Тепловой поверочный расчет котла КЕ-25-14-255С

Тепловой поверочный расчет котла КЕ-25-14-255С

Исходные данные

Паропроизводительность котла

Давление перегретого пара  

Температура перегретого пара  

Температура питательной воды  

Величина непрерывной продувки  

Давление в барабане  

Топливо № 28 [4, стр. 129]

Реферат

Ключевые слова: котёл, топка, топочная камера, фестон, камера дожигания, пароперегреватель, котельный пучок, воздухоподогреватель, водяной чугунный экономайзер, топливо.

Объектом исследования является двухбарабанный паровой котёл КЕ-25-14-225С.

Цель работы - поверочный тепловой расчет котла КЕ-25-14-225С с целью определения теплотехнических свойств сжигаемого топлива, и КПД котла.

В процессе работы производился расчет теплотехнических свойств топлива, тепловой поверочный расчет.

В результате работы была определена работоспособность котла на данном виде топлива.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 10.0. Графические материалы выполнены в графическом редакторе КОМПАС-3D v13. Для расчетов использовалась математическая программа Mathcad.

Содержание

Введение

. Технические характеристики котла КЕ-25-14-225С

. Расчетные характеристики топлива

. Расчет объёмов воздуха и продуктов сгорания

. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

. Предварительный тепловой баланс котла

. Определение расхода топлива

. Поверочный тепловой расчет водяного чугунного экономайзера

. Поверочный тепловой расчет воздухоподогревателя

. Поверочный тепловой расчет котельного пучка II ступени

. Поверочный тепловой расчет котельного пучка I ступени и пароперегревателя

. Поверочный тепловой расчет камеры дожигания

. Поверочный тепловой расчет фестона

. Поверочный тепловой расчет топки

. Сведение теплового баланса котла

Заключение

Список использованных источников

Введение

Основной целью курсового проекта является тепловой поверочный расчет котла КЕ-25-14-225С, с целью определения теплотехнических свойств сжигаемого топлива и КПД котла. Для этого в процессе выполнения работы были собраны все необходимые данные (расчетные характеристики топлива, технические характеристики котла) которые необходимы для расчетов. На основе этих расчетов будет определена пригодность расчетного топлива для сжигания в данном котле.

В заключении будет сделан подробный анализ полученных результатов.

1. Технические характеристики котла КЕ-25-14-225С

.1 Общие положения

Котёл КЕ-25-14-225С производительностью 25 т/ч с рабочим давлением 1,4 МПа (Рис. 1.1) предназначен для производства перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Технические характеристики котла представлены в таблице 1.1.

Рисунок 1.1 - Паровой котёл КЕ-25-14-225С

Топочная камера котла шириной 2710 мм полностью экранирована трубами диаметром 51х2,5 мм (степень экранирования ~ 0,8). Трубы всех экранов приварены к верхним и нижним камерам диаметром 219х8 мм. Топочная камера по глубине разделена на два блока. Каждый из боковых экранов (правый и левый) переднего и заднего топочных блоков образует самостоятельный циркуляционный контур. Верхние камеры боковых экранов в целях увеличения проходного сечения на входе в пучок расположены ассиметрично относительно оси котла. Шаг труб боковых и фронтового экранов 55 мм, шаг труб заднего экрана 100 мм. Трубы заднего экрана выделяют из топочного объёма камеру догорания. На наклонном участке труб уложен слой огнеупорного кирпича толщиной 65 мм. Объём топочной камеры 61 м³.

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

Третьим поставочным блоком котла является блок конвективного пучка с двумя барабанами (верхним и нижним) внутренним диаметром 1000 мм. Длина верхнего барабана 7000 мм, нижнего - 5500 мм. Толщина стенки барабана котлов с рабочим давлением 1,4 МПа - 13 мм, материал - сталь 16ГС. Ширина конвективного пучка по осям крайних труб 2320 мм.

Поперечный шаг труб в пучке составляет 110 мм (за исключением среднего, равного 120 мм), продольный - 95 мм. Площадь поверхности нагрева конвективного пучка равна 395 м².

Первые три ряда труб на входе в котельный пучок имеют шахматное расположение с поперечным шагом 220 мм. Увеличение шага в два раза по сравнению с остальными рядами позволяет увеличить проходное сечение на входе в пучок, частично перекрытое потолком топочной камеры.

Все блоки котла КЕ-25-14-225С (два топочных и один конвективный) собираются на отдельных опорных рамах. На раму передаётся через опоры камер экранов и барабана вес элементов блока котла под давлением, вес обвязочного каркаса, а так же вес обмуровки с обшивкой. Распределение нагрузок на фундамент котла представлено на рис. 1.2.

При транспортировке объёмных блоков котла КЕ-25-14-225С для большей жесткости их по торцевым стенкам приварены раскосы из швеллеров, которые после монтажа котла срезаются.

Площадки котла КЕ-25-14-225С расположены на местах, необходимых для обслуживания арматуры котла.

Рисунок 1.2 - Распределение нагрузок на фундамент котла КЕ-25-14-225С

Сепарационное устройство располагается в верхнем барабане. Первичная сепарация осуществляется в отбойных щитах с козырьками. Окончательно очищается пар от влаги горизонтальным жалюзийным сепаратором, расположенным на расстоянии 300 мм от среднего уровня воды в барабане. Равномерный подвод пара к жалюзийному сепаратору обеспечивается размещенным над сепаратором дырчатым листом с отверстиями диаметром 8 мм.

Хвостовые поверхности состоят из одноходового по воздуху воздухоподогревателя с поверхностью нагрева 228 м², обеспечивающего подогрев воздуха до 145⁰С, и установленного следом за ним по ходу газов чугунного экономайзера с поверхностью нагрева 646 м².

Для сжигания каменных и бурых углей под котлом устанавливается механическая топка ТЧЗМ-2,7/5,6 которая состоит из чешуйчатой цепной решетки обратного хода и двух пневмомеханических забрасывателей с пластинчатым питателем ЗП-600. Активная площадь зеркала горения равна 13,4 м². Топочные устройства ТЧЗМ-2,7/5,6 предназначены для сжигания каменных и бурых углей с максимальным размером куска до 50 мм и с содержанием мелочи 0-6 мм не более 50%. Допустимая влажность каменного угля не более 8%, бурого - не более 40%.

Решётка приводится в движение при помощи привода ПТ-1200, обеспечивающего регулирование 8 ступеней скорости движения в пределах 2,4-18 м/ч, или ПТБ-1200, который имеет бесступенчатое регулирование частоты вращения изменением числа оборотов двигателя постоянно тока. Скорость движения решетки с приводом ПТБ-1200 изменяется в пределах 0,92-18,4 м/ч.

Котел оборудован системой возврата уноса и острого дутья. Выпадающий в конвективном пучке унос оседает в четырех зольниках и возвращается в топочную камеру для дожигания при помощи воздушных эжекторов по прямым трубам диаметра 76х3 мм через заднюю стенку. Шесть сопл острого дутья диаметром 29 мм расположены в задней стенке топки на высоте 1150 мм от решетки. Воздух в систему острого дутья и возврата уноса подается от высоконапорного вентилятора производительностью 2000 м³/ч и полным напором 3,8 кПа (380 кгс/м²).

Котёл снабжен контрольно-измерительными приборами и необходимой арматурой. Схема расположения арматуры котла представлена на рис. 1.3.

Котёл имеет два предохранительных клапана, один из которых контрольный. В котлах с пароперегревателем контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя.

На котле устанавливается один водоуказательный прибор прямого действия и два сниженных указателя уровня, из которых одни поставляется комплекте с котлом, а второй - с автоматикой. На верхнем барабане котла установлен манометр, а при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане размещается главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды и ввода химикатов. На заднем днище верхнего барабана на патрубке непрерывной продувки установлены запорный и регулирующий вентили. На днище нижнего барабана установлены вентиль и обратный клапан на патрубке прогрева, на патрубке периодической продувки установлены два запорных вентиля или запорный и регулирующий вентили.

