|
Поверхность нагрева
|
Температура 0С
|
IВ0
|
IГ0
|
IВИЗБ.
|
IГ0 + IВИЗБ.
|
|
|
кДж/кг
|
|
Топка α т.=1,1
|
2200
|
36111,9
|
42711,684
|
3611,19
|
46322,874
|
|
2000
|
32645,8
|
38568,6
|
3086,2
|
41833,2
|
|
1500
|
23795,73
|
27858,264
|
2379,573
|
30237,837
|
|
1000
|
15292,8
|
17831,7
|
1529,28
|
19360,9
|
|
900
|
13608,15
|
15794,944
|
1360,815
|
17155,759
|
|
К.п. 1 α к.п.(1).=1,15
|
1000
|
15249,6
|
17754,91
|
3812,4
|
21567,31
|
|
700
|
10399,38
|
11964,706
|
2599,845
|
14564,551
|
|
500
|
7264,74
|
8333,522
|
1816,185
|
10149,707
|
|
К.п. 2 α к.п.(2).=1,2
|
600
|
8810,88
|
10120,34
|
2202,72
|
12323,06
|
|
400
|
5750,37
|
6572,528
|
1437,593
|
8010,121
|
|
200
|
2827,53
|
3203,49
|
706,883
|
3910,373
|
|
Экономазер α эк.=1,28
|
300
|
4290,48
|
4884,34
|
1501,67
|
6386,01
|
|
200
|
2827,53
|
3203,49
|
989,635
|
4080,024
|
|
100
|
1408,47
|
1580,286
|
492,964
|
2016,912
|
|
Дымовая труба α тр.=1,282
|
200
|
2827,53
|
3203,49
|
1017,911
|
4221,401
|
|
100
|
1408,47
|
1580,286
|
507,049
|
2087,355
|
По данным таблицы 2 строится график I = f(θ).
4.
Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива
При работе 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
котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Qрр.
Потеря теплоты с уходящими газами
обусловлено тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат,
значительно выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты с уходящими
газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в
уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты внутренних и наружных
поверхностей нагрева (q2).
Потеря теплоты от химической неполноты
сгорания (q3) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов. Потеря
теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа
сжигания в топке, от уровня и распределения температур в топочной камере.
Потеря теплоты от механической неполноты
горения (q4) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлено
наличием в остатках продуктов горения твердых горючих частиц. Остатки в
основном состоят из золы, содержащейся в топливе и твердых горючих частиц, не
вступивших в процесс газификации и горения. Потеря теплоты от механической
неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава,
форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и
конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, а также от зольности топлива.
Потеря теплоты от наружного охлаждения (q5) обусловлено передачей
теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую
температуру. Потери в окружающую среду зависят от теплопроводности обмуровки,
ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности
парового котла.
Коэффициентом полезного действия парового
котла называется отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся
полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть
выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на
собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов
энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают
КПД агрегата брутто и нетто. КПД брутто определяется по выработанной теплоте,
КПД нетто - по отпущенной.
Между теплотой, поступившей в котельный
агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство:
Qрр = Qнс + Qв.вн.
Где: Qнс - низшая теплота сгорания мазута, Qнс =40610 кДж/кг;
Qв.вн - теплота внесенная воздухом, кДж/кг;
Qв.вн.= 39,8
× V° = 39,8 × 10,62 = 421,48 кДж/кг
Qрр = 40610 + 421,48 = 41031,5 кДж/кг
Потери теплоты от механической неполноты
сгорания: q4 = 0%;
Потери теплоты от химической неполноты
сгорания принимаем по таблице 4.4 (1): q3 = 0,5%;
Потери теплоты от внешнего охлаждения
принимаем по таблице 4.6 (1):
q5 = 3,4%;
Потеря теплоты в виде физической теплоты
шлаков и от охлаждения балок и панелей топки q6 = 0%.
Определяем потерю теплоты с уходящими
газами:
q2 = ((Iух - αух × Iх.в0) ×
(100 - q4)) / Qрр
где: Iух - энтальпия уходящих
газов, определяем по табл. 2, при выбранной температуре уходящих газов tух = 150°С, Iух = 3154,378 кДж/кг;
αух - коэффициент избытка воздуха, берется по табл. 1 в сечении
газохода после последней поверхности нагрева, αух =1,36;
Iх.в0 - энтальпия
теоретического объема холодного воздуха, определяется при
tв = 30°С по формуле:
Iх.в0 = 39,8 × V°,
кДж/кг
Iх.в0 = 39,8 × 10,62 = 421,48 кДж/кг
Получаем:
q2 = ((3154,378 - 1,36 × 421,48) × (100 - 0)) / 41031,5 = 6,295%
КПД брутто парового котла определяем по уравнению обратного
баланса (в%):
ηбр = 100 - (q2 + q3+ q4+ q5+ q6)
Подставляя ранее определяемые величины
всевозможных потерь теплоты, получим:
ηбр = 100 - (6,3 + 0,5+ 0+
3,4+ 0) = 89,8%
Расход топлива, подаваемого в топку,
определяем из уравнения теплового баланса:
Впг= (Qпг / (Qрр× ηбр))
×100,
м3/с
где: Qпг - полезная мощность
парового котла, кВт, определяется по формуле:
Qпг = Dпе× (Iп.п. - Iп.в.)+Dн.п.×(Iн.п.-Iп.в.)+0,01×р×(Dпе+Dн.п.)×(Iкип-Iп.в.)
Где: Dпе - расход выработанного
перегретого пара, кг/с, Dпе = 0;
Dн.п - расход
выработанного насыщенного пара, кг/с, Dн.п = 0,694 кг/с;
Iп.п - энтальпия
перегретого пара, кДж/кг; Iп.п = 0;
Iп.в-энтальпия питательной
воды (в экономазере t = 104°С, Р = 12 атм.),
Iп.в = 437 кДж/кг;
Iн.п - энтальпия насыщенного
пара (t
= 194°С), кДж/кг,
Iн.п =2790 кДж/кг;
Iкип - энтальпия кипящей
воды (t
= 194°С), кДж/кг,
Iкип = 829 кДж/кг;
р - непрерывная продувка парового котла,
%, принимаем р = 2% (стр. 53 (1));
Qпг = 0,694×(2790-437)+0,01×2×(0+0,694)×(829-437) =1718,6 кВт
Переведем:
Qпг = 1718,6 × 3,6 = 6187 кДж/ч
Получаем:
Впг= (6187 / (41031,5× 89,8)) ×100 = 0,168 кг/с
Расчетный расход топлива равен:
Вр = Впг = 0,047
кг/с = 604,5 кг/ч
Определяем коэффициент сохранения теплоты,
по формуле:
φ
= 1 - (q5/(ηбр + q5))
где: φ - потери теплоты от
наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, q5= 3,6%;
ηбр - КПД брутто парового
котла, ηбр = 89,98%;
φ
= 1 -
(3,6/(89,8 + 3,4)) = 0,964
5.
Тепловой расчет топки
При проектировании и эксплуатации
котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных
устройств.
Для выполнения поверочного расчета
необходимо знать определенные параметры: объем топочной камеры, степень ее
экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей
нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб,
расстояния между осями труб).
