 = tт = 817°С;
энтальпия газов перед газоходом1 = Iт =
9259 кДж/кг;
коэффициент сохранения теплоты
φ = 1,00;
секундный расход топлива
Вр = 0,77 кг/с.
Предварительно принимаем два значения температуры продуктов
сгорания после газохода:
t'2 = 220ºC,
t''2 = 240ºC.
Дальнейший расчет ведем для двух принятых температур.
Энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка:'2
= 2320 кДж/кг,''2 = 2540 кДж/кг.
Количество теплоты, отданное газами в пучке:
1 = φВр (Iт
- I1); '1 = 1,00 ∙ 0,77· (9259 - 2320) = 5343 кДж/кг,''1
= 1,00 · 0,77∙ (9259 - 2540) = 5174 кДж/кг.
Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)
dн = 51 мм.
Число рядов по ходу продуктов сгорания (по чертежу)1
= 35.
Поперечный шаг труб (по чертежу)1 = 90 мм.
Продольный шаг труб (по чертежу)2 = 110 мм.
Коэффициент омывания труб ([1] табл.6.2)
ω = 0,90.
Относительные поперечный σ1 и продольный σ2 шаги труб:
σ = S/d;
σ1 = 90/51 = 1,8;
σ2 = 110/51 = 2,2.
Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном
омывании труб
ж = ab - z1ldн,
где а и b - размеры газохода в свету, м;
l - длина проекции трубы на плоскость
рассматриваемого сечения, м;
ж = 2,5 ∙ 2,0 - 35 ∙ 2,0 ∙ 0,051
= 1,43 м2.
Эффективная толщина излучающего слоя газов
Sэф = 0,9dн,эф = 0,9 · 0,051· = 0,177 м.
Температура кипения воды при рабочем давлении (по таблицам
насыщенного водяного пара)
t's
= 198°С.
Средняя температура газового потока
ср1
= 0,5 (t1 + t);
t'ср1
= 0,5· (817 + 220) = 519ºC,
t''ср1
= 0,5· (817 + 240) = 529ºC.
Средний расход газов
V''cp1 = 0,77 · 7,56· (529 + 273) /273 =
17,10 м3/с.
Средняя скорость газов
ωг1 = Vcp1/Fж,
ω'г1 = 16,89/1,43 = 11,8 м/с,
ω''г1 = 17,10/1,43 = 12,0 м/с.
Коэффициент загрязнения поверхности нагрева ([1] с.43)
ε = 0,0043 м2·град/Вт.
Средняя температура загрязненной стенки ([1] с.42)
з =
t's + (60÷80), tз
= (258÷278) =
270°С.
Поправочные коэффициенты для определения коэффициента теплоотдачи
конвекцией ([1] рис.6.2):
на количество рядов
Сz = 1,0;
на относительные шаги
Сs = 1,0;
на изменение физических характеристик
Сф = 1,05.
Вязкость продуктов сгорания ([1] табл.6.1)
ν' = 76·10-6 м2/с,
ν'' = 78·10-6 м2/с.
Коэффициент теплопроводности продуктов сгорания ([1] табл.6.1)
λ' = 6,72·10-2 Вт/ (м·°С),
λ'' = 6,81·10-2 Вт/ (м·°С).
Критерий Прандтля продуктов сгорания ([1] ф.6.7)
Рr' = 0,62,Рr'' = 0,62.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией ([1] табл.6.1)
αк1 = 0,233СzCфλР (ωdн/ν) 0,65/dн,
α'к1 = 0,233 · 1 · 1,05 · 6,72·10-2
· 0,620,33· (11,8 · 0,051/76·10-6) 0,65/0,051,α'к1 = 94,18 Вт/ (м2·К);
α''к1 = 0,233 · 1 · 1,05 · 6,81·10-2
· 0,620,33· (12,0 · 0,051/78·10-6) 0,65/0,051,α''к1 = 94,87 Вт/ (м2·К).
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
,
·0,228 = 23,30 (м·МПа) -
1,·0,228 = 23,18 (м·МПа) -
1,Суммарное
парциальное давление трехатомных газов (определено ранее)
Рп = 0,023 МПа.
Коэффициент ослабления луча в объеме заполненном золой при
температуре tср ([1] рис.5.3)
К'зл = 9,0;
К''зл = 9,0.
Концентрация золовых частиц в потоке газа (определена ранее)
μзл = 0,002.
Степень черноты запыленного газового потока
а = 1 - е-kгkзлРпμзлSэф,
а' = 1 - е-23,30·9,0·0,002·0,023·0,177
= 0,002,а'' = 1 - е-23,18·9,0·0,002·0,023·0,177
= 0,002.