Рисунок 1.3 - Схема расположения арматуры котла КЕ-25-14-225С: 1кп - Периодическая продувка; 2п - Насыщенный пар; 1к - Котловая вода; 1п - Питательная вода; 1кн - непрерывная продувка; 1ф - ввод фосфатов; 2но - отбор проб пара; 1ко - отбор проб воды; 2нс - пар на собственные нужды

На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлено по два запорных вентиля. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору.

На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; на питательной линии, идущей через экономайзер, перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.

Обмуровка топочных блоков котла состоит из слоя шамотобетона толщиной 25 мм по металлической сетке и известково-кремнеземистых плит толщиной 105 мм.

Обмуровка боковых стен конвективного блока котла состоит из плит толщиной 105 мм газоуплотнительной штукатурки из асбозуритосовелитовой мастики по сетке толщиной 17 мм.

Обмуровка задней стенки предусмотрена толщиной 100 мм. Материал обмуровки - асбовермикулитовые плиты.

Для очистки дымовых газов применяется золоуловитель БЦ-2х6х7.

Нормы качества питательной воды и пара должны соответствовать требованиям ГОСТа 20995-75. Солесодержание котловой воды первой ступени испарения не должно быть более 3000 мг/кг для котлов без пароперегревателя и не более 2000 мг/кг - для котлов с пароперегревателем. Солесодержание котловой воды второй ступени испарения должно быть не более 4500 мг/кг.

Таблица 1.1 - Техническая характеристика парового котла КЕ-25-14-225С

Паровой котёл КЕ-25-14-225С производительностью 25 т/ч со слоевым топочным устройством выпускается ПО “Бийскэнергомаш” в соответствии с ТУ 108.778-89.

.2 Краткое описание пароперегревателя

Пароперегреватель котла КЕ-25-14-225С (рис. 1.4) изготавливается из труб диаметром 32х3 мм. Данная поверхность нагрева выполнена трехниточной, регулируемая с вертикальным расположением труб.

Рисунок 1.4 - Пароперегреватель котла КЕ-25-14-225С.

Для обеспечения возможности демонтажа перегревателя при ремонте через боковую стенку крайние трубы пучка в области пароперегревателя расположены с шагом 150 мм, а трубы и змеевики пароперегревателя - с неравномерными шагами по длине пучка 60 и 90 мм. На нижних камерах пароперегревателя имеются штуцеры для их продувки.

.3 Краткое описание водяного экономайзера

Для стационарного парового котла КЕ-25-14-225С применяется экономайзер ЭБ1-646, с поверхностью нагрева 646 м².

Общий вид чугунного ребристого экономайзера представлен на рис. 1.5, схема соединения труб экономайзера ЭБ1-646 изображена на рис. 1.6.

Технические характеристики представлены в таблице 1.2.

Рисунок 1.5 - Общий вид чугунного ребристого экономайзера

Обычно чугунный ребристый экономайзер котла размещается в вертикальном газоходе. Трубы экономайзера располагают горизонтально. Их соединяют при помощи чугунных колен (калачей) таким образом, чтобы питательная вода могла последовательно пройти по всем трубам снизу вверх.

Движение вверх обязательно по той причине, что при нагревании из воды выделяются пузырьки растворенных ранее газов, которые должны из экономайзера котла удалиться. С целью надежного смывания пузырьков, скорость движения воды должна быть более 0,3 м/с, а скорость газов, во избежание чрезмерного засорения экономайзера с внешней стороны золой и сажей, не менее 5 м/с.

Рисунок 1.6 - Схема соединения труб экономайзера ЭБ1-646

Чугунные ребристые экономайзеры применяют в котлах низкого и среднего давления. При давлении более 60 атм их никогда не ставят, ввиду невысокой прочности чугуна.

Чугунные ребристые экономайзерные трубы имеют по краям прямоугольные фланцы, что дает возможность, набирая группу труб, ограничить газоход с двух сторон металлическими стенками. Возможность присоса воздуха через щели между фланцами ликвидируется асбестовым шнуром, укладываемым в особые канавки, находящиеся во фланцах.

Основное преимущество ребристых чугунных экономайзерных труб перед гладкотрубными чугунными - меньший расход металла, компактность, а следовательно, и дешевизна.

Чугунные экономайзеры котлов КЕ состоят из пакетов чугунных ребристых труб (чугунная ребристая экономайзерная труба <#"801102.files/image013.jpg">

Рисунок 1.7 - Воздухоподогреватель ВП-0-228, общий вид

Воздухоподогреватели предназначены для подогрева воздуха, подаваемого в топки паровых котлов для горения топлива. Подогрев воздуха в воздухоподогревателях производиться до температуры 150 - 250 ℃ за счет тепла уходящих из котла газов. Применение воздухоподогревателей в паровых котлах позволяет повысить коэффициент полезного действия котлов за счет снижения температуры уходящих газов и интенсифицировать процесс горения топлива.

Трубчатые воздухоподогреватели представляют собой газовоздушные теплообменники, у которых уходящие газы котла движутся внутри труб, а нагреваемый воздух, необходимый для дутья, движется в межтрубном пространстве при поперечном омывании труб.

Воздухоподогреватель состоит из пучка тонкостенных труб размерами 40х1,5 мм, концы которых приварены к трубным доскам. Трубный пучок снабжается обвязочным каркасом из стального проката, к которому присоединяются подводящие и перепускной воздушные короба. Боковые стены воздухоподогревателя закрываются щитами со стальной обшивкой и тепловой изоляцией. На перепускные короба также наноситься слой тепловой изоляции толщиной 50 мм.

Для компенсации температурных расширений вследствие различного нагрева труб и обвязочного каркаса воздухоподогреватель снабжается приварными линзовыми компенсаторами. В целях предотвращения перетекания воздуха помимо трубного пучка предусмотрены уплотнения и направляющие перегородки.

Таблица 1.3 - Технические характеристики воздухоподогревателя ВП-0-228

.5 Краткое описание топочного устройства [1]

Для парового котла КЕ-25-14-225С применяется механическая топка типа ТЧЗМ (рис. 1.8-1.10).

Рисунок 1.8 - Механическая топка типа ТЧЗМ продольный разрез

Технические характеристики топки представлены в таблице 1.4.

Топливом для этой топки служат грохоченые и рядовые каменные и бурые угли, по качеству соответствующие государственным стандартам на угли для слоевого сжигания. Содержание мелочи 0-6 мм в дробленом топливе не должно превышать 60 %, а максимальный размер куска - 50 мм. При этом топка ТЧЗМ обеспечивает устойчивую работу паровых и водогрейных котлов в диапазоне от 25 до 100 % номинальной производительности.

В топках ТЧЗМ применяется колосниковое полотно чешуйчатого типа (рис. 1.11). Оно состоит из стальных ведущих цепей, в которых закреплены держатели колосников. Колосники вставляются в держатели таким образом, что с целью очистки от шлака поворачиваются при движении полотна вокруг ведущей звездочки. Колосники заменяются без разборки полотна.

Верхняя ветвь полотна катится по настилу рамы с помощью роликов, а нижняя скользит по опорным балкам. Живое сечение колосникового полотна составляет 5-7 %.

Рисунок 1.9 - Механическая топка типа ТЧЗМ вид с фронта

Рисунок 1.10 - Механическая топка типа ТЧЗМ поперечный разрез

Рисунок 1.11 - Полотно колосниковое чешуйчатое

Валы устанавливаются в пазах боковых щёк рамы на подшипниках качения. Натяг полотна осуществляется перемещением ведущего вала натяжными винтами. На переднем валу закреплены ведущие звездочки. Задний вал имеет шкивы и служит опорой колосникового полотна в хвостовой части топки.

Рама цепной решетки представляет собой цельносварную конструкцию и поставляется потребителю в собранном виде с задним валом и системой удаления провала. При монтаже рама устанавливается на заливаемые в бетонный фундамент башмаки и имеет свободное тепловое расширение в продольном (от фронта) и поперечном (от привода) направлениях. На переднем башмаке со стороны привода рама жестко крепится болтами.