Объем топочной камеры равен: Vт = 10,4 м3;
(таб. 2.7 (1))
Лучевоспринимающая площадь поверхности
нагрева настенных экранов равна: Нл = 16,6 м2; (таб. 2.7
(1))
Полная площадь поверхности стен топки
равна: Fст = 36,4 м2; (таб. 2.7 (1))
Степень экранирования топки, определяется
по формуле:
Χ
= Нл /
Fст
Получаем:
Х = 16,6 / 36,4 = 0,456
Поверочный расчет топок производится в
такой последовательности:
. Предварительно задаемся температурой
продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Тт″ = 950°С,
(Тт″ = 1223 К);
. Для принятой в п. 1 температуры
определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2, Iт″ = 18258,3 кДж/м3;
. Определяем полезное тепловыделение в
топке, кДж/м3, по формуле:
Qт = (Qрр ×((100 - q3 - q4 - q6) / (100 - q4)) + Qв.вн.
где: Qв.вн. - теплота вносимая
воздухом, кДж/м3, определена:
Qв.вн. = 421,48 кДж/кг
Получаем:
Qт = (41031,5 ×((100 - 0,5 - 0 - 0) / (100 - 0)) + 421,48 = 41247,8
кДж/кг
5. Определяем коэффициент тепловой
эффективности экранов, по формуле:
Ψ
= х × ζ
где: х - угловой коэффициент (отношение количества энергии,
посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической
излучающей поверхности). Показывает, какая часть полусферического лучистого
потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит
от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене.
При S =55 мм; d = 51 мм; l=0,5×d
х = 1 (из рис. 5,3 (1))
ζ - коэффициент, который
учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их
загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы, принимается
по табл. 5.1 [1], ζ = 0,55 (для мазута);
Ψ
= 1 × 0,55 = 0,55
5. Определяем эффективную толщину
излучающего слоя, (м):
s = (3,6 × VТ) / FСТ
где: VТ - объем топочной камеры,
по [1] таб. 2.7, VТ = 10,4 м3;
FСТ - поверхность стен
топочной камеры, по [1] таб. 2.7, FСТ = 36,4 м2;
s = (3,6 × 10,4) / 36,4 = 1,028 м
. Определяем коэффициент ослабления лучей.
При сжигании газообразного топлива
коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей
трехатомными газами (kг) и сажистыми частицами (kс):
k = kг× rп + kс, (м × МПа)-1
где: rп - суммарная объемная
доля трехатомных газов, берется из табл. 1,
rп т = 0,246;
Коэффициент ослабления лучей трехатомными
газами (kг) определяется по формуле:
kг = (((7,8 + 16 × rн2о) / (3,16 √ рп×s)) -1)×(1-0,37×(Тт″/1000), (м×МПа)-1
где: рп = rп • р - парциальное
давление трехатомных газов, МПа;
рп = 0,246 • 0,1 =0,0246 МПа;
р - давление в топочной камере
котлоагрегата, принимается р = 0,1 МПа;
rн2о - объемная доля водяных
паров, из табл. 1, rн2о = 0,120;
Тт″ - абсолютная
температура на выходе из топочной камеры, К, Тт″ = 1223 К;
kг = (((7,8 + 16 × 0,120) / (3,16 √
0,0246×1,028)) -1)×(1-0,37×(1223/1000)= 10,1 (м×МПа)-1
Коэффициент ослабления лучей сажистыми
частицами (kс) определяется по формуле:
kс =0,3× (2 - αт)×(1,6 × (Тт″ /1000) - 0,5)×(Ср / Нр), (м ×
МПа)-1
где: Ср, Нр -
содержание углерода и водорода в рабочей массе топлива.
kс =0,3× (2 - 1,1)×(1,6 ×
(1223 /1000) -
0,5)×(84,65 / 11,7) = 2,8 (м × МПа)-1
Получаем:
k = 10,1× 0,246 + 2,8 = 5,3 (м × МПа)-1
7. Определяем степень черноты факела:
аф = m × асв + (1 - m) × аr
где: m - коэффициент,
характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела,
принимается по табл. 5.2 [1], в зависимости от вида топлива и qv (удельная нагрузка
топочного объема), которая рассчитывается по формуле:
qv = (ВР× Qнс) / VТ
где: ВР - расчетный расход
топлива, ВР = 0,168 кг/с
Qнс - низшая теплота
сгорания сухой массы газа, Qнс = 40610 кДж/кг;
VТ - объем топочной камеры,
VТ = 10,4 м3;
qv = (0,168× 40610) / 10,4 = 656 кВт/м3
< 656 <1000 кВт/м3,
поэтому m
= 0,7 (таб. 2,5 при помощи интерполяции);
асв - степень черноты
светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы
факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или
только несветящимися трехатомными газами, значения асв и аr определяются по
формулам:
асв= 1 - е-(kг× rп + kс)×р×s
аr= 1 - е - kг× rп×р×s
Получаем:
асв= 1 - е-(5,3)×0,1×1,028 = 0,4
аr= 1 - е - 10,1× 0,246×0,1×1,028 = 0,23
Степень черноты факела равна:
аф = 0,7 × 0,4 + (1 - 0,7) × 0,23 = 0,35
8. Определяем степень черноты топки по
формуле, для камерных топок при сжигании жидкого топлива:
ат= аф / (аф
+(1-аф) × ψср)
где: ψср - коэффициент тепловой
эффективности экранов, рассчитанный нами
в п. 4, ψср = 0,55
ат= 0,35 / (0,35 + (1 - 0,35) × 0,55) = 0,5
9. Определяем коэффициент М, учитывающий
расположение максимума температур пламени по высоте топки (хт).
При сжигании газа и мазута:
М = 0,54 - 0,2× хт;
Относительное положение максимума
температуры для большинства топлив определяется как отношение высоты размещения
горелок к общей высоте топки
хт = hг / Hт,
где hг - под считывается как
расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок, а Hт - как расстояние от пода
топки или середины холодной воронки до середины выходного окна топки.
хт = 0,65 / 2 = 0,325
М = 0,54 - 0,2× 0,325 = 0,475
. Определяем среднюю суммарную
теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг мазута при нормальных условиях, по
формуле:
Vcср= (Qт - Iт″) / (ТА
- Тт″), кДж/(м × К)
где: Тт″ - температура
(абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К, Тт″
= 950°С = 1223 К;
Iт″ - энтальпия
продуктов сгорания, берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки
температуре, Iт″ = 18258,3 кДж/м3;
Qт - полезное
тепловыделение в топке, Qт = 41247,8 кДж/кг;
ТА - теоретическая (адиабатная)
температура горения, К, определяемая из табл. 2 по значению Qт = 41247,8 кДж/кг,
равному энтальпии продуктов сгорания
IА = 41247,8 кДж/кг, равная
ТА = 1975°С = 2248К;
Vcср= (41247,8 - 18258,3) /
(2248-1223) = 22,4 кДж/(м × К)
11. Определяем действительную температуру на выходе из
топки,°С,
по формуле:
θ «т =(ТА / (М×((5,67× ψср×
FСТ × ат× ТА3)
/ (1011× φ × ВР× Vcср))0,6 + 1)) - 273
Подставляя все выше найденные значения,
получаем:
θ «т =(1975 / (0,475×((5,67× 0,55× 36,4 × 0,5× 19753) / (1011× 0,964 × 0,168× 22,4))0,6 + 1)) - 273 = 923°С
Т.к. расхождение между получаемой температурой (923°С) и
ранее принятой (950°С) на выходе из топки не превышает ±100°С, то расчет
считается оконченным.
6.
Расчет конвективной поверхности нагрева
.1
Расчет конвективных пучков котла
Расчет топочной камеры парового котла
выполняется с целью выявления экономичности и надежности ее работы.
