КУРСОВОЙПРОЕКТ
«Поверочныйтепловой расчет топки парового котла»
Вариант № 29
Задание
Произвести поверочныйтепловой расчет отдельных поверхностей нагрева и свести тепловой баланс котлаТП-230:
Характеристика котлаТП-230
1. Номинальнаяпаропроизводительность Dном=229т/ч= 63,6 кг/с;
2. Температураперегретого пара tпп=509°С;
3. Давлениеперегретого пара рпп=12,6 МПа;
4. Давлениев барабане котла рбар=13,6 МПа;
5. Температурапитательной воды tпв=219°С;
6. Давлениепитательной воды рпв=11,5 МПа;
7. Видтоплива: бурый уголь, месторождение Анадырское, марка-3Б, класс-Р;
8. Топкаимеет металлическую наружную обшивку.
1. Описаниеконструкции котла
По характеру движения рабочей средыпарогенератор ТП-230 относится к агрегатам с естественной циркуляцией. Рабочаясреда непрерывно движется по замкнутому контуру, состоящему из обогреваемых ине обогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами — коллекторами и барабанами. В обогреваемой части контура вода частичноиспаряется, образовавшийся пар отделяется от воды в барабанах и, пройдя черезпароперегреватель, подается на турбину. Испарившаяся часть котловой водывозмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водянойэкономайзер и далее в барабан.
Парогенератор ТП-230 выполнен поП-образной схеме. В одной его вертикальной шахте расположена топочная камера, вдругой экономайзер и воздухоподогреватель, вверху в поворотном горизонтальномгазоходе размещается конвективный пароперегреватель.
Характерной особенностьюпарогенераторов этой серии является наличие двух барабанов, соединенных по паруи воде между собой пароперепускными трубами. Начальная стадия отделения пара отводы происходит в основном в разделительном барабане меньшего диаметра.Последующее осушение пара происходит в основном барабане большего диаметра. Водоопускныетрубы включены в основной барабан около его нижней образующей.
Размещение над топочной камерой двухбарабанов хорошо компонуется с конструкцией топочных экранов. Сверху топкаограничивается потолочными трубами, которые являются продолжением трубфронтального экрана и включаются верхними концами непосредственно вразделительный барабан.
Дымовые газы выходят из топочнойкамеры через разведенные (фестонированные) в 4 ряда трубы заднего экрана, такжевключенные верхними концами в разделительный барабан.
Подъемные трубы работают друг сдругом параллельно, однако их конфигурация, длина, освещенность факелом различна.Для обеспечения надежной циркуляции их группируют в отдельные контуры. В контурциркуляции включают подъемные трубы, идентичные по своему гидравлическомусопротивлению и тепловой нагрузке. Каждый отдельный контур имеет свои опускныетрубы. В котле ТП-230 16 контуров циркуляции: по 3 контура на боковых экранах ипо 5 на фронтовом и заднем экранах.
Пароперегреватель чисто конвективноготипа. Регулирование температуры перегретого пара производится двумяпароохладителями поверхностного типа. Охлаждение и частичная конденсация параосуществляется за счет нагрева части питательной воды, отводимой с этой цельюиз питательной линии в пароохладитель.
Двухступенчатый экономайзер, служащийдля подогрева питательной воды уходящими газами, состоит из отдельных пакетовзмеевиков.
Трубчатый воздухоподогреватель,предназначенный для нагрева дутьевого воздуха, транспортирующего угольную пыльпри сжигании твёрдого топлива и подаваемого в зону горения топлива, состоит издвух ступеней, между которыми размещается нижняя часть (ступень) экономайзера.
2. Расчет объемовпродуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов и концентраций золовыхчастиц в газоходах котла. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива
2.1 Расчетныехарактеристики топлива
По табл. I [2], определяем состав рабочей массы топлива, %:
− влажность WP=22,0;
− зольность AP=13,3;
− сера />+/>=0,6;
− углерод CP=47,9;
− водород HP=3,7;
− азот NР=0,7;
− кислород OP=11,8.
Низшая теплота сгорания />=17,92 МДж/кг.
Приведенные характеристики, %∙кг/МДж:
− влажность WП=5,14;
− зольность АП=3,10.
Коэффициент размолоспособностиКло=1,0.
Выход летучих нагорючую массу />=47,0 %.
Температура началаразмягчения золы t2=1460°С;начала жидкоплавкого состояния золы t3=1500°С.
