2020-01-14
997
|
Типоразмер котла
| Дымогарные трубы | ||||
| Диаметр и толщина, d х δ, мм | Количество, n, шт. | Суммар- ное наруж- ное сечение, ∑fн, м2 | Суммарное внутреннее сечение, ∑fвн, м2 | Длина, мм | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Г-150 | 32x3 | 356 | 0,286 | 0,08 | 4960 |
| Г-420 | 32x3 | 1044 | 0,839 | 0,236 | 4960 |
| Г-950 | 32x3 | 1600 | 1,286 | 0,362 | 8100 |
| Г-250, Г-250П | 50x3 | 500 | 0,981 | 0,76 | 3610 |
| Г-345, Г-345П | 50x3 | 500 | 0,981 | 0,76 | 4960 |
| Г-550П | 50x3 | 700 | 1,373 | 1,064 | 4960 |
| Г-145Б | 50x3 | 212 | 6,416 | 0,322 | 4960 |
| Г-1030Б | 50x3 | 1032 | 2,025 | 1,569 | 7300 |
Окончание табл. 3
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Г-330БИ | 50x3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 3400 |
| Г-445БИ | 50x3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 4960 |
| Г-660БИ | 50x3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 7300 |
| В-90Б | 80x3,5 | 99 | 0,497 | 0,414 | - |
| В-460Б | 50x3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 4960 |
| Г-400ПЭ | 50x3 | 790 | 1,550 | 1,208 | 3610 |
| Г-420БПЭ | 50x3 | 480 | 0,942 | 0,729 | 6300 |
Таблица 4
Расчетно-конструктивная характеристика конвективных, змеевиковых
унифицированных КУ
| Характеристика
| Типоразмер котла
| Испарительные пакеты, м2 | Пароперегреватель | Экономайзер | |||
| 1-й | 2-й | 3-й | 4-й | ||||
| Расчетная площадь поверхности нагрева, F, м2
| КУ40-1 | 30 | 109,5 | 122 | 110,5 | 43,5 | 185 |
| КУ-60-2 | 46 | 173 | 92 | 175 | 70 | 247 | |
| КУ-80-3 | 60 | 219 | 244 | 221 | 87 | 370 | |
| КУ-100-1 | 85 | 285 | 315 | 295 | 110 | 4*60 | |
| КУ-125 | 110 | 370 | 410 | 380 | 144 | 615 | |
| КУ-150 | 133,2 | 415 | 475 | 436 | 166 | 725,1 | |
| Число параллельно включенных змеевиков, z
| КУ40-1 | 18 | 38 | 38 | - | 19 | 12 |
| КУ-60-2 | 28 | 60 | 60 | - | 30* 60** | 16 | |
| КУ-80-3 | 36 | 76 | 76 | - | 38* 76** | 24 | |
| КУ-100-1 | 40 | 80 | 80 | - | 40* 80* | 24 | |
| КУ-125 | 52 | 104 | 104 | - | 52* 104 | 32 | |
| КУ-150 | 64 | 120 | 120 | - | 60 | 32 | |
| Площадь живого се- чения для прохода продуктов сгорания, Fп.с., м2
| КУ40-1 | 4,315 | 3,17 | 3,17 | 2,885 | 3,17 | 3,18 |
| КУ-60-2 | 7,0 | 5,06 | 5,06 | 4,63 | 5,06 | 4,55 | |
| КУ-80-3 | 8,63 | 6,34 | 6,34 | 5,77 | 6,34 | 6,36 | |
| КУ-100-1 | 10,8 | 8,04 | 8,04 | 7,35 | 8,04 | 7,67 | |
| КУ-125 | 13,2 | 10,3 | 10,3 | 9,4 | 10,3 | 9,8 | |
| КУ-150 | 16,6 | 12,5 | 12,5 | 11,5 | 12,5 | 9,65 | |
Окончание табл. 4
| Характеристика
| Типоразмер котла
| Испарительные пакеты, м2 | Пароперегреватель | Экономайзер | |||
| 1-й | 2-й | 3-й | 4-й | ||||