Конвективные поверхности нагрева паровых
котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования
теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы
конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи теплоты
продуктами сгорания воде и пару. Продукты сгорания передают теплоту наружной
поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружных поверхностей
труб к внутренним, теплота передается через стенку теплопроводностью, а от
внутренней поверхности к воде и пару - конвекцией. Таким образом, передача
теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс
называемый теплоотдачей.
Предварительно задается диапазон
температур дымовых газов на выходе из котельного агрегата (два значения).
Для выбранных температур составляем
тепловой баланс конвективных пучков. Расчет теплового баланса кипятильных
пучков объединяют.
Определяют количество теплоты, которое
приносят с собой дымовые газы QБ(приход тепла) и отдают наружные поверхности
труб.
QБ= φ×(I′ - I»+Δα×Iопрс), кДж/кг
Qт - количество теплоты,
которое принимается трубами на процесс парообразования (расход тепла).
Qт = (К×Н×Δt) / ВР, кДж/кг
Строим график и по расчетной температуре
газов выходящих из топки определяем энтальпию.
QБ= Qт
.2
Расчет 1-го конвективного пучка котла
По справочнику выписываем конструктивные
характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности
нагрева, шаг труб и рядов (расстояние между осями труб), диаметр труб, число
труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов
сгорания.
) Площадь поверхности нагрева,
расположенная в рассчитываемом газоходе, м2, равна: Нкп(1) =
34,56 м2;
) Наружный диаметр труб, мм, равен: (d = 51 мм);
) Общее число труб, расположенных в
газоходе, шт., равно: n =120 шт.;
4) Поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению
к потоку), мм, равен: S1= 100 мм;
5) Продольный шаг труб (в продольном
направлении по отношению к потоку), мм, равен: S2 = 100 мм;
) Число труб в ряду поперек хода продуктов
сгорания, шт.,
равно: z1 = 6 шт.;
) Число труб в ряду по ходу продуктов
сгорания, шт.,
равно: z2 = 20 шт.;
) По конструктивным данным подсчитываем
относительный поперечный шаг, равный: σ1= S1 / d = 100 / 51 = 1,96;
Подсчитываем относительный продольный шаг, равный: σ2= S2 / d = 100 / 51 = 1,96;
) Площадь живого сечения для прохода
продуктов сгорания (при поперечном омывании гладких труб), м2: F ж. = 0,405 м2,
. Предварительно принимаем два значения
температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода: θ(1)» = 700°С, θ(2)» = 500°С;
. Определяем теплоту, отданную продуктами
сгорания, кДж/кг, по формуле:
QБ= φ×(I′ - I»+Δα×Iопрс), кДж/кг
Где: φ - коэффициент сохранения
теплоты, равен: φ = 0,964;
I′ - энтальпия
продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, при температуре на выходе из
топки θт»= θк′ = 923°С, по табл. 1,
равна: I′(923)
= 17663 кДж/кг;
I» - энтальпия продуктов
сгорания после поверхности нагрева, при предварительно принятой нами
температуре на выходе из пучка, по табл. 1, равна:
при θК» = 700°С = I» = 14564,55 кДж/кг;
при θК» = 500°С = I» = 10149,7 кДж/кг;
Δα
- присос
воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность
коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее: Δα = 0,05; (из таб. 3.1 (1))
Iопрс - энтальпия присосанного
в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха tВ = 30°С,
равна: Iопрс = 586,56 кДж/кг;
Получаем:
при θК» = 700°С
QБ(1)= 0,964×(17663 - 14564,55 + 0,05
× 586,56) = 3071,7 кДж/кг
при θК» = 500°С
QБ(2)= 0,964×(17663 - 10149,7 + 0,05
× 586,56) = 7327,6 кДж/кг
. Вычисляем расчетную температуру потока
продуктов сгорания в конвективном газоходе, по формуле:
θ
= (θ′ + θ») / 2,оС
где: θ' и θ» - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на
выходе
из нее: θ' = 923°С;
Получаем:
при θ»(1) = 700°С:
θ(1) = (923 + 700) / 2 = 812 оС
при θ»(2) = 500°С:
θ(2) = (923 + 500) / 2 = 712оС
. Определяем температурный напор, по
формуле:
Δt = θ - tк, оС
где: tк - температура
охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения
воды при давлении в котле Р = 13 атм., и равна: tк = 194°С;
θ
- средняя
расчетная температура продуктов сгорания,°С;
Получаем:
при θ»(1) = 700°С:
Δt(1) = 812 - 194 = 618°С;
при θ»(2) = 500°С:
Δt(2) = 712 - 194 = 518°С;
. Подсчитываем среднюю скорость продуктов
сгорания в поверхности нагрева, по формуле:
ωг = (ВР ×Vг× (θ +273)) / (F× 273), м/с
где: ВР - расчетный расход
топлива, кг/с, равен: ВР = 0,168 кг/с;
F - площадь живого сечения
для прохода продуктов сгорания, F = 0,405 м2; (из таб. 2.7 (1))
Vг - объем продуктов
сгорания на 1 кг мазута, по табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка
воздуха, Vг = 12,829 м3/кг;
θ
- средняя
расчетная температура продуктов сгорания,°С;
Получаем:
при θ»(1) = 700°С:
ωг(1) = (0,168 ×12,829× (812 +273)) /
(0,405× 273) = 21,9 м/с
при θ»(2) = 500°С:
ωг(2) = (0,168 ×12,829× (712 +273)) /
(0,405× 273) = 19,9 м/с
. Определяем коэффициент теплоотдачи
конвекцией от продуктов
сгорания к поверхности нагрева, при
поперечном омывании коридорных пучков:
αк = αн × сz × сs × сф
где: αн - коэффициент
теплоотдачи, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании
коридорных пучков, определяется при (d = 51 мм):
при θ»(1) = 700°С:
(ωг(1) = 21,9 м/с) = αн(1) = 109 Вт/(м2 × К);
при θ»(2) = 500°С:
(ωг(2) = 19,9 м/с) = αн(2) = 107 Вт/(м2 × К);
сz - поправка на число
рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется по номограмме рис 6. 1 [1]
при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при z2 = 20 шт.:
при θ»(1) = 700°С:
сz(1) = 0,96;
при θ»(2) = 500°С:
сz(2) = 0,96;
сs - поправка на компоновку пучка, определяется по
номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется
при σ1 = 1,96 и
при σ2 = 1,96:
при θ»(1) = 700°С:
сs(1) =1 при θ»(2) = 500°С:
сs(2) =1;
сф - коэффициент, учитывающий
влияние изменения физических параметров потока, определяется по номограмме рис
6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при rн2о = 0,119:
при θ»(1) = 700°С: (θ(1) = 874°С) = сф(1) = 0,97;
при θ»(2) = 500°С: (θ(2) = 774°С) = сф(2) = 0,99;
Получаем:
при θ»(1) = 700°С:
αк(1) = 108 × 0,96 × 1 × 0,97 = 99,9 Вт/(м2 × К),
при θ»(2) = 500°С:
αк(2) = 105 × 0,96 × 1 × 0,99 = 99,7 Вт/(м2 × К);
. Вычисляем степень черноты газового
потока по номограмме рис. 5,6. При этом необходимо вычислить суммарную
оптическую толщину по формуле:
kps = (kг × rп + kзл ×
μ) × p × s
где: s - толщина излучаемого
слоя для гладкотрубных пучков, рассчитывается по формуле:
s = 0,9 × d × ((4 / π) × ((s1 × s2) / d2) - 1), м
Подставляя значения s1 = 100 мм, s2 = 100 мм, d = 51 мм, получим:
s = 0,9 × 0,051 × ((4 / 3,14) × ((0,1 × 0,1) / 0,0512) - 1) = 0,214 м
μ - концентрация золовых
частиц, для газа: μ = 0; (стр. 75 (1))
kзл - коэффициент ослабления
лучей золовыми частицами, при сжигании газа, kзл = 0;
rп - суммарная объемная
доля трехатомных газов, для соответствующего газохода, берется из табл. 1, rп = 0,24;
kг - коэффициент ослабления
лучей трехатомными газами, определяется по формуле:
kг = ((7,8 + 16 × rн2о) / (3,16
× √ рп× s) - 1) × (1 - 0,37 × (θ» / 1000), (м × МПа)-1
где: рп = rп × р - парциальное давление трехатомных газов, МПа;
рп = 0,24× 0,1 = 0,024 МПа
р - давление в газоходе, для
котлоагрегата, принимается р = 0, 1 МПа;
rн2о - объемная доля водяных
паров, по табл. 1, rн2о = 0,119;
θ» - выбранняя расчетная
температура продуктов сгорания, К
при θ»(1) =700°С: (θ»(1) = 973 К)
kг(1) = ((7,8 + 16 × 0,119) / (3,16 × √
0,024× 0,214) - 1) × (1 - 0,37 × (973 / 1000) = 28,57 (м × МПа)-1
при θ»(2) =500°С: (θ»(2) = 773 К)
kг(2) = ((7,8 + 16 × 0,119) / (3,16 × √
0,024× 0,214) - 1) × (1 - 0,37 × (773 / 1000) = 30,78 (м × МПа)-1
Получаем при θ»(1) =700°С:
Kps(1) = (28,57 × 0,24+ 0 × 0) × 0,1 × 0,214 = 0,14
при θ»(2) =500°С:
Kps(2) = (30,78 × 0,24 + 0 × 0) × 0,1 × 0,214 = 0,15
Вычисляем степень черноты газового потока
по номограмме рис. 5,6.
