--PAGE_BREAK--
3 Построение H
-
T
диаграммы
Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт производим для всего возможного диапазона температур от 100 до 20000C.
Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в последовательности, изложенной в источнике [2].
Определяем энтальпию теоретического объёма воздуха H0в, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур
H0в= V0· (сJ)в, (14)
где (сJ)в – энтальпия 1м3 воздуха, кДж/м3;[2].
V0 – теоретический объём воздуха, необходимый для горения, м3/м3.
Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания H0г, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур
H0г = VRO2·(сJ)RO2 + V0N2 ·(сJ)N2+ V0H2O·(сJ)H2O, (15)
где (сJ)RO2, (сJ)N2, (сJ)H2O – энтальпии 1м3 трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/м3; [2].
VRO2, V0N2, V0H2O– объёмы трёхатомных газов, теоретические объёмы азота и водяного пара, м3/м3.
Определяем энтальпию избыточного количества воздуха Hвизб, кДж/м3 для всего выбранного диапазона температур
Hвизб=(α–1)·H0в, (16)
где α – коэффициент избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.
Определяем энтальпию продуктов сгорания H, кДж/м3, при коэффициенте избытка воздуха α >1
Hr= H0г+ Hвизб. (17)
Результаты расчёта энтальпий продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2.
t,ºС
V0RO2=1,41
V0N2=9,68
V0H2O=2,54
Vв0= 12,21
(сu)RO2
(сu)N2
(сu)H2O
Hдг0
(сu)в
Hв0
100
170,5
130,2
151,2
1884,8
132,7
1620,3
200
358,7
260,8
305,3
3805,8
267,1
3261,3
300
560,7
393,1
464,1
5774,6
404,0
4932,8
400
774,5
528,4
628,3
7802,8
543,5
6636,1
500
999,6
666,1
797,2
9882,2
686,3
8379,7
600
1226,4
806,4
970,2
11999,5
832,4
10163,6
700
1465,8
949,2
1150,8
14178,1
982,8
12000,0
800
1709,4
1096,2
1339,8
16424,6
1134,0
13846,1
900
1957,2
1247,4
1528,8
18717,6
1285,2
15692,3
1000
2209,2
1398,6
1730,4
21048,6
1440,6
17589,7
1100
2465,4
1549,8
1932,0
23385,6
1600,2
19538,4
1200
2725,8
1701,0
2137,8
25739,1
1759,8
21487,2
1300
2986,2
1856,4
2352,0
28154,6
1919,4
23435,9
1400
3250,8
2016,0
2566,2
30616,7
2083,2
25435,9
1500
3515,4
2171,4
2788,8
33059,4
2247,0
27435,9
1600
3780,0
2331,0
3011,4
35542,8
2410,8
29435,9
1700
4048,8
2490,6
3238,2
38042,8
2574,6
31435,9
1800
4317,6
2650,2
3469,2
40553,5
2738,4
33435,9
1900
4586,4
2814,0
3700,2
43104,9
2906,4
35487,1
2000
4859,4
2973,6
3939,6
45642,8
3074,4
37538,4
2100
5132,4
3137,4
4174,8
48210,7
3242,4
39589,7
2200
5405,4
3301,2
7774,4
59324,2
3410,4
41641,0
продолжение
--PAGE_BREAK--
Таблица 2 – Энтальпии продуктов сгорания Н = ƒ (J).
