Реконструкция котла Е 25-М с переводом на мазут сернистый

Реконструкция котла Е 25-М с переводом на мазут сернистый

Федеральное Агентство по Образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

КГТУ

Кафедра: «ТЭС»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

НА ТЕМУ:

Реконструкция котла Е 25-М с переводом на мазут сернистый

Пояснительная записка

Выполнил: ст-т гр. 73-2

Шергин Е.С.

Проверил:

Криволуцкий Д.Е.

Красноярск 2005

Задание на проектирование

Произвести тепловой расчет котельного агрегата Е-25М со следующими параметрами

Оглавление

1. Объем и энтальпия продуктов сгорания воздуха

.1 Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при α=1

1.2 Действительные объемы продуктов сгорании по газоходам при αср>1 для всех видов топлива

.3 Энтальпия продуктов сгорания по газоходам

. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия (к.п.д) и расход топлива котельного агрегата

. Тепловой расчет топочной камеры

. Расчет конвективных поверхностей нагрева

.1 Расчет фестона

.2. Расчет пароперегревателя

.3 Расчет котельного пучка

. Расчет воздухоподогревателя

. Расчет водяного экономайзера

. Составление прямого баланса

. Литература

1.ОББЕМ И ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА

В учебном проекте все теоретические объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания при α=1 подсчитывают для рабочей массы топлива.

1.1 Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при α=1

Необходимый для расчета элементарный состав топлива выбирается из табл. 1,2[5].

Для жидкого топлива (нм3/кг)

Теоретический объем азота (нм3/кг)

Объем трехатомных газов

Теоретический объем водяных паров (нм3/кг)

1.2 Действительные объемы продуктов сгорании по газоходам при αср>1 для всех видов топлива

Объем сухих газов (нм3/кг)

Т:

ПП:

КП:

ВП:

ВЭ:

Объем водяных газов (нм3/кг)

Т:

ПП:

КП:

ВП:

ВЭ:

Полный объем дымовых газов (нм3/кг)

Т:

ПП:

КП:

ВП:

ВЭ:

Объемные доли трехатомных газов и водяных паров

, ,

Т: ; ;

ПП: ;

КП: ; ;

ВП: ; ;

ВЭ:  .

Суммарная объемная доля

,

Т:      ;

ПП:   ;

КП:   ;

ВП:   ;

ВЭ:  

Масса дымовых газов

Т:     

ПП:  

КП:  

ВП:  

ВЭ:

Объемы рассчитанных газов, их масса, концентрация золы дымовых газов для различных участков газоходов заносятся в табл. 1 [5].

Таблица 1

Объемы газов, объемные доли трехатомных газов.

.3 Энтальпия продуктов сгорания по газоходам

Таблица 3. Энтальпия продуктов сгорания

2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД) И РАСХОД ТОПЛИВА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Тепловой баланс составляется в расчете на 1кг сжигаемого топлива. Он определяет равенство между количеством тепла, поступившим в котлоагрегат , и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q1, Q3, Q4, Q5, Q6.

Общее уравнение теплового баланса в абсолютных величинах (ккал/кг):

или в относительных величинах (процентах):

На основании теплового баланса определяется КПД котлоагрегата брутто  в %, расход (кг/ч, нм3/ч)топлива В и Вр.

Располагаемое тепло  при сжигании мазута распыляемого паровыми или паромеханическими форсунками (ккал/кг)

где , ккал/кг - физическое тепло мазута, подогреваемого перед распылением до , ккал/кг○С; - тепло вносимое в агрегат с паровым дутьем, ккал/кг.

Потеря тепла с уходящими газами, %, зависит от заданной температуры уходящих газов из котлоагрегата и определяется по формуле:

где Iух - энтальпия уходящих газов, ккал/кг, определяется по температуре уходящих газов по табл. 3; - энтальпия холодного воздуха при заданной температуре tхв и определяется по табл. 3.

Потери тепла от химического недожога q3 и механического недожога q4 определяется по табл. 3,4 для данных типа топки и топлива.

Потеря тепла в окружающую среду q5 зависит от производительности котлоагрегата и принимается по номограмме 15 [5].