Под верхней ветвью колосникового полотна располагается дутьевой короб, разделенный поперечными балками на отдельные зоны. В передней и задней частях дутьевого короба, а также между зонами смонтированы уплотнения, препятствующие перетечке воздуха. На подводящих патрубках устанавливаются клапаны, при помощи которых можно регулировать количество воздуха отдельно по каждой зоне. Воздух подводится под решетку с одной стороны. Дутьевые зоны выполнены с откосами, образующими желоба, в которых расположены шнеки. Концами шнеки закреплены в подшипниках качения. Провалившаяся через полотно мелочь транспортируется к правой щеке рамы, где в желобах имеются отверстия, через которые она ссыпается на нижнюю ветвь колосникового полотна и далее в систему шлакоудаления. Чтобы исключить утечку воздуха из-под решетки, выпускные отверстия перекрываются специальными заслонками.

Привод шнеков во вращение производится мотор-редуктором  МПз2-50 через цепные передачи.

Передняя часть рамы закрыта предтопком, футерованным изнутри огнеупорным кирпичом, подвесной свод выполнен из кирпичей, которые продольными пазами опираются на чугунные балки таврового сечения, а передняя и боковые стенки предтопка обмурованы прямоугольным кирпичом.

Топливо на колосниковое полотно подается двумя пневмомеханическими забрасывателями ЗП-600. Пневмомеханический забрасыватель состоит из пластинчатого питателя, забрасывающего механизма ротационного типа, каскадно-лоткового угольного ящика и привода питателя. Ротор забрасывателя вращается от электродвигателя через клиноременную передачу. Регулирование дальности заброса топлива производится изменением числа оборотов ротора (505; 710; 980 об/мин) и угла наклона регулирующей плиты. Пластинчатый питатель приводится в движение от вала ротора через клиноременную передачу и импульсный вариатор, соединенный с ведущим валом питателя цепной передачей. Подача топлива в топку регулируется изменением скорости движения пластинчатой цепи. Имеется вал группового управления забрасывателями, к которому может быть подключена система автоматического регулирования или дистанционного управления процессом горения.

Под лотком ротора устанавливаются фурменные колосники системы пневмозаброса, к которым от главного воздушного короба подводится воздух под давлением 490 Па (50 кгс/м²).

Для перемещения колосникового полотна применяется привод ПТБ-1200, который имеет бесступенчатое регулирование скоростей вращения за счет изменения числа оборотов двигателя постоянного тока.

Редуктор имеет предохранительную муфту, которая настраивается на передачу определенного крутящего момента, зависящего от размера топки. По требованию заказчика топки могут изготовляться с правым и левым расположением привода.

В топках ТЧЗМ процесс горения полностью механизирован. Уголь из угольного ящика поступает на питатель пневмомеханического забрасывателя, который непрерывно подает топливо на вращающийся ротор. Крупные фракции разбрасываются по всей площади решётки, а мелкие отвеиваются в топочный объём воздухом, поступающим из системы пневмозаброса. Горение на решетке происходит в тонком слое, толщина которого устанавливается в зависимости от сорта топлива и форсировки. Хорошая продувка тонкого слоя воздухом обусловливает отсутствие спекания угля и сплавления шлака, а интенсивное нижнее зажигание - возможность устойчивой работы на высоковлажных бурых углях и трудновоспламеняющихся топливах.

Топки могут работать на холодном дутье и на горячем воздухе. Подогрев воздуха применяется при сжигании высоковлажных бурых углей для обеспечения надежного воспламенения свежего топлива. По условиям надежности элементов решетки температура горячего воздуха не должна превышать 250 ℃.

Шлак с решётки удаляется непрерывно при перемещении колосникового полотна в направлении к фронту котла. В зависимости от сорта топлива и форсировки топочного устройства изменением скорости движения толщина слоя шлака в конце решётки поддерживается в пределах 50-100 мм.

В объем поставки топок ТЧЗМ входят: рама решетки в сборе с задним валом и устройством удаления провала, полотно колосниковое чешуйчатое, вал передний, направляющее устройство, пневмомеханические забрасыватели с угольными ящиками, привод колосникового полотна с электродвигателем и пускорегулирующей аппаратурой, клапаны, метизы (в том числе фундаментные болты), запасные части по ведомости ЗИП, фасонные и огнеупорные материалы.

Топки ТЧЗМ разработаны НПО ЦКТП им. И.П. Ползунова и Кусинским машиностроительным заводом им. 60-летня Октября.

Изготовитель - Кусинский машиностроительный завод им. 60-летия Октября.

Таблица 1.4 - Технические характеристики топки ТЧЗМ 2,7/5,6

2. Расчетные характеристики топлива

Основные расчетные характеристики топлива [4] представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основные расчетные характеристики топлива

3. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания [4]

Средний состав топлива для рабочего состояния

W^r=11,5 %; А^r =15,9 %; S^r_(о+р)=0,4 %; С^r=56,4 %;

Н^r=4,0 %; N^r=1,9 %; О^r=9,9 %.

Низшая теплота сгорания для рабочего состояния топлива Q =21,90 МДж/кг=21900 кДж/кг.

Теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания топлива,

Теоретический объём азота при сжигании твёрдого топлива

Объём трёхатомных газов при сгорании твёрдого топлива

еоретический объём водяных паров

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки α_т = 1,5.

Значение присосов воздуха по принятой компоновке поверхностей нагрева по отдельным газоходам (Δα) (рис. 3.1) представлены в таблице 3.1.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева в соответствии с компоновкой поверхностей нагрева

где i - номер поверхности нагрева по ходу дымовых газов.

Рисунок 3.1 - Схема газового тракта котла: КД - камера дожигания; ПП - пароперегреватель; КПI - котельный пучок I; КПII - котельный пучок II; ВП - воздухоподогреватель; ВЭК - водяной экономайзер

Таблица 3.1 - Присосы воздуха по газоходам котла

Коэффициент избытка воздуха на выходе из камеры дожигания

Коэффициент избытка воздуха на выходе из пароперегревателя и котельного пучка I

Коэффициент избытка воздуха на выходе из котельного пучка II

Коэффициент избытка воздуха на выходе из ВП

Коэффициент избытка воздуха на выходе из ВЭК

Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе каждой поверхности нагрева в соответствии с принятой их компоновкой

где

В газоходе камеры дожигания

В газоходе пароперегревателя и котельного пучка I

В газоходе II котельного пучка

В газоходе ВП

В газоходе ВЭК

Объём водяных паров при избытке воздуха α"_Т =1,5

Полный объём дымовых газов при избытке воздуха α"_Т =1,5

Объёмная доля трехатомных газов при избытке воздуха α"_Т =1,5

Объёмная доля водяных паров при избытке воздуха α"_Т =1,5

Суммарная доля трехатомных газов и водяных паров при α"_Т =1,5

Доля золы топлива, уносимой дымовыми газами из топки, при α"_Т=1,5, а_ун=0,15.

Масса дымовых газов при сжигании твёрдого топлива при α"_Т=1,5

Безразмерная концентрация золы в дымовых газах

Расчеты по п. 3.23…3.30 для отдельных газоходов опускаются. Результаты расчетов представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Средние объёмные характеристики продуктов сгорания

4 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха,

 кДж/кг,

где  - это удельная энтальпия влажного воздуха, кДж/м³.

Энтальпия теоретического объёма дымовых газов

 кДж/кг,

где  - удельная энтальпия углекислого газа, кДж/м³;

 - удельная энтальпия азота, кДж/м³;

 - удельная энтальпия водяных паров, кДж/м³.

Энтальпия золы в дымовых газах

 - удельная энтальпия 1кг золы, кДж/кг.

Энтальпия дымовых газов на выходе из i-той поверхности нагрева

, кДж/кг.

Расчёты по п.п. 4.1…4.4 для отдельных газоходов опускаются. Результаты расчетов представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Сводная таблица результатов расчетов по п.п. 4.1…4.4 для отдельных газоходов (I-таблица)

5. Предварительный тепловой баланс котла

Температура рабочего топлива (принимается) tтл =20 ⁰С.

