Выбор вспомогательной поверхности нагрева

 

Принимаем к установке в качестве вспомогательной поверхности нагрева – водяной экономайзер, чугунный, ребристый, некипящего типа системы ВТИ.

В настоящее время изготавливают только один тип водяных чугунных экономайзеров – водяные экономайзеры системы Всесоюзного теплотехнического института. Их собирают из чугунных ребристых труб различной длины, соединяемых между собой специальными фасонными частями – калачами. Ребристые трубы устанавливают с целью увеличения площади поверхности нагрева и уменьшения габаритных размеров экономайзеров.

Конечная температура воды на выходе из чугунных экономайзеров должна быть ниже температуры кипения в котле по крайней мере на 20 градусов, чтобы не происходило разрушения чугуна.

Температуру дымовых газов на выходе из экономайзера принимаем равной 180 градусов для того, чтобы не образовывался конденсат (т.к. температура воды в трубках больше), который бы реагировал с сернистым газом, образуя кислоту, разрушающую трубки.

 

4. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

4.1. Определение присосов и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам.

Коэффициенты избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличиваются. Это обусловлено тем, что давление в газоходах меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата.

Присос воздуха принято выражать в долях теоретического количества воздуха, необходимого для горения.

∆α = ∆V_ПРИС/ V_О

где: ∆V_ПРИС – количество воздуха, присасываемого в соответствующий газоход агрегата, приходящийся на 1 м³ газа при нормальных условиях.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к α_Т соответствующих присосов воздуха.

α_i = α_Т + ∑∆α_i

где: i – номер поверхности нагрева после топки по ходу продуктов сгорания;

 

α_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, принимаемый по
табл.3.2 [1], α_Т = 1,1;

α_{КП_1}’ = α_Т = 1,1;

α_{КП_1}’’=α_{КП_2}’ = α_{КП_1}’ + ∆α_КП = 1,1 + 0,05 = 1,15;

α_{КП_2}’’=α_ЭК’ = α_{КП_2}’ + ∆α_КП = 1,15 + 0,1 = 1,25;

α_ЭК’’ = α_ЭК’ + ∆α_ЭК = 1,15 + 0,1 = 1,25,

 

где α_{КП_1}’ – коэффициент избытка воздуха на входе в первый конвективный пучок;

α_{КП_1}’’ - коэффициент избытка воздуха на выходе из первого конвективного пучка;

α_{КП_2}’– коэффициент избытка воздуха на входе во второй конвективный пучок;

α_{КП_2}’’ - коэффициент избытка воздуха на выходе из второго конвективного пучка;

α_ЭК’ – коэффициент избытка воздуха на входе в экономайзер;

α_ЭК’’ – коэффициент избытка воздуха на выходе из экономайзера:

 

 

4.2. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания.

 

1. Определяем теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания:

V^o=0,0889(C^p+0,375S^p_об)+0,265H^p-0,0333O^p

V^о =10,311

1. Определяем теоретический объём азота в продуктах сгорания:

V⁰_N2 =0,79·Vo+0,08·Np

V⁰_N2 =8,185

1. Определяем объём трёхатомных газов:

V_RO2=1,866(С_р+0,375S^р_об)/100

V_RO2 =1,554

4. Определяем теоретический объём водяных паров:

 

V^o_H2O =0,111H^p+0,124W^p+0,0161V⁰

V⁰_H2O =1,577

5. Определяем средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева:

,

где α’ – коэффициент избытка воздуха перед газоходом;

α’’ – коэффициент избытка воздуха после газохода;

 

Топка:

Первый конвективный пучок:

Второй конвективный пучок:

 

Экономайзер:

6. Определяем избыточное количество воздуха для каждого газохода:

,

 

7. Определяем действительный объем водяных паров:

 

,

,

,

,

,

 

 

8. Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания:

 

,

,

,

,

,

 

9. Определяем объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, а также суммарную объёмную долю по формулам:

;

;

;

 

10. Определяем массу дымовых газов:

G_Г = 1 + 1,306 · α_СР · V^О

G_{Г_Т} = 15,812

G_{Г_КП_1} = 16,149

G_{Г_КП_2} = 17,159

G_{Г_ЭК} = 18,5605

11. Определяем плотность дымовых газов:

ρ_Г = G_Г / V_Г

ρ_{Г_Т} = 1,2789

ρ_{Г_КП_1} = 1,2791

ρ_{Г_КП_2} = 1,2794

ρ_{Г_ЭК} = 1,2799

Результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Величина	Размер-ность	Теоретические объемы:
V0	10,311	V(N2)	8,185 м3/кг
V(RO2)	1,554 м3/кг	V(H2O)	1,577 м3/кг
Газоход
Топка	Первый конвективный пучок	Второй конвективный пучок	Экономайзер
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева	-	1,1	1,15	1,25	1,35
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева	-	1,1	1,125	1,200	1,300
Избыточное количество воздуха	м3/кг	1,031	1,289	2,062	3,093
Объем водяных паров	м3/кг	1,593	1,597	1,610	1,626
Полный объем продуктов сгорания	м3/кг	12,364	12,626	13,411	14,459
Объемная доля трехатом-ных газов	-	0,1257	0,1231	0,1159	0,1075
Объемная доля водяных паров	-	0,1289	0,1265	0,1200	0,1125
Суммарная обемная доля	-	0,2546	0,2496	0,2359	0,2200
Масса дымовых газов		15,8122	16,1488	17,1587	18,5053
Плотность дымовых газов		1,2789	1,2791	1,2794	1,2799

4.2. Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха или продуктов сгорания относить к 1 м³ сжигаемого топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.

 

1. Вычисляем энтальпию теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур (кДж/м³).

 

,

 

где: V^O – теоретический объем воздуха, необходимого для горения,
V^O = 10,311 ;

(сq)_В – энтальпия 1 м³ воздуха, , принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [1].

 

2. Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания для всего диапазона выбранных температур

 

,

 

где: – объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара воздуха, необходимого для горения:

; ; ;

– энтальпии 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота и теоретического объема водяных паров, кДж/м³, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [1].

 

3. Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур.

 

,

 

4. Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α > 1

,

 

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2. По данным таблицы 2 строится график I = f(q).

Таблица 2.

Расчет энтальпий продуктов сгорания.
Поверхность нагрева	Темп. после поверх. Нагрева	Iв0,	Iг0,	Iизбв,	I,
Верх топочной камеры а_т=1,1		31694,72	38096,17	3169,47	41265,64
	29962,54	35993,65	2996,25	38989,91
	28230,36	33869,03	2823,04	36692,07
	26539,43	31778,71	2653,94	34432,65
	24858,80	29701,33	2485,88	32187,21
	23167,87	27629,85	2316,79	29946,64
	21476,93	25599,29	2147,69	27746,98
	19786,00	23540,43	1978,60	25519,03
	18146,62	21530,27	1814,66	23344,93
	16496,92	19563,90	1649,69	21213,60
	14847,23	17603,43	1484,72	19088,16
	13249,09	15658,94	1324,91	16983,85
	11692,19	13739,58	1169,22	14908,80
Конвективные пучки, а_кп1=1,125; a_кп2=1,2		14847,23	17603,43	1855,90	19459,34
	13249,09	15658,94	1656,14	17315,08
	11692,19	13739,58	1461,52	15201,10
	10124,99	11860,73	1265,62	13126,36
	8578,40	10031,90	1072,30	11104,20
1715,68	11747,58
	7073,06	8260,44	1414,61	9675,05
	5598,64	6514,77	1119,73	7634,50
	4165,47	4820,18	833,09	5653,27
	2752,92	3175,13	550,58	3725,71
Водяной экономайзер, а_эк=1,3		5598,64	6514,77	1679,59	8194,36
	4165,47	4820,18	1249,64	6069,82
	2752,92	3175,13	825,88	4001,00
	1371,31	1566,34	411,39	1977,73

5. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива.

5.1. Расчёт потерь теплоты.

 

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 Q_Р^Р. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого твёрдого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях имеет вид:

Q_Р^Р = Q₁ + Q₂ + Q ₃ + Q₄ + Q₅,

где Q_Р^Р – располагаемая теплота, ;

Q₁ – полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воде, или;

Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, – потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке, плюс потери на охлаждение панелей и балок, не включённых в циркуляционный контур котла, .

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты:

Потеря теплоты с уходящими газами(q₂) обусловлена 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, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов CO, H₂. CH₄. Потеря теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и 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. Очаговые 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. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности парового котла.