Коэффициент сохранения тепла

Сумма потерь тепла в котельном агрегате (%)

Σqi=6.07+05+0+1.2+0=7.77

КПД котлоагрегата брутто определяется по обратному балансу:

Полезно использованное тепло котельного агрегата (ккал/кг):

Принимаем P=22 атм, tнас=216.3 0С, i”=746 ккал/кг, iпв=110,3 ккал/кг,

где D - заданная паропроизводительность (кг/ч) котлоагрегата по пару (перегретый или насыщенный);

 - количество продувочной воды (кг/ч);

iпр=iн - энтальпия продувочной воды, принимается равной температуре насыщения при давлении в барабане котла, ккал/кг;",iпв - энтальпия перегретого пара и питательной воды на входе в барабан котла или водяной экономайзер при заданном абсолютном давлении, температурах пара и питательной воды (ккал/кг).

Полный расход топлива (кг/ч; нм3/ч).

Для мазута расчетный расход топлива (кг/ч) равен полному расходу топлива Вр=В.

. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

Для расчета топки зададимся температурой газов на выходе

Полная поверхность стен топки Fст вычисляется суммированием всех боковых поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры и камеры сгорания.

м2;

 м2;

м2;

м2;

 м2.

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Нл (м2) рассчитывается по формуле

 м2,

 м2.

где FплX - лучевоспринимающая поверхность экранов стены, м2; Fпл=bl - площадь стены, занятой экранами. Определяется как произведение расстояния между осями крайних труб данного экрана b (м), на освещенную длину экранных труб l (м). Величина l определяется в соответствии со схемами рис.1 [5].

При определении Fпл исключаются не защищенные трубами участки стен, в том числе площадь горелок и сопл.- угловой коэффициент облучения экрана, зависящий от относительного шага экранных труб S/d и расстояния от оси экранных труб до стенки          топки (номограмма 1 [5]).

Принимаем Х=0,94 при S/d=90/60=1,5

Степень экранирования камерной топки

Эффективная толщина излучающего слоя топки (м)

Передача тепла в топке от продуктов сгорания к рабочему телу происходит в основном за счет излучения газов. Целью расчета теплообмена в топке является определение температуры газов на выходе из топки  по номограмме 6. При этом необходимо предварительно определить следующие величины:

Параметр М зависит от относительного положения максимальной температуры пламени по высоте топки Хт.

Для камерных топок при горизонтальном расположении осей горелок и верхнем отводе газов из топки:

где hг - высота расположения осей горелок от пода топки или от середины холодной воронки; hт- общая высота топки от пода или середины холодной воронки до середины выходного окна топки или ширм при полном заполнении ими верхней части топки, (рис.2 [5]).

При сжигании газа и мазута

При камерном сжигании твердых топлив максимальное значение М принимается не более 0,5 независимо от Хт.

Эффективная степень черноты факела aф зависит от рода топлива и условий его сжигания.

При сжигании газообразного и жидкого топлив эффективная степень черноты факела

где m - коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объема; qV - удельное тепловыделение на единицу объема топочной камеры.

Для камерных топок при qV≤350∙103 ккал/м3ч:=0,55 для жидкого топлива;

В промежуточных значениях qV величина m определяется линейной интерполяцией.

aсв, aг - степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами. Величины aсв и aг определяются по формулам

где е - основание натуральных логарифмов; Кг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется по номограмме 3[5] с учетом температуры на выходе из топки, способа размола и вида сжигания;

- суммарная объемная доля трехатомных газов (определяется по табл.7 [5]).

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами (1/м2кгс/см2)

Р - давление в топке, кгс/см2; для котлов без наддува Р=1 кг/см2;- эффективная толщина излучающего слоя, м.

.

Коэффициент ослабления лучей топочной средой (1/м кгс/см2) рассчитывается по формуле

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами Кг определяется по номограмме 3[5] с учетом температуры на выходе из топки . Кг=1,05

Тепловыделение в топке на 1 м2 ограждающих ее поверхностей нагрева (ккал/м2ч)

Полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива

где Qв - тепло (ккал/кг), вносимое воздухом в топку (при наличии воздухоподогревателя);

Принимаем , tгор. в-ха=250○С.

