Введение
Проверочный расчет выполняют для существующих параметров. Поимеющимся конструктивным характеристикам при заданной загрузке и топливе определяюттемпературы воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах междуповерхностями нагрева, КПД агрегата, расхода топлива. В результате поверочногорасчета получают исходные данные, необходимые для выбора вспомогательногооборудования и выполнения гидравлических, аэродинамических и прочностныхрасчетов.
При разработке проекта реконструкции парогенератора,например, в связи с увеличением его производительности, изменением параметровпара или с перевозом на другое топливо, может требоваться изменение целого рядаэлементов, которые необходимо изменить, выполняют так, чтобы по возможностисохранялись основные узлы и детали типового парогенератора.
Расчет выполняется методом последовательного проведениярасчетных операций с пояснением производимых действий. Расчетные формулысначала записываются в общем виде, затем подставляются числовые значения всехвходящих в них величин, после чего производится окончательный результат.
1 Технологический раздел1.1 Краткое описание конструкциикотла.
Котлы типа Е (ДЕ) предназначены для выработки насыщенного илиперегретого пара при работе на газе и мазуте. Изготовитель: Бийский котельныйзавод.
Котел Е (ДЕ)-6,5-14-225ГМ имеет два барабана одинаковой длиныдиаметром около 1000 мм и выполнены по конструктивной схеме «Д», характерной особенностьюкоторой является боковое расположение конвективной части котла относительнотопочной камеры. Топочная камера расположена справа от конвективного пучка повсей длине котла в виде вытянутой пространственной трапеции. Основнымисоставными частями котла являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучоки образующие топочную камеру левый топочный экран (газоплотная перегородка),правый топочный экран, трубы экранирования фронтовой стенки топки и заднийэкран. Межцентровое расстояние установки барабанов 2750 мм. Для доступа внутрьбарабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы. Конвективный пучокобразован коридорно расположенными вертикальными трубами диаметром 51x2,5 мм,присоединяемыми к верхнему и нижнему барабанам.
В конвективном пучке котла для поддержания необходимогоуровня скоростей газов устанавливаются ступенчатые стальные перегородки.
Конвективный пучок от топки отделен газоплотной перегородкой(левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для выхода газовв конвективный газоход. Газоплотная перегородка выполняется из труб, установленныхс шагом 55 мм. Вертикальная часть перегородки уплотняется вваренными междутрубами металлическими проставками.
Поперечное сечение топочной камеры для всех котлов одинаково.Средняя высота составляет 2400 мм, ширина – 1790 мм.
Основная часть труб конвективного пучка и правого топочногоэкрана, а также трубы экранирования фронтовой стенки топки присоединяются кбарабанам вальцовкой. Трубы газоплотной перегородки, а также часть труб правоготопочного экрана и наружного ряда конвективного пучка, которые устанавливаютсяв отверстиях, расположенных в сварных швах или околошовной зоне, привариваютсяк барабанам электросваркой.
Трубы правого бокового экрана ввальцованы одним концом вверхний барабан, а другим – в нижний, образуя таким образом потолочный иподовый экраны. Под топки закрыт слоем огнеупорного кирпича. Задний экран имеетдва коллектора (диаметром 159x6 мм) – верхний и нижний, которые связаны междусобой трубами заднего экрана на сварке и необогреваемой рециркуляционной трубой(диаметром 76x3,5 мм). Сами коллекторы одним концом присоединяются к верхнему инижнему барабанам на сварке. Фронтовой экран образован четырьмя трубами,развальцованными в барабанах. В середине фронтового экрана размещена амбразурагорелки типа ГМ. Температура дутьевого воздуха перед горелкой не менее 10 °С.
Выступающие в топку части барабанов защищены от излученияфасонным шамотным кирпичом или шамотно-бетонной обмазкой.
Обмуровка натрубная снаружи обшита металлическим листом дляуменьшения присосов воздуха. Обдувочные устройства расположены с левой сторонына боковой стенке котла. Обдувочный аппарат имеет трубу с соплами, которую необходимовращать при проведении обдувки. Вращение обдувочной трубы производится вручнуюпри помощи маховика и цепи. Для обдувки используется насыщенный или перегретыйпар при давлении не менее 7 кгс/см2.
Выход дымовых газов из котла осуществляется через окно,расположенное на задней стенке котла в экономайзер.
На фронте топочной камеры котлов имеется лаз в топку,расположенный ниже топочного устройства, и три лючка-гляделки – два на правойбоковой и один на задней стенках топочной камеры.
Взрывной клапан на котле располагается на фронте топочнойкамеры над горелочным устройством.
Котел выполнен с одноступенчатой схемой испарения. Опускнымзвеном циркуляционных контуров котла являются последние по ходу газов наименееобогреваемые ряды труб конвективного пучка.