υ,°С
Hов
кДж/м3
Hог
кДж/м3
α'т
αсрт
α"т
αсркп1
α"кп1
αсркп2
α"кп2
αсрэк
αух
Hд.г=Hдг0+(α-1)·Нв0,кДж/м3
100
1620,3
1884,8
1965,8
2006,3
2046,8
2087,3
2127,8
2208,8
2289,9
2370,9
2451,9
200
3261,3
3805,8
3968,8
4050,4
4131,9
4213,4
4295,0
4458,0
4621,1
4784,2
4947,2
300
4932,8
5774,6
6021,3
6144,6
6267,9
6391,2
6514,5
6761,2
7007,8
7254,5
7501,1
400
6636,1
7802,8
8134,6
8300,5
8466,5
8632,4
8798,3
9130,1
9461,9
9793,7
10125,5
500
8379,7
9882,2
10301,2
10510,7
10720,1
10929,6
11139,1
11558,1
11977,1
12396,1
12815,1
600
10163,6
11999,5
12507,7
12761,8
13015,8
13269,9
13524,0
14032,2
14540,4
15048,6
15556,7
700
12000,0
14178,1
14778,1
15078,1
15378,1
15678,1
15978,1
16578,1
17178,1
17778,1
18378,1
800
13846,1
16424,6
17116,9
17463,0
17809,2
18155,3
18501,5
19193,8
19886,1
20578,4
21270,7
900
15692,3
18717,6
19502,3
19894,6
20286,9
20679,2
21071,5
21856,1
22640,7
23425,3
24209,9
1000
17589,7
21048,6
21928,1
22367,9
22807,6
23247,4
23687,1
24566,6
25446,1
26325,6
27205,0
1100
19538,4
23385,6
24362,5
24850,9
25339,4
25827,9
26316,3
27293,2
28270,2
29247,1
30224,0
1200
21487,2
25739,1
26813,4
27350,6
27887,8
28425,0
28962,1
30036,5
31110,9
32185,2
33259,6
1300
23435,9
28154,6
29326,4
29912,3
30498,2
31084,1
31670,0
32841,7
34013,5
35185,3
36357,1
1400
25435,9
30616,7
31888,4
32524,3
33160,2
33796,1
34432,0
35703,8
36975,6
38247,4
39519,2
1500
27435,9
33059,4
34431,2
35117,1
35803,0
36488,9
37174,8
38546,6
39918,4
41290,2
42662,0
1600
29435,9
35542,8
37014,6
37750,5
38486,4
39222,3
39958,2
41430,0
42901,8
44373,6
45845,4
1700
31435,9
38042,8
39614,6
40400,5
41186,4
41972,3
42758,2
44330,0
45901,8
47473,6
49045,4
1800
33435,9
40553,5
42225,3
43061,2
43897,1
44733,0
45568,9
47240,7
48912,5
50584,3
52256,1
1900
35487,1
43104,9
44879,2
45766,4
46653,6
47540,7
48427,9
50202,3
51976,6
53751,0
55525,4
2000
37538,4
45642,8
47519,7
48458,2
49396,6
50335,1
51273,5
53150,5
55027,4
56904,3
58781,2
2100
39589,7
48210,7
50190,2
51179,9
52169,7
53159,4
54149,2
56128,6
58108,1
60087,6
62067,1
2200
41641,0
59324,2
61406,3
62447,3
63488,3
64529,3
65570,4
67652,4
69734,5
71816,5
73898,6
По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н,кДж/м3от температуры J,град.
4 Тепловой баланс котла
Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.
Определяем располагаемую теплоту,кДж/м3, для газообразного топлива
, (18)
где Qсн – низшая теплота сгорания сухой массы газа,кДж/м3.
.
Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, проц.
, (19)
где Hух – энтальпия уходящих газов, кДж/м3; при tух = 140°С, [3].
aух –коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;
q4 – потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для природного газа q4 = 0;
H0х.в– энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяем при tв = 300С, кДж/м3.
, (20)
.
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3, проц., обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4, по [2].
Потеря теплоты от механической неполноты горения топлива q4, проц., наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц.
Потеря теплоты от наружного охлаждения q5, проц., обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле
, (21)
где q5ном – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, проц., принимаем по [2];
Dном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;
D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.
Определяем КПД брутто ηбр, проц., парового котла из уравнения обратного теплового баланса
, (22)
.
Определяем полезную мощность парового котла Qпг, кВт
, (23)
где Dн.п – расход выработанного насыщенного пара, кг/с;
hн.п– энтальпия насыщенного пара, кДж/кг;
hп.в– энтальпия питательной воды, кДж/кг;
р – непрерывная продувка парового котла, проц.;
hкип – энтальпия кипящей воды в барабане котла, кДж/кг.