Коэффициент теплоотдачи излучением при сжигании каменного угля
ал = 5,67·10-8 (аст + 1) аТ3/2,
где аст - степень черноты стенки, принимается
([1] с.42)
аст = 0,82;
а'л = 5,67·10-8· (0,82 + 1) ·0
· 5433 · /2 = 0,02 Вт/ (м2·К);
а''л = 5,67·10-8· (0,82 + 1) ·0
· 5433 · /2 = 0,02 Вт/ (м2·К).
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
α1 = ω (αк + αл),
α'1 = 0,90· (94,18 + 0,02) = 84,78 Вт/ (м2·К)
α''1 = 0,90· (94,87 + 0,02) = 85,40 Вт/ (м2·К).
Коэффициент теплопередачи
К = α1/ (1 + α1ε),
К' = 84,78/ (1 + 84,78 · 0,0043) = 62,13 Вт/ (м2·К),
К'' = 85,40/ (1 + 85,40 · 0,0043) = 62,46 Вт/ (м2·К).
Средний температурный напор
Δt = ,
Δt' = = 179ºС;
Δt'' = = 214ºС.
Площадь нагрева конвективного пучка (из технической характеристики
котла)
Нк1 = 418 м2.
Тепловосприятие поверхности нагрева конвективного пучка
к =
КНк∆t; 'к = 62,13 · 418 · 179/1000
= 4649 кДж/кг;''к = 62,46 · 418 · 214/1000 = 5587 кДж/кг.
По принятым двум значениям температуры
t'1
= 220ºC;
t''1
= 240ºC
и полученным значениям
'б1 = 5343 кДж/кг;''б1 = 5174 кДж/кг;'к1
= 4649 кДж/кг;''к1 = 5587 кДж/кг
производим графическую интерполяцию для определения температуры
продуктов сгорания после конвективной поверхности нагрева. Для графической
интерполяции строим график (рис.3.2) зависимости Q = f (t).
Рис.3.2 - График зависимости Q = f (t)
Точка пересечения прямых укажет температуру tр
газов, выходящих после конвективной поверхности:
tк = 232ºС.
Количество теплоты, воспринятое поверхность нагревак1 =
5210 кВт.
Энтальпия газов при этой температуре
Iк1 = 2452 кДж/кг.
3.4 Расчет
экономайзера
Энтальпия питательной воды на входе в экономайзер
iхв = 377 кДж/кг.
Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера
iгв = 719 кДж/кг.
Коэффициент сохранения теплоты (найден ранее)
φ = 1,00.
Количество тепла, отданное уходящими газами в экономайзере
эк = D (iгв - iхв);
Qэк = 6.94∙ (719 - 377) = 2373 кДж.
Энтальпия уходящих газов за экономайзеромух = Iк
- Qэк/Вр,ух = 2452 - 2373/0,77 = 103 кДж/кг.
Температура уходящих газов за экономайзером
tух = 10ºС.
4.
Окончательный тепловой баланс
После выполнения теплового расчета устанавливается
окончательный тепловой баланс, целью которого является определение достигнутой
паропроизводительности при заданном расходе топлива и коэффициента полезного
действия котла.
Располагаемое тепло
Q = 22674 кДж/м3.
Расход топлива
В = 0,77 кг/с.
Количество тепла, переданного в топкепт = 10425 кВт.
Количество тепла, переданное в парообразующем конвективном пучкек
= 5210 кВт.
Количество тепла, переданное в экономайзереэк = 2373 кВт.
Полное количество тепла, переданное воде в котле
1 =
Qпт + Qк + Qэк,1 = 10425 + 5210 +
2373 = 18008 кВт.
Энтальпия питательной воды
iп. в = 377 кДж/кг.
Энтальпия влажного пара
iх
= 2695 кДж/кг.
Полная (максимальная) паропроизводительность котла
= Q1/ (iх - iп. в);
= 18008/ (2695 - 377) = 7,77 кг/с.
Коэффициент полезного действия котла
η = 100∙Q1/ (ВрQ);
η = 100 · 18008/ (0,77 · 22674) =
100%.
Невязка баланса:
в тепловых единицах
ΔQ = QηBp - Q1 (100 - q4) /100;
ΔQ = 22673 · 1,00 · 0,77 - 18008·
(100 - 0,5) /100 = 65 кДж;
в процентах
δQ = 100∆Q/Q,
δQ = 100 · 65/22674 = 0,29% < 0,5%.
Расчет можно считать законченным.
Библиографический
список
1. Томский
Г.И. Тепловой расчет стационарного котла. Мурманск. 2009. - 51 с.
2. Томский
Г.И. Топливо для стационарных паровых и водогрейных котлов. Мурманск. 2007. -
55 с.
. Эстеркин
Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Л.:
Энергоатомиздат. 1989. - 280 с.
. Эстеркин
Р.И. Промышленные котельные установки. Л.: Энергоатомиздат. 1985. - 400 с.