Между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство:

где: Q_Н^С – низшая теплота сгорания сухой массы топлива, Q_H^C = 40400 ;

Q_В.ВН – теплота внесенная воздухом, Q_В.ВН = 0 ;
i_ТЛ – физическая теплота, внесённая топливом, ;

Q_Ф – теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, ; Q_Ф =0;

Q_К – теплота, затраченная на разложение карбонатов, ; Q_К=0

i_ТЛ =с_ТЛt_ТЛ,

где t_ТЛ - температура топлива, ⁰С; принимаем t_ТЛ=110⁰С;

с_ТЛ – удельная теплоёмкость топлива, ;

 

с_ТЛ=1,74+0,0025t_ТЛ

i_ТЛ =(1,74+0,0025×110)×110=221,65

 

Q_Р^Р = 40400 + 0+221,65 +0-0= 40621,65 ;

 

Потери теплоты от механической неполноты сгорания: q₄ = 0;

Потери теплоты от химической неполноты сгорания: q₃ = 0,5%;

Потери теплоты от внешнего охлаждения определяем по формуле:

Где: – отношение номинальной нагрузки парового котла к расчетной нагрузке парового котла, ;

q_{5 НОМ} – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, определяем по табл. 4.5 [1], q_{5 НОМ} = 1,7 %;

 

Получаем q₅ = 1,7 %;

 

Потеря теплоты в виде физической теплоты шлаков и от охлаждения балок и панелей топки: q₆ = 0;

 

Определяем потерю теплоты с уходящими газами:

где: I_УХ – энтальпия уходящих газов, определяем по табл. 2, при соответствующих значениях α_УХ и выбранной температуре уходящих газов
t_УХ = 180 ^ОС, I_УХ = 3596,35 ;

α_УХ – коэффициент избытка воздуха, берется из табл. 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева, α_УХ = 1,3;

I_Х.В.^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_В = 30 ^ОС по формуле:

I_Х.В.^О = 39,8·V^O,

I_Х.В.^О = 39,8·10,311= 410,36,

 

q₄ – потери теплоты от механической неполноты горения, для газа q₄ = 0;

Получаем: %

5.2. Расчёт КПД и расхода топлива

 

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.

КПД брутто парового котла определяем по уравнению обратного баланса:

 

 

Подставляя ранее определяемые величины всевозможных потерь теплоты, получим:

%

 

Расход топлива, подаваемого в топку, определяем из уравнения теплового баланса:

,

где: Q_ПГ – полезная мощность парового котла, кВт, определяется по формуле:

 

Q_ПГ = D_ПЕ · (I_П.П. – I_П.В.) + D_Н.П · (I_Н.П. – I_П.В.) + 0,01р · (D_ПЕ + D_Н.П.) · (I_КИП – I_П.В.)

 

Где: D_ПЕ – расход выработанного перегретого пара, кг/с, D_ПЕ = 0;

D_Н.П – расход выработанного насыщенного пара, кг/с, D_Н.П = 2,78 кг/с;

I_П.П – энтальпия перегретого пара, кДж/кг;

I_П.В – энтальпия питательной воды (в экономайзере t = 104 ^OC), I_П.В = 437 ;

I_Н.П – энтальпия насыщенного пара (Р = 13 атм.), кДж/кг, I_Н.П = 2787 ;

I_КИП – энтальпия кипящей воды (Р = 13 атм.), кДж/кг, I_КИП = 811 ;

р – непрерывная продувка парового котла, %, принимаем р = 2 %;

 

Q_ПГ = 0 + 2,78 · (2987 – 437) + 0,01 · 2 · (0 + 2,78) · (811 – 437) = 7109,79 кВт

 

Получаем

 

Расчетный расход топлива для мазута равен:

B_P = B_ПГ = 0,194

 

Определяем коэффициент сохранения теплоты, по формуле:

6. 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: V_T = 35,7м³;

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экранов равна: Н_Л = 40 м²;

Полная площадь поверхности стен топки равна: F_CT = 84,77 м²;

Степень экранирования топки, определяется по формуле:

χ = Н_Л / F_CT

Получаем χ = 40/ 84,77 = 0,472

 

Поверочный расчет топок производится в такой последовательности:

 

1. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Т_Т^// = 850 ^ОС, (Т_Т^// = 1123 К);

 

2. Для принятой в п.1 температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2, I_Т^// = 15946,33 ;

 

3. Определяем полезное тепловыделение в топке, кДж/кг, по формуле:

где: Q_B – теплота вносимая воздухом, , определяем по формуле:

где: α_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, α_Т = 1,1;

I_Х.В^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, при t_В = 30 ^ОС, I_Х.В^О = 410,361 кДж/кг;

,

Получаем: ,

 

4. Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов, по формуле

 

 

где: – 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. = 0,89 при S/d = 1,56;

– коэффициент, который учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы, принимается по табл. 5.1 [1], = 0,55 (для мазута);

 

 

5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя, м:

 

 

где: V_T – объем топочной камеры, по табл. 2.7 [1], V_T = 35,7 м³;

F_СТ – поверхность стен топочной камеры, по табл. 2.7 [1], F_CT = 84,77 м²;

 

м

6. Определяем коэффициент ослабления лучей.

 

При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) и сажистыми частицами (k_С):

, (м · МПа) ^-1

где: r_П – суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл.1,
r_П = 0,2546;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: p_П = r_П · p – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

p – давление в топочной камере котлоагрегата, принимается p = 0,1 МПа;

– объемная доля водяных паров, из табл. 1, ;

T_T^// – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К, T_T^// = 1123 К;

 

(м · МПа) ^-1

 

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами (k_С) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: С^P, H^P – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

 

(м · МПа) ^-1

 

Получаем: (м · МПа) ^-1

 

7. Определяем степень черноты факела:

 

а_Ф = m · a_CВ + (1 – m) · a_Г

 

где: m – коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 5.2 [1], в зависимости от вида топлива и q_V (удельная нагрузка топочного объема), которая рассчитывается по формуле:

q_V = B_P · Q_H^C / V_T

где: В_Р – расчетный расход топлива, B_P = 0,194

Q_H^C – низшая теплота сгорания сухой массы газа, Q_H^C = 40400 ;

V_T – объем топочной камеры, по [6], V_T = 35,7 м³;

 

q_V = 0,194 · 40400 / 35,7= 219,4 кВт/м³ < 400 кВт/м³, поэтому m = 0,55;

 

a_CВ, a_Г – 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 a_CВ и a_Г определяются по формулам:

 

,

 

Получаем:

 

 

Степень черноты факела равна:

а_Ф = 0,55 · 0,5195 + (1 – 0,55) · 0,2852 = 0,4141

 

8. Определяем степень черноты топки по формуле, для камерных топок при сжигании жидкого топлива или газа:

где: – коэффициент тепловой эффективности экранов, рассчитанный нами в п. 4,

9. Определяем коэффициент М, учитывающий расположение максимума температур пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании высокореакционных твердых топлив, газа и мазута М = 0,48;

 

10. Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ газа при нормальных условиях, по формуле:

 

,

 

где: Т_Т^// – температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К, Т_Т^// = 850 ^ОС = 1123 К;

I_Т^// – энтальпия продуктов сгорания, берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре, I_Т^// = 15946,33 ;

Q_Т – полезное тепловыделение в топке, Q_Т = 40869,939 ;

Т_А – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2 по значению Q_Т = 40869,939 кДж/м³, равному энтальпии продуктов сгорания I_A = 40869,919 , равная Т_А = 1982,61 ^ОС = 2255,61 К;

11. Определяем действительную температуру на выходе из топки, ^ОС, по формуле:

Подставляя все выше найденные значения, получаем:

Т.к. расхождение между получаемой температурой (816,26^ОС) и ранее принятой (850 ^ОС) на выходе из топки не превышает ± 100 ^ОС, то расчет считается оконченным.

7. Расчет конвективных поверхностей нагрева

 

7.1. 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 Q_Б (приход тепла) и отдают наружные поверхности труб.

Q_т – количество теплоты, которое принимается трубами на процесс парообразования (расход тепла)

Q_Б = Q_т

Строим график и по расчетной температуре газов выходящих из топки определяем энтальпию.

 

1. 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.

