Основные особенности водотрубных котлов малой паропроизводительности и низкого давления. Расчет теплового баланса, потеря теплоты, топочной камеры, конвективных поверхностей нагрева, водяного экономайзера. Анализ расчетов газового и воздушного тракта.
В настоящее время выпускаются различные конструкции котлов низкого давления, в том числе с дымогарными и жаровыми трубами, в которых продукты сгорания проходят внутри труб, а вода омывает их снаружи, и водотрубные котлы, в которых испаряемая вода циркулирует в трубах, а продукты сгорания омывают наружную поверхность труб. Характерными для водотрубных котлов малой паропроизводительнтости и низкого давления, используемых промышленности, являются следующие особенности: - развитие конвективных испарительных поверхностей нагрева, что определяется меньшим, чем необходимо для испарения воды при низком давлении, тепловосприятием экранов и экономайзера, завершение охлаждения продуктов сгорания в конвективном водяном пучке или в экономайзере, что возможно при низкой температуре питательной воды (80-100) и экономически оправданной повышенной температуре уходящих газов при малой паропроизводительности котлов; Определяем: · коэффициент избытка воздуха на выходе из топки =1.1; 1 температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл.
Введение
водотрубный котел экономайзер нагрев
В настоящее время выпускаются различные конструкции котлов низкого давления, в том числе с дымогарными и жаровыми трубами, в которых продукты сгорания проходят внутри труб, а вода омывает их снаружи, и водотрубные котлы, в которых испаряемая вода циркулирует в трубах, а продукты сгорания омывают наружную поверхность труб.
Характерными для водотрубных котлов малой паропроизводительнтости и низкого давления, используемых промышленности, являются следующие особенности: - развитие конвективных испарительных поверхностей нагрева, что определяется меньшим, чем необходимо для испарения воды при низком давлении, тепловосприятием экранов и экономайзера, завершение охлаждения продуктов сгорания в конвективном водяном пучке или в экономайзере, что возможно при низкой температуре питательной воды (80-100) и экономически оправданной повышенной температуре уходящих газов при малой паропроизводительности котлов;
- отсутствие подогрева воздуха, что упрощает конструкцию котла и допустимо при слоевом сжигании твердого топлива и факельном сжигании газа и мазута;
- двухбаробанная схема включения испарительных поверхностей нагрева и расположение обогреваемых опускных труб циркуляционного контура конвективного пучка в облости низких температур газов;
- отсутствие устройства для регулирования температуры перегрева пора.
Питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан. В нижний барабан вода опускается по задним трубам конвективного пучка, передние трубы которого являются испарительными. Кроме того, котловая вода из верхнего барабана поступает по опускным стоякам, вынесенным за пределы обогрева в коллекторы боковых экранов. Пар, отсепарированный в жалюзийном сепараторе в верхнем барабане, направляется в паропровод. Боковые стены котлов закрыты натрубной обмуровкой, состоящей из слоя шамота по сетке и нескольких слоев изоляционных плит, закрытых снаружи металлической обшивкой. Котлы оборудованы системой возврата уноса и острым дутьем.
Рассмотрим общий вид котла ДЕ-6.5-14ГМ с топочной камерой, предназначенной для сжигания газа и мазута. Паропроизводительность котла 6.5 т/ч, давление пара 14МПА. Для всех типоразмеров котлов типа ДЕ диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000мм. Расстояние между барабанами 2700мм. Ширина топочной камеры по осям экранных труб 1970мм, высота 1500мм. Топочная камера отделена от конвективного пучка газоплотной перегородкой из труб 51?2.5м, сваренных между собой. В задней части перегородки имеется окно для входа газов в конвективный пучок. Трубы 51?2.5мм правого бокового экрана, покрывающие пол и потолок топки, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны и соединяются с ними вальцовкой; трубы заднего экрана крепятся сваркой к верхнему и нижнему коллекторам, соединенным необогреваемой рециркуляционной трубой. Пол топки закрыт слоем огнеупорного кирпича. Конвективный пучок образован коридорно расположенными вертикальными трубами 51?2.5мм, ввальцованными в барабаны. Котел имеет в конвективных пучках продольные перегородки, что обеспечивает разворот газов в пучке и выход газов через заднюю стенку котла. Обмуровка боковых стен котла натрубная, толщиной 25мм, состоит из шамотобетона и изоляционных плит толщиной 100мм, укрепленных на трубах котла. Снаружи обмуровка покрывается металлической обшивкой.