Получаем:
при θ»(1) =700°С: (Kps(1) = 0,14) - а1 =
0,13
при θ»(2) =500°С: (Kps(2) = 0,15) - а1 =
0,14
. Определяем коэффициент теплоотдачи αл, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных
поверхностях нагрева, Вт/(м2 × К), по формуле, для незапыленного
потока (при сжигании мазута):
αл = αн × а × сг, Вт/(м2
× К)
где: αн - коэффициент
теплоотдачи, определяется по номограмме на рис 6.4 [1], Вт/(м2 × К);
а - степень черноты газового потока;
сг - коэффициент, определяется
по рис 6.4 [1];
Для определения αн и коэффициент сг вычисляем температуру загрязненной
стенки, по формуле:
tз = t + Δt,°С
t - средняя температура
окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения
при t
= 194°С в котле;
Δt - при сжигании жидкого топлива принимается равной 60°С; (стр. 78)
[1];
tз = 194 + 60 = 254°С
Находим αн при tз = 254°С:
при θ»(1) = 700°С (θ(1) = 812°С): αн(1) = 122 Вт/(м2 × К);
при θ»(2) = 500°С (θ(2) = 712°С): αн(2) = 97 Вт/(м2 × К);
Находим сг при tз = 254°С:
при θ»(1) = 700°С (θ(1) = 812°С): сг(1) = 0,98
при θ»(2) = 500°С (θ(2) = 712°С): сг(2) = 0,96
Рассчитываем αл:
при θ»(1) = 700°С:
αл(1) = 122 × 0,13 × 0,98 = 15,5 Вт/(м2 × К)
при θ»(2) = 500°С:
αл(2) = 97 × 0,14 × 0,96 = 13,1 Вт/(м2 × К)
. Подсчитываем суммарный коэффициент
теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2 × К), по формуле:
α(1) = ξ × (αк + αл), Вт/(м2 × К)
где: ξ - коэффициент
использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева
вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного
протекания продуктов сгорания мимо нее и образование застойных зон, для
поперечно омываемых пучков ξ = 1;
Получаем:
при θ»(1) = 700°С:
α(1) = 1 × (99,9 + 15,5) = 115,4 Вт/(м2 × К)
при θ»(2) = 500°С:
α(2) = 1 × (99,7 + 13,1) = 112,8 Вт/(м2 × К)
. Вычисляем коэффициент теплопередачи,
Вт/(м2 × К), по формуле:
К = ψ
× α1
Где: ψ - коэффициент тепловой
эффективности, определяется по табл. 6.2 [1], в зависимости от вида сжигаемого
топлива, ψ = 0,65;
Получаем:
при θ»(1) = 700°С:
К(1) = 0,65 × 115,4 = 75 Вт/(м2
× К)
при θ»(2) = 500°С:
К(2) = 0,65 × 112,8 = 73,3 Вт/(м2
× К)
. Определяем количество теплоты,
воспринятое поверхностью нагрева на 1 кг сжигаемого жидкого топлива, по
формуле:
Qт = (K × H × Δt) / (Bр × 103), кДж/кг;
где: ВР - расчетный расход топлива, кг/с, равен:
Вр = 0,168 кг/с;
Нкп(1) - площадь поверхности
нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе м2, равна: Нкп
= 34,56 м2;
Δt - температурный напор, определяется по формуле:
Δt = (θ′ - θ») / (2,3 × lg (θ′ - tкип) / (θ» - tкип)),°С
где: tкип - температура насыщения
при давлении в паровом котле, равна, tкип =194°С
θ′ - температура на выходе
из топки, θ′ = 923°С;
при θ»(1) = 700°С:
Δt(1) = (923 - 700) / (2,3 × lg (923 - 194) / (700 -
194)) = 619,4°С
при θ»(2) = 500°С:
Δt (2) = (923 - 500) / (2,3 × lg (923 - 194) / (500 -
194)) = 486,2°С
Получаем:
при θ»(1) = 700°С:
Qт(1) = (75 × 34,56 × 619,4) / (0,168× 103) = 9556,5 кДж/кг
при θ»(2) = 500°С:
Qт(2) = (73,3 × 34,56× 486,2) / (0,168 × 103) = 7331,3 кДж/кг
. По принятым двум значениям температуры θ»(1)= 700°С, θ»(2)= 500°С и
полученным двум значениям Qб и Qт производится графическая интерполяция для
определения температуры продуктов после поверхности нагрева. Для этого строим
зависимость Q
= f
(θ») рис. 1.
Точка пересечения прямых укажет
температуру продуктов сгорания θкп», которую следовало бы
принять при расчете.
при θ»(1) = 700°С: Qт(1) = 9556,5 кДж/кг
QБ(1)= 3071,7 кДж/кг
при θ»(2) = 500°С:
Qт(2) = 7331,3 кДж/кг
QБ(2)= 7327,6 кДж/кг
По рис. 1 определяем, что действительная температура
продуктов сгорания после поверхности нагрева равна θкп» = 505°С.
.3
Расчет 2-го конвективного пучка котла
По справочнику выписываем конструктивные
характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности
нагрева, шаг труб и рядов (расстояние между осями труб), диаметр труб, число
труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов
сгорания.