 

1) Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе, м², равна: Н = 235 м²;

2) Наружный диаметр труб, мм, равен: d = 51 мм;

3) Общее число труб, расположенных в газоходе, шт., равно:
n = 506 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 = 110 мм;

6) Число труб в ряду поперек хода продуктов сгорания, шт., равно:
z₁ = 23 шт.;

7) Число труб в ряду по ходу продуктов сгорания, шт., равно:
z₂ = 22 шт.;

8) По конструктивным данным подсчитываем относительный поперечный шаг, равный: σ₁ = S₁ / d = 100 / 51 = 1,96; Подсчитываем относительный продольный шаг, равный: σ₂ = S₂ / d = 110 / 51 = 2,16;

9) Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (при поперечном омывании гладких труб), м²: F = 1,24 м²;

 

2. Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода: θ₁’’ = 300 ^ОС, θ₂’’ = 200 ^ОС;

 

3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания, , по формуле:

Q_б = φ · (I’ – I’’ + ∆α · I_ПРС^О),

 

Где: φ – коэффициент сохранения теплоты, равен: φ = 0,975;

I’ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, при температуре на выходе из топки θ_Т’’ = θ_К’ = 862,86 ^ОС, по табл. 1, равна:
I’ = 19709,89 ;

I’’ – энтальпия продуктов сгорания после поверхности нагрева, при предварительно принятой нами температуре на выходе из пучка, по табл. 1, равна: при θ_К’’ = 300 ^ОС – I’’ = 6504,61 ; при θ_К’’ = 200 ^ОС – I’’ = 4290,18 ;

∆α – присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее: ∆α = 0,05;

I_ПРС^О – энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха t_В = 30 ^ОС, равна: I_ПРС^О = 492,286 ;

 

Получаем при θ_К’’ = 300 ^ОС
Q_б = 0,982 · (15245,53– 5653,27 + 0,05 ·410,361) = 9435,08

при θ_К’’ = 200 ^ОС
Q_б = 0,982 · (15245,53–3725,71+ 0,05 ·410,361) = 11327,00

4. Вычисляем расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, по формуле:

, ^ОС

где: θ’ и θ’’ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее: θ’ = 816,26^ОС;

Получаем при θ’’ = 300 ^ОС: ^ОС,

при θ’’ = 200 ^ОС: ^ОС;

5. Определяем температурный напор, по формуле:

 

∆t = θ – t_К, ^ОС

 

где: t_К – температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле P = 13 атм.,
равна: t_К = 190,7 ^ОС;

θ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ^ОС;

 

Получаем при θ’’ = 300 ^ОС: ∆t = 558,13 – 190,7 = 367,43 ^ОС,

при θ’’ = 200 ^ОС: ∆t = 508,13 – 190,7 = 258,13 ^ОС;

 

6. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, по формуле:

,

где: В_Р – расчетный расход топлива, , равен: В_Р = 0,194 ;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, F = 1,395 м²;

V_Г – объем продукта сгорания на 1 м³ газа, по табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха, V_Г = 13,411 ;

θ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ^ОС;

 

Получаем при θ’’ = 300 ^ОС: ,

при θ’’ = 200 ^ОС: ;

7. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева, при поперечном омывании коридорных пучков:

α_К = α_Н · с_Z · c_S · c_Ф

 

где: α_Н – коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при d = 51 мм:

при θ’’ = 300 ^ОС: () – α_Н = 47,5 ;

при θ’’ = 200 ^ОС: () – α_Н = 45,1 ;

с_Z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при z₂ = 22 шт.:

при θ’’ = 300 ^ОС: с_Z = 1;

при θ’’ = 200 ^ОС: c_Z = 1;

с_S – поправка на компоновку пучка, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при σ₁ = 1,96 и при σ₂ = 2,16:

при θ’’ = 300 ^ОС: с_S = 1;

при θ’’ = 200 ^ОС: c_S = 1;

с_Ф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется по номограмме рис 6.1 [1] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при :

при θ’’ = 300 ^ОС: ( ^ОС) – с_Ф = 1,05;

при θ’’ = 200 ^ОС: ( ^ОС) – с_Ф = 1,07;

 

Получаем при θ’’ = 300 ^ОС: α_К = 47,5 · 1 · 1 · 1,05 = 49,875 ,

при θ’’ = 200 ^ОС: α_К = 45,1· 1 · 1 · 1,07 = 48,257 ;

8. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме рис. 5,6. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину по формуле:

kps = (k_Г · r_П + k_ЗЛ · μ) · ps

 

где: s – толщина излучаемого слоя для гладкотрубных пучков, рассчитывается по формуле:

Подставляя значения s₁ = 100 мм, s₂ = 110 мм, d = 51 мм, получим:

м

μ – концентрация золовых частиц, для газа: μ = 0;

k_ЗЛ – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, при сжигании газа, k_ЗЛ = 0;

r_П – суммарная объемная доля трехатомных газов, для соответствующего газохода, берется из табл. 1, r_П = 0,2546;

k_Г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется по формуле:

,

где: p_П = r_П · p – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

p – давление в газоходе, для котлоагрегата, принимается p = 0,1 МПа;

– объемная доля водяных паров, из табл. 1, ;

θ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, К;

 

при θ’’ = 300 ^ОС: ( ^ОС)

 

при θ’’ = 200 ^ОС: ( ^ОС)

 

Получаем при θ’’ = 300 ^ОС:

 

kps = (30,469·0,239 + 0) · 0,1 · 0,201 = 0,147

 

при θ’’ = 200 ^ОС:

 

kps = (31,283· 0,2543 + 0) · 0,1 · 0,201 = 0,15

 

Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме рис. 5,6.

 

Получаем при θ’’ = 300 ^ОС: (kps = 0,147) – а = 0,137,

при θ’’ = 200 ^ОС: (kps = 0,15) – а = 0,138;

 

9. Определяем коэффициент теплоотдачи α_Л, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, , по формуле, для незапыленного потока (при сжигании мазута):

 

α_Л = α_Н · а · с_Г,

 

где: α_Н – коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис 6.4 [1], ;

а – степень черноты газового потока;

с_Г – коэффициент, определяется по рис 6.4 [1];

 

Для определения α_Н и коэффициент с_Г вычисляем температуру загрязненной стенки, по формуле:

t_CТ = t + ∆t, ^ОС

 

t – средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, t = 190,7 ^ОС;

∆t – при сжигании мазута, ∆t равен 60 ^ОС;

 

t_CТ = 190,7 + 60 = 250,7^ОС

 

Находим α_Н при t_CТ = 250,7^ОС:

при θ’’ = 300 ^ОС: ( ^ОС) – α_Н = 65 ;

при θ’’ = 200 ^ОС: ( ^ОС) – α_Н = 60 ;

 

Находим с_Г при t_CТ = 250,7^ОС:

при θ’’ = 300 ^ОС: ( ^ОС) – с_Г = 0,96;

при θ’’ = 200 ^ОС: ( ^ОС) – с_Г = 0,95;

 

Рассчитываем α_Л:

при θ’’ = 300 ^ОС: α_Л = 65 · 0,137 · 0,96 = 8,549

при θ’’ = 200 ^ОС: α_Л = 55 · 0,138 · 0,95 = 7,21

 

10. Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, , по формуле:

 

α₁ = ξ · (α_К + α_Л),

 

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’’ = 300 ^ОС: α₁ = 1 · (49,875+8,55) = 58,424

при θ’’ = 200 ^ОС: α₁ = 1 · (48,257+7,21) = 55,468

 

11. Вычисляем коэффициент теплопередачи, , по формуле:

 

К = ψ · α₁

 

Где: ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяется по табл. 6.2 [1], в зависимости от вида сжигаемого топлива, ψ = 0,7;

 

Получаем:

при θ’’ = 300 ^ОС: К = 0,7 · 58,424= 40,897

при θ’’ = 200 ^ОС: К = 0,7 · 55,468= 38,827

12. Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева на 1 кг мазута, по формуле:

, ;

где: В_Р – расчетный расход топлива, , равен: В_Р = 0,194 ;

Н – площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе, м², равна: Н = 235 м²;

∆t – температурный напор, определяется по формуле:

, ^ОС;

где: t_КИП – температура насыщения при давлении в паровом котле, равна,
t_КИП = 190,7 ^ОС

θ’ – температура на выходе из топки, θ’ = 862,86 ^ОС;

 

при θ’’ = 300 ^ОС: ^ОС;

при θ’’ = 200 ^ОС: ^ОС;

Получаем:

при θ’’ = 300 ^ОС: ;

при θ’’ = 200 ^ОС: ;

13.