Теплоемкость сухой массы топлива [4]  кДж/кг·К.

Теплоемкость рабочей массы топлива

Физическое тепло топлива

Располагаемое тепло рабочей массы топлива

Потеря тепла от механической неполноты сгорания [4] q4=6,0%.

Потеря тепла от химической неполноты сгорания [4] q3=0,1%.

Температура уходящих газов (принимается) Jух=168°С.

Энтальпия уходящих газов (табл. 4.1) Iух =2576,65 кДж/кг.

Температура холодного воздуха (принимается) tх.в. =20 °С.

Энтальпия холодного воздуха (табл. 4.1) I0. х.в.=152,9 кДж/кг.

Потери тепла с уходящими газами

Потеря тепла от наружного охлаждения [4] .

Температура шлака (принимается) t_шл=600 ^°С.

Энтальпия шлака (принимается по t_шл) [4, стр. 153] (cϑ)_зл=560 кДж/кг.

Потеря с теплом шлака

Суммарная потеря тепла в котле

Коэффициент полезного действия котла

Коэффициент сохранения тепла газоходах котла

6. Определение расхода топлива

Паропроизводительность котла

Давление в барабане

Давление перегретого пара

Температура перегретого пара

Энтальпия перегретого пара [4] .

Гидравлическое сопротивление ВЭК (принимается)

Давление питательной воды на входе в котел (на входе в экономайзер; принимается)

Температура питательной воды

Энтальпия питательной воды [4]. .

Величина непрерывной продувки

Расход воды на продувку

Энтальпия продувочной воды [4] .

Полное количество тепла, полезно использованное в котле,

Фактический расход топлива, подаваемого в топку,

Расчетный расход топлива

7. Поверочный тепловой расчет водяного чугунного экономайзера

Парциальное давление водяных паров

Температура конденсации влаги

Приведенное содержание серы на 1000 кДж/кг теплоты сгорания топлива

Приведенное содержание золы на 1000 кДж/кг теплоты сгорания топлива

Температура точки росы

Минимально допустимая температура питательной воды на входе в чугунный водяной экономайзер по условию предотвращения конденсации водяных паров

Примечание: должно соблюдаться условие t_пв>t_пв^min. Видно что данное условие соблюдается.

Расход воды в ВЭК

Температура воды на входе в ВЭК

Энтальпия воды на входе в ВЭК (см. п. 6.9)

Давление воды на выходе из ВЭК

Температура воды на выходе воды из ВЭК (принимается)

Энтальпия воды на выходе из ВЭК [4]

Температура газов на выходе из ВЭК

Энтальпия газов на выходе из ВЭК (таблица 4.1)

Тепловосприятие ВЭК со стороны рабочего тела

Энтальпия газов на входе в ВЭК

Температура газов на входе в ВЭК (таблица 4.1)

Средняя температура дымовых газов в ВЭК

Основные конструктивные характеристики ВЭК [5]

Расчетная поверхность нагрева H=646 м².

Схема соединения труб ВЭК представлена на рис. 1.6.

Число рядов труб поперек газохода (см. рис. 1.6, 7.1) Z₁=9 шт.

Эскиз ВЭК представлен на рисунке 7.1. [5]

Число рядов труб вдоль движения газов (рис 7.1) Z₂=16 шт.

Поперечный и продольный шаги труб (рис 7.1) S₁=150 мм; S₂=150 мм.

Диаметр и толщина стенки труб ВЭК d_вэк=76 мм; δ=8 мм.

Толщина одного фланца  

Длина одной трубы l_тр=3000 мм.

Зазор между ребром трубы и обмуровкой (принимается)  

Рисунок 7.1 - Эскиз водяного чугунного экономайзера ЭБ1-646

Живое сечение для прохода дымовых газов для одной трубы [6] F_тр=0,181 м².

Суммарное живое сечение для прохода дымовых газов ВЭК

Определение температурного напора [4]

Температурный напор на входе дымовых газов в ступень (наибольший)

Температурный напор на выходе дымовых газов из ступени (наименьший)

Средний температурный напор в водяном экономайзере

Средний удельный объём дымовых газов в районе ВЭК (табл. 3.2)  

Средняя скорость дымовых газов

Определение коэффициента теплопередачи [4, стр. 218]

Поправка на среднюю температуру потока газов

Коэффициент, учитывающий тип обдувочного устройства, (принимается что установлены паровые обдувочные аппараты) а=0,1.

Значение номограммного коэффициента теплопередачи

Реальное значение коэффициента теплопередачи

Тепло, воспринимаемое ВЭК по уравнению теплообмена,

Относительная невязка баланса (погрешность расчета)

Тепловой расчет ВЭК во втором приближении

Балансовое тепловосприятие ВЭК (принимается)  

Энтальпия газов на входе в ВЭК

Температура дымовых газов на входе в ВЭК (таб. 4.1)

Примечание: Видно что значение ϑ^’_вэк отличается от значения данной величины в первом приближении не более чем на 50 °С. Поэтому согласно [4, стр. 101] разрешается не пересчитывать коэффициент теплопередачи.

Энтальпия воды на выходе из ВЭК

Температура воды на выходе из ВЭК [4]

Определение температурного напора

Температурный напор на входе дымовых газов в ступень

Температурный напор на выходе дымовых газов из ступени

Средний температурный напор в ВЭК

Тепло, воспринимаемое ВЭК по уравнению теплообмена,

Относительная невязка баланса

Примечание: так как допустимая невязка баланса (±2%) [4, стр. 101] соблюдается, то тепловой расчет ВЭК окончен.

котел топливо воздухоподогреватель фестон

8. Поверочный тепловой расчет воздухоподогревателя

.1 Основные конструктивные характеристики воздухоподогревателя [ВП]

Наружный диаметр и толщина стенки труб

d_вп=40 мм;

δ_вп=1,5 мм.

ВП выполнен по классической компоновке, когда дымовые газы движутся внутри труб, а воздух снаружи. Таким образом дымовые газы омывают трубы продольно, а воздух поперечно.

Расположение труб - шахматное (см. п. 1.4). Оно представлено на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 - Компоновка пучка труб ВП

Поперечные и продольные шаги труб (см. рис. 8.1, табл. 1.3)

S₁=60 мм;

S₂=42 мм.

Живое сечение для прохода дымовых газов (см. табл. 1.3)  

Живое сечение для прохода воздуха (см. табл. 1.3)

Расчетная поверхность нагрева ВП (см. табл. 1.3) H_вп=228 м².

Чертеж ВП представлен на рисунке 1.7.

В ВП использована перекрестная схема взаимного движения дымовых газов и воздуха. При этом число ходов воздуха:  (см. табл. 1.3).

Температура и энтальпия дымовых газов на выходе из ВП

Температура и энтальпия воздуха на входе в ВП

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки  

Присосы воздуха в топку (табл 3.1)

Отношение реального количества воздуха на выходе из ВП к теоретически необходимому

Присосы воздуха в ВП (табл 3.1)

Отношение реального количества воздуха на входе в ВП к теоретически необходимому

Среднее значение величины β для ВП

Температура воздуха на выходе из ВП (принимается)

Энтальпия воздуха на выходе из ВП  

Тепло, воспринятое воздухом, [4, стр. 46]

Средняя температура воздуха в ВП

Энтальпия воздуха при средней температуре

Энтальпия дымовых газов на входе в ВП

Температура дымовых газов на входе в ВП

Примечание: необходимое условие отсутствия интенсивного окисления верхней трубной доски соблюдается.