| Площадь живого сечения для пара и воды, f, м2
| КУ40-1 | 0,0096 | 0,0202 | 0,0202 | - | 0,0101 - | 0,0063 |
| КУ-60-2 | 0,0148 | 0,0318 | 0,0318 | - | 0,0159 0,0318 | 0,0085 | |
| КУ-80-3 | 0,0192 | 0,0404 | 0,0404 | - | 0,0202 0,0404 | 0,0127 | |
| КУ-100-1 | 0,0212 | 0,0425 | 0,0425 | - | 0,0212 0,0425 | 0,0127 | |
| КУ-125 | 0,0276 | 0,0552 | 0,0552 | - | 0,0276 0,0552 | 0,0170 | |
| КУ-150 | 0,0340 | 0,0636 | 0,0636 | - | 0,0318 - | 0,0170 | |
| Диаметр труб | 32/26 | ||||||
| Количество рядов по ходу газов | Для всех котлов КУ | 12 | 20 | 22 | 8 | 3·16 | |
| Шаги по ширине | 172 | 86 | 90 | - | |||
| Шаги по глубине | 70 | - | - | ||||
| Эффективная толщина излучающего слоя, м | 0,161 | - | |||||
* при давлении 4,5 МПа, ** при давлении 1,8 МПа
Таблица 5
Состав газов за различными технологическими агрегатами
| Тип котла | Состав газов, % | ||||||
| СО2 | N2 | SO2 | CO | O2 | H2 | H2O | |
| Продукты сгорания среднего состава | 13 | 78,5 | - | - | 1,5 | - | 7 |
| Котлы за печами обжига серного колчедана | 78,5 | 5,5 | - | 10 | 6 | ||
| Котлы для охлаждения конвертированных газов в производстве аммиака | 16,8 | 14,0 | - | 3,4 | - | 41,8 | 24 |
| Котлы установок сухого тушения кокса | 5 | 66,6 | 0,04 | 18 | - | 10 | - |
Таблица 6
Теплоемкость газов, cр,i кДж/(м3К)
| t, 0C | O2 | N2 | CO | CO2 | H2O | SO2 | H2 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 0 | 1,3046 | 1,2992 | 1,29922 | 1,5914 | 1,4943 | 1,7333 | 1,278 |
| 100 | 1,3167 | 1,304 | 1,3013 | 1,7132 | 1,5056 | 1,813 | 1,2905 |
| 200 | 1,3356 | 1,3042 | 1,3075 | 1,7961 | 1,5219 | 1,888 | 1,299 |
| 300 | 1,3565 | 1,3113 | 1,3172 | 1,8711 | 1,5424 | 1,957 | 1,3 |
| 400 | 1,3766 | 1,3205 | 1,3289 | 1,9377 | 1,5654 | 2,018 | 1,303 |
| 500 | 1,3967 | 1,3327 | 1,3431 | 1,9967 | 1,5893 | 2,072 | 1,307 |
| 600 | 1,416 | 1,3456 | 1,3578 | 2,0494 | 1,6144 | 2,1114 | 1,309 |
| 700 | 1,4344 | 1,359 | 1,3716 | 2,0967 | 1,6412 | 2,152 | 1,311 |
| 800 | 1,4503 | 1,3720 | 1,3854 | 2,1395 | 1,6684 | 2,186 | 1,316 |
| 900 | 1,4645 | 1,385 | 1,3984 | 2,1788 | 1,6957 | 2,215 | 1,324 |
| 1000 | 1,4775 | 1,3971 | 1,4114 | 2,214 | 1,7229 | 2,24 | 1,328 |
Энтальпия газов на входе в котел-утилизатор, кДж/м3:
I'г=cpt'г. (2)
Энтальпия газов на выходе из котла-утилизатора, кДж/м3:
I''г=cpt''г . (3)
По вычисленным значениям I'г и I''г строят график зависимости изменения энтальпии газов в газоходах котла. Зависимость Iг от изменения tг – практически линейная. При дальнейшем расчете, определив из уравнения теплового баланса энтальпию газов в том или ином газоходе, по I-tдиаграмме определяют температуру газов.