2.2 Теоретический объемвоздуха
/>
Теоретический объемвоздуха />,м3 возд/кг, необходимый для сжигания 1 кг топлива при a=1и нормальных физических условиях (t=0°С,р=101325 Па), определяем по формуле (2.1) [2]:
/>
/>м3/кг.
2.3 Теоретическиеобъемы продуктов сгорания
Теоретические объемыпродуктов сгорания, получаемые при полном сжигании 1кг топлива с теоретическимколичеством воздуха, м3/кг, определяем по формулам (2,2)¸(2,5)[2]:
/>
/>
/>
/>
2.4 Коэффициент избыткавоздуха
Коэффициент избыткавоздуха на выходе из топки для камерной топки с твердым удалением шлакапринимаем по таблице, 1.7 [2], aт=1,2.
Присосы воздуха в газоходах котла (навыходе из газохода) принимаем по табл. табл. 1.8 [2]:
− присосы воздуха в топку/>;
− присосы воздуха в фестон/>;
− присосы воздуха впароперегреватель I ст. />;
− присосы воздуха впароперегреватель II ст. />;
− присосы воздуха в экономайзерII ст. />;
− присосы воздуха ввоздухоподогреватель II ст. />;
− присосы воздуха в экономайзерI ст. />;
− присосы воздуха ввоздухоподогреватель I ст. />;
− присосы воздуха в системупылеприготовления/>.
2.5 Объемы продуктов сгорания
Объемы продуктов сгорания, объемныедоли трехатомных газов и концентрации золовых частиц по газоходам котлапредставлены в табл. 2.1
Таблица 2.1
Объемы продуктов сгорания, объемныедоли трехатомных газов и концентрации золовых частиц
Величина и
расчетная
формула Газоход топка, фес- тон
п/п
I ст.
п/п
II ст.
эк.
II ст.
вп.
II ст.
эк.
I ст.
вп.
I ст.
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева
a¢¢=aт+ ΣΔai 1,2 1,215 1,23 1,25 1,28 1,3 1,33
2.Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева
aср=(a¢+a¢¢)/2 1,2
(1,2+
+1,215)/2= 1,2075
(1,215+
+1,23)/2=
=1,2225
(1,23+
+1,25)/2=
=1,24
(1,25+
+1,28)/2=
=1,265
(1,28+
+1,3)/2=
=1,29
(1,3+
+1,33)/2=
=1,315
3.Объём водяных паров, м3/кг
/>=/>+ +0,0161(aср-1)∙ /> 0,778 0,778 0,779 0,781 0,783 0,785 0,787
4.Полный объём газов, м3/кг
VГ= />+
+1,0161(aср-1)∙ /> 6,500 6,537 6,612 6,698 6,822 6,945 7,069
Величина и
расчетная
формула Газоход топка, фес- тон
п/п
I ст.
п/п
II ст.
эк.
II ст.
вп.
II ст.
эк.
I ст.
вп.
I ст.
5. Объёмная доля водяных паров />=/>/VГ 0,120 0,119 0,118 0,117 0,115 0,113 0,111
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП=/>+ /> 0,258 0,257 0,254 0,251 0,247 0,243 0,239
7. Масса дымовых газов при сжигании твёрдого и жидкого топлива
Gг=1-0,01AP +
+1,306∙aср∙ />, кг/кг
При сжигании газа:
Gг=/>+(dГ/1000)+
+1,306 ∙aср ∙/>, кг/м3 8,493 8,540 8,636 8,747 8,906 9,065 9,357
8. Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг
µзл= APaун/(100∙Gг),
где aун– доля уноса золы из топки (см. табл. 4.6[2]),
aун= 0,95. 0,0149 0,0148 0,0146 0,0144 0,0142 0,0139 0,0135
2.6 Энтальпии теоретических объемоввоздуха и продуктов сгорания
Таблица 2.2 Энтальпии продуктовсгорания, кДж/кг (H-/>-таблица)
Поверхность
нагрева
/>",°С
/>
/>
НГВ=(a−
− 1)·/>
НГ=/>+
+(a−1)·/>+ +Нзл Нзл
Топочная камера,
фестон/>=1,2
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
20852
18755
16679
14613
12592
10628
8682
6781
16554
14919
13294
11693
10102
8535
6997
5494
3310,8
2983,8
2658,8
2338,6
2020,4
1707,0
1399,4
1098,8
24162,8
22056,2
19614,0
17188,6
14812,4
12487,4
10205,7
7976,7
317,4
276,2
237,0
200,0
152,4
124,3
96,9
Пароперегреватель
I ст. />=1,215
1000
800
8682
6781
6997
5494
1504,4
1181,2
10310,7
8059,1
124,3
96,9
Пароперегреватель
II ст. />=1,23
1000
800
600
400
8682
6781
4954
3210
6997
5494
4039
2637
1609,3
1263,6
929,0
606,5
10415,6
8141,5
5953,8
5606,0
124,3
96,9
70,8
45,5
Экономайзер II ст.