На котле предусмотрена непрерывная продувка из нижнегобарабана и периодическая из нижнего коллектора заднего экрана.
В водяном пространстве верхнего барабана находятсяпитательные трубы и направляющие щиты, в паровом объеме – сепарационныеустройства. В нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева водыв барабане при растопке и патрубки для спуска воды. В качестве первичных сепарационныхустройств используются установленные в верхнем барабане направляющие шиты икозырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качествевторичных сепарационных устройств применяются дырчатый лист и жалюзийныйсепаратор. Отбойные щиты, направляющие козырьки, жалюзийные сепараторы идырчатые листы выполняются съемными для возможности полного контроля и ремонтавальцовочных соединений труб с барабаном. Температура питательной воды должнабыть не менее 100 °С. Котлы изготавливаются в виде единого блока,смонтированного на опорной раме, на которую передается масса элементов котла,котловой воды, каркаса, обмуровки. Нижний барабан имеет две опоры: передняянеподвижная, а задняя – подвижная, и на ней установлен репер. На верхнембарабане котла установлены два пружинных предохранительных клапана, а такжекотловой манометр и водоуказательные приборы.
Котел имеет четыре циркуляционных контура: 1-й – контурконвективного пучка; 2-й – правого бокового экрана; 3-й – заднего экрана; 4-й –фронтового экрана.
Основные характеристики котла Е (ДЕ)-6,5-14-225ГМПаропроизводительность: 6,5 т/ч Рабочее давление (избыточное):
13 кгс/см2 Толщина стенки барабана: 13 мм Тип горелки: ГМ-4,5 Расчетный расход топлива:
442 – 488 м3/ч
2 Тепловой расчет парового котла2.1 Характеристика топлива
Топливом для проектируемого котла является попутный газ,газопровода «Кумертау – Ишимбай – Магнитогорск». Расчетные характеристики газана сухую массу принимаются по таблице 1.
Таблица 1 –Расчетные характеристики газообразноготопливаГазопровод Состав газа по объему, %
Низшая теплота сгорания, />, кДж/м3
Плотность ρ при 0°С и 101,3 кПа, кг/м3
СН4
С2Н6
С3Н8
С4Н10
С5Н12
С6Н14 СО
СО2
N2
O2
H2S
H2 Кумертау – Ишимбай — Магнитогорск 81,7 5,3 2,9 0,9 0,3 - - - 8,8 0,1 - - 36 800 0,858 2.2 Расчет и составление таблиц объемоввоздуха и продуктов сгорания
Все котлы типа Е, кроме котла Е-25 имеют один конвективныйпучок.
Присосы воздуха по газовому тракту принимаем по таблице 2.
Таблица 2 –Коэффициент избытка воздуха и присосы вгазоходах котла.Показатель Условное обозначение Величина 1. Коэффициент избытка воздуха в топке
αТ 1,05 2. Присосы в топку
Δ αТ 0,07 в конвективный пучок
Δ αК.Π. 0,05 в экономайзер и газоходы за котлом
Δ αЭК 0,10
Присосы в газоходах за котлом оцениваем по ориентировочнойдлине газохода – 5 м.
Таблица 3 –Избытки воздуха и присосы по газоходамНаименование газохода α'' Δα
αср 1. Топка 1,12 0,07 1,085 2. Конвективный пучок 1,17 0,05 1,145 3. Экономайзер и газоходы за котлом 1,27 0,10 1,22
Объемы воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 м3газообразного топлива при нормальных условиях (0°С и 101,3 кПа).
Теоретически объемы воздуха и продуктов сгорания топлива приполном его сгорании (α = 1) принимаются по таблице 4.
Таблица 4 – Теоретические объемы воздуха и продуктов сгоранияНаименование величины Условное обозначение
Величина, м3/м3 1. Теоретический объем воздуха
/> 9,74 2. Теоретические объемы сгорания: трехатомных газов
/> 1,06 азота
/> 7,79 водных паров
/> 2,13
Объемы газов при полном сгорании топлива и α > 1определяются для каждого газохода по формулам приведенным в таблице 5.
Таблица 5 – Действительные объемы газов и их объемные долипри α > 1.Величина Поверхность нагрева топка конвективный пучок экономайзер
1. α = αср 1,12 1,17 1,27
2. /> 2,14881768 2,15665838 2,17234
3. /> 12,1488 12,6358 13,6098
4. />/> 0,175325958 0,16856867 0,1565
5. /> 0,087251416 0,083888634 0,07789
6. /> 0,262577374 0,252457304 0,23439
7.Gr, кг/м3 15,2278928 15,8639148 17,136
Коэффициент избытка воздуха a = aсрпринимаются по таблице 3;
/>, />, />/> берутся из таблицы 4;
/> – объем водяных паров при a > 1;
/> – объем дымовых газов при a > 1;
/> – объемная доля водяных паров;
/>– объемная доля трехатомных газов;
/> – объемная доля водяных паров и трехатомных газов;
Gr – масса дымовых газов.