Определение температурного напора

Наибольший температурный напор при чистом противотоке

Наименьший температурный напор при чистом противотоке

Средний температурный напор при чистом противотоке

Наибольший перепад температур у одной из сред

Наименьший перепад температур у одной из сред

Безразмерные параметры P и R

Коэффициент, учитывающий переход от противоточной схемы к однократному перекрестному току, [4, стр. 241]  

Средний температурный напор для ВП

Определение коэффициента теплоотдачи (КТО) от стенки к воздуху

Средняя скорость воздуха

Относительный поперечный шаг труб

Относительный продольный шаг труб

Число рядов труб по ходу воздуха (см. рис. 1.7)

Поправка на геометрическую компоновку пучка труб [4, стр. 223]  

Поправка на число рядов труб по ходу воздуха [4, стр. 222]  

Поправка на физические свойства воздуха [4, стр. 221]  

Значение номограммного КТО [4, стр. 222]

Значение КТО от стенки к воздуху [4, стр. 222]

Определение КТО излучением от дымовых газов к стенке трубы

Эффективная толщина излучающего слоя [4, стр. 67]

Средняя температура дымовых газов

Примечание: так как ϑ_ср < 300 °С коэффициент α_л не учитывается [4, стр. 65]

Определение КТО конвекцией от дымовых газов к стенке трубы

Удельный объём дымовых газов в районе ВП (табл. 3.2)  

Средняя скорость дымовых газов [4, стр. 54]

Средняя длина одной трубы ВП (см. рис. 1.7)  

Отношение  

Поправка на длину омываемого канала [4, стр. 229]  

Поправка на физические свойства дымовых газов [4, стр. 229]

Значение номограммного КТО конвекцией [4, стр. 228]

Значение КТО конвекцией от дымовых газов к стенке трубы [4, стр. 229]

Коэффициент использования поверхности нагрева [4, стр. 50]  

Суммарный КТО от дымовых газов к стенке трубы [4, стр. 50]

Коэффициент тепловой эффективности воздухоподогревателя [4, стр. 71]  

Коэффициент теплопередачи [4, стр. 50]

Тепло, воспринятое ВП по уравнению теплообмена, [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Тепловой расчет ВП во втором приближении

Тепло, воспринятое воздухом, (принимается)  

Энтальпия воздуха на выходе из ВП

Температура воздуха на выходе из ВП (табл. 4.1)

Средняя температура воздуха в ВП

Энтальпия воздуха при средней температуре

Энтальпия дымовых газов на входе в ВП

Температура дымовых газов на входе в ВП

Примечание: необходимое условие отсутствия интенсивного окисления верхней трубной доски соблюдается.

Определение температурного напора

Наибольший температурный напор при чистом противотоке

Наименьший температурный напор при чистом противотоке

Средний температурный напор при чистом противотоке

Наибольший перепад температур у одной из сред

Наименьший перепад температур у одной из сред

Безразмерные параметры P и R

Коэффициент, учитывающий переход от противоточной схемы к однократному перекрестному току, [4, стр. 241]  

Средний температурный напор для ВП

Примечание: видно, что значение ϑ^’_вп=335,42 °С в первом приближении отличается от значения ϑ^’_вп=333,64 °С во втором приближении не более чем на 50 °С. Поэтому согласно [4, стр. 101] разрешается не пересчитывать коэффициент теплопередачи.

Тепло, воспринятое ВП по уравнению теплообмена, [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Примечание: так как допустимая невязка баланса (±2%) [4, стр. 101] соблюдается, то тепловой расчет ВП окончен.

9. Поверочный тепловой расчет котельного пучка II

Котельные пучки (I и II), а так же пароперегреватель, разрезанные горизонтально, представлены на рисунке 9.1

Диаметр и толщина стенки трубы (см. п. 1.1)   

Поперечный шаг труб в пучке (раздел 1)  

Относительный поперечный шаг труб

Продольный шаг труб в пучке (раздел 1)  

Относительный продольный шаг труб

Число труб в одном ряду поперек газохода  

Число рядов труб вдоль движения дымовых газов

Расчетная поверхность нагрева (по наружному диаметру)  

Примечание: величина H_кпII определена с помощью непосредственного измерения длин труб (использовалась программа КОМПАС-3D v12). Расчеты опускаются.

Среднее живое сечение для прохода дымовых газов  

Примечание величина  определена с помощью программы КОМПАС-3D v12.

Температура и энтальпия дымовых газов на выходе из ступени (см. п. 8.28.6; п. 8.28.7)

Температура дымовых газов на входе в ступень (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в ступень

Присосы холодного воздуха в ступень  

Энтальпия холодного воздуха  

Коэффициент сохранения тепла в газоходах котла  

Тепловосприятие котельного пучка II

Давление в барабане котла (по заданию)

Средняя температура рабочего тела в котельном пучке  

Расчет среднего температурного напора

Температурный напор на входе дымовых газов в ступень

Температурный напор на выходе дымовых газов из ступени

Средний температурный напор в ступени

Рисунок 9.1 - Котельные пучки и пароперегреватель (горизонтальный разрез): ПП - пароперегреватель; КПI - котельный пучок №1; КПII - котельный пучок №2

Расчет коэффициента теплопередачи

Согласно [4, стр. 50] для испарительных поверхностей нагрева разрешается пренебрегать термическим сопротивлением по внутренней стороне  , т.е. коэффициент α₂ рассчитывать не требуется.

Расчет коэффициента теплоотдачи (КТО) от дымовых газов к стенке трубы за счет излучения

Средняя температура дымовых газов

Эффективная толщина излучающего слоя

Величины  (табл. 3.2)  

Давление в газоходе котла [4, стр. 66]  

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [4, стр. 37]

.21.2.6 Коэффициент А_зл [4, стр. 38]

А_зл=0,8.

Коэффициент поглощения лучей частицами золы [4, стр. 38]

Коэффициент поглощения дымовых газов [4, стр. 38]

Степень черноты потока газов [4, стр. 66]

Прибавка Δt_з [4, стр. 67] Δt_з=60 ^°C.

Температура стенки трубы [4, стр. 67]

Номограммный КТО излучением [4, стр. 238]

КТО излучением [4, стр. 238]

Расчет КТО конвекцией от дымовых газов к стенке трубы

Удельный объём дымовых газов (табл. 3.2)  

Средняя скорость дымовых газов [4, стр. 54]

Поправка на число рядов труб по ходу газов [4, стр. 221]  

Поправка на свойства дымовых газов [4, стр. 221]  

Поправка на геометрическую компоновку пучка

Значение номограммного КТО конвекцией при поперечном омывании коридорного пучка труб [4, стр. 220]  

КТО конвекцией [4, стр. 220]

Коэффициент использования для поперечно омываемых пучков труб [4, стр. 50]  

КТО от газов к стенке трубы [4, стр. 50]

Коэффициент тепловой эффективности [4, стр. 71]  

Коэффициент теплопередачи [4, стр. 50]

Тепловосприятие второго конвективного пучка по уравнению конвективного теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Тепловой расчет КПII во втором приближении

Тепловосприятие котельного пучка II (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в ступень

Температура дымовых газов на входе в ступень (табл. 4.1)  

Примечание: видно, что значение ϑ^’_вп=570 °С в первом приближении отличается от значения ϑ^’_вп=586,69 °С во втором приближении не более чем на 50 °С. Поэтому согласно [4, стр. 101] разрешается не пересчитывать коэффициент теплопередачи.

Средняя температура рабочего тела в котельном пучке

Расчет среднего температурного напора

Температурный напор на входе дымовых газов в ступень

Температурный напор на выходе дымовых газов из ступени

Средний температурный напор в ступени

Тепловосприятие второго конвективного пучка по уравнению конвективного теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Примечание: так как допустимая невязка баланса (±2%) [4, стр. 101] соблюдается, то тепловой расчет КПII окончен.

10. Поверочный тепловой расчет котельного пучка I ступени и пароперегревателя

Конструкция первого по ходу газов котельного пучка (КПI) и пароперегревателя представлена на рисунках 1.1, 1.4 и 9.1.

Основные конструктивные характеристики пароперегревателя (ПП)

Наружный диаметр и толщина стенки трубы ПП (см. п. 1.2)  

Внутренний диаметр трубы

Живое сечение для прохода пара одной трубы

Число рядов труб по ходу газов (см. рис. 9.1)  

Число рядов труб поперек газохода (см. рис. 9.1)  

Средняя длина трубы ПП (определена по чертежу, с учетом масштаба)  

Расчетная поверхность нагрева ПП (определена по наружному диаметру)

Примечание: Согласно данным таблицы 1.1 значение величины H_пп составляет 30 м². Далее в расчетах будет использоваться это значение (30 м²).