) Площадь поверхности нагрева, расположенная
в рассчитываемом газоходе, м2, равна: Нкп(2) = 23,04 м2;
) Наружный диаметр труб, мм, равен: (d = 51 мм);
) Общее число труб, расположенных в
газоходе, шт., равно: n =80 шт.;
4) Поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению
к потоку), мм, равен: S1= 100 мм;
5) Продольный шаг труб (в продольном
направлении по отношению к потоку), мм, равен: S2 = 100 мм;
) Число труб в ряду поперек хода продуктов
сгорания, шт.,
равно: z1 = 4 шт.;
) Число труб в ряду по ходу продуктов
сгорания, шт.,
равно: z2 = 20 шт.;
) По конструктивным данным подсчитываем
относительный поперечный шаг, равный: σ1= S1 / d = 100 / 51 = 1,96;
Подсчитываем относительный продольный шаг, равный: σ2= S2 / d = 100 / 51 = 1,96;
) Площадь живого сечения для прохода
продуктов сгорания (при поперечном омывании гладких труб), м2: F = 0,405 м2,
. Предварительно принимаем два значения
температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода: θ(1)» = 400°С, θ(2)» = 200°С;
. Определяем теплоту, отданную продуктами
сгорания, кДж/кг, по формуле:
QБ= φ×(I′ - I»+Δα×Iопрс), кДж/кг
Где: φ - коэффициент сохранения
теплоты, равен: φ = 0,96;
I′ - энтальпия
продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, при температуре на выходе из
топки θкп(1)«= θкп(2)′ = 498°С, по табл. 1,
равна:
I′(500) =
10109,1 кДж/кг;
I» - энтальпия продуктов
сгорания после поверхности нагрева, при предварительно принятой нами
температуре на выходе из пучка, по табл. 1, равна:
при θК» = 400°С = I» = 8010,12кДж/кг;
при θК» = 200°С = I» = 3910,37 кДж/кг;
Δα
- присос
воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность
коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее: Δα = 0,1; (из таб. 3.1 (1))
Iопрс - энтальпия присосанного
в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха tВ = 30°С,
равна: Iопрс = 586,56 кДж/кг;
Получаем:
при θК» = 400°С
QБ(1)= 0,96×(10109,1 - 8010,12 + 0,1
× 586,56) = 2071,33 кДж/кг
при θК» = 200°С
QБ(2)= 0,96×(10109,1 - 3910,37 + 0,1 ×
586,56) = 6007,1 кДж/кг
. Вычисляем расчетную температуру потока
продуктов сгорания в конвективном газоходе, по формуле:
θ
= (θ′ + θ») / 2,оС
где: θ' и θ» - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на
выходе
из нее: θ' = 498°С;
Получаем:
θ(1) = (498 + 400) / 2 = 449 оС
при θ»(2) = 200°С:
θ(2) = (498 + 200) / 2 = 349 оС
. Определяем температурный напор, по
формуле:
Δt = θ - tк, оС
где: tк - температура
охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения
воды при давлении в котле Р = 13 атм., и равна: tк = 194°С;
θ
- средняя
расчетная температура продуктов сгорания,°С;
Получаем:
при θ»(1) = 400°С:
Δt(1) = 449 - 194 = 255°С;
при θ»(2) = 200°С:
Δt(2) = 349 - 194 = 155°С;
. Подсчитываем среднюю скорость продуктов
сгорания в поверхности нагрева, по формуле:
ωг = (ВР ×Vг× (θ +273)) / (F× 273), м/с
где: ВР - расчетный расход
топлива, кг/с, равен: ВР = 0,168 кг/с;
F - площадь живого сечения
для прохода продуктов сгорания, F = 0,405 м2; (из таб. 2.7 (1))
Vг - объем продуктов
сгорания на 1 кг мазута, по табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка
воздуха, Vг = 13,311 м3/кг;
θ
- средняя
расчетная температура продуктов сгорания,°С;
Получаем:
при θ»(1) = 400°С:
ωг(1) = (0,168 ×13,311× (449 +273)) / (0,405× 273) =
14,6 м/с
при θ»(2) = 200°С:
ωг(2) = (0,168×13,311× (349 +273)) / (0,405× 273) =
12,6 м/с
. Определяем коэффициент теплоотдачи
конвекцией от продуктов
сгорания к поверхности нагрева, при
поперечном омывании коридорных пучков:
αк = αн × сz × сs × сф
где: αн - коэффициент
теплоотдачи, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании
коридорных пучков, определяется при (d = 51 мм):
при θ»(1) = 400°С:
(ωг(1) = 14,15 м/с) = αн(1) = 84,7 Вт/(м2 × К);
при θ»(2) = 200°С:
(ωг(2) = 12,3 м/с) = αн(2) = 77 Вт/(м2 × К);
сz - поправка на число
рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется по номограмме рис 6. 1 [1]
при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при z2 = 20 шт.:
при θ»(1) = 400°С:
сz(1) = 0,93;
при θ»(2) = 200°С:
сz(2) = 0,93;
сs - поправка на компоновку пучка, определяется по
номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется
при σ1 = 1,96 и
при σ2 = 1,96:
при θ»(1) = 400°С:
сs(1) =1;
при θ»(2) = 200°С:
сs(2) =1;
сф - коэффициент, учитывающий
влияние изменения физических параметров потока, определяется по номограмме рис
6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при rн2о = 0,114:
при θ»(1) = 400°С: (θ(1) = 449°С) = сф(1) = 1,06;
при θ»(2) = 200°С: (θ(2) = 349°С) = сф(2) = 1,09;
Получаем:
при θ»(1) = 400°С:
αк(1) = 84,7 × 0,93 × 1 × 1,06 = 83,5 Вт/(м2 × К),
при θ»(2) = 200°С:
αк(2) = 77 × 0,93 × 1 × 1,09 = 78 Вт/(м2 × К);
. Вычисляем степень черноты газового
потока по номограмме рис. 5,6. При этом необходимо вычислить суммарную
оптическую толщину по формуле:
kps = (kг × rп + kзл ×
μ) × p × s
где: s - толщина излучаемого
слоя для гладкотрубных пучков, рассчитывается по формуле:
s = 0,9 × d × ((4 / π) × ((s1 × s2) / d2) - 1), м
Подставляя значения s1 = 100 мм, s2 = 100 мм, d = 51 мм, получим:
s = 0,9 × 0,051 × ((4 / 3,14) × ((0,1 × 0,1) / 0,0512) - 1) = 0,214 м
μ - концентрация золовых
частиц, для газа: μ = 0; (стр. 75 (1))
kзл - коэффициент ослабления
лучей золовыми частицами, при сжигании газа, kзл = 0;
rп - суммарная объемная
доля трехатомных газов, для соответствующего газохода, берется из табл. 1, rп = 0,23;
kг - коэффициент ослабления
лучей трехатомными газами, определяется по формуле:
kг = ((7,8 + 16 × rн2о) / (3,16
× √ рп× s) - 1) × (1 - 0,37 × (θ» / 1000), (м × МПа)-1
где: рп = rп × р - парциальное давление трехатомных газов, МПа;
рп = 0,23× 0,1 = 0,023 МПа
р - давление в газоходе, для
котлоагрегата, принимается р = 0, 1 МПа;
rн2о - объемная доля водяных
паров, по табл. 1, rн2о = 0,114;
θ» - выбранняя расчетная
температура продуктов сгорания, К
при θ»(1) =400°С: (θ»(1) = 673 К)
kг(1) = ((7,8 + 16 × 0,114) / (3,16 × √
0,023× 0,214) - 1) × (1 - 0,37 × (673 / 1000) = 32,8 (м × МПа)-1
при θ»(2) =200°С: (θ»(2) = 473 К)
kг(2) = ((7,8 + 16 × 0,114) / (3,16 × √
0,023× 0,214) - 1) × (1 - 0,37 × (473 / 1000) = 35 (м × МПа)-1
Получаем при θ»(1) =400°С:
Kps(1) = (32,8× 0,23+ 0 × 0) × 0,1 × 0,214 = 0,161
при θ»(2) =200°С:
Kps(2) = (35 × 0,23 + 0 × 0) × 0,1 × 0,214 = 0,172
Вычисляем степень черноты газового потока
по номограмме рис. 5,6.