.
Определяем расход топлива Впг,м3/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса
, (24)
.
Определяем коэффициент сохранения теплоты φ
. (25)
.
продолжение
--PAGE_BREAK--
5 Расчет топочной камеры
Расчет топочной камеры котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].
Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топки J"т, град.
J"т = 1100.
Для принятой температуры по таблице 2, определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки Н"т , кДж/ м3
Н"т = 25339,4.
Определяем полезное тепловыделение в топке Qт , кДж/ м3
, (26)
где Qв– теплота вносимая в топку воздухом, кДж/ м3
, (27)
где – энтальпия теоретического объёма воздуха, кДж/ м3.
.
.
Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов
, (28)
где x– угловой коэффициент, показывающий какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависящий от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене; значение х определяем по [2];
– коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева; принимаем по [2].
.
Определяем эффективную толщину излучающего слоя S, м
, (29)
где – объем топочной камеры, м3, принимаем из конструкционных характеристик котла в соответствии с источником [3];
– поверхность стен топочной камеры, м2, принимаем из конструкционных характеристик котла в соответствии с источником [3].
Определяем коэффициент ослабления лучей
, (30)
где rп – суммарная объемная доля трехатомных газов, определяем по таблице 1;
– коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, ;
, (31)
где – парциальное давление трехатомных газов, МПа.
, (32)
где – давление в топочной камере котлоагрегата, МПа, в соответствии с источником [2].
.
rH2O– объемная доля водяных паров, берется из таблицы 1;
Т"т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К.
– коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, ;
, (33)
где СР, НР – содержание углерода и водорода в рабочей массе газообразного топлива, проц.
, (34)
Определяем степень черноты факела
, (35)
где m – коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполняемого светящейся частью факела, принимаем по [2];
асв, аг – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трёхатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами.
Определяем значение степени черноты светящейся части факела асв
(36)
Определяем значение степени черноты несветящихся трехатомных газов
, (37)
Определяем степень черноты топки при сжигании газообразного топлива
, (38)
Применяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для газа и мазута принимаем
М=0,48.
Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м3газа при нормальных условиях,
, (39)
где Та – теоретическая (адиабатная) температура горения К, определяемая по таблице 2 по значению Qт, равному энтальпии продуктов сгорания, На;
Тт"–температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К;
Hт"– энтальпия продуктов сгорания при температуре на выходе из топки, ;
Qт– полезное тепловыделение в топке, .
Определяем действительную температуру на выходе из топки
, (40)
Полученная температура отличается от принятой меньше чем на 1000С, следовательно, расчёт топки считается оконченным.
6 Расчет конвективных пучков
6.1 Расчет первого конвективного пучка
При расчете конвективной поверхности нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м3 сжигаемого газа при нормальных условиях.
Расчет конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].
Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода υ″=3500С и υ″=4000С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.
Определяем теплоту Qб, кДж/м3, отданную продуктами сгорания
Qб = φ · (H′– H″+ Δαк· H0прс), (41)
где φ – коэффициент сохранения теплоты;
H′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, кДж/м3, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры;
H″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3;
Δαк – присос воздуха в поверхность нагрева;
H0прс – энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 300С, кДж/м3.
= 0,982·(25212,81–7656,4+0,05·486)=17264,2.
= 0,982·(25212,81–8798,3+0,05·486)=16142,9.
Определяем расчётную температуру потока υ, град., продуктов сгорания в конвективной поверхности
, (42)
где υ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева,град;
υ″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, град.
Определяем среднюю скорость ωг, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева
, (43)
где Вр – расчетный расход топлива, м3/с;
F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;
Vг – объем продуктов сгорания на 1 м3 газообразного топлива, м3/м3;
υ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, град.
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией , Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков
, (44)
где – коэффициент теплоотдачи, определяемый по [2] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м2·К);
– поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по [2] при поперечном омывании коридорных пучков;
– поправка на компоновку пучка; определяется по [2] при поперечном омывании коридорных пучков;
– коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по [2] при поперечном омывании коридорных пучков.