Согласно рисунку 9.1 через последние 10 змеевиков по ходу газов (т.е. через 60 труб) пар опускается вниз, а через первые 10 змеевиков по ходу газов (т.е. через 60 труб) пар поднимается вверх. Таким образом:

) Общая схема движения противоточная (двух кратный перекрест);

) Количество параллельно включенных труб для прохода пара (Z_п) равняется 60.

Суммарное живое сечение для прохода пара в ПП

Поперечный шаг труб (по прямым измерениям)  

Относительный поперечный шаг труб

Расположение труб - коридорное с неравномерными продольными шагами по глубине пучка (см. п. 1.2):  

Средний продольный шаг труб

Средний относительный продольный шаг труб

Основные конструктивные характеристики КПI

Основные конструктивные характеристики совпадают с таковыми у КПII (см. п. 9.2-9.6):

Расчетная поверхность нагрева КПI по наружному диаметру (определена с помощью прямых измерений (и расчетов) в программе КОМПАС-3D v12)  

Для облегчения входа дымовых газов из камеры дожигания в КПI первые три ряда котельного пучка расфестонированны - т.е. являются шахматным пучком (см. рис. 9.1). Поверхность труб с шахматной компоновкой (по прямым измерениям)  

Так как отношение  меньше 10% то весь котельный пучок считается коридорным.

Суммарная расчетная поверхность нагрева первого и второго котельных пучков (см. табл. 1.1)

Расчетная поверхность нагрева КПI с учетом информации, изложенной в п. 9.9 и 10.3.5

Погрешность определения величины H_кпI

Примечание: значение полученной погрешности допустимо для инженерных расчетов. Далее в расчетах используется значение:  

Живое сечение для прохода дымовых газов в районе ПП и КПI (определено с помощью расчетов и измерений в программе КОМПАС-3D v12)  

Обе поверхности нагрева (ПП и КПI) являются основными и требуют отдельного расчета коэффициента теплопередачи.

Тепловой расчет пароперегревателя

Энтальпия и температура сухого насыщенного пара (определяется по P_б; [4, стр. 179])

Температура и энтальпия перегретого пара

Расход пара в ПП (см. п. 6.1)  

Тепловосприятие ПП со стороны пара [4, стр. 45]

Температура дымовых газов на входе в ПП-КПI (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в ПП-КПI  

Температура и энтальпия дымовых газов на выходе из ПП-КПI (см. п. 9.24.2 и 9.24.3)

Расчет температурного напора

Наибольший температурный напор при чистом противотоке

Наименьший температурный напор при чистом противотоке

Температурный напор при чистом противотоке

Полный перепад температур у той среды, у которой он больше,

Полный перепад температур у той среды, у которой он меньше,

Безразмерные параметры P и R

Коэффициент пересчет от противоточной схемы к перекрестному току [4, стр. 241]  

Температурный напор в пароперегревателе

Расчет коэффициента теплоотдачи (КТО) от дымовых газов к стенке трубы за счет конвекции

Параметры  (табл. 3.2)  

Средняя температура дымовых газов

Скорость дымовых газов

Поправка на физические свойства дымовых газов [4, стр. 221]

Поправка на число труб по ходу газов [4, стр. 221]

Поправка на геометрическую компоновку пучка [4, стр. 57]

Значение номограммного коэффициента КТО [4, стр. 220]  

КТО конвекцией от дымовых газов к стенке трубы [4, стр. 220]

Расчет КТО от стенки трубы к пару

Давление пара на входе в ПП  

Давление пара на выходе в ПП  

Средняя температура и давление пара в ПП

Средний удельный объём пара в ПП (определяется с помощью P_ср и t_ср [4, стр. 185])  

Средняя скорость пара в ПП [4, стр. 55]

Поправка на внутренний диаметр трубы [4, стр. 230]  

Значение номограммного КТО от стенки трубы к пару [4, стр. 230]  

КТО от стенки трубы к пару [4, стр. 230]

Расчет КТО от дымовых газов к стенке трубы за счет излучения

Эффективная толщина излучающего слоя

Давление в газоходе котла [4, стр. 66]  

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [4, стр. 37]

Безразмерный коэффициент А_зл [4, стр. 38]  

Коэффициент поглощения лучей частицами золы [4, стр. 38]

Коэффициент поглощения газовой среды

Степень черноты потока газов [4, стр. 66]

КТО излучением (принимается)  

Коэффициент использования поверхности нагрева [4, стр. 68]  

КТО от газов к стенке (в первом приближении)

Коэффициент тепловой эффективности ПП [4, стр. 71]  

Номограммный КТО излучением [4, стр. 238]  

КТО излучением [4, стр. 238]

КТО от газов к стенке

Погрешность расчета

Коэффициент теплопередачи [4, стр. 50]

Тепловосприятие ПП по уравнению конвективного теплообмена

Относительная невязка баланса

Примечание: Величина ΔQ_пп не должна превышать 2%. Что бы свести данный баланс необходимо увеличивать температуру перегретого пара, т.е. менять задание. При этом поменяется расход топлива и потребуется пересчитывать весь котёл. Грубая оценка показывает, что в данном случае пар перегревается выше положенного значения (225 °С) примерно на 8 °С, что, скорее всего, не критично для надежности ПП и для потребителя пара. Следует отметить, что повышенный перегрев способствует компенсации тепловых потерь в паропроводах за котлом. Кардинальным решением проблемы может быть ликвидация двух-трех змеевиков пароперегревателя, что на данном котле технически возможно.

Тепловой расчет КПI

Число рядов труб по ходу газов  

Средняя глубина пучка (по чертежу)  

Глубина камеры дожигания (по чертежу)  

Коэффициент сохранения тепла в газоходах котла  

Суммарные присосы воздуха  

Энтальпия холодного воздуха  

Тепловосприятие первого котельного пучка

Температура пароводяной смеси  

Расчет среднего температурного напора

Температурный напор на входе дымовых газов в ступень

Температурный напор на выходе дымовых газов из ступени

Средний температурный напор в ступени

Расчет КТО от дымовых газов к стенке трубы за счет излучения

Эффективная толщина излучающего слоя

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

Коэффициент поглощения лучей частицами золы

Коэффициент поглощения газовой среды

Степень черноты потока газов [4, стр. 66]

Поправка Δt_з [4, стр. 67]  

Температура стенки трубы [4, стр. 67]

Номограммный КТО излучением [4, стр. 238]  

КТО излучением без учета излучения дымовых газов из камеры дожигания [4, стр. 238]

Средняя температура дымовых газов в камере дожигания (оценивается приблизительно)

Коэффициент, учитывающий вид сжигаемого топлива, [4, стр. 68] А=0,4.

КТО излучением с учетом излучения дымовых газов из камеры дожигания [4, стр. 68]

Расчет КТО конвекцией от дымовых газов к стенке трубы

Скорость дымовых газов в пучке  

Поправка на число рядов труб по ходу газов [4, стр. 221]  

Поправка на свойства дымовых газов [4, стр. 221]  

Поправка на геометрическую компоновку пучка (см. п. 9.21.3.5)  

Значение номограммного КТО конвекцией [4, стр. 220]  

КТО конвекцией [4, стр. 220]

Коэффициент использования для поперечно омываемых пучков труб [4, стр. 50]  

КТО от газов к стенке трубы [4, стр. 50]

Коэффициент тепловой эффективности (см. п. 10.5.11.11)  

Коэффициент теплопередачи [4, стр. 50]

Тепловосприятие первого котельного пучка по уравнению конвективного теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Тепловой расчет КПI во втором приближении

Тепловосприятие КПI (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в ПП-КПI

Температура дымовых газов на входе в ПП-КПI (табл. 4.1)  

Примечание: видно, что значение ϑ^’_пп-кпI=890 °С в первом приближении отличается от значения ϑ^’_п-кпI=928,2 °С во втором приближении не более чем на 50 °С. Поэтому согласно [4, стр. 101] разрешается не пересчитывать коэффициент теплопередачи.