Получаем:
при θ»(1) =400°С: (Kps(1) = 0,161) - а1 =
0,148
при θ»(2) =200°С: (Kps(2) = 0,172) - а1 =
0,15
. Определяем коэффициент теплоотдачи αл, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных
поверхностях нагрева, Вт/(м2 × К), по формуле, для
незапыленного потока (при сжигании мазута):
αл = αн × а × сг, Вт/(м2
× К)
где: αн - коэффициент
теплоотдачи, определяется по номограмме на рис 6.4 [1], Вт/(м2 × К);
а - степень черноты газового потока;
сг - коэффициент, определяется
по рис 6.4 [1];
Для определения αн и коэффициент сг вычисляем температуру загрязненной
стенки, по формуле:
tз = t + Δt,°С
t - средняя температура
окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения
при t
= 194°С в котле;
Δt - при сжигании жидкого топлива принимается равной 60°С; (стр. 78)
[1];
tз = 194 + 60 = 254°С
Находим αн при tз = 254°С:
при θ»(1) = 400°С (θ(1) = 449°С): αн(1) = 57 Вт/(м2 × К);
при θ»(2) = 200°С (θ(2) = 349°С): αн(2) = 44 Вт/(м2 × К);
Находим сг при tз = 254°С:
при θ»(1) = 400°С (θ(1) = 449°С): сг(1) = 0,98
при θ»(2) = 200°С (θ(2) = 349°С): сг(2) = 0,95
Рассчитываем αл:
при θ»(1) = 400°С:
αл(1) = 57 × 0,148 × 0,98 = 8,26 Вт/(м2 × К)
при θ»(2) = 200°С:
αл(2) = 44 × 0,15 × 0,95 = 6,27 Вт/(м2 × К)
. Подсчитываем суммарный коэффициент
теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2 × К), по формуле:
α(1) = ξ × (αк + αл), Вт/(м2 × К)
где: ξ - коэффициент
использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева
вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного
протекания продуктов сгорания мимо нее и образование застойных зон, для
поперечно омываемых пучков ξ = 1;
Получаем:
при θ»(1) = 400°С:
α(1) = 1 × (83,5 + 8,26) = 91,76 Вт/(м2 × К)
при θ»(2) = 200°С:
α(2) = 1 × (78 + 6,27) = 84,27 Вт/(м2 × К)
. Вычисляем коэффициент теплопередачи,
Вт/(м2 × К), по формуле:
К = ψ
× α1
Где: ψ - коэффициент тепловой
эффективности, определяется по табл. 6.2 [1], в зависимости от вида сжигаемого
топлива, ψ = 0,65;
Получаем:
при θ»(1) = 400°С:
К(1) = 0,65 × 91,76 = 59,64 Вт/(м2
× К)
при θ»(2) = 200°С:
К(2) = 0,65 × 84,27 = 54,78 Вт/(м2
× К)
12. 0 пределяем количество теплоты,
воспринятое поверхностью нагрева на 1 кг сжигаемого жидкого топлива, по
формуле:
Qт = (K × H × Δt) / (Bр × 103), кДж/кг;
где: ВР - расчетный расход топлива, кг/с, равен:
Вр = 0,168 кг/с;
Нкп(1) - площадь поверхности
нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе м2, равна: Нкп(1)
= 23,04 м2;
Δt - температурный напор, определяется по формуле:
Δt = (θ′ - θ») / (2,3 × lg (θ′ - tкип) / (θ» - tкип)),°С
где: tкип - температура насыщения
при давлении в паровом котле, равна, tкип =194°С
θ′ - температура на выходе
из топки, θ′ = 498°С;
при θ»(1) = 400°С:
Δt(1) = (498 - 400) / (2,3 × lg (498 - 194) / (400 -
194)) = 251,3°С
при θ»(2) = 200°С:
Δt (2) = (498 - 200) / (2,3 × lg (498 - 194) / (200 -
194)) = 76°С
Получаем:
при θ»(1) = 400°С:
Qт(1) = (59,64 × 23,04 × 251,3) / (0,168
× 103) = 2055,43 кДж/кг
при θ»(2) = 200°С:
Qт(2) = (54,78 × 23,04 × 76) / (0,168 × 103) = 570 кДж/кг
. По принятым двум значениям температуры θ»(1)= 400°С, θ»(2)= 200°С и
полученным двум значениям Qб и Qт производится графическая интерполяция для
определения температуры продуктов после поверхности нагрева. Для этого строим
зависимость Q
= f
(θ»)
Точка пересечения прямых укажет
температуру продуктов сгорания θкп», которую следовало бы
принять при расчете.
при θ»(1) = 400°С:
Qт(1) = 2055,43 кДж/кг
QБ(1)= 2071,33 кДж/кг
при θ»(2) = 200°С:
Qт(1) = 570 кДж/кг
QБ(2)= 6007,1 кДж/кг
По рис. 2 определяем, что действительная температура на
выходе из второго конвективного пучка равна θкп(1)» = 402°С.
7.
Расчет водяного экономайзера
При установке только водяного экономайзера
расчет водяного экономайзера проводим в такой последовательности:
. По уравнению теплового баланса определяем
количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой
температуре уходящих газов:
QБэк = φ × (Iэк′ - Iэк»+ Δαэк × Iопрс), кДж/кг
где: φ - коэффициент сохранения
теплоты, равен: φ = 0,96;
Iэк′ - энтальпия продуктов сгорания перед
поверхностью нагрева, при температуре на выходе из конвективного пучка θкт(2)» = θэк' = 402°С, по табл. 2,
равна:
Iэк' = 8050,17 кДж/кг;
Iэк» - энтальпия продуктов
сгорания после поверхности нагрева, при предварительно принятой нами
температуре уходящих газов θэк» = 150°С, по табл. 2,
равна: Iэк» = 3048,5 кДж/кг;
Δα
- присос
воздуха в экономайзер, принимается по табл. 3,1 [1]: Δα = 0,08;
Iв° - энтальпия
теоретического количества воздуха, равна: Iпрс° = 421,48 кДж/кг;
QБэк = 0,96 × (8050,17 - 3048,5+ 0,08 × 421,48) = 4834 кДж/кг
. Приравнивая теплоту, отданную продуктами
сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем
энтальпию воды после водяного экономайзера, кДж/кг, по формуле:
iэк» = (Вр × QБэк) / (D + Dпр) + iэк′
где: D - паропроизводительность
котла, кг/с, D
= 0,694 кг/с;
Вр - расчетный расход топлива,
м3/с, равен: Вр = 0,168 кг/с;
Dпр - расход продувочной
воды, определяется по формуле:
Dпр = рпр × D, кг/с; (стр. 20 [4])
рпр = 0,08 - процент
непрерывной продувки;
Dпр = 0,08 × 0,694 = 0,055 кг/с;
QБэк - количество теплоты,
которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих
газов, QБэк = 4834 кДж/кг;
iэк′ - энтальпия воды
на входе в экономайзер, iэк′ =437 кДж/кг; при t = 104 оС
(таб. 3 [4])
iэк» = (0,168 × 4834) / (0,694 + 0,055) + 437 = 1519,8 кДж/кг
По найденной энтальпии воды iэк» из таблицы для воды и
водяного пара определяем температуру воды после экономайзера tэк», равная tэк» = 362°С.