= 109·1·1·1,03=112,27.
= 112·1·1·1,02=114,24.
Определяем степень черноты газового потока а
, (45)
где e– основание натуральных логарифмов;
kps– суммарная оптическая толщина, м
(46)
где р – давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1;[2].
s − толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м;
, (47)
.
kг – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, .
, (48)
.
.
= 36,9·0,262·0,1·0,176 = 0,170.
= 36,0·0,262·0,1·0,176 = 0,166.
.
.
Определяем коэффициент теплоотдачи , Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева
(49)
где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К), определяем по [2];
– степень черноты;
– коэффициент, определяемый по [2].
Для определения и коэффициента вычисляем температуру загрязненной стенки , град
, (50)
где – средняя температура окружающей среды, град; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;
– при сжигании газа принимаем равной 25 0С.
= 194,1 + 25 = 219,1.
= 40·0,156·0,98 = 6,11.
= 44·0,153·0,99 = 6,66.
Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи α1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева
α1 = ξ · (αк+ αл), (51)
где ξ – коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1.
=1·(112,27+6,11)=118,38.
=1·(114,24+6,66)=120,9.
Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К)
К = α1 · ψ, (52)
где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из [2] в зависимости от вида сжигаемого топлива.
= 0,85·118,38=100,62.
= 0,85·120,9=102,76.
Определяем количество теплоты Qт, кДж/м3, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м3 сжигаемого газа
, (53)
где Δt – температурный напор, град, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева.
, (54)
.
.
.
.
По принятым двум значениям температуры υ′ и υ″ полученным двум значениям Qб и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ″ на выходе из первого конвективного пучка равна 322, что находится в допустимых пределах. продолжение
--PAGE_BREAK--
6.2 Расчет второго конвективного пучка
При расчете конвективной поверхности нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м3 сжигаемого газа при нормальных условиях.
Расчет конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].
Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода υ″=2000С и υ″=3000С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.
Определяем теплоту Qб, кДж/м3, отданную продуктами сгорания
Qб = φ · (H′– H″+ Δαк· H0прс), (55)
где φ – коэффициент сохранения теплоты;
H′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, кДж/м3, определяется по таблице 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры;
H″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3;
Δαк – присос воздуха в поверхность нагрева;
H0прс – энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 300С, кДж/м3.
= 0,982·(7016,94–4621,1+0,1·486)=2400,3.
= 0,982·(7016,94–7007,8+0,1·486)=56,7.
Определяем расчётную температуру потока υ, град, продуктов сгорания в конвективной поверхности
, (56)
где υ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева,град;
υ″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, град.
Определяем среднюю скорость ωг, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева
, (57)
где Вр – расчетный расход топлива, м3/с;
F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;
Vг – объем продуктов сгорания на 1 м3 газообразного топлива, м3/м3;
υ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, град.
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией , Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков
, (58)
где – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме рис.6.1 [2] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м2·К);
– поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по [2] при поперечном омывании коридорных пучков;
– поправка на компоновку пучка; определяется по [2] при поперечном омывании коридорных пучков;
– коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по [2] при поперечном омывании коридорных пучков.
= 76·1·1·1,13=85,88.
= 80·1·1·1,11=88,8.
Определяем степень черноты газового потока а
, (59)
где e– основание натуральных логарифмов;
kps– суммарная оптическая толщина, м
(60)
где р – давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1;[2].
s − толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м;
, (61)
.
kг – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, .
, (62)
.
.
= 40,11·0,248·0,1·0,176 = 0,175.
= 38,31·0,248·0,1·0,176 = 0,167.
.
.
Определяем коэффициент теплоотдачи , Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева
(63)
где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К), определяем по [2];
– степень черноты;
– коэффициент, определяемый по [2].