.

где ∆αт - величина присоса в топке;

∆αпп - величина присоса в пылеприготовительной системе (выбирается по табл. 5,6 [5]).

Энтальпии теоретически необходимого количества воздуха J0в в при температуре за воздухоподогревателем (предварительно принятой) и холодного воздуха J0х.в принимают по табл. 8 [5].

Температура горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя при камерном сжигании твердых топлив, газа и мазута - по табл. 15 [5].

Теоретическую температуру горения  определяют по табл.8 [5] по найденному значению QТ.Т=10341.4 ккал/кг, задаемся

Коэффициент тепловой эффективности экранов

где X - степень экранирования топки (определена в конструктивных характеристиках); ξ - условный коэффициент загрязнения экранов, принимается по табл.6.2.

Таблица 6.2.Условный коэффициент загрязнения экранов ξ

Определив М, аф, Bp∙QТ/Fст, , Ψ, находят температуру газов на выходе из топки  по номограмме 6 [5].

Если найденное значение  отличается от предварительно принятого значения более, чем на ±100°С, следует повторить расчет, приняв новое значение  и уточнить аф.

При расхождениях в значениях  менее чем на 100°С определенную по номограмме температуру газов на выходе из топки принимают как окончательную.

Тепло, переданное в топке излучением, (ккал/кг)

,

где φ - коэффициент сохранения тепла (из теплового баланса).

Энтальпию газов на выходе из топки  находят по табл.3 при αт и . ккал/кг

Видимое тепловое напряжение топочного объема (ккал/м3ч)

Величина qV не должна превышать значения, рекомендуемого для данного типа топочного устройства (табл.3, 4 [5]). По таблице qV=250∙103

Значения  и qV находятся в допустимых пределах.

4. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

4.1 Расчет фестона

Из расчета топочной камеры t’=1098 0C; I’=5041.5

Полная физическая поверхность нагрева (м2) фестона

где d - наружный диаметр труб, м; z1 - число труб в ряду; z2 - число рядов труб (по ходу газов); l - длина одной трубы в соответственном ряду, м.

При выполнении поверочного расчета фестона определяют температуру газов за ними и количество тепла, отданного газами в пучке (ккал/кг).

Основными уравнениями при расчете теплообмена в газоходах являются:

а) уравнение теплового баланса

) при  2) при

I/(1098)=5041.5 ккал/кг I/(1098)=5041.5 ккал/кг//(1048)=4797.9 ккал/кг I//(998)=4545.9 ккал/кг

где φ - коэффициент сохранения тепла (определен в тепловом балансе); J, J"- энтальпии газов на входе в поверхность нагрева и выходе из неё, ккал/кг; ∆α- величина присоса воздуха в пучке (табл.5 [5]); J0х.в - энтальпия холодного воздуха, ккал/кг;

) 2)

)  2)

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока (м3/с)

1)  

)

Площадь живого сечения для прохода газов Fг определяется как разность между площадью сечения газохода в месте расположения пучка и площадью, занятой трубами (м2):

где а и b - поперечные размеры газохода в свету, м; zx - число труб в ряду, шт.; d, l - диаметр (наружный) и длина труб в ряду, м.

Расчетная скорость дымовых газов (м/с)

)  2)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб котельного пучка, (ккал/м2ч0С)

где Cz - поправка на число рядов труб по ходу газов;

Cф - поправка на парциальное давление водяных паров;

Сs- поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется в зависимости от относительного поперечного и продольного шагов труб (номограмма 7 [5]).

)  2)

;

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением ад предварительно находят эффективную толщину излучающего слоя (м)

Суммарная толщина запыленного газового потока:

)  2)

)  2)

Пользуясь полученным произведением K∙PП∙S, по номограмме 2[5] находят степень черноты продуктов сгорания а.