Определение температурного напора

Температурный напор на входе дымовых газов в ступень

Температурный напор на выходе дымовых газов из ступени

Средний температурный напор в ступени

Тепловосприятие первого котельного пучка по уравнению конвективного теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Примечание: так как допустимая невязка баланса (±2%) [4, стр. 101] соблюдается, то тепловой расчет ПП-КПI окончен.

11. Поверочный тепловой расчет камеры дожигания

Температура и энтальпия дымовых газов на выходе из КД (см. п. 10.6.20, 10.6.21)

Температура дымовых газов на входе в КД (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в КД (табл. 4.1)  

Присосы воздуха в камеру дожигания не учитываются (см. разделы 3, 4)  

Коэффициент сохранения тепла в газоходах котла  

Энтальпия холодного воздуха  

Преобладающим видом теплообмена в КД (благодаря отсутствию пучков труб, а так же наличии большого объёма газов) является излучение [7, стр. 132]. Теплообмен за счет конвекции существует, но им можно пренебречь. В этой связи [7, стр. 132] коэффициент теплопередачи будет ровняться коэффициенту теплоотдачи излучением  

Тепловосприятие КД

Средняя температура дымовых газов к КД

Температура рабочего тела в трубах экранирующих камеру дожигания  

Перепад температур Δt_з [4, стр. 67]  

Температура слоя золовых отложений на трубах [4, стр. 67]

Температурный напор в КД [7, стр. 132]

Камера дожигания представлена на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1 - Эскиз камеры дожигания

Площадь выходного окна топки (см. п. 13.18)  

Угловой коэффициент тыльного экрана топки  

Площадь входного окна КД

Расчетная поверхность нагрева входного окна камеры дожигания

Длина тыльного экрана топки, закрытая сверху шамотным кирпичом (см. рис. 11.1)  

Ширина топки (см. п. 13.2)  

Площадь экранных труб, ограничивающих КД и закрытых шамотным кирпичом,

Расчетная поверхность экрана, закрытого шамотным кирпичом, (с учетом обстоятельства, что КПД у лучистого тепловосприятия экранов, закрытых шамотным кирпичом, составляет 10% [4, стр. 42])

Площадь обмуровки нижнего барабана в районе КД (оценивается по чертежу; см. рис. 11.1)  

Угловой коэффициент барабана  

Расчетная поверхность экрана КД, покрывающего нижний барабан

Поверхность выходного окна КД (определяется по чертежу; см. рис. 11.1)  

Вся тепловая энергия, передаваемая в сторону КП от раскалённых дымовых газов, находящихся в КД, будет полезно воспринята рабочим телом (кипящей водой). Поэтому угловой коэффициент углового окна КД равняется:  

Расчетная поверхность нагрева выходного окна КД

Площадь левого бокового экрана КД (по чертежу)  

Площадь правого бокового экрана КД (по чертежу)  

Угловой коэффициент боковых экранов  

Суммарная расчетная поверхность нагрева боковых экранов камеры дожигания

Расчетная поверхность КД

Полная поверхность экранов КД

Объём камеры дожигания (по чертежу)  

Эффективная толщина излучающего слоя [4, стр. 66]

Удельный объём дымовых газов в районе КД (табл. 3.2)  

Величины  (табл. 3.2), [4, стр. 38]

Давление в газоходе котла [4, стр. 66]  

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [4, стр. 37]

Коэффициент поглощения лучей частицами золы

Суммарный коэффициент поглощения газовой среды

Степень черноты потока газов [4, стр. 66]

Значение номограммного коэффициента теплоотдачи [4, стр. 238]  

Коэффициент теплопередачи (см. п. 11.7)

Тепловосприятие КД по уравнению теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Тепловой расчет КД во втором приближении

Тепловосприятие КД (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в ступень

Температура дымовых газов на входе в КД (табл. 4.1)  

Примечание: видно, что значение ϑ^’_кд=975 °С в первом приближении отличается от значения ϑ^’_кд=963,9 °С во втором приближении не более чем на 50 °С. Поэтому согласно [4, стр. 101] разрешается не пересчитывать коэффициент теплопередачи.

Средняя температура дымовых газов в КД

Температурный напор в КД [7, стр. 132]

Тепловосприятие КД по уравнению теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Примечание: так как допустимая невязка баланса (±2%) [4, стр. 101] соблюдается, то тепловой расчет КД окончен.

12. Поверочный тепловой расчет фестона

Наружный диаметр трубы  

Шаг труб тыльного экрана  

Средняя длина трубы фестона (см. рис. 13.1)

Ширина топки  

Количество труб фестона

Расчетная поверхность нагрева фестона

Температура и энтальпия на выходе из фестона

Температура дымовых газов на входе в фестон (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в фестон (см. табл. 4.1)

Тепловосприятие фестона (присосы воздуха не учитываются) [4, стр. 44]

Средняя температура дымовых газов в фестоне

Температура рабочего тела внутри труб фестона  

Температурный напор в фестоне

Живое сечение для прохода дымовых газов [4, стр. 55]

Значения величин  (см. табл. 3.2)

Скорость дымовых газов [4, стр. 54]

Согласно [4, стр. 106] для однорядного фестона коэффициент теплоотдачи (КТО) конвекцией рассчитывается как первого ряда шахматного пучка с коэффициентом C_s=1,0.

Относительный поперечный шаг труб фестона

Поправка на число рядов труб по ходу дымовых газов [4, стр. 222]  

Поправка на физические свойства дымовых газов [4, стр. 222]  

Значение номограммного КТО конвекцией от дымовых газов к стенке трубы [4, стр. 222]  

Значение КТО конвекцией от дымовых газов к стенке трубы [4, стр. 222]

Объём топки  

Объём камеры дожигания  

Полная площадь стен топки  

Площадь выходного окна топки  

Площадь стен камеры дожигания  

Эффективная толщина излучающего слоя [4, стр. 66]

Давление в газоходе котла [4, стр. 66]  

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [4, стр. 37]

Коэффициент поглощения лучей частицами золы [4, стр. 38]

Суммарный коэффициент поглощения газовой среды [4, стр. 38]

Степень черноты потока газов [4, стр. 66]

Температура слоя золовых отложений на трубах  

Значение номограммного КТО излучением [4, стр. 238]  

КТО излучением [4, стр. 238]

Коэффициент использования поверхности нагрева [4, стр. 68]  

КТО от газов к стенке трубы [4, стр. 50]

Коэффициент тепловой эффективности фестона [4, стр. 71]  

Коэффициент теплопередачи [4, стр. 60]

Тепловосприятие фестона по уравнению теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Расчет фестона во втором приближении

Тепловосприятие фестона (принимается)  

Энтальпия дымовых газов на входе в фестон

Температура дымовых газов на входе в фестон (табл. 4.1)  

Примечание: видно, что значение ϑ^’_ф=980 °С в первом приближении отличается от значения ϑ^’_ф=982,06 °С во втором приближении не более чем на 50 °С. Поэтому согласно [4, стр. 101] разрешается не пересчитывать коэффициент теплопередачи.

Средняя температура дымовых газов в фестоне

Температура рабочего тела внутри труб фестона  

Температурный напор в фестоне

Тепловосприятие фестона по уравнению теплообмена [4, стр. 44]

Относительная невязка баланса

Примечание: согласно [4, стр. 106] допустимая невязка баланса в фестоне должна быть менее 5%, так как данное условие выполняется, то тепловой расчет фестона окончен.