Для определения и коэффициента вычисляем температуру загрязненной стенки , град
, (64)
где – средняя температура окружающей среды, град; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;
– при сжигании газа принимаем равной 25 0С.
= 194,1 + 25 = 219,1.
= 32·0,161·0,95 = 4,89.
= 36·0,154·0,96 = 5,32.
Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи α1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева
α1 = ξ · (αк+ αл), (65)
где ξ – коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1.
=1·(85,88+4,89)=90,77.
=1·(88,8+5,32)=94,12.
Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К)
К = α1·ψ, (66)
где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из [2] в зависимости от вида сжигаемого топлива.
= 0,9·90,77=81,7.
= 0,9·94,12=84,7.
Определяем количество теплоты Qт, кДж/м3, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м3 сжигаемого газа
, (67)
где Δt – температурный напор, град, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева.
, (68)
.
.
.
.
По принятым двум значениям температуры υ′ и υ″ полученным двум значениям Qб и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ″ на выходе из второго конвективного пучка равна 233, что находится в допустимых пределах.
7 Расчет экономайзера
Расчёт водяного экономайзера производим по формулам в соответствии с источником [2].
Определяем количество теплоты Qб, кДж/м3 по уравнению теплового баланса, которое должны отдать продукты сгорания при приятой температуре уходящих газов
Qб = φ · (H′ – H″+ Δα эк · H0прс), (69)
где H′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/м3;
H″ – энтальпия уходящих газов, кДж/м3;
Δαэк – присос воздуха в экономайзер;
H0прс – энтальпия теоретического количества воздуха, кДж/м3;
φ – коэффициент сохранения теплоты.
Qб =0,982·(5408,7–3450,0+0,1·486) =1971,2.
Определяем энтальпию воды h″эк, кДж/кг, после водяного экономайзера, приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере
, (70)
где h′эк – энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг;
D – паропроизводительность котла, кг/с;
Dпр – расход продувочной воды, кг/с.
.
Определяем температуру воды после экономайзера t″эк, по энтальпии воды после экономайзера, град
, (71)
где С − теплоемкость воды, кДж/(кг·К).
.
Так как температура воды на выходе из экономайзера ,, отличается более чем на 20от температуры кипения при давлении в барабане котла ,, то к установке принимаем чугунный водяной экономайзер.
= 233-130=103
= 140-104=36
Рисунок 4 – Температурный напор в экономайзере
Определяем температурный напор ,град,экономайзера
, (72)
где Δtб и Δtм– большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, град
.
Принимаем к установке чугунный экономайзер системы ВТИ с длиной труб 2000мм, площадью поверхности нагрева с газовой стороны одной трубы 2,95 м2, площадью живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы 0,12 м2. [3].
Определяем действительную скорость ωг, м/с, продуктов сгорания в экономайзере
, (73)
гдеυэк – среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, град
, (74)
.
Fэк – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2
Fэк = z1·Fтр, (75)
где z1 – число труб в ряду; принимаем 5 труб; [3].
Fтр − площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, м2
Fэк =5·0,12 = 0,6.
.
Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К)
К = Кн·cυ, (76)
где Кн и сυ − определяем в соответствии с источником [2]
К = 20,8·1,02 = 21,21.
Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера Нэк, м2
, (77)
.
Определяем общее число трубn, экономайзера
, (78)
где Нтр – площадь поверхности нагрева одной трубы, м2.
.
Определяем число рядов труб m, в экономайзере
, (79)
где z1 – принятое число труб в ряду.
.
По источнику [3], принимаем к установке блочный, чугунный экономайзер ЭП2-236.
8 Аэродинамический расчет котла
Аэродинамический расчет котельной установки ведём по формулам в соответствии с источником [5].
Аэродинамическое сопротивление на пути прохождения газов в газоходах котельной установки складывается из местных сопротивлений, зависящих от изменения сечений газоходов и их поворотов и из сопротивления, возникающего вследствие трения и вследствие сопротивления пучков труб.