) а=0,165 2) а=0,166

По номограмме 11 [5] находят значение αн, поправку Сг и подсчитывают коэффициент теплоотдачи излучением:

для незапыленного потока (ккал/м2ч°С)

1) αн=165 ккал/м2ч0С; Сг=0,9975 2) αн=160 ккал/м2ч0С; Сг=0,997

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2ч°С)

где αк- коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/м ч°С; αл- коэффициент теплоотдачи излучением, ккал/м2ч°С;

)  2)

Коэффициент теплопередачи для гладкотрубных (шахматных и коридорных) пучков и экономайзеров при сжигании газа и мазута, а также для коридорных пучков и экономайзеров при сжигании твердых топлив, определяется по формуле

где ψ - коэффициент тепловой эффективности, выбирается по табл.12,13[5].

)  2)

Лучевоспринимающая поверхность нагрева (м2) фестона

где а, hср - ширина и высота площади пучка, на которую падает излучение из топки, м (рис 3[5]); х/ - угловой коэффициент пучка

где х1, х2,..., хn - угловые коэффициенты отдельных рядов труб.

Для однорядного фестона угловой коэффициент определяется по номограмме 1а [5, кривая 5]. Для фестонов с большим числом рядов по номограмме 1 г [5].

Расчетная поверхность (м2)

Температура стенки труб принимается равной температуре наружного слоя золовых отложений, осевших на трубах (°С):

где tcp=tн - средняя температура среды (температура насыщения при давлении в барабане),°С.

Для фестонов, расположенных на выходе из топки, ∆t=800C.

б) уравнение теплопередачи

1)

)

)  

)

Находим температуру

Проверим правильность значения температуры газов

I/(1048)=4885 ккал/кг I//(10143)=4613,5 ккал/кг

0С

0С

0С

ккал/кг

Полученное по уравнению теплообмена значение QT отличается от определенного по уравнению баланса Qб более чем на 2%, расчет поверхности заканчивается. Окончательными принимаются температура, энтальпия вошедшие в уравнение баланса.

сгорание топливо водяной экономайзер

4.2 Расчет пароперегревателя

Из расчета фестона, принимаем t'=1043 0C, I'=4789ккал/кг

Для расчета пароперегревателя принимаем мм, мм, мм, мм,

шт

Поверхность нагрева пароперегревателя принимаем (м2)

Живое сечение для прохода пара (м2):

где dвн - внутренний диаметр трубы, м.

Скорость пара (м/с):

где Д - паропроизводительность котлоагрегата, кг/ч; - плотность пара при средней температуре, кг/м3; f - живое сечение для прохода пара, м2.

0С;  кг/м3

Живое сечение для прохода дымовых газов (м2):

где а,b - размеры газохода в расчетном сечении, м; l1 - высота петли змеевика, м.

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока (м3/с):

где Вр - расчетный расход топлива, кг/ч; VГ - объем газов на 1 кг топлива рассчитываемого газохода при средней температуре дымовых газов (табл.7 [5]).

0С

Расчетная скорость дымовых газов (м/с):

Энтальпия влажного пара (ккал/кг):

где i// - энтальпия сухого насыщенного пара, ккал/кг

r - теплота парообразования воды, ккал/кг.

Тепловосприятие пароперегревателя по балансу (ккал/кг):

где Д - заданная паропроизводительность котла, кг/ч, Qппл - тепло, полученное прямым излучением из топки (учитывается, если перед пароперегревателем по ходу дымовых газов расположен фестон или котельный пучок).

где - тепловая нагрузка экранов топочной камеры, ккал/м ч;

Нл - лучевоспринимающая поверхность топки, м2; Нлв - лучевоспринимающая поверхность пучка труб на выходе из топки, м2; х - угловой коэффициент этого пучка (посчитано в фестоне); у - коэффициент неравномерности распределения тепла в топочной камере.

При наличии пароохладителя расчет пароперегревателя ведется с учетом его включения. Пароохладитель рассчитывается на съем тепла ∆iпо=25÷30 ккал/кг пара при номинальной нагрузке. Тогда энтальпия на входе в пароперегреватель

где i//x - энтальпия пара на выходе из барабана котла, ккал/кг

Энтальпия газов на выходе из пароперегревателя (ккал/кг)

где I"- энтальпия газов на входе в пароперегреватель, ккал/кг; φ - коэффициент сохранения тепла; ∆αпп - присосы воздуха на участке пароперегревателя; I°х.в - энтальпия холодного воздуха.