/> (2.2-1)где /> = /> - плотность сухого газапри нормальных условиях, принимается по таблице 1; /> =10 г/м3 – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3сухого газа.
2.3 Расчет и составление таблиц энтальпиивоздуха и продуктов сгорания. Построение I — ν диаграммы
Энтальпии воздуха и продуктов сгорания считаются для каждогозначения коэффициента избытка воздуха α в области, перекрывающей ожидаемыйдиапазон температур в газоходе.
Таблица 6 –Энтальпии 1 м3 воздуха ипродуктов сгорания.t, °С
(сt) СО2
(сt) N2
(сt) H2O (сt) в
кДж/м3 2000 4844 2965 3926 3066 1800 4305 2644 3458 2732 1600 3769 2324 3002 2403 1400 3239 2009 2559 2076 1200 2717 1705 2132 1754 1000 2213 1398 1723 1438 800 1712 1098 1334 1129 600 1231 808 969 830 400 776 529 626 542 200 360,0 261,0 304,0 267,0 100 171,7 130,1 150,5 132,7
Таблица 7 –Энтальпии воздуха и продуктов сгорания приα > 1.Поверхность нагрева t°С
I0.r
I0.в
(α – 1) I0.в
Ir
ΔIr
кДж/м3
Топка, вход в конвективный пучок и пароперегреватель
αТ = 1,12 2000 36594,4 29862,8 3583,5408 33010,83 3678,39 1800 32525,6 26609,7 3193,1616 29332,44 3647,7 1600 28493,4 23405,2 2808,6264 25684,73 3577,04 1400 24534,1 20220,2 2426,4288 22107,69 3454,64 1200 20703,1 17084 2050,0752 18653,05 3427,6 1000 16906,2 14006,1 1680,7344 15225,46 3335,47 800 13209,6 10996,5 1319,5752 11889,98
Конвективный пучок и пароперегреватель
αК.П = 1,19 1000 16906,2 14006,1 2381,0404 14525,15 3184,99 800 13209,6 10996,5 1869,3982 11340,16 3051,33 600 9663,15 8084,2 1374,314 8288,836 2909,43 400 6276,85 5279,08 897,4436 5379,406 2759,2 200 3062,31 2600,58 442,0986 2620,211
Экономайзер
αЭК = 1,24 400 6276,85 5279,08 1266,9792 5009,871 2571,7 200 3062,31 2600,58 624,1392 2438,171 1232,32 100 1516,05 1292,5 310,19952 1205,846
Данные для расчета энтальпий принимаются по таблицам 4 и 6. Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха a = 1 и температуре газов t, °С, рассчитывается по формуле:
/> (2.3-1)
Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха дляполного сгорания газа при температуре t, °С, определяется по формуле:
/> (2.3-2)
Энтальпия действительного объема дымовых газов на 1 м3топлива при температуре t, °С:
/> (2.3-3)
Изменение энтальпии газов:
/> (2.3-4)
где /> - расчетноезначение энтальпии; /> - предыдущее поотношению к расчетному значение энтальпии. Показатель/> снижается по мереуменьшения температуры газов t, °С. Нарушение этой закономерностиуказывает на наличие ошибок в расчете энтальпий. В нашем случае это условиесоблюдается. Построим I — ν диаграмму по данным таблицы 7.
/>
Рисунок 1 – I — ν диаграмма2.4 Расчет теплового баланса котла.Определение расхода топлива2.4.1 Тепловой баланс котла
Составление теплового баланса котла заключается вустановлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемогорасполагаемым теплом QP, и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q2, Q3, Q4. На основании теплового балансавычисляют КПД и необходимый расход топлива.
Тепловой баланс составляется применительно к установившемусятепловому состоянию котла на 1 кг (1 м3) топлива при температуре 0°Си давлении 101,3 кПа.
Общее уравнение теплового баланса имеет вид:
QP + Qв.вн = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, кДж/м3, (2.4.1-1)
где QP – располагаемое тепло топлива; Qв.вн –тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла; Qф – тепло, внесенное в топку паровым дутьем(«форсуночным» паром); Q1 – полезно использованное тепло; Q2 – потеря тепла с уходящими газами; Q3 – потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива;–потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива; Q5 – потеря тепла от наружного охлаждения; Q6 – потеря с теплом шлака.
При сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнегоподогрева воздуха и парового дутья величины Qв.вн, Qф, Q4, Q6 равны 0, поэтому уравнение тепловогобаланса будет выглядеть так:
QP = Q1 + Q2 + Q3 + Q5, кДж/м3. (2.4.1-2)
Располагаемое тепло 1 м3 газообразного топлива:
QP = Qdi + iтл, кДж/м3, (2.4.1-3)
где Qdi – низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3(см. табл. 1); iтл – физическое тепло топлива, кДж/м3.Учитывается в том случае, когда топливо подогревается посторонним источникомтепла. В нашем случае этого не происходит, поэтому QP = Qdi, кДж/м3, (2.4.1-4)
QP = 36 800 кДж/м3. (2.4.1-5)
2.4.2 Тепловые потери и КПД котла
Потери тепла обычно выражаются в % от располагаемого теплатоплива:
/> />/> и т.д. (2.4.2-1)
Потеря тепла с уходящими газами в атмосферу определяется какразность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхностинагрева (экономайзера) и холодного воздуха:
/>, (2.4.2-2)
где Iух = IН ЭК – энтальпия уходящих газов. Определяется интерполяцией по данным таблицы7 по заданной температуре уходящих газов tух°С:
/>, кДж/м3. (2.4.2-3)
αух = αНЭК –коэффициент избытка воздуха за экономайзером (см. табл.3);
I0.х.в. – энтальпия холодного воздуха,
I0.х.в = (ct)в*VH0= 39,8*VH0,кДж/м3, (2.4.2-4)
где (ct)в= 39,8 кДж/м3 – энтальпия 1 м3 холодного воздуха при tх.в. = 30°С; VH0– теоретический объем воздуха, м3/м3(см. табл. 4) = 9,74 м3/м3.
I0.х.в = (ct)в*VH0= 39,8*9,74 = 387,652 кДж/м3, (2.4.2-5)
По таблице параметров паровых котлов tух = 162°С,
/>,(2.4.2-6)
/> (2.4.2-7)
Потеря тепла от химической неполноты сгорания q3, %, обусловлена суммарной теплотой сгоранияпродуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах (СО, Н2, СН4и др.). Для проектируемого котла принимаем
q3 = 0,5%.
Потеря тепла от наружного охлаждения q5, %, принимается по таблице 8 в зависимости отпаропроизводительности котла D, кг/с,
/>кг/с, (2.4.2-8)
где D, т/ч– из исходных данных = 6,73 т/ч.
Таблица 8 – Потери теплоты от наружного охлаждения паровогокотла с хвостовыми поверхностями
Номинальная паропроизводительность котла
D, кг/с (т/ч)
Потеря теплоты q5, % 1,67 (6) 2,4 2,78 (10) 1,7 4,16 (15) 1,5 5,55 (20) 1,3 6,94 (25) 1,25
Находим приблизительное значение q5, %, для номинальной паропроизводительности 6,73 т/ч.
/> (2.4.2-9)
Суммарная потеря теплоты в котле:
Σq = q2 + q3 + q5 = 4,62 + 0,5 + 1,93 = 7,05 % (2.4.2-10)
Коэффициент полезного действия котла (брутто):
ηК = 100 – Σq = 100 – 7,05 = 92,95 %. (2.4.2-11)2.4.3 Полезная мощность котла ирасход топлива
Полное количество теплоты, полезно использованной в котле:
/>, кВт, (2.4.3-1)
где />= /> - количество выработанногонасыщенного пара = 1,87 кг/с,
/> - энтальпия насыщенного пара, кДж/кг; определяется подавлению и температуре насыщенного пара (РНП = 14,0 кгс/см2(1,4 МПа); tНП = 195,1 °С):
/> кДж/кг.
/> - энтальпия питательной воды, кДж/кг,
/>, кДж/кг, (2.4.3-2)
где сП.В. @ 4,19 кДж/(кг*°С) – теплоемкость воды;
tП.В. – температура питательной воды = 83°С;
/> кДж/кг; (2.4.3-3)
/> - энтальпия кипящей воды, кДж/кг, определяется потаблице 9 по давлению насыщенного пара РНП = 14,0 кгс/см2(1,4 МПа):
Давление насыщенного пара,
РПЕ, МПа
Температура насыщения,
tS, °C
Удельный объем кипящей воды, v’, м3/кг
Удельный объем сухого насыщенного пара, v’’, м3/кг Удельная энтальпия кипящей воды, i’, кДж/кг Удельная энтальпия сухого насыщенного пара, i’’, кДж/кг 1,25 189,82 0,0011412 0,15698 806,8 2785,2 1,27 190,54 0,0011422 0,15436 810,0 2785,7 1,3 191,61 0,0011438 0,15117 814,8 2786,5 1,35 193,35 0,0011464 0,14579 822,6 2787,7 1,37 194,03 0,0011474 0,14378 825,6 2788,2 1,4 195,05 0,0011489 0,14077 830,1 2788,9
/> кДж/кг, (2.4.3-4)
/> - расход воды на продувку котла, кг/с:
/>, кг/с; (2.4.3-5)
где aПР – долянепрерывной продувки = 4 %;
D – паропроизводительность котла = 1,87 кг/с.