Аэродинамическое сопротивление котельной установки, Па, определяется по формуле:
, (80)
где – разряжение в топке, создаваемое дымососом, Па;
– сопротивление первого конвективного пучка, Па;
– сопротивление второго конвективного пучка, Па;
– сопротивление экономайзера, Па;
– местные сопротивления, Па.
Принимаем разряжение в топке Δhт, Па, в соответствии с источником [6]
Δhт = 30.
Определяем сопротивление первого конвективного пучкаΔhкп, Па
, (81)
где rг− плотность дымовых газов в газоходе, кг/м3
, (82)
где rо− плотность дымовых газов при 0˚С, кг/м3, принимаем в соответствии с источником [6];
θг − средняя температура газов в первом конвективном пучке, град
, (83)
.
.
ωк.2 – скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с
, (84)
.
ξк – коэффициент сопротивления конвективного пучка
ξк= ξ0· z2, (85)
где ξ0– коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб
ξ0=Сσ·СRе· ξгр, (86)
где Сσ, СRе, ξгр – значения, определяемые по источнику [6]
ξ0=0,73·0,72·0,42=0,220.
ξк=0,220·41=9,02.
.
– число рядов труб по ходу продуктов сгорания в конвективном газоходе; принимаем из конструктивных характеристик котла в соответствии с источником [6].
Определяем сопротивление двух поворотов под углом 90˚ после конвективного пучкаΔhпов, Па
, (87)
где ξм− коэффициент сопротивления двух поворотов под углом 90˚
ξм=1·2=2.
.
Определяем сопротивление первого газохода,Па
, (88)
.
Определяем сопротивление второго конвективного пучка, Па,
, (89)
где rг− плотность дымовых газов в газоходе, кг/м3,
. (90)
.
ωк.2 – скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с,
.
ξк – коэффициент сопротивления конвективного пучка,
ξ0=0,72·0,78·0,37=0,21.
ξк=0,21·41=8,61.
.
Определяем сопротивление двух поворотов во втором газоходе под углом 90˚, после конвективного пучкаΔhпов, Па,
ξм=1·2+1·1=3.
.
Определяем сопротивление газохода,Па,
.
Определяем сопротивление экономайзера Δhэк,Па
, (91)
где n − число рядов труб по ходу газов;
rг− плотность дымовых газов в экономайзере, кг/м3
, (92)
.
.
Определяем сопротивление двух поворотов под углом 900и одного под углом 1350Δhм.с, Па
, (93)
где ξм – коэффициент местных сопротивлений, под углом 900ξм=1 под углом 1350ξм=2
ξм =1·2+2 = 4.
.
.
Принимаем сопротивление поворотной заслонки ,Па, в соответствии с источником [6]
.
Принимаем сопротивление общего сборного борова , Па, в соответствии с источником [6]
.
9 Расчет и выбор тяго-дутьевых устройств
9.1 Расчет и выбор дымососа
Определяем расчётную производительность дымососа , м3/с
, (94)
где − коэффициент запаса по производительности, принимаем в соответствии с источником [2];
− количество дымовых газов от одного котла, м³/с
, (95)
Определяем расчетный полный напор дымососа , Па
, (96)
где − коэффициент запаса по напору, принимаем в соответствии с источником [2].
Производим пересчётный напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге
, (97)
.
Определяем мощность электродвигателя для привода дымососа , кВт
, (98)
где − производительность, м3/с;
− напор, Па;
и −КПД электродвигателя и дымососа;
– коэффициент запаса по паропроизводительности котла; для котлов производительностью до 20 тонн пара в час принимаем к = 1,2.
.
По таблице 14.4 [3] выбираем подходящий по производительности и напору дымосос и выписываем его основные характеристики:
— марка дымососа ДН−10;
— производительность, м3/ч 19,6·103;
— напор, кПа 2,21;
— КПД 0,83;
— масса без электродвигателя, кг 677;
— марка электродвигателя 4А 160 S6;
— мощность, кВт 11;
— частота вращения, мин-1 1500.