Основные теплотехнические и конструктивные размеры котлоагрегата серии ДЕ-6.5-14ГМ
Таблица
Объем топочной камеры Vt 11.2м
Площадь поверхности стен топки Fct 29.97м
Диаметр экранных труб dнар?d 51?2.5мм
Шаг труб боковых экранов S 55мм
Расположение труб коридорное
Поперечный шаг труб S1 110мм
Продольный шаг труб S2 90мм.
Число рядов труб по ходу продуктов сгорания в одном газоходе z 19
Лучевоспринимающая поверхность нагрева Нл 27.93м2
Производительность Dн.п 6.5т/ч
Расчетный КПД котлоагрегата ?ка 90.98%
Расчетный расход топлива Вр 489м /ч
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки 1.05
Объем 3-х атомных газов: V =0.01?[CO CO H S ]=0.01?[0.2 0 0 1?98.9 2?0.3 3?0.1 4?0.1 5?0]=1.004 1(м /м );
Объем азота: V =0.79?V =0.79?9.52 =7.52(м /м );
Принимаем к установке для газа камерную топку. Определяем: · коэффициент избытка воздуха на выходе из топки =1.1;
· удельная нагрузка топочного объема по условиям горения 350-580КВТ/м ;
· потери теплоты от химической неполноты сгорания q =0.5%;
Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам
Рис.1 схема конвективных пучков.
= ? ; = ? ; = = ;
= ; = = ;
- средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева;
V - действительный объем водяных паров, м3 /м3 ;
V - действительный суммарный объем продуктов сгорания, м3 /м3 ;
r , r , r - объемные доли трехатомных газов и водяного пара.
Таблица 1
V°=9.52м /м , V =7.5м /м , V =1м /м , V =2.2м /м
Рассчитываемая величена газоход = V =V 0.0161?
?( -1)?V°V =V V V ( -1)?V°r = r =
= r =r r топка 1.1 1.1 2.175 11.63 0.086 0.187 0.273 кп 1.1 1.125 2.179 11.87 0.084 0.184 0.268 вэ 1.15 1.2 2.190 12.6 0.079 0.174 0.253
Уход. газы 1.25 -------- 2.198 13.06
Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
I =V°?(с?)в , I =V ?( с?) V ?( с?) V ?( с?) ;
(с?)в , ( с?) , ( с?) , ( с?) - энтальпия 1м3 воздуха, трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров, принимаются для каждой выбранной температуры по таблице, КДЖ/м3 ;
V , V , V - объемы трехатомных газов, теоретического объема азота и водяного пара, берутся из табл 1, м3/ м3.
Таблица 2
Температура ?,°С I I I =I (?-1)?I
= =1.1 = =1.15 = =1.25
I II ?IIУХ?I
100 1480 1261 1796 1827
200 2987 2543 3623 1867
300 4529 3846 5491 1922
400 6119 5174 6895 1834 7413 1969
500 7749 6534 8729 1867 9383
600 9408 7924 10596 1922
700 11116 9356 12519 1979
800 12879 10796 14498 2012
900 14676 12235 16511 2037
1000 16491 13715 17863 1999 18548 2076
1100 18339 15234 19862 2000 20624
1200 20187 16753 21862 2048
1300 22083 18273 23910 2091
1400 24018 19832 26001 2074
1500 25936 21391 28075 2108
1600 27888 22951 30183 2120
1700 29852 24510 32303 2131
1800 31827 26069 34434 2164
1900 33831 27669 36598 2157
2000 35828 29268 38755
Рис 2. Диаграмма конвективных пучков.
Расчетный тепловой баланс и расход топлива
Расчет потерь теплоты
1. Определяем располагаемую теплоту для газообразного топлива (КДЖ/м3)
Q =Q Q = Q =35880 КДЖ/м3 ;
Q - низшая теплота сгорания сухой массы газа, КДЖ/м3, принимается по табл. 2.2 лит.1.
Q - теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром или другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, КДЖ/м3;
Газ предварительно не подогревается, поэтому Q =0;
2. Определяем потерю теплоты с уходящими газами: q2= = =6.5%
Iyx - энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 2 при ?=155°С и ?ух=1.25 , Іух=2819 КДЖ/м3;
I - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при тв=30°С по формуле
I =39.8?V0=39,81?9,52=379.0 КДЖ/м3;
?ух - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берется из таблицы 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева;
q4 - потеря теплоты от механической неполноты горения, для газа q4=0;
3. Определяем потерю теплоты от химической неполноты горения: q3=0.5%;
Коэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют 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.
Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия - для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте - нетто.
1. Расход топлива котельного агрегата можно определить из уравнения прямого баланса для парового котла: ? = ;
При тепловом расчете парового или водогрейного котла тепловой баланс состоит в определении КПД брутто и расчетного расхода топлива.
2. Вычисляем полезную мощность парового котла (КВТ) по формуле: Q =D ?(i -i ) D ?(i - i ) 0.01?p?( D D )?(i - i );
где D - расход выработанного перегретого пара, кг/с; D =0кг/с
D - расход выработанного насыщенного пара, кг/с; D =6.4?1000/3600=1.78 кг/с i , i , i , I - энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла, КДЖ/кг; i =0 КДЖ/кг;
i =Cp?тп.в=4.19?50=209.5 КДЖ/кг;
i =2785.7 КДЖ/кг при тн.п=187.95°С ( табл 11-1, лит 2 ; )
I =798.3 КДЖ/кг при тн.п=187.95°С ( табл 11-1, лит 2 ; ) p - непрерывная продувка парового котла, %, учитывается только при р 2 %;
Угловым коэффициентом (х) называется отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент 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. Значение х определяется из рис. 5.3 при х=0.86, s/d=2, l=0.8?d.
Коэффициент учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по табл. 5.1 (лит 1). Если стены топки покрыты экранами с разными угловыми коэффициентами или частично покрыты огнеупорной массой (огнеупорным кирпичом), то определяется среднее значение коэффициента тепловой эффективности. При этом для неэкранированных участков топки коэффициент тепловой эффективности ( )принимается равным нулю. При определении среднего коэффициента тепловой эффективности суммирование распространяется на все участки топочных стен. Для этого стены топочной камеры должны быть разбиты на отдельные участки, в которых угловой коэффициент и коэффициент загрязнения неизменны.
?ср=0.65?0.97=0.63;
5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя (м): s = 3,6VT/FCT=3.6?11.2/29.97=1.35м;
где Vt - объем топочной камеры, м3;
FCT - поверхность стен топочной камеры, м2.
6. Определяем коэффициент ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей (м?МПА) 1 зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k ) и сажистыми частицами (кс): k= k ?r kc, где rп - суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 1.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k ) определяем по монограмме (рис. 5.4, лит1) при p ?s= 0.0273?1.35=0.037(м?МПА) 1 , p =0.1?0.273=0.0273Мпа и r =0.187
где p = - парциальное давление трехатомных газов, МПА;
р - давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается р = 0,1 МПА);
r - объемная доля водяных паров, берется из табл. 1;
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м-МПА)-1, кс =0.3(2- )?(1.6? -0.5)? , где Ср, Нр - содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива. При сжигании природного газа
=0.12? =0.12?( ?98.9 ?0.3 ?0.1 ?0.1 ?0)=2.99;
где C H - процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений. кс=0.3?(2-1.1)?(1.6? -0.5)?2.99=1.37;
7. Подсчитываем степень черноты факела (аф).
Для газообразного топлива степень черноты факела находится по формуле: аф = m?асв (1 -m)?аг где m - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 5.2 (лит 1) при QV= КВТ/м3 m=0.15 ;
асв, аг - степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами; значения асв и аг определяются по формулам асв=1-е =1-e- (8.75?0.273 1.37)?1.35?0.1=0.398;
аг=1-е =1-e- (8.75?0.273?0.1?1.35) =0.276;
здесь k и k - коэффициенты ослабления лучей трехатомными газами и сажистыми частицами (см. п. 4.1.6).
8. Определяется степень черноты топки для камерных топок при сжигании газа: = = =0.40
9. Определяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки (хт) при сжигании газа: М = 0,54 - 0,2?хт=0.54-0.2?1=0.34;
Максимальное значение хт для камерных топок принимается не более 1.
10. Определяется средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или на 1м3 газа при нормальных условиях [КДЖ(м3- К) ]: = = КДЖ(м3- К) где Та - теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из диаграммы 1 по значению Qt, равному энтальпии продуктов сгорания Іа , Та=1860 273=2133К при Qt=35880 КДЖ/кг;
- температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, =1100 273=1373К;
Іт - энтальпия продуктов сгорания берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре =1100°C;
QT - полезное тепловыделение в топке (см. п. 4.1.3).