/> кг/с (2.4.3-6)
/> кВт (2.4.3-7)
Расход топлива, подаваемого в топку котла:
/>, м3/с, (2.4.3-8)
где QK – полезно использованная теплота в котле, кВт;
QР – располагаемое тепло 1м3 газообразного топлива,кДж;
hК– коэффициент полезного действия котла, %.
/>м3/с. (2.4.3-9)
Таблица 10 – Расчет теплового баланса.Наименование Обозначение
Расчетная
формула
Единица
измерения Расчетное значение 1 2 3 4 5 Располагаемая теплота топлива
QP
QPС + Qв.вн
кДж/м3 36 800 Потеря теплоты от химической неполноты сгорания
/>
/> % 0,5 Потеря теплоты от механической неполноты сгорания
/> По рекомендации [1] % Температура уходящих газов
tух По рекомендации [2] °С 162 Энтальпия уходящих газов
Iух
/>
кДж/м3 2160,0833 Температура холодного воздуха
tХВ По заданию °С 30 Энтальпия холодного воздуха
I0.х.в
tХВ*VH0
кДж/м3 387,652 Потеря теплоты с уходящими газами
/>
/> % 4,62 Потеря теплоты от наружного охлаждения
/>
/> % 1,93 КПД котла h 100 – Σq % 92,95 Коэффициент сохранения теплоты j
/> - 0,98 Температура питательной воды
tПВ По заданию °С 83 Температура насыщенного пара
tНП По заданию °С 195,1 Температура перегретого пара
tПЕ По заданию °С 210 Энтальпия питательной воды
/>
/> кДж/кг 347,77 Энтальпия насыщенного пара
/> По таблице 3 кДж/кг 2788,4 Энтальпия перегретого пара
/> По таблице 3 кДж/кг 2828,9 Величина продувки
aПР По заданию % 4 Полезно используемая теплота
QR
/> кВт 4631,44 Полный расход топлива B
/>
м3/с 0,135 Расчетный расход топлива
BP
/>
м3/с 0,135 2.5 Расчет топки (поверочный)2.5.1 Геометрическиехарактеристики топки
Расчет площади поверхностей, ограждающих объем топочной камеры.
Границами объема топочной камеры являются осевые плоскостиэкранных труб или обращенные в топку поверхности защитного огнеупорного слоя, ав местах, не защищенных экранами, — стены топочной камеры и поверхностьбарабана, обращенная в топку. В выходном сечении топки и камеры догорания объемтопочной камеры ограничивается плоскостью, проходящей через ось левого боковогоэкрана. Поскольку поверхности, ограждающие объем топочной камеры, имеют сложнуюконфигурацию, для определения их площади поверхности разбивают на отдельныеучастки, площади которых затем суммируются. Площадь поверхностей, ограждающихобъем топочной камеры, определяются по чертежам котла.
/>
Рисунок 2 – К определению границ расчетного объема топочнойкамеры котла.
Площадь потолка, правой боковой стенки и пода топки:
/>, м2, (2.5.1-1)
где /> - длины прямыхучастков потолка, боковой стенки и пола; а – глубина топки = 2695 мм.
/>, м2, (2.5.1-2)
Площадь левой боковой стенки:
/>, м2. (2.5.1-3)
Площадь фронтовой и задней стенки:
/>, м2. (2.5.1-4)
Общая площадь ограждающих поверхностей:
/>, м2. (2.5.1-5)
Расчет лучевоспринимающей поверхности топочных экранов ивыходного экрана топки
Таблица 11 – Геометрические характеристики топочных экранов№ Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин Фронтовой экран Задний экран Боковой экран левый правый 1 2 3 4 5 6 1 Наружный диаметр труб d, мм 51 51 51 51 2 Шаг экранных труб S, мм 55 55 55 55 3 Относительный шаг экранных труб s 1,078 1,078 1,078 1,078 4 Расстояние от оси экранной трубы до обмуровки е, мм 25 25 25 25 5
/>Относительное расстояние от оси экранной трубы до обмуровки е 0,4673 0,4673 0,4673 0,4673 6 Угловой коэффициент х 0,96 0,96 0,96 0,96 7
Расчетная ширина экрана bэ, мм 1790 1790 2695 2695 8 Число труб экрана z, шт. 33 33 50 50 9
Средняя освещенная длина труб экрана />, мм 2400 2400 2750 6776 10
Площадь стены Fпл, занятой экраном, м2 4,296 4,296 5,525 15,853 11
Лучевоспринимающая поверхность экрана Нэ, м2 4,124 4,124 5,304 15,22
Где /> - относительныйшаг экранных труб, /> - относительноерасстояние от оси трубы до обмуровки, bэ – расчетнаяширина экрана — расстояние между осями крайних труб экрана, принимается почертежам.
z – число труб экрана, принимается по чертежам илирассчитывается по формуле:
/>, шт., количество труб округляется до целого числа. (2.5.1-6)
/> - средняя освещенная длина трубы экрана, определяетсяпо чертежу.
Замер длины трубы экрана производится в объеме топочнойкамеры от места вальцовки трубы в верхний барабан или коллектор до меставальцовки трубы в нижний барабан.
Площадь стены занятой экраном:Fпл = bэ*lэ*10-6, м2 (2.5.1-7)Лучевоспринимающая поверхность экранов:Нэ = Fпл * х, м2 (2.5.1-8)Таблица 12 – Геометрические характеристики топочной камеры№
Наименование, условное обозначение,
единицы измерения Величина 1
Площадь стен топки FСТ, м2 29,97 2
Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры, НЛ, м2 28,772 3
Высота топочной камеры hт.к., м 2,4 4
Высота расположения горелок hг, м 1,372 5
Относительная высота расположения горелок, ХГ 0,572 6
Активный объем топочной камеры Vт.к., м3 11,578 7 Степень экранирования топочной камеры c 0,96 8 Эффективная толщина излучающего слоя s, м 1,39 Площадь стен топки FСТ принимается по формуле2.5.1-5.
Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры вычисляетсясуммированием лучевоспринимающей поверхности экранов по таблице 11.
Высота расположения горелок и высота топочной камерызамеряется по чертежам.
Относительная высота горелки:
/>. (2.5.1-9)
Активный объем топочной камеры:
/> (2.5.1-10)
Степень экранирования топочной камеры:
/> (2.5.1-11)
Эффективная толщина излучающего слоя в топке:
/> (2.5.1-12)
2.5.2 Расчет теплообмена в топочнойкамере
Целью поверочного расчета является определениетепловосприятия и параметров дымовых газов на выходе из топки. Расчеты ведутсяметодом приближения. Для этого предварительно задаются температурой газов навыходе из топки, производят расчет ряда величин, по которым находят температуруна выходе из топки. Если найденная температура отличается от принятой более чемна ± 100°С, то задаются новой температурой иповторяют расчет.
Радиационные свойства продуктов сгорания
Основной радиационной характеристикой продуктов сгоранияслужит критерий поглощательной способности (критерий Бугера) Bu = kps, где k –коэффициент поглощения топочной среды, p – давление в топочной камере, s – эффективная толщина излучающего слоя. Коэффициент k рассчитывается по температуре исоставу газов на выходе из топки. При его определение учитывается излучениетрехатомных газов.задаемся в первом приближении температурой продуктов сгоранияна выходе из топки 1100°С.
Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки:
/>, кДж/м3, (2.5.2-1)
где все минимальные и максимальные величины принимаются потаблице 7.
/>, кДж/м3. (2.5.2-2)
Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктовсгорания:
/>, 1/(м*МПа) (2.5.2-3)
где k0г – коэффициент, определяемый по номограмме(1). Дляопределения данного коэффициента потребуются следующие величины:
р = 0,1 МПа – давление в топочной камере;
/> — таблица 5, для топки = 0,175325958;
/> - таблица 5, для топки = 0,262577374;
рn= р*/>=0,0262577374 МПа;
s – по таблице 12 = 1,39 м;
рn s = 0,0365 м*МПа;
10 рn s = 0,365 м*МПа;
/> = 1100°С.
k0г = 8,4.
/>
Коэффициент поглощения лучей частицами сажи:
/>, 1/(м*МПа) (2.5.2-4)
где aТ –коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, по таблице 2;
m,n – количествоатомов углерода и водорода в соединении соответственно;
CmHn – содержание углерода и водорода всухой массе топлива по таблице 1;
Т’’Т.З = v’’Т.З + 273 – температура газов на выходе из топки, где v’’Т.З = 1100°С.
/>, 1/(м*МПа) (2.5.2-5)
Коэффициент поглощения топочной среды:
k = kr + mkc, 1/(м*МПа) (2.5.2-6)
где kr – коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания поформуле 2.5.15;1; m – коэффициентотносительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем, для газа = 0,1; kc – коэффициент поглощения лучейчастицами сажи по формуле 2.5.16;1.
k = 2,2056 + 0,1*1,4727 = 2,3529 1/(м*МПа) (2.5.2-7)
Критерий поглощательной способности (критерий Бугера):
Bu = kps = 2,3529*0,1*1,39= 0,327 (2.5.2-8)
Эффективное значение критерия Бугера:
/>(2.5.2-9)
Расчет суммарного теплообмена в топке
Полезное тепловыделение в топке
Полезное тепловыделение в топке QТ зависит от располагаемого тепла топлива QР, потерь тепла q3 и тепла, вносимого в топку воздухом. Проектируемый котел неимеет воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:
/>, кДж/м3, (2.5.2-10)
где aТ –коэффициент избытка воздуха в топке (см. таблица 2) = 1,05,
I0х.в. – энтальпия холодного воздуха = (ct)в*VH0= 387,652кДж/м3.
/> кДж/м3. (2.5.2-11)
Полезное тепловыделение в топке:
/>, кДж/м3, (2.5.2-12)
/> кДж/м3 (2.5.2-13)
Расчет температуры газов на выходе из топки
Температура газов на выходе из топки /> зависит от адиабатическойтемпературы горения топлива />,критерия Бугера Bu, теплового напряжениястен топочной камеры qст, коэффициента тепловой эффективностиэкранов y, уровня расположения горелок хГи других величин.
Адиабатическая температура горения топлива />находится по таблице 7 пополезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгоранияв начале топки.
/>,°С, (2.5.2-14)
/>, К. (2.5.2-15)
/>°С, (2.5.2-16)
/> К. (2.5.2-17)
Коэффициент сохранения тепла:
/> (2.5.2-18)
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м3топлива:
/>, кДж/(м3*К) (2.5.2-19)
/> кДж/(м3*К) (2.5.2-20)
Для расчета среднего коэффициента тепловой эффективностиэкранов yСР, заполняем таблицу:
Таблица 13 – Коэффициент тепловой эффективности экранов№
Наименование
элемента котла х x y
Fпл
yi Fплi 1 2 3 4 5 6 7 1 Фронтовой экран топки 0,96 0,65 0,624 4,296 2,6807 2 Задний экран топки 0,96 0,65 0,624 4,296 2,6807 3 Левый боковой экран топочной камеры 0,96 0,65 0,624 5,525 3,4476 4 Правый боковой экран топочной камеры 0,96 0,65 0,624 15,853 9,8923 5
Итого SyI Fплi - - - - 18,7013
Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:/> (2.5.2-21)Параметр забалластированности топочных газов:
/>м3/м3 (2.5.2-22)
Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообменав камерных топках относительного уровня расположения горелок, степенизабалластированности топочных газов и других факторов:
/> (2.5.2-23)
где М0– коэффициент для газомазутных топок принастенном расположении горелок, М0= 0,4.
/> (2.5.2-24)
Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры:
/>Проверка точности расчета температуры продуктов сгорания на выходе изтопки.
Так как/> меньшечем ±100°С, тоданную температуру принимаем заокончательную и по ней находим энтальпию по таблице 7.
/>, кДж/м3 (2.5.2-25)
/>, кДж/м3
Тепловосприятие топки.
Количество тепла, воспринятого в топке излучением 1 м3газообразного топлива:
QЛ = j(QT – I’’T),кДж/м3 (2.5.2-26)
QЛ = 0,98(37023,03 – 18041,47) = 18602,19. кДж/м3
Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры:
/> кВт/м3 (2.5.2-27)
Удельное тепловое напряжение стен топочной камеры:
/> кВт/м2 (2.5.2-28)
Таблица 14 – Расчет теплообмена в топкеНаименование Обозначение
Расчетная
формула
Единица
измерения Расчетное значение 1 2 3 4 5 Активный объем топочной камеры
/>
/>
м3 11,578 Площадь поверхности стен топочной камеры
FCT Из расчета
м2 29,97 Угловой коэффициент экрана x По рис. 5.3 из (3) - 0,96 Площадь стен занятая экраном
SFПЛ
Fб + Fб.к
м2 29,97 Эффективная толщина излучающего слоя s
/> м 1,39 Площадь лучевоспринимающей поверхности топочной камеры
НЛ
SFПЛ*х
м2 28,772 Коэффициент загрязнения x по таблице 13 0,65 Коэффициент тепловой эффективности экранов y x*х 0,624 Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности
yСР
/> 0,624 Температура газов на выходе из топки
/> выбирается предварительно 1100 Энтальпия газов на выходе из топки
/> По рисунку 1
кДж/м3 18041,47 Энтальпия холодного воздуха
I0.х.в
tХВ*VH0
кДж/м3 387,65 Количество теплоты, вносимое в топку с воздухом
/>
/>
кДж/м3 407,03 Полезное тепловыделение в топке
/>
/>
кДж/м3 37023,03 Адиабатическая температура горения
/>
По рисунку 1 в зависимости от /> °С 2023 Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания
/>
/>
кДж/(м3*К) 19,59 Суммарная доля трехатомных газов
/> По таблице 5 - 0,26 Давление в топочной камере Р По рекомендации (1) МПа 0,1 Парциальное давление трехатомных газов
рn
р*/> МПа 0,026 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
/>
/> 1/(м*МПа) 2,21 Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
/>
/> 1/(м*МПа) 1,47 Коэффициент ослабления лучей k
kr + mkc, 1/(м*МПа) 2,35 Параметр, учитывающий распределение температур в топке М
/> - 0,3428 Общее тепловосприятие топки Q
j(QT – I’’T)
кДж/м3 18602,19 Действительная температура газов на выходе из топки
/>
/> °С 1059,8
2.6 Конструктивный тепловой расчетчугунного экономайзера
Таблица 15 – Геометрические характеристики экономайзера№ Наименование, условное обозначение, единицы измерения Величина 1 Наружный диаметр труб d, мм 76х8 2 Толщина стенки труб s, мм 8 3
Размеры квадратного ребра b, мм
b’, мм
150
146 4 Длина трубы l, мм 2000 5
Число труб в ряду zP, шт. 5 6
Поверхность нагрева с газовой стороны одной трубы, НТР, м2 2,95 7
Живое сечение для прохода газов одной трубы FТР, м2 0,120 8
Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда НР, м2 14,75 9
Живое сечение для прохода газов FГ, м2 0,6 10
Сечение для прохода воды fВ, м2 0,014 11
Поверхность нагрева экономайзера НЭК, м2 165,07 12
Количество рядов экономайзера nР, шт. 10 13
Количество петель nПЕТ, шт. 5 14
Высота экономайзера hЭК, м 1,5 15
Общая высота экономайзера с учетом рассечек S hЭК, м 2
d, s, b, b’ – принимаем по рисунку 3;
l, zP –принимается по таблице характеристик чугунных экономайзеров;
НР и FТР –принимается по таблице характеристик одной трубы ВТИ в зависимости от длинытрубы.
Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда равна:
НР = НТР* zP.
Живое сечение для прохода газов равно:
FГ = FТР* zP.
Сечение для прохода воды одного ряда равно:
fВ = p* d2ВН/4* zP/106,
где dВН = d – 2s — внутренний диаметр трубы, мм.
Поверхность нагрева экономайзера равна:
НЭК = Qs.ЭК*ВР*103/k*Dt, (2.6-1)
где Qs.ЭК – тепловосприятие экономайзера, определенное по уравнениютеплового баланса, принимаем по таблице характеристик чугунных экономайзеров, ВР– секундный расход топлива, вычисленный в предыдущем задании, k – коэффициент теплопередачи, такжепринятый по таблице характеристик чугунных экономайзеров, Dt – температурный напор определяемтакже по таблице характеристик чугунных экономайзеров
НЭК = 3140*0,133*103/22*115 = 304,35 м (2.6-2)
Количество рядов в экономайзере равно (принимается целоечетное число):
nР = НЭК/ НР = 304,35/17,7 = 16 (2.6-3)
Количество петель равно: nПЕТ = nР / 2 = 8. (2.6-4)
Высота экономайзера равна: hЭК = nР* b*10-3 = 10*150/1000 =1,5 м. (2.6-5)
Общая высота экономайзера с учетом рассечек равна:
S hЭК = hЭК + 0,5* nРАС = 1,5 + 0,5*1 = 2 м, (2.6-6)
/>где nРАС – количество ремонтных рассечек, которые ставятся через каждые8 рядов.
Рисунок 3 – Труба ВТИ
/>
Рисунок 4 – Эскиз чугунного экономайзера ВТИ.
Заключение
В данной курсовой работе мною был произведен тепловой и поверочныйрасчет парового котла Е (ДЕ) – 6,5 – 14 – 225 ГМ, топливом для которого являетсягаз газопровода «Кумертау – Ишимбай – Магнитогорск». Определила температуру иэнтальпию воды, пара, и продуктов сгорания на границах поверхностей нагрева,КПД котла, расход топлива, геометрические и тепловые характеристики топки ичугунного экономайзера.
Список использованной литературы
1. Методическиеуказания к курсовому проекту по дисциплине «Котельные установки». Иваново.2004.
2. Эстеркин Р.И.Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. – Л.:Энергоатомиздат. 1989.
3. Эстеркин Р.И.Промышленные котельные установки. – 2-е перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат.1985.
4. Тепловой расчеткотлов (Нормативный метод). – 3-е перераб. и доп. – Спб.: НПО ЦКТИ. 1998.
5. Роддатис К.Ф.Справочник по котельным установкам малой производительности. – М. 1985.
6. Паровые иводогрейные котлы. Справочное пособие. – 2-е перераб. и доп. Спб.: «Деан».2000.
7. Паровые иводогрейные котлы. Справочное пособие/ Сост. А.К.Зыков – 2-е перераб. и доп.Спб.: 1998.
8. Липов Ю.М.,Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. –М.: Энергоатомиздат. 1988.
9. Александров А.А.,Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара:Справочник. – М.: Изд-во МЭИ. 1999.