9.2 Расчет и выбор вентилятора
Определяем расчётную производительность вентилятора , м3/с
, (99)
где Вр– расчетный расход топлива, м3/с;
β1 − коэффициент запаса,принимаем в соответствии с источником [2].
.
Определяем полный расчетный напор вентилятора , Па
, (100)
где − сопротивление горелки, Па, принимаем в соответствии с источником [3];
= 1100 Па
− сопротивление воздуха, Па; принимаем 10% от сопротивления горелки.
= 110 Па
.
Определяем мощность для привода вентилятора , кВт
, (101)
.
По таблице 14.1 [3] выбираем подходящий по производительности и напору вентилятор и выписываем его основные характеристики:
— марка вентилятора ВДН−8;
— производительность, м3/ч 10,20·103;
— напор, кПа 2,19;
— КПД 0,83;
— масса без электродвигателя, кг 417;
— марка электродвигателя 4А -160S6;
— мощность, кВт 11;
— частота вращения, мин-1 1000.
10 Расчет и выбор дымовой трубы
Расчет дымовой трубы ведем по формулам в соответствии с источником [2].
Определяем выброс оксидов азота , г/с
, (102)
где β1− безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияниекачества сжигаемого топлива, принимается по [2]; β1 = 0,85
β3−коэффициент, учитывающий конструкцию горелок; принимается для вихревых горелок равным 1; [2]. β3 = 1
r −степень рециркуляции продуктов сгорания в процентах расхода дутьевого воздуха; при отсутствии рециркуляции r= 0;[2].
β2−коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих продуктов сгорания; [2]. β2 = 0
Вр−расход топлива, м³/с; при расчете учитываем, что работает 1 котел;
k −коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 тонну сожженного условного топлива, кг/т; для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч определяется по формуле
, (103)
где D− паропроизводительность котлов, т/ч.
.
.
Определяем диаметр устья дымовой трубы , м
, (104)
где −объёмный расход продуктов сгорания через трубу при температуре их в выходном сечении, м³/с
, (105)
где n −количество котлов, устанавливаемых в котельной;
−объем продуктов сгорания за экономайзером, м³/м³;
.
ωвых −скорость продуктов сгорания, м/с, предварительно принимаем равной 20.
.
Принимаем стандартный диаметр устья дымовой трубы 1,2 м в соответствии с источником [2].
Определяем предварительную минимальную высоту трубы , м
, (106)
где А − коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности, принимаем равным А=120;
F−коэффициент, учитывающий скорость движения вредных веществ в атмосферном воздухе, принимается по[2];
−предельно допустимая концентрация , мг/м³; принимается по [2]; = 0,085
ΔТ − разность температур продуктов сгорания, выбрасываемых из трубы и окружающего воздуха, К.
, (107)
.
.
Принимаем стандартную высоту дымовой трубы Н = 30 м.
Определяем диаметр основания трубы в свету , м
, (108)
.
Определяем средний расчетный диаметр тубы , м
, (109)
.
Определяем среднюю скорость продуктов сгорания в дымовой трубе , м/с
, (110)
где Δθ −охлаждение дымовых газов в трубе на 1 метр высоты трубы,˚С/м.
, (111)
где D−максимальная часовая паропроизводительность всех котлов, т/ч.
.
.
Определяем температуру газов на выходе из трубы θвых, град
, (112)
.
Определяем аэродинамическое сопротивление дымовой трубы Δhд.тр, Па, вызванное трением газов о стенки и потерей давления при выходе газов из трубы в атмосферу
, (113)
где − сопротивление трения в трубе, Па
, (114)
где − коэффициент трения; для кирпичных труб λ=0,04;
− плотность дымовых газов в трубе,
, (115)
где r− плотность дымовых газов при 0˚С, кг/м³, принимаем в соответствии с источником [6]; r0 = 1,34 кг/м3
θср −средняя температура дымовых газов в трубе, град
, (116)
.
.
.
− потери с выходной скоростью, Па
, (117)
где =1.
.
Пересчитываем скорость продуктов сгорания , м/с
.
.
.
продолжение
--PAGE_BREAK--