11. Определяется действительная температура на выходе из топки (°С):
Лучевоспринимающаю поверхность котельного пучка: =21810 КДЖ/кг при =1200°С;
Рассчитываемая величина Обозначение Размерность Формула и обоснование Расчет
1. 2. 3. 4. 5.
Температура газов на выходе из топки Принята1100
Объем топочной камеры Рассчитана по чертежу11.2
Площадь поверхности стен топочной камеры Рассчитана по чертежу29.97
Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки По I-t диаграмме19816
Полезное тепловыделение в топке 35701
Адиабатическая температура По I-t диаграмме зная 2133
Диаметр труб По чертежу51
Расстояние от стенки до оси трубы
Шаг труб По чертежу55
Коэффициент загрязнения труб По табл.№2.3 [2]0.63
Угловой коэффициент экрана По рис. 2.1 [2]0.97
Коэффициент тепловой эффективности 0.63
Средний коэффициент тепловой эффективности 0,63
Эффективная толщина излучаемого слоя 1.35
Степень черноты светящейся части факела 0.398
Степень черноты не светящейся части факела 0.276
Степень черноты факела 0.294
Тепловое напряжение топочного объема 454
1.5
Степень черноты топки 0.4
0.34
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 20.9
Уточненная температура газов на выходе из топки 1200
Расчет конвективных поверхностей нагрева
Расчет конвективных пучков котла.
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 в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания пару.
Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней 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 теплопередачей.
При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняется для 1 м3 газа при нормальных условиях.
Уравнение теплопередачи.
Qt=K?H??t/Bр
Уравнение теплового баланса
Qб= ?(I’-I” ???I°прс);
В этих уравнениях К - коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м2-К);
?t - температурный напор, °С;
Вр - расчетный расход топлива, м3/с;
H - расчетная поверхность нагрева, м2;
- коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения;
I",I" - энтальпии продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, КДЖ/м3;
I°прс - количество теплоты, вносимое присасываемым в газоход воздухом, КДЖ/м3.
В уравнении Qt=K?H??t/Bр коэффициент теплопередачи K является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.
При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей. Например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер - после конвективной поверхности нагрева, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.
Уравнение теплового баланса Qб= ?(I’-I” ???I°прс) показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания пару через конвективную поверхность нагрева.
Количество теплоты Qб, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой паром. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.
1. определяем площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе Н =68.04м2 .
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при поперечном омывании гладких труб F =0.348м2.
По конструктивным данным подсчитываем относительный поперечный шаг: ?1= S1 /dнар=110/51=2.2;
2. Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода: =200°С =400°С;
3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания (КДЖ/м3), Qб =??( - ??к?I°прс), где ? - коэффициент сохранения теплоты, определяется в пункте 3.2.5;
I" - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по табл. 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; =21810 КДЖ/м3 при =1200°С;
I" - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по табл. 2 при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева; =3500 КДЖ/м3 при =200°С;
=6881 КДЖ/м3 при =400°С;
??к - присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее;
I°прс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха тв= 30 °С определяется пункте 3.1.
Qб1 =0.98?(21810-3500 0.05?378.9)=17925 КДЖ/м3;
Qб2=0.98?(21810-6881 0.05?378.9)=14612 КДЖ/м3;
4. Вычисляем, расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С)
= °С;
= °С;
где и - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.
5. Определяется температурный напор (°С)
?t1= -tк = 700-187.95=512°С;
?t2 = -tк=800-187.95=612°С;
где тк - температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, тн.п=187.95°С;
6. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)
,
где Вр - расчетный расход топлива, м3/с, (см. п. 3.2.4);
F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п. 1.2), м2;
Vг - объем продуктов сгорания на 1кг твердого и жидкого топлива или на 1 м8 газа (из расчетной табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха);
кп -средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С ;
7. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков: ?к = ?н ?cz ?cs ?сф;
где ?н - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме при поперечном омывании коридорных пучков ( рис. 6.1 лит 1); ?н.1=84Вт/м2К при ?г.1 и dнар; ?н.2=90Вт/м2К при ?г.2 и dнар;
cz - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется при поперечном омывании коридорных пучков; cz =1 при z1=10;
cs - поправка на компоновку пучка, определяется при поперечном омывании коридорных пучков; cs =1 сф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется при поперечном омывании коридорных пучков труб ( рис. 6.1 лит 1);
сф1=1.05 при ; сф2=1.02 при ;
?к1=84?1?1?1.05=88.2 Вт/м2К ;
?к2=90?1?1?1.02=91.8 Вт/м2К ;
8. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину kps=(кг?rп кзл ??)?p?s , где кг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется в п.4.2.6;
rп - суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 1;
9. Определяем коэффициент теплоотдачи ?л, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м2К): для незапыленного потока (при сжигании газообразного топлива) ?л = ?н ??ф?сг, где ?н - коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме ( рис. 6.4 лит 1 );
?ф - степень черноты;
сг - коэффициент, определяется.