Энтальпию перегретого пара iпп при заданных значениях температуры tпп и давления Рпп перегретого пара, температуру пара в барабане ts и его энтальпию i²(при условии, что степень сухости пара, выходящего из барабана, х = I) определяют по i-S диаграмме (рис. 6) или по таблицам сухого насыщенного и перегретого пара [1]. При этом давление пара в барабане определяют как сумму давления перегретого пара и гидравлического сопротивления пароперегревателя DР»0,1Рпп:
Рб=Рпп+DР. (4)
Энтальпия кипящей водыi¢определяется по табл. 7 для сухого насыщенного пара и воды на линии насыщения, а также в [1]. Энтальпия питательной воды с достаточной для практических расчетов точностью может быть рассчитана (при давлениях до 15 МПа) по выражению, кДж/кг:
iпв = 4,19tпв. (5)
Таблица 7
Удельные объемы и энтальпии сухого насыщенного пара и воды
на кривой насыщения
| Р, кг/см2 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
| T, 0C | 151,1 | 179,0 | 197,4 | 211,4 | 222,9 | 232,8 | 241,4 | 249,2 | 256,2 |
| v, м3/кг | 0,382 | 9,198 | 0,134 | 0,101 | 0,081 | 0,068 | 0,058 | 0,051 | 0,045 |
| i¢, кДж/кг | 637,3 | 759,2 | 839,7 | 904,6 | 957,8 | 1004 | 1045 | 1083 | 1117 |
| i², кДж/кг | 2749 | 2778 | 2792 | 2799 | 2803 | 2804 | 2804 | 2810 | 2800 |
5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА
Основными уравнениями для проведения теплового расчета котла-утилизатора являются уравнения теплового баланса и уравнение теплопередачи [1]:
(6)
(7)
(8)
где Qг - теплота, отданная дымовыми газами, кВт; Qт - теплота, воспринятая рассчитываемой поверхностью нагрева, или тепловосприятие котла-утилизатора, кВт; φ- коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду (принимается φ=0,98); Dпп - паропроизводительность котла-утилизатора, кг/с; iпп- энтальпия перегретого или насыщенного пара на выходе из котла, кДж/кг; iпв- энтальпия питательной воды, кДж/кг; Go - объемный расход газов при нормальных условиях, м3/ч;k- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); Dпр - расход воды на продувку котла; кг/с: 
, где 
- величина непрерывной продувки котла, %(принимаемая не более 5%); F - расчетная поверхность нагрева, м2; Dt - температурный напор, °С.
Расчет ведется методом последовательных приближений [1]. Задавшись в первом приближении температурой газов на выходе из котла, из уравнения теплового баланса определяют количество теплоты, отданное дымовыми газами Qг. Приравнивая правые части уравнений теплового баланса (6), (7) находят паропроизводительность котла-утилизатора Dпп.
6. РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ
Расчет котла-утилизатора, имеющего пароперегреватель, начинается с расчета последнего, затем следует расчет испарительной поверхности. Теплота, идущая на перегрев пара, кВт,
Qпп = Dпп(iпп- i²). (9)
С учетом затрат теплоты на подогрев пара в пароперегревателе рассчитывают энтальпию газов за ним
(10)
и по i-S диаграмме определяют температуру газов за пароперегревателем.
Температурный напор определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле
(11)
где 
- разность температур сред в том конце поверхности нагрева, где она больше, °С; 
- разность температур в другом конце поверхности, °С.
Когда / £ 1,7, температурный напор можно с достаточной степенью точности определять как среднеарифметическую разность температур, °С:
(12)
Средняя температура потока дымовых газов определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева 
и выходе из нее:
(13)
Скорость движения дымовых газов определяется по формуле
(14)
где G0 - объем дымовых газов при нормальных условиях на входе в котел, м3/ч; fг - живое сечение для прохода дымовых газов, м2 (принимается по конструктивной характеристике). При течении в круглой трубе ее эквивалентный диаметр dэравен внутреннему. При течении в трубе некруглого сечения, в кольцевом канале и при продольном омывании пучков
(15)
где U - полный омываемый периметр, м. Для газохода прямоугольного сечения, заполненного трубами конвективных пучков,
(16)
где a и b - поперечные размеры газохода в свету, м; z - количество труб вгазоходе; d - наружный диаметр труб, м. Средняя температура пара определяется как полусумма температур насыщенного и перегретого пара:
(17)
Средняя скорость перегретого пара находится по формуле
(18)
где vпп - удельный объем перегретого пара при средней его температуре
tср, м3/кг (определяется по табл. 7 либо по i-S диаграмме (рис. 6)); fп - живое сечение для прохода пара, м2 (определяется по конструктивным характеристикам).