По табл. 8 [5] находят температуру газов на выходе из пароперегревателя , соответствующую I".  0C

По известным температурам газов и пара на входе и выходе и принятой схеме движения потоков находят среднюю логарифмическую разность температур для противоточной схемы: для прямоточной схемы:

где ∆tб- разность температур сред в том конце поверхности нагрева, где она больше, °С; ∆tм- разность температур на другом конце поверхности нагрева.

Средняя разность температур для совмещенной схемы (○С):

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением ад предварительно находят эффективную толщину излучающего слоя (м)

Суммарная толщина запыленного газового потока:

Для котлов без наддува Р=1 атм.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами КГ определяется по номограмме 3 [5] в зависимости от парциального давления водяных паров в рассматриваемом газоходе (табл.7[5]), средней температуры дымовых газов  и произведения PПS (РП- парциальное давление водяных паров находится по табл.7[5]).

КГ=2,6 1/м∙кгс/см2

Пользуясь полученным произведением K∙PП∙S, по номограмме 2[5] находят степень черноты продуктов сгорания а.

а=0,14

По номограмме 11 [5] находят значение αн, поправку Сг и подсчитывают коэффициент теплоотдачи излучением: αн=135 ккал/м2ч0С; Сг=0,98

для незапыленного потока (ккал/м2ч°С)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пароперегревателя (ккал/м2ч°С)

где Cz - поправка на число рядов труб по ходу газов; Сф - поправка на парциальное давление водяных паров; Cs - поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется в зависимости от относительного поперечного и продольного шагов труб (номограмма 7 [5]). Сz=0,9; Сф=0,98; Сs=1; αн=47,5.

;

где S1 - поперечный шаг труб, S2 - продольный шаг труб, м;

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2ч°С)

где αк- коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/м ч°С; αл- коэффициент теплоотдачи излучением, ккал/м2ч°С;

Коэффициент теплопередачи перегревателей с коридорным пучком при сжигании любых топлив, а также с шахматным пучком, при сжигании газа и мазута (ккал/м2 ч°С)

где ψ - коэффициент тепловой эффективности (выбирается по табл. 12, 13 [5]); α2 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару (номограмма 10 [5]);

Для коридорных и шахматных перегревателей при сжигании жидкого топлива ε=0,003; для коридорных перегревателей при сжигании твердых топлив ε=0,005; при сжигании природных газов ε=0.

Температуру стенки перегревателей tст принимают равной средней температуре наружного слоя осевших на трубе золовых отложений (°С):

где ε - коэффициент загрязнения, ккал/м2ч°С; α2 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару, ккал/м2ч°С; Нпп - предварительно принятая поверхность пароперегревателя, м2; tcp- средняя температура пара, °С.

По найденным значениям Qб, К, ∆tср определяют расчетную поверхность нагрева пароперегревателя (м2) по формуле

Нпп не находиться в допустимых пределах по отношению к предварительно принятой величине.

Принимаем Нпп=166,23

0С

По номограмме 11 [5] находят значение αн, поправку Сг и подсчитывают коэффициент теплоотдачи излучением: αн=128 ккал/м2ч0С; Сг=0,975

для незапыленного потока (ккал/м2ч°С)

 ккал/м2ч0С

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2ч°С)

 ккал/м2ч0С

Коэффициент теплопередачи перегревателей с шахматным пучком, при сжигании газа и мазута (ккал/м2 ч°С)

 ккал/м2ч 0С

По найденным значениям Qб, К, ∆tср определяют расчетную поверхность нагрева пароперегревателя (м2) по формуле

м2

Нпп находиться в допустимых пределах по отношению к предварительно принятой величине

Далее определяют конструктивные размеры пароперегревателя. Принимается количество параллельных труб Z1 . Их число можно вычислить отношением ширины газохода b на выбранный поперечный шаг труб S1 (шт.) по формуле

Затем находим длину (м) одной трубы (змеевика) по выражению

где d - средний наружный диаметр труб пароперегревателя, м.