Для определения ?н и коэффициента сг вычисляется температура загрязненной стенки (°С)
Тст = t ?t, где t - средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, t= тн.п=194°С;
?t - при сжигании газа принимается равной 25 °С.
Тст=25 187=212;
?н1=90 Вт/(м2К) ?н2=110 Вт/(м2К) при Тст , и ;
?л1=90?0.065?0.96=5,62 Вт/(м2К);
?л2=94?0.058?0.91=5,81 Вт/(м2К);
10. Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2-К), ? = ??(?к ?л), где ? - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного смывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимается ? = 1. ?1=1?(88.2 5.62)=93.82Вт/(м2-К);
К=???, где ? - коэффициент тепловой эффективности, ( табл. 6.1 и 6.2 лит 1 в зависимости от вида сжигаемого топлива).
К1=0.85*93.82 Вт/(м2-К);
К2=0.85*97.61 Вт/(м2-К);
12. Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м3 газа (КДЖ/м3)
Qt=K?H??t/(Bр?1000)
Температурный напор ?t определяется для испарительной конвективной поверхности нагрева (°С)
?t= ;
?t1= =226°С; ?t2= =595°С;
где ткип - температура насыщения при давлении в паровом котле;
Qt1= =8636 КДЖ/м3;
Qt2= =23654 КДЖ/м3;
13. По принятым двум значениям температуры и и полученным двум значениям Q6 и Qt производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Q = f( ), показанная на рис. 3. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания , которую следовало бы принять при расчете. = = =310°С;
Рис3. Графическое определение расчетной температуры.
Таблица №7 Тепловой расчет котельных пучков
Рассчитываемая величина Обозначение Размерность Формула и обоснование Расчет
1. 2. 3. 4. 200---400
Поверхность нагрева Рассчитана по чертежу68,04
Живое сечение для прохода газов Рассчитана по чертежу0,348
Поперечный шаг труб Рассчитана по чертежу110
Продольный шаг труб Рассчитана по чертежу90
Энтальпия прод. сгор на выходе с КП По I-t диаграмме3500
Энтальпия прод. сгор на выходе с КП По I-t диаграмме6881
Энтальпия прод. сгор на входе в КП По I-t диаграмме21810
В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПА, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении - стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.
1. По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты (КДЖ/м3), которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов: Qвэ=??( ) где - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется из табл. 2 по температуре продуктов сгорания, = =310°С, =5600 КДЖ/м3;
- энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 2 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов =155°С, =2600 КДЖ/м3;
? - коэффициент сохранения теплоты (см. п. 3.2.5);
??эк - присос воздуха в экономайзер, принимаем в п. 1.3;
- энтальпия теоретического количества воздуха.
Qвэ=0.98?(5600-2600 0.1?379.0)=2903 КДЖ/м3;
2. Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды после водяного экономайзера (КДЖ/кг):
где - энтальпия воды на входе в экономайзер, КДЖ/кг; =Ср?тп..в=4.19?50=209.5КДЖ/кг;
D - паропроизводительность котла, кг/с;
Dпр - расход продувочной воды, кг/с, Dпр= 0.107 кг/с.
= 209,5=428,0 КДЖ/кг.
По энтальпии воды после экономайзера определяем температуру воды после экономайзера = /Ср=428/4.19=105°С.
3. Определяем температурный напор: ?t= , где ?tб и ?tм - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.
?t= =149,6°С.
4. Выбраем конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 4 до 10 м/с при номинальной паропроизводительности котла. Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть не менее 3 и не более 10.
Конструктивные характеристики труб чугунного экономайзера ВТИ
Таблица3.
Характеристика одной трубы Экономайзер ВТИ
Длина, мм 2000
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2 2,95
Число труб в ряду, z1 3
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 0.12
5. Определить действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере (м/с)
где Bpn - расчетный расход топлива, кг/с или м3/с;
Vг - объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха, определяется из табл. 1;
- среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С;
Fэк - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2. м/с.
6. Определяем коэффициент теплопередачи. Для чугунных экономайзеров коэффициент теплопередачи K = Кн?С? , определяется с помощью номограммы (рис. 6.9 лит 1).