/>=1,25
800
600
400
200
6781
4954
3210
1560
5494
4039
2637
1299
1373,5
1009,8
659,3
324,8
8251,4
6034,6
3914,8
3890,7
96,9
70,8
45,5
21,4
Воздухоподогреватель II ст. />=1,28
600
400
200
4954
3210
1560
4039
2637
1299
1130,9
738,4
363,7
6155,7
3993,9
1945,1
70,8
45,5
21,4
Экономайзер I ст.
/>=1,3
600
400
200
100
4954
3210
1560
770
4039
2637
1299
646
1211,7
791,1
389,7
193,8
6236,5
4046,6
1971,1
974,0
70,8
45,5
21,4
10,2
Воздухоподогреватель I ст. />=1,33
400
200
100
3210
1560
770
2637
1299
646
870,2
428,7
213,5
4125,7
2010,1
993,4
45,5
21,4
10,2
Энтальпии теоретических объемоввоздуха и продуктов сгорания />и />, определяем потабл. п. 4.2 [2].Энтальпию продуктов сгорания НГ, кДж/кг, при коэффициенте избыткавоздуха a > 1 определяем по формуле (2.18) [2].
/>
Примечание. Энтальпии дымовых газов ивоздуха/>и/>(без учётаэнтальпии золы) при a=1и влагосодержании воздуха 10 г/кг представлены в табл. П 4.2 [2].
Энтальпию золы Нзл,кДж/кг, определяем по формуле (4-24) [1].
/>
где (c/>)зл− энтальпия 1 кг золы, кДж/кг, определяется по табл. XIV [1].
Результаты расчета энтальпийпродуктов сгорания при действительных избытках воздуха в газоходах приведены втаблице 2.2 настоящего расчета.
3. Тепловой баланскотельного агрегата и определение расхода топлива
3.1 Тепловой баланс котельногоагрегата
Составление теплового балансакотельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим вагрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезноиспользованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового балансавычисляются КПД котла и необходимый расход топлива.
Располагаемую теплоту 1 кг сжигаемоготоплива />, кДж/кг,определяем по формуле (3.4) [2]
/>
где />− низшая теплота сгораниярабочей массы топлива, МДж/кг;
/>− физическая теплотатоплива, кДж/кг, учитывается для жидких и сильновлажных твердых топлив, когда WР>1,6/>. Для Анадырского угля марки 3Бпринимаем />=0;
Qвнш − теплота, подводимая к воздухуот внешнего источника, кДж/кг, Qвнш = 0;
Qпф − теплота, вносимая в топкупри распылении мазута паром, кДж/кг, Qпф = 0;
Qк − теплота, поглощаемая при сжигании сланцев,кДж/кг, Qк =0.
/>
3.2 Потери теплоты от химического имеханического недожога
Потери теплоты от химического имеханического недожога топлива q3и q4 определяются по табл. 4.6 [2]. Принимаем для твердоготоплива q3 = 0, q4 = 1 %.
3.3 Потеря теплоты с уходящими газами
Потерю теплоты с уходящими газами q2, %, определяем по (3.2) [2].
/>
где /> – коэффициент избытка воздуха за воздухоподогревателем;
/>− энтальпия уходящих газовпри коэффициенте избытка воздуха aух и температуре уходящих газов tух;
/>− энтальпия теоретическинеобходимого количества холодного воздуха на входе в воздушный тракт (передкалорифером или вентилятором), кДж/кг. Принимаем tхв= 60°С;
/> − потери теплоты смеханическим недожогом топлива, %.
По табл. 1.4 [2] принимаем tyx=160 °С.
Энтальпию уходящих газов при tyx=160 °C определяем по табл. 2.2 настоящего расчета методоминтерполяции.
/>.