13.Поверочный тепловой расчет топки

.1 Продольный разрез топки представлен на рисунке 13.1, а её поперечный разрез - на рисунке 13.2

Рисунок 13.1 - продольный разрез топки

Ширина топки (см. рис. 13.2)  

Глубина топки (см. рис. 13.2)  

Поверхность зеркала горения

Примерная длина слоя топлива (см. рис. 13.1)  

Площадь горящего на решетке топлива

Рисунок 13.2 - поперечный разрез топки

Длина неэкранированной части фронтового экрана (см. рис. 13.1)  

Площадь неэкранированной части фронтового экрана

Длина экранированной части фронтового экрана (см. рис. 13.1)  

Площадь экранированной части фронтового экрана

Длина экранированной части тыльного экрана (см. рис. 13.1)  

Площадь экранированной части тыльного экрана

Выходное окно топки, в котором располагается фестон, разбивается на две поверхности:

 - поверхность, контур которой простой, м²;

 - поверхность, контур которой (благодаря перегруппировке труб фестона и труб одного из боковых экранов) сложный.

Длина простой поверхности фестона (см. рис. 13.1)  

Площадь простой поверхности фестона

Длина l₃ (см. рис. 13.1)  

Площадь сложной поверхности фестона (определена с помощью программы КОМПАС-3D v12)  

Площадь выходного окна топки (с фестоном)

Площадь выходного окна без фестона (определена с помощью программы КОМПАС-3D v12; см. рис. 13.2)  

Длина потолка топки (см. рис. 13.1)  

Длина левого бокового экрана топки (см. рис. 13.2)  

Площадь  (см. рис. 13.1; определена с помощью программы КОМПАС-3D v12)  

Площадь поверхности левого бокового экрана топки

Длина правого бокового экрана топки (см. рис. 13.2)  

Площадь поверхности правого бокового экрана топки

Полная площадь поверхности стен топки

Высота экранированной части тыльного экрана (см. рис. 13.2)  

Объём топки V₁ (см. рис. 13.1)

Объём топки V₂ (см. рис. 13.1)

Полный объём топки

Коэффициент загрязнения экранов [4, стр. 42]  

Диаметр экранных труб  

Шаг труб боковых и фронтового экранов  

Шаг труб тыльного экрана  

Относительные шаги труб боковых, фронтального и тылового экранов

Угловой коэффициент выходного окна, боковых и фронтового экранов [4, стр. 214]

Угловой коэффициент неэкранированной поверхности  

Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и фестоном, [4, стр. 42]  

Коэффициент загрязнения выходного окна топки [4, стр. 42]

Коэффициент тепловой эффективности поверхностей топки [4, стр. 41]

Средний коэффициент тепловой эффективности топки [4, стр. 41]

Параметры  (табл. 3.2)  

Коэффициент рециркуляции [4, стр. 41]  

Параметр забалластированности топочных газов [4, стр. 41]

Соотношение между поверхностью зеркала горения и поверхностью стен топки [4, стр. 40]

Параметр  [4, стр. 40]  

Параметр М [4, стр. 40]

Коэффициент  (см. п. 8.6)  

Присосы воздуха в топку (табл. 3.1)  

Энтальпия холодного и горячего воздуха (см. п. 8.27.2)

Тепло, внесенное в топку горячим и холодным воздухом, [4, стр. 41]

Потери тепла в котле определены ранее  

Располагаемое тепло рабочей массы топлива  

Полезное тепловыделение в топке [4, стр. 41]

Адиабатическая температура горения [4, стр. 41], (табл. 4.1)

Температура на выходе из топки (принимается)

Энтальпия на выходе из топки (табл. 4.1)  

Коэффициент сохранения тепла в газоходах котла  

Тепло, воспринятое топке за счет излучения, [4, стр. 41]

Эффективная толщина излучающего слоя [4, стр. 66]

Давление в газоходе котла [4, стр. 66]  

Параметры   

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [4, стр. 37]

Коэффициент  для слоевого сжигания [4, стр. 38]  

Коэффициент, учитывающий вид сжигаемого топлива, [4, стр. 38]  

Коэффициент поглощения лучей частицами золы [4, стр. 38]

Коэффициент поглощения топочной среды [4, стр. 38]

Критерий Бугера [4, стр. 37]

Эффективное значение критерия Бугера [4, стр. 40]

Расчетный расход топлива  

Расчетная температура на выходе их топки [4, стр. 43]

Абсолютная погрешность расчета

Примечание: согласно [4, стр. 104] величина  не должна превышать ±100 ^°С. Так как данное условие соблюдается, то тепловой расчет топки окончен.

14 Сведение теплового баланса котла

Смысл теплового баланса котла заключается в том, что тепло, выделившееся при сжигании топлива, (с учетом КПД его использования) должно быть потрачено на подогрев рабочего тела в поверхности нагрева котла.

В анализируемом котле для интенсификации процесса слоевого сжигания (в том числе для ускорения сушки топлива) установлен воздухоподогреватель, который также помогает утилизировать теплоту уходящих дымовых газов. Воздух, забирая тепло от дымовых газов, направляет эту энергию обратно в топку, т.е. это тепло циркулирует в пределах котла. Поэтому тепловосприятие воздухоподогревателя не учитывается в тепловом балансе котла.

Располагаемое тепло одного кг сжигаемого топлива  

КПД котла (брутто)  

Тепло, воспринятое в топочной камере за счет излучения,  

Тепловосприятие фестона на выходе из топки  

Тепловосприятие камеры дожигания  

Тепловосприятие первого и второго по ходу газов, котельных пучков

Тепловосприятие пароперегревателя

Тепловосприятие водяного экономайзера  

Потеря тепла от механического недожога топлива  

Абсолютная невязка теплового баланса котла [4, стр. 102]

Относительная невязка теплового баланса котла

Примечание: согласно [4, стр. 102] относительная невязка баланса (δQ) не должна превышать 0,5%. Необходимое условие соблюдается, тепловой расчет котла окончен.

Заключение

В результате проделанной работы был произведен поверочный тепловой расчет котла КЕ-25-14-225С. Первый раздел посвящен рассмотрению конструкции котла. В последующих четырех разделах предоставлена информация характеризующая эффективность использования данного вида топлива в котельной установке. Полученное значение коэффициента полезного действия котла (КПД) брутто - 82,46% можно охарактеризовать как высокое, в расчетах использовались нормативные значения присосов воздуха в газовый тракт. В действительности же КПД котла скорее всего имеет несколько меньшие значения (на уровне 60%...70%)

Классическая методика расчета проводится по ходу дымовых газов, начиная с топки и в данном котле заканчивая экономайзером, и сводится два баланса, по температуре горячего воздуха и по температуре уходящих газов. Никакие методические положения [4] в этой курсовой работе не нарушены, хотя расчет был произведен не по ходу дымовых газов, а против хода дымовых газов, с хвоста котла. Один баланс (±40 °С) по температуре горячего воздуха выродился, так как, когда подошли к расчету топки, воздухоподогреватель уже сосчитали, и температура горячего воздуха уже известна, и ей задаваться не нужно, поэтому баланса (±40 °С) нет, так как расчет был произведен с хвоста котла. По ходу расчета, в фестоне появляется температура и энтальпия дымовых газов на выходе из топки, и был произведен расчет топки. При поверочном расчете топки разрешается невязка по температуре газов на выходе из топки (±100 °С). Когда начинали считать топку температура горячего воздуха была известна, так же известна энтальпия. При расчете топки задаемся температурой дымовых газов которая была сосчитана на входе в фестон, и было показано что погрешность не превышает допустимое значение (±100 °С).

Список использованных источников

1 В.Н. Бутина, И.О. Бурова Отраслевой каталог: котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Москва: Издательство 1992. - 230с.

Общество с ограниченной ответственностью «Энергомашхолдинг»

Обществой с ограниченной ответственностью «Бийская энергетическая компания» http://biek.ru/ 21.01.2014.

Тепловой расчет котлов (нормативный метод). - СПб: Издательство НПО ЦКТИ, 1998. - 256 с.

«Все для котлов».

Сергеев А.В. Справочное учебное пособие для персонала котельных: Тепломеханическое оборудование котельных. - СПб: Издательство, 2005. - 345 с.

Фурсов И.Д. Коновалов В.В. Конструирование и тепловой расчет паровых котлов. Учебное пособие, Барнаул. - 2001 - 265 с.