Число рядов труб по ходу газов Z2 (шт) рассчитывают, взяв из чертежа среднюю высоту змеевиков пароперегревателя h, по формуле

Выбрав продольный шаг труб S2, определяют длину пакета пароперегревателя (м):

4.3 Расчет котельного пучка

Из расчета пароперегревателя t'=682,8 0C; I'=3062,77 ккал/кг

Для расчета котельного пучка принимаем dн=60 мм; S1=110 мм;

S2=100 мм; tн=197,4 0C; z2=16 шт.

Поверхность нагрева (м2) котельного пучка

где d - наружный диаметр труб, м; z1 - число труб в ряду; z2 - число рядов труб (по ходу газов); l - длина одной трубы в соответственном ряду, м.

 м2

 м2

 м2

 м2

 м2

 м2

 м2

 м2

 м2

При выполнении поверочного расчета котельного пучка определяют температуру газов за ними и количество тепла, отданного газами в пучке (ккал/кг).

Основными уравнениями при расчете теплообмена в газоходах являются:

а) уравнение теплового баланса:

где φ - коэффициент сохранения тепла (определен в тепловом балансе); J, J"- энтальпии газов на входе в поверхность нагрева и выходе из неё, ккал/кг(нм3); ∆α- величина присоса воздуха в пучке (табл.5 [5]); J0х.в - энтальпия холодного воздуха, ккал/кг;

) при  2) при

I/(682,8)=3062,77 ккал/кг I/(682,8)=3062,77 ккал/кг

I//(582,8)=2721,06 ккал/кг I//(482,8)=2226,9 ккал/кг

1) 2)

Средняя температура газового потока (0С):

) 2)

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока (м3/с)

)

)

Площадь живого сечения для прохода газов Fкп определяется как разность между площадью сечения газохода в месте расположения пучка и площадью, занятой трубами (м2):

где а и b - поперечные размеры газохода в свету, м; z1 - число труб в ряду, шт.; d, l - диаметр (наружный) и длина труб в ряду, м.

Расчетная скорость дымовых газов (м/с)

)  2)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб котельного пучка, (ккал/м2ч0С)

где Cz - поправка на число рядов труб по ходу газов;

Cф - поправка на парциальное давление водяных паров;

Сs- поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется в зависимости от относительного поперечного и продольного шагов труб (номограмма 7 [5]).

)  2)

;

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением предварительно находят эффективную толщину излучающего слоя (м)

Суммарная толщина запыленного газового потока:

)  2)

)  2)

Пользуясь полученным произведением K∙PП∙S, по номограмме 2[5] находят степень черноты продуктов сгорания а.

) а=0,11 2) а=0,11

По номограмме 11 [5] находят значение αн, поправку Сг и подсчитывают коэффициент теплоотдачи излучением:

для незапыленного потока (ккал/м2ч°С)

1) αн=69 ккал/м2ч0С; Сг=0,98 2) αн=60 ккал/м2ч0С; Сг=0,96

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2ч°С)

где αк- коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/м ч°С; αл- коэффициент теплоотдачи излучением, ккал/м2ч°С;

)  2)

Коэффициент теплопередачи с шахматных пучков при сжигании газообразного топлива

где ψ - коэффициент тепловой эффективности, выбирается по табл.12,13[5].

)  2)

Лучевоспринимающая поверхность нагрева (м2) котельного пучка

Расчетная поверхность (м2)

Температура стенки труб принимается равной температуре наружного слоя золовых отложений, осевших на трубах (°С):

где tcp=tн - средняя температура среды (температура насыщения при давлении в барабане),°С.

Для котельных пучков малой мощности при температуре газов на входе в поверхность °С ∆t=60°C.

б) уравнение теплопередачи (ккал/кг)

)  

)

)

)

Находим температуру

Проверим правильность значения температуры газов

I/(682,8)=3064,77 ккал/кг I//(430)=1970,3 ккал/кг

Средняя температура газового потока, ()

ккал/кг

Полученное по уравнению теплообмена значение QT не отличается от определенного по уравнению баланса Qб более чем на 2%, расчет поверхности заканчивается. Окончательными принимаются температура, энтальпия вошедшие в уравнение баланса.