Энтальпию холодного воздуха определяемпо формуле (3.3) [2]:
/>
где tхв=60°С −температура холодного воздуха, принимается по [1], стр. 29; табл. 1.5 [2]:
/>
3.4 Потеря теплоты от наружногоохлаждения
Потеря теплоты q5 от наружного охлаждения через внешниеповерхности котла при номинальной производительности котла Dном = 229 т/ч =63,6 кг/с определяем поформуле (3.11) [2]:
/>
3.5 Потеря с теплом шлаков
Потеря с физической теплотойудаляемых шлаков q6 при камерном сжигании с твёрдымшлакоудалением учитывается только для многозольных топлив, когда АР>2,5/>, в соответствии с п. (3.1) [2]Принимаем q6=0.
3.6 Коэффициент полезного действиякотла
Коэффициент полезного действия котла определяемпо формуле (3.1) [2]:
/>
/>ηк=100-(6,03+0+1+0,54+0)=92,44 %.
3.7 Расход топлива
Расход топлива B, кг/с, подаваемого в топочную камерупарового котла определяем по формуле (3.14) [2]:
/>
где Dпе = Dном – расчетная паропроизводительностькотла, кг/с;
/>– энтальпия соответственноперегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла,кДж/кг;
/>– расход вторично перегреваемогопара, кг/с, (Dвт=0);
/>– энтальпия вторичноперегреваемого пара соответственно на входе и на выходе из пароперегревателя,кДж/кг;
/> расход продувочной воды из барабанного парового котла,кг/с
Расход продувочной воды из барабанакотла определяем по формуле (3.15) [2]:
/>
где р = 3% – непрерывная продувка котла,принимается в соответствии с п. 4.8.27 ПТЭ.
При давлении перегретого пара рпп=12,6МПа и tпп=509°С по табл. XXV [1] определяем hпп=3392,35кДж/кг.
При давлении питательной воды рп.в.=11,5МПа и tп.в.=219°С по табл. XXIV [1] определяем hп.в.=941,93 кДж/кг.
При давлении в барабане котла рбар=13,6МПа, tн=334,34°С, по табл. XXIII[1] определяем hкип=1556,9 кДж/кг.
Рассчитываем расход топлива:
/>
Расчетный расход топлива с учетоммеханического недожога определяем по формуле (3.16) [2]:
/>
Коэффициент сохранения теплотырассчитываем по формуле (4.24) [2]:
/>
4.Расчет теплообмена в топке
4.1 Геометрические характеристикитопки
Геометрические характеристики топкиопределяем по чертежу котла ТП-230, учитывая рекомендации, изложенные в § 4.1[2].
При расчёте теплообмена в топочнойкамере её объём />, м3, определяется почертежам котла. Границами объёма являются осевые плоскости экранных труб илиобращённые в топку поверхности защитного огнеупорного слоя; в местах, незащищённых экранами – стены топочной камеры. В выходном сечении камеры её объёмограничивается плоскостью, проходящей через оси первого ряда труб ширм, фестонаили котельного пучка. Нижней границей объёма топки является под. При наличиихолодной воронки за нижнюю границу объёма топки условно принимаетсягоризонтальная плоскость, отделяющая её нижнюю половину (см. рис. 6.1 [1]).
1) Площадиповерхностей стен:
/>
/>
/>
/>
где />площадь соответственно задней, фронтовой и боковой стены,м2;
/>площадь фестона (плоскость проходящая через осипервого ряда труб фестона), м2;
/>м2 ширина топочнойкамеры;
/>м2 глубина топочнойкамеры.
Полная поверхность стен:
/>
Поверхность стен, занятая горелками:
/>
где />м – диаметр выходной амбразурыгорелки.
Поверхность стен, занятая экранами:
/>
2) Объем топочнойкамеры:
/>
3) Лучевоспринимающую поверхность стенопределяем по формуле (6-06а) [1]:
/>
где />– площадь i-ой стены, занятая экраном, м2;
/>– угловой коэффициент i-го экрана (см. номограмму 1 [1]).
Угловой коэффициент гладкотрубныхэкранов определяется в зависимости от их конструкции (см. п. 6-06 [1]).
Для фестона />=1. Для настенных топочных экрановугловой коэффициент /> можно рассчитать по формуле (4.31)[2]. Диаметр и шаг труб всех экранов одинаковы. Поэтому лучевоспринимающаяповерхность экранов вычисляется совместно по одному значению угловогокоэффициента />. Диаметр экранных труб d = 76 мм, шаг труб S = 95 мм,S/d = 1,25. Относительное расстояние от труб до стены />/d = 57,5/76 » 0,8.