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле
(19)
где a1 и a2- коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке и от стенки к обогреваемой среде соответственно, Вт/(м2·К); y -коэффициент тепловой эффективности. Коэффициент теплоотдачи конвекцией a1определяется по номограммам 12, 13 или 14 из [1] или по рис. 2,3,4 в зависимости от типа пучка (коридорный или шахматный) и характера омывания его газами (продольное или поперечное). Для газотрубных котлов-утилизаторов характерны высокие скорости движения газов и, как правило, диапазона диаграммы (рис.4) по скоростям недостаточно для определения коэффициента теплоотдачи. В этом случае коэффициент теплоотдачи от газа к стенке необходимо рассчитывать по формуле
(20)
где l - теплопроводность газов, Вт/(м×К); n- вязкость газов, м2/с; Pr – критерий Прандтля; Сt – поправка, учитывающая влияние температуры; Сd – поправка на форму канала; Сl – поправка на относительную длину. Данные поправки могут быть приняты по рис.4а. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к обогреваемой среде a2 определяется по номограмме 15 [1] либо по рис.5 по средним значениям давления, температуры, скорости пара и внутреннему диаметру труб. Теплоотдачу излучением aлне учитывают ввиду обычно невысокой температуры газов на входе в котел и небольшой толщины излучающего слоя. Коэффициент тепловой эффективности принимают равным y = 0,6¸1.
Тепловосприятие пароперегревателя определяется из уравнения теплопередачи (8). Если полученное из уравнения теплообмена значение тепловосприятия Qтотличается от определенного по уравнению теплового баланса Qпп не более чем на 2%, расчет поверхности не уточняется. Окончательными считаются температура и тепловосприятие, вошедшие в уравнение теплового баланса. При расхождении более чем на 2% принимают новое значение конечной температуры и расчет повторяют. Для второго приближения целесообразно принимать температуру, отличающуюся от принятой при первом приближении не более чем на 50°С. В этом случае следует пересчитать только температурный напор и заново решить уравнение теплового баланса и теплопередачи.
7. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЯ И ЭКОНОМАЙЗЕРА
Расчет испарителя. Из расчета пароперегревателя известны температура 
и энтальпия 
дымовых газов на входе в испаритель. Температура газов на выходе из испарителя 
принимается и последующим расчетом уточняется. Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт,
, (21)
где Qи - количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси. Средний температурный напор, средняя температура и скорости газов в газоходе определяются с использованием формул (11)-(16). Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м2·К):
(22)
где a1 определяется по тем же номограммам, что и для пароперегревателя. Коэффициент использования z берут в пределах 0,65¸0,8. Тепловосприятие испарительной части рассчитывают по формуле (8). В случае несовпадения тепловосприятия с рассчитанным значением Qп более чем на 2% принимают новое значение температуры на выходе из поверхностей и повторяют расчет.
Расчет экономайзера. Количество теплоты, переданное воде в водяном экономайзере, кВт:
. (23)
Температура воды 
, выходящей из экономайзера, зависит от конструкции последнего. В экономайзере кипящего типа она равна температуре кипения при давлении в барабане, в экономайзере некипящего типа вода на выходе из экономайзера должна иметь температуру на 25-30°С ниже температуры кипения. Исходя из выбранной температуры , определяют энтальпию 
. Энтальпия газов на входе в экономайзер равна энтальпии газов на выходе из испарительной части.
Средний температурный напор, средняя температура газов в газоходе, скорость газов в поперечном сечении газохода водяного экономайзера определяются по формулам (11)-(16), коэффициент теплопередачи определяются по формуле (22), а тепловосприятие - по формуле (8).