5. РАСЧЕТ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

В результате конструктивного расчета необходимо найти температуру газов на входе в воздухоподогреватель и его расчетную поверхность, обеспечивающую подогрев воздуха до принятой температуры.

Из предыдущих расчетов t'=400 0C; I'=1789 ккал/кг; Iг.в=834 ккал/кг; Ixол.в=132 ккал/кг

Количество тепла, воспринимаемого воздухом в воздухоподогревателе (ккал/кг)

где β"гв - отношение количества воздуха на выходе из воздухоподогревателя к теоретически необходимому,

,

где αт - принятый коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

∆αст,∆αпп - присосы воздуха в топке и системе пылеприготовления (табл. 5,6[5]);

I0гв, I0хол.в - энтальпии горячего и холодного воздуха, теоретически необходимого для сгорания топлива при соответственных температурах на выходе и на входе воздуха в воздухоподогреватель, ккал/кг.

Из уравнения теплового баланса по газовой стороне и найденной величине Qвп находят энтальпию газов на входе в воздухоподогреватель (ккал/кг)

; t=226 0С

Значение I0пр определяется по табл. 8[5] при температуре присосанного воздуха (0С)

; I0пр=548 ккал/кг

где tхол.в, tг.в - температура холодного и горячего воздуха на входе и на выходе из воздухоподогревателя.

Принимаем диаметр труб 40 мм., скорости газов Wг принимаются 11 м/с, а скорости воздуха Wв=5 м/с, при относительном поперечном шаге труб S1/d =1,2 и продольном S2/d =1,05. S1=48; S2=42

Для принятой скорости газов рассчитывают живое сечение для прохода газов (м2) по формуле

где Vг - объем газов при αвп (табл.7[5]); Вр - расчетный расход топлива, кг/ч.

Температура газового потока (0С)

По принятым значениям наружного диаметра труб d, относительного поперечного шага S1\d, скоростей газов Wг и воздуха Wв находят число труб по ширине шахты (шт):

Полное число труб воздухоподогревателя (шт )

где Vг - объем газов при αвп, нм3/кг; Вр - расчетный расход топлива, кг/с. Затем определяется число рядов труб (шт ) по глубине конвективной шахты (по ходу воздуха) по формуле

Глубина шахты (м)

Температурный напор (°С) в трубчатых воздухоподогревателях с перекрестным током газов и воздуха при числе ходов воздуха не более четырех (предварительно число ходов принимается с последующим уточнением) определяется по формуле

где ψ - коэффициент перехода от противоточной схемы к сложной (определяется по номограмме 13[5]); ∆tпрот - средняя разность температур для случая противотока.

Для определения ψ предварительно вычисляют безразмерные параметры

 и

где ' и t' - температура греющей и нагреваемой сред на входе в воздухоподогреватель,°С; τб - перепад температур той среды, у которой он больше, °С; τм - перепад второй среды, °С.

0С

0С

Далее определяется коэффициент теплопередачи по формуле

где α1 - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2 ч°С), определяется по номограмме 9[5] (продольное омывание); α1=28 при Wг=11 м/с

α2 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху (шахматное расположение), ккал/м2 ч °С (номограмма 8[5]); α2=49 при Wв=5

ξ - коэффициент использования воздухоподогревателя, учитывающий совместное влияние загрязненных труб, неполноты омывания поверхности газами и воздухом, и перетоков воздуха в трубных решетках, принимается по табл. 8.1.

Таблица 8.1

Температура стенки труб принимается равной полусумме средних значений температур газов и воздуха (°С):

Эквивалентный диаметр труб при продольном омывании (м)

где a, b - поперечные размеры газохода, м; dвн - внутренний диаметр труб, м.

Расчетная поверхность воздухоподогревателя (м2)

Полная высота труб воздухоподогревателя (м)

где , d, dвн - наружный и внутренний диаметры труб, м.

Сечение прохода для воздуха (м2) определяется, исходя из принятой скорости воздуха Wв по формуле

где tср - средняя температура воздуха, °С, Вр - расчетный расход топлива, кг/ч.

Высота (м) проходного сечения для воздуха (высота одного хода)

Число ходов воздуха

6. РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Водяные экономайзеры устанавливаются для снижения температуры уходящих газов и предварительного подогрева питательной воды перед поступлением ее в барабан котла.

Для котельных агрегатов, работающих с давлением до 24 ата, устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из отдельных типовых элементов ребристых труб, соединенных между собой специальными фасонными частями-калачами.

Таблица 9.1 Основные характеристики ребристых труб экономайзера

Дополнительные материалы по конструкции и компоновке чугунных экономайзеров см. в [2,3].

Тепловой расчет водяного экономайзера проводится конструкторским расчетом. Для расчета экономайзера известны энтальпия и температура газов на входе в экономайзер (из расчета пароперегревателя либо кипятильного пучка, расположенных по ходу газов перед водяным экономайзером), а также энтальпия и температура газов на выходе из экономайзера I"вэ и  (из расчета воздухоподогревателя).

Из расчета воздухоподогревателя t=226 0C; I=1032 ккал/кг; I'=755ккал/кг;

Количество тепла (ккал/кг), передаваемого газами в водяном экономайзере,

где φ - коэффициент сохранения тепла; I', I'' - энтальпия газов на входе и выходе из водяного экономайзера, ккал/кг; ∆αвэ - величина присоса воздуха в водяном экономайзере (табл.5[5]).

Расчетное тепловосприятие экономайзера, как замыкающей поверхности пароводяного тракта, можно определить также из уравнения баланса тепла (ккал/кг):

где Qл, Qф, Qпп, Qкп - количество тепла (ккал/кг) сжигаемого топлива, воспринятое лучевоспринимающими поверхностями топки, фестоном, пароперегревателем, котельными пучками.

По величине Qэк находят энтальпию (ккал/кг) и температуру воды на выходе из водяного экономайзера

где i'пв- энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, ккал/кг; Dэк -расход воды через экономайзер, кг/ч.

где D- паропроизводительность котлоагрегата, кг/ч; Dпр - величина непрерывной продувки, кг/ч.

Уточним температуру уходящих газов:

Приняв количество труб в горизонтальном ряду т (m=10) чугунного экономайзера, определяют живое сечение для прохода газов и воды с таким расчетом, чтобы скорость газов была в пределах 6-9 м/с, а скорость воды 0,3 - 1,5 м/с.

Живое сечение для прохода газов (м2)

где fтр - живое сечение для проходов газов одной трубы, м (табл. 9.1).

Средняя скорость газов (м/с)

где Vг - объем газов в водяном экономайзере (табл. 7[5]); - средняя температура газов в экономайзере, 0С.

 0С

Скорость воды в водяном экономайзере (м/с)

где  - удельный объем воды(м3/кг) при средней температуре (определяется по таблицам [4]); fвэ - живое сечение для прохода воды (м2)

Коэффициенты теплопередачи для ребристых экономайзеров ВТИ находят по номограмме 12[5].

 ккал/м2ч0С

Поверхность нагрева водяного экономайзера (м2)

Общее число змеевиков в.э. (шт.) определяется

Количество труб в горизонтальном ряду (шт.)

7. СОСТАВЛЕНИЕ ПРЯМОГО БАЛАНСА

Расчетная невязка теплового баланса (ккал/кг)

где Qл - тепловосприятие поверхностей нагрева в топке, ккал/кг; Qф - тепловосприятие фестона, ккал/кг; Qпп - тепловосприятие пароперегревателя, ккал/кг; ΣQкп - сумма тепловосприятий всех конвективных испарительных поверхностей нагрева, ккал/кг; Qвэ - тепловосприятие водяного экономайзера, ккал/кг.

ккал/кг

Относительная величина невязки

не превышет 0,5 % .

8. ЛИТЕРАТУРА

1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод)/ Под ред. Н.В. Кузнецова. М.: Энергия, 1973.

. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парогенератора. М.: Энергия, 1988.

. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. Л.:
Энергия, 1974.

. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплотехнические свойства воды и
водяного пара. М.: Энергия, 1980.

. Справочно-нормативные данные. Метод, указания/ КГТУ. Красноярск, 1999.