Кн=22,5Вт/м2К при ?=9 м/с;
С?=1.05 при = =232,5°С;
K=22,5?1.05=23,6Вт/м2К.
7. Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера (м2)
Нэк= ;
Нэк= =117м2.
8. По полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно установить его конструктивные характеристики. Для чугунного экономайзера определить общее число труб и число рядов по формулам n=Нэк/Нтр=117/2,95=36, m=n/z1=36/3=12. где Нтр - площадь поверхности нагрева одной трубы, м2;
z1 - принятое число труб в ряду.
9. Определить невязку теплового баланса (КДЖ/м3)
?Q = Q ??6p - (Qл Qкп Qпе Qэк). где Qл , Qкп , Qпе , Qэк - количества теплоты, воспринятые лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, пароперегревателем и экономайзером; в формулу подставляют значения, определенные из уравнения баланса.
?Q =35880?0.908-(13613 15895 2903)=168.5 КДЖ/м3
?Q=0.5% Q .
Таблица №8 Тепловой расчет водяного экономайзера.
Рассчитываемая величина Обозначение Размерность Формула и обоснование Расчет
1. 2. 3. 4. 5.
Тепловосприятие экономайзера 2903
Энтальпия По I-t диаграмме6224,75
Энтальпия По I-t диаграмме2961,9
Энтальпия воды после экономайзера 428
Температура воды после экономайзера 105
Средний температурный напор 149,6
Средняя температура продуктов сгорания 232,5
Скорость продуктов сгорания 9
Коэффициент теплоотдачи 23,6
Коэффициент По рис. 6.9 [3]22,5
Коэффициент По рис. 6.9 [3]1.05
Поверхность нагрева экономайзера 117
Количество труб экономайзера 36
Площадь одной трубы Принимаем по табл. [3]2.95
Аэродинамический расчет газового и воздушного тракта, выбор вспомогательного оборудования
Газоходы котельных агрегатов имеют, как правило, большое сечение и сравнительно небольшую длину. Поэтому при искусственной тяге и скоростях продуктов сгорания, меньших 25 м/с, в учебных расчетах учитываются только местные сопротивления [1, стр.213].
, где ? - коэффициент местного сопротивления, зависящий от геометрической формы участка (а иногда и от критерия Рейнольдса). При поворотах в 90? [6, стр.137];
- действительная скорость продуктов сгорания
, где Вр = 0,142 м3/с - расчетный расход топлива;
F = 0,348 м2 - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (п. 1);
Vг - объем продуктов сгорания на 1кг жидкого топлива (из расчетной табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха);
ср - средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С.
, .
Плотность протекающей среды
Произведение называют динамическим напором, определяется по рис. 11.1 [1] по действительной скорости продуктов сгорания и средней температуре потока, .
Рис.6 Движение продуктов сгорания в котельном агрегате и водяном экономайзере
Местные сопротивления газового тракта котельного агрегата с учетом числа поворотов
Для водяного экономайзера определяем среднюю температуру продуктов сгорания и действительную скорость.
, .
Плотность протекающей среды
Динамический напор по рис. 11.1 [1] .
Тогда местные сопротивления при прохождении продуктов сгорания через водяной экономайзер
.
Суммарное сопротивление газового тракта
, где Mp = ?0/1,293 - поправка на разницу плотностей продуктов сгорания и сухого воздуха, определяется по рис. 11.12 [1];
рб - барометрическое давление, Па.
Перепад полных давлений при уравновешенной тяге
, где - разрежение в верхней части топочной камеры (20-30Па), принимаем равным 20 Па;
- суммарное сопротивление газового тракта, Па;
Hc - суммарная самотяга газового тракта, включая дымовую трубу с соответствующим знаком (при учебных расчетах ), Па.
ВЫБОР ДЫМОСОСА И ВЕНТИЛЯТОРА
Выбор тягодутьевых устройств осуществляем в зависимости от вида котла
Тип электродвигателя
Вентилятор ВДН-9 4А-160S-6(11КВТ)
Дымосос ВДН-9 4А-200М6(22КВТ)
Компоновка Экономайзера
Рис.
Список литературы
1 Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод) / Под ред. С. И. Мочана. - Л.: Энергия, 1977.
2 Мигуцкий Е.Г. Котельные установки промышленных предприятий. Методическое пособие к выполнению курсового проекта - М.:БНТУ, 2007.
3 Роддатис К. Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