Т.к. полученная нами температура воды
после экономайзера tэк» оказалась более чем на 20°С ниже, то к установке принимаем
чугунный водяной экономайзер ВТИ.
Конструктивные характеристики труб
чугунного экономайзера ВТИ.
Длина, мм 2000
Площадь поверхности нагрева с газовой
стороны, м2 2,95
Площадь живого сечения для прохода
продуктов сгорания, м2 0,120
. Определяем температурный напор, по
формуле:
Δt = (Δtб - Δtм) / (2.3 × (lg (Δtб / Δtм),°С
где: Δtб и Δtм - большая и меньшая
разности температуры продуктов сгорания и температуры нагревания жидкости,
определяются по формулам:
Δtб = θэк′ - tэк» = 402 - 362 = 40°С
Δtм = θэк» - t = 150 - 104 = 46°С
Получаем:
Δt = (40 - 46) / (2.3 × (lg (40 / 46) = 43°С
. Определяем действительную скорость
продуктов сгорания в экономайзере по формуле:
ωг = (ВР ×Vг× (θэк +273)) / (Fэк×
273), м/с
где: ВР - расчетный расход
топлива, кг/с, равен: ВР = 0,168 кг/с;
Vг - объем продукта
сгорания на 1 кг мазута, по табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка
воздуха, Vг = 14,657 м3/кг;
θэк - средняя расчетная
температура продуктов сгорания в экономайзере,°С, определяем по формуле:
θэк = (θэк′ + t) / 2,°С;
θэк = (402 + 150) / 2 = 276°С
Fэк - площадь живого сечения
для прохода продуктов сгорания, рассчитывается по формуле:
Fэк = z1 × Fтр, м2
z1 - число труб в ряду, для
чугунных экономайзеров должно быть не менее 3 и не более 10, принимаем: z1 = 7
Fтр - площадь живого сечения
для прохода продуктов сгорания одной трубы, берется из табл. 6.3 [1],
принимаем: Fтр = 0,12 м2;
Fтр = 7 × 0,12 = 0,84 м2
ωг = (0,168 ×14,657× (276+273)) /
(0,84× 273) = 5,9 м/с
5. Определяем коэффициент теплопередачи.
Для чугунных экономайзеров коэффициент определяется по
формуле:
К = Кн × сυ, Вт/м2× К
где: Кн - коэффициент, Вт/м2×К, определяется по номограмме
рис. 6.9 [1], для экономайзера ВТИ, при ωг = 6,4 м/с: Кн = 18 Вт/м2× К;
сυ - коэффициент,
определяется по номограмме рис. 6.9 [1], для экономайзера ВТИ, при θэк = 276°С: сυ = 1,02;
К = 18 × 1,02 = 18,4 Вт/м2× К
. Определяем площадь поверхности нагрева водяного
экономайзера
по формуле:
Нэк = (103 × Qб × Вр) / (К × Δt), м2
где: Вр - расчетный расход
топлива, кг/с, равен: ВР = 0,168 кг/с;
Qб - количество теплоты,
которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих
газов, Qб = 4834 кДж/кг;
К - коэффициент теплопередачи, К = 18,4 Вт/м2× К;
Δt - температурный напор, Δt = 43°С;
Нэк = (103 × 4834 × 0,168) / (18,4
× 43)
= 350 м2
. Определяем общее число труб и число рядов по формулам:
n = Нэк / Нтр
m = n / z1
где: Нэк - площадь поверхности нагрева водяного
экономайзера, равна:
Нэк = 350м2;
Нтр - площадь поверхности нагрева одной трубы,
равна: Нтр = 2,95 м2; таб. 6.3 [1];
z1 - принятое число труб в ряду: z1 = 7;
n = 350 / 2,95 = 118 шт.
Принимаем количество труб равное 118 шт.
m = 118 / 7 = 16
Принимаем число рядов равное 16.
По данному расчёту подходит стандартный водяной экономайзер
ВЭ - \/||- 16 П
Ñ
õàðàêòåðèñòèêàìè
èç (7, òàáë. 9.32)
Ïîâåðõíîñòü
íàãðåâа (м²) 330.4
Количество колонок
1
Длина труб (мм)
2000
Количество труб в ряду
7
Количество рядов
16
8.
Îïðåäåëåíèå íåâÿçêè
òåïëîâîãî áàëàíñà
êîòåëüíîãî àãðåãàòà
Îïðåäåëÿåì
íåâÿçêó òåïëîâîãî
áàëàíñà ïî ôîðìóëå:
Δ = ΔQ / Qðð × 100% < 0,5%,
ΔQ = Qðð × ηáð - (Që + Qêï + Qýê) × (1 - q4 / 100), êÄæ/êã;
Îïðåäåëÿåì
êîëè÷åñòâî òåïëîòû,
âîñïðèíÿòîå ëó÷åâîñïðèíèìàþùåé
ïîâåðõíîñòüþ
òîïêè íà 1 êã òîïëèâà:
Që = φ × (Qò - Iò»), êÄæ/êã;
ãäå: φ - êîýôôèöèåíò
ñîõðàíåíèÿ òåïëîòû,
ðàâåí: φ = 0,96;
Qò - ïîëåçíîå
òåïëîâûäåëåíèå
â òîïêå, Qò = 41247,8 êÄæ/êã;
Iò» - ýíòàëüïèÿ
ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ
ïîñëå ïîâåðõíîñòè
íàãðåâà, ïðè òåìïåðàòóðå
íà âûõîäå èç òîïêè
θò " = 923°Ñ, ïî òàáë.
2, ðàâíà: Iò» = 17663 êÄæ/êã;
Që = 0,96 × (41247,8 - 17663) = 22641,4 êÄæ/êã;
Îïðåäåëÿåì
êîëè÷åñòâî òåïëîòû,
âîñïðèíÿòîå êîíâåêòèâíûì
ïó÷êîì:
Qêï(îáù.)= φ×(I′êï - I"êï+Δαêï×Iîïðñ), êÄæ/êã
ãäå: φ - êîýôôèöèåíò
ñîõðàíåíèÿ òåïëîòû,
ðàâåí: φ =
0,96;
I′êï
- ýíòàëüïèÿ ïðîäóêòîâ
ñãîðàíèÿ ïåðåä
ïîâåðõíîñòüþ
íàãðåâà, ïðè òåìïåðàòóðå
íà âûõîäå èç òîïêè
θò»= θêï′ = 923°Ñ, ïî
òàáë. 1, ðàâíà:
I′(1048) =
17663 êÄæ/êã;
I"êï - ýíòàëüïèÿ
ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ
ïîñëå ïîâåðõíîñòè
íàãðåâà, ïðè òåìïåðàòóðå
íà âûõîäå èç êîíâåêòèâíîãî
ïó÷êà θêï» = 402°Ñ, ïî
òàáë. 2, ðàâíà:
I"êï = 8050,17 êÄæ/êã;
Δαêï - ïðèñîñ
âîçäóõà â êîíâåêòèâíóþ
ïîâåðõíîñòü íàãðåâà,
îïðåäåëÿåòñÿ
êàê ðàçíîñòü
êîýôôèöèåíòîâ
èçáûòêà âîçäóõà
íà âõîäå è âûõîäå
èç íåå: Δαêï = 0,1;
Iîïðñ - ýíòàëüïèÿ
ïðèñîñàííîãî
â êîíâåêòèâíóþ
ïîâåðõíîñòü íàãðåâà
âîçäóõà, ïðè òåìïåðàòóðå
âîçäóõà tâ = 30°Ñ, ðàâíà:
Iîïðñ = 421,48 êÄæ/êã;
Qêï(îáù.)= 0,96×(17663 - 8050,17 + 0,1×
421,48) =
9268,7 êÄæ/êã
Îïðåäåëÿåì
êîëè÷åñòâî òåïëîòû,
âîñïðèíÿòîå ýêîíîìàéçåðîì:
QÁýê = φ × (Iýê′ - Iýê»+ Δαýê × Iîïðñ), êÄæ/êã
ãäå: φ - êîýôôèöèåíò
ñîõðàíåíèÿ òåïëîòû,
ðàâåí: φ =
0,96;
Iýê′ - ýíòàëüïèÿ
ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ
ïåðåä ïîâåðõíîñòüþ
íàãðåâà, ïðè òåìïåðàòóðå
íà âûõîäå èç êîíâåêòèâíîãî
ïó÷êà θêò(2)» = θýê' = 402°Ñ, ïî òàáë.