/> = 1- 0,2(S/d- 1) = 1-0,2(95/76 — 1) = 0,95,
где S/d – относительныйшаг труб настенного экрана;
/>
3) Определяемстепень экранирования топки:
/>
4) Эффективнаятолщина излучающего слоя топки рассчитывается по формуле (6-07) [1]:
/>
где />– объём топочной камеры, м3;Fст − полная поверхностьстентопки, м2.
5) Расчетноетепловое напряжение топочного объема определяем по формуле (4.8) [2]:
/>
Допустимое тепловое напряжениетопочного объема определяем по табл. XVIII [1]: />=180кВт/м3. /> нормативное требованиевыполняется.
4.2. Коэффициент теплового излучениятопочной камеры
Коэффициент теплового излучениятопочной камеры xт введенвместо применявшейся ранее степени черноты топки eт. Он является радиационной характеристикой излучающеготела и зависит только от его физических свойств и температуры.
Поглощательная способность (степеньчерноты) eт характеризует степень поглощенияпадающего излучения и дополнительно зависит от спектра этого излучения. Длясерых и черных тел эти два коэффициента xти eт численно равны. Для определения температуры газов навыходе из топки />рассчитывают коэффициент тепловогоизлучения топки xт.xт определяется коэффициентом излучениягазового факела xф,заполняющего топочный объем, и тепловой эффективностью экранных поверхностей yср. xтрассчитываетсяпо формуле (4.36)[2]:
/>
где />– коэффициент излучения газовогофакела;
/>– коэффициент тепловойэффективности экранных поверхностей.
Коэффициент излучения газового факелаxф зависит от температуры /> газов на выходе из топки (отабсолютной температуры /> газов на выходе из топки). Привыполнении расчётов сначала задаются /> по табл. 4.7 [2] (см. стр. 38, 39[2]), а затем рассчитывают её значение. Принятое и расчётное значение />не должныотличаться более чем на />100 °С.
1) Коэффициент излучениягазового факела при сжигании твердых топлив определяем по формуле (4.37) [2]:
/>
где />– оптическая толщина поглощениятопочной среды;
/>– коэффициент ослабления (поглощения)лучей топочной средой, 1/(м ∙МПа);
/>– давление газов в топочнойкамере, МПа, для топок, работающих под разрежением и с наддувом не более 5 кПа,принимают
р= 0,1МПа;
S – эффективная толщина излучающегослоя, м. (S= 6,62 м).
Коэффициент k 1/(м∙МПа), ослабления лучей топочной средой определяемпо формуле (4.39) [2]:
/>
где /> – коэффициент ослабления лучейтрехатомными газами, 1/(м∙МПа);
/> – коэффициент ослабления лучейзоловыми частицами, 1/(м∙МПа);
/>− коэффициент ослаблениялучей горящими коксовыми частицами, по рекомендациям, изложенным в [2] стр. 43,принимаем />=0,51/(м∙МПа).
По формуле (4.40) [2] определяем коэффициентослабления лучей трехатомными газами:
/>
где /> – абсолютная температура газов навыходе из топки, К;
/>– объемная доля трехатомных газов,принимается по табл. 2.1 настоящего расчета.
По рекомендациям [2] табл. 4.7 принимаемтемпературу газов на выходе из топки />=1100°С.
/>
По формуле (4.41) [2] определяемкоэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучейзолы:
/>
где />– плотность дымовых газов приатмосферном давлении, г/м3, принимаем rг = 1300 г/м3 (1,3 кг/м3);
/> – эффективный диаметр золовыхчастиц, мкм (dзлопределяется по рекомендациям, изложенным в [2], см.стр. 43). Для ММ принимаемdзл = 16 мкм.
/>– концентрация золовых частиц впотоке газов, кг/кг. Принимается из табл. 2.1 настоящего расчета.
/>.
Коэффициент ослабления лучей топочнойсредой
/>
Коэффициент излучения факела (степеньчерноты факела) определяется по формуле (4.37) [2] (см. номограмму 2 [2]):
/>
2) Тепловосприятие в топкеоценивается средним коэффициентом тепловой эффективности экранов yср. yср определяют по формуле (4.32) [2]:
/>
где />– коэффициент тепловойэффективности i-го участка экрана;
F1, F2, F3,F4, F5, F6 – поверхность i-го участка экрана (поверхностисоответственно задней, фронтовой, 1-ой боковой, 2-ой боковой стены, амбразургорелок и фестона).
/>– условный коэффициент загрязненияповерхности, принимается по табл. 4.8 [2], x = 0,5; для газа x = 0,65;
/>– угловой коэффициент экрана, х = 0,95,рассчитывается по формуле (4.31) [2]. (см. п. 4.1 настоящего расчёта).
/>
Коэффициент теплового излучения топкиравен
/>
4.3 Расчет температуры газов навыходе из топки
Адиабатическая температура горения />, °С, определяется по полезномутепловыделению в топке />, кДж/кг, при избытке воздуха втопке aт=1,2.
1) Полезное тепловыделение в топке(для расчета /> и V∙cср) складывается из располагаемойтеплоты топлива за вычетом топочных потерь и теплоты внешнего подогрева топливаи воздуха, парового дутья и теплоты рециркулирующих газов. Qт рассчитывается по формуле (4.17) [2]:
/>
где />– располагаемое тепло топлива,кДж/кг;
/>, />, /> – потери тепла от химической ифизической неполноты сгорания топлива и с теплом шлака;
/>– тепло вносимое в топку паровымдутьём, кДж/кг, (/>);
/>– теплота, вносимая воздухом втопку, кДж/кг, определяется по (4.18) [2];
/> – теплота рециркулирующих газов,кДж/кг, (/>=0).
/>
где />– энтальпия соответственногорячего воздуха и присосов холодного воздуха извне.
По рекомендациям, изложенным в [2]табл.1.6 принимаем tг.в=350 °С. Энтальпию горячего воздуха определяем по даннымтабл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции:
/>
/>
Полезное тепловыделение в топке:
/>
2) Среднюю суммарную теплоемкостьпродуктов сгорания /> кДж/(кг∙○С)определяем по формуле (7.7) [2]. Предварительно принимаем температуру газов навыходе из топки />=1100°С (табл. 4.7. [2]).
Для твердых топлив температура газовна выходе из топки выбирается из условия предупреждения шлакования последующихповерхностей нагрева (см. табл. 4.7. [2]). Кроме того, для топок с твердымшлакоудалением должны быть сгранулированы расплавленные микрокапли шлака довстречи их с трубами на выходе из топки. Для этого температура топочных газовна выходе из топки должна быть ниже температуры t2 начала размягчения золы (табл. II [1]. Для Анадырского бурого угля марки 3Бt2= 1460 °С.
/>
где />– адиабатическая температурагорения, °С,соответствует условию, когда все полезное тепловыделение воспринимаетсяпродуктами сгорания (при отсутствии теплопотерь топки), />определяется по даннымтабл. 2.2 настоящего расчета по известному значению Qт. Принимая Hг= Qт=19962,2кДж/кг, получаем
/>
/>– энтальпия продуктов сгорания при/>(определяетсяпо табл. 2.2 настоящего расчета)
/>
/>
3) Коэффициент М расположения горелокопределяем по формуле (4.26) [2] (коэффициент М учитывает относительноеположение ядра факела по высоте топки, что влияет на />; М зависит от вида топлива испособа его сжигания см. стр. 39, 40 [2]).
При камерном сжигании твердых топлив,М=0,56 – 0,5∙Хт,
где Хт – коэффициент,характеризующий относительную высоту положения зоны максимума температур втопке, определяется по формуле (4.28) [2]:
/>
где />– высота размещения горелок, hгор=3,5 м;
/>– расчетная высота заполняющеготопку факела (от нижней части топки до середины выходного газового окна (см.рис. 4.2 [2]);
/>–поправка, при Dном ≤ 110 кг/с принимаем Dх = 0,1;
/>
/>
Максимальное значение М не превышает0,5.
4) Действительная температура газовна выходе из топки />, °С, определяется по формуле (7.6) [2]:
/>
где />– абсолютная адиабатическая температурагорения,
/>
/>– средний коэффициент тепловойэффективности экранов;
/>– полная поверхность стен, включаяплощадь горелок; м2;
/>– коэффициент теплового излучениятопки;
/> – коэффициент сохранения теплоты,j =1− [q5/(hк+q5)] = 0,99;
/>– расчетный расход топлива (сучётом механического недожога), кг/с.
/>
Полученное значение />=1142○Ссравниваем с предварительно принятым значением />=1