2, ðàâíà:
Iýê' = 8050,17 êÄæ/êã;
Iýê» - ýíòàëüïèÿ
ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ
ïîñëå ïîâåðõíîñòè
íàãðåâà, ïðè ïðåäâàðèòåëüíî
ïðèíÿòîé íàìè
òåìïåðàòóðå óõîäÿùèõ
ãàçîâ θýê» = 150°Ñ, ïî
òàáë. 2, ðàâíà: Iýê» = 3048,5 êÄæ/êã;
Δα
- ïðèñîñ
âîçäóõà â ýêîíîìàéçåð,
ïðèíèìàåòñÿ
ïî òàáë. 3,1 [1]:
Δα
= 0,08;
Iâ° - ýíòàëüïèÿ
òåîðåòè÷åñêîãî
êîëè÷åñòâà âîçäóõà,
ðàâíà:
Iïðñ° = 421,48 êÄæ/êã;
QÁýê = 4834 êÄæ/êã
Ïîëó÷àåì:
ΔQ = 41031,5 × 0,898 - (22641,4 + 9268,7 + 4834)
× (1 -
0 / 100) = 102 êÄæ/êã;
Δ = ΔQ / Qðð × 100% < 0,5%,
Δ = 102 / 41031,5 × 100% = 0,2 < 0,5%,
Òàêèì îáðàçîì,
íåâÿçêà ðàâíà
0,2 - ðàñ÷åò ÿâëÿåòñÿ
âåðíûì.
Ñïèñîê
èñïîëüçóåìûõ
èñòî÷íèêîâ
1) Êóçíåöîâ
Í.Â., Ìèòîð Â.Â., Äóáîâñêèé
È.Å., Êðàñèíà Ý.Ñ.
Òåïëîâîé ðàñ÷¸ò
êîòåëüíûõ àãðåãàòîâ.
2) ÑÍèÏ
II-35-76 Êîòåëüíûå
óñòàíîâêè. Íîðìû
ïðîåêòèðîâàíèÿ.
) Êëèìîâ
Ã.Ì., Ãîðäååâà À.Â.,
×àëîâ À.Ï. Òåïëîâîé
ðàñ÷¸ò êîòåëüíîãî
àãðåãàòà.
) Àëåêñàíäðîâ
Â.Ã. Ïàðîâûå êîòëû
ñðåäíåé è ìàëîé
ìîùíîñòè.
) Ýñòåðêèí
Ð.È. Ïðîìûøëåííûå
ïàðîãåíåðèðóþùèå
óñòàíîâêè.
) Êëèìîâ
Ã.Ì. Êîìïîíîâêà
êîòåëüíîãî àãðåãàòà,
÷. 4:òåïëîâîé ðàñ÷¸ò
òîïêè / Ìåòîäè÷åñêèå
óêàçàíèÿ ïî ïðîåêòèðîâàíèþ
ÒÃÓ äëÿ ñòóäåíòîâ
ñïåö. 2907 «Òû
) Êëèìîâ
Ã.Ì. - òî æå ÷. 2
) Öîé
Å.Í., Êëèìîâ Ã.Ì.
Êîìïîíîâêà êîòåëüíîãî
àãðåãàòà, ÷. 4: òåïëîâîé
ðàñ÷¸ò òîïêè.
) Ãóñåâ
Þ.Ë. Îñíîâû ïðîåêòèðîâàíèÿ
êîòåëüíûõ óñòàíîâîê.
) Áóçíèêîâ
Å.Ô., Ðîääàòèñ Ê.Ô.,
Áåðàèíüø Ý.ß. Ïðîèçâîäñòâåííûå
è îòîïèòåëüíûå
êîòåëüíûå. Ì. Ýíåðãîàòîìèçäàò,
1984.
) Ýñòåðêèè
Ð.È. Ïåðåâîä ïðîìûøëåííûõ
êîòëîâ íà ãàçîîáðàçíîå
òîïëèâî. Ë.: Ýíåðãèÿ,
1970.
) Ýñòåðêèí
Ð.È. Ýêñïëóàòàöèÿ,
íàëàäêà è èñïûòàíèå
òåïëîòåõíè÷åñêîãî
îáîðóäîâàíèÿ
ïðîìûøëåííûõ
ïðåäïðèÿòèé. Ë.:
Ýíåðãîàòîìèçäàò.
1984.
) Ýñòåðêèí
Ð.È. Ïðîìûøëåííûå
êîòåëüíûå óñòàíîâêè.
Ë.: Ýíåðãîàòîìèçäàò,
1985.
) Ëèáåðìàí
Í.Á., Íÿíêîâñêàÿ
Ì, Ò. Ñïðàâî÷íèê
ïî ïðîåêòèðîâàíèþ
êîòåëüíûõ óñòàíîâîê
ñèñòåì öåíòðàëèçîâàííîãî
òåïëîñíàáæåíèÿ-Ì.:
Ýíåðãèÿ, 1979. -224 ñ.
) Òåïëîýíåðãåòèêà
è òåïëîòåõíèêà:
Îáùèå âîïðîñû.
Ñïðàâî÷íèê. Ïîä
îáø. ðåä. Â.À. Ãðèãîðüåâà
í Â.Ì. Çîðèíà. - Ì.:
Ýíåðãèÿ, 1980. - 528 å.
) Ýíåðãåòè÷åñêîå
òîïëèâî ÑÑÑÐ:
(èñêîïàåìûå óãëè,
ãîðþ÷èå ñëàíöû,
òîðô, ìàçóò è ãîðþ÷èé
ãàç). Ñïðàâî÷íèê
/ Ìàòâååâà [È. Íîâèöêèé
Í.Â., Âäîí÷åíêî
Â.Ñ. è äð.: Ýíåðãèÿ,
1979. - 128 ñ.
) Ïðàâèëà
óñòðîéñòâà è
áåçîïàñíîé ýêñïëóàòàöèè
ïàðîâûõ è âîäîãðåéíûõ
êîòëîâ. - Ì.: Íåäðà.
1980. - 144 ñ.
Ðàçìåùåíî
íà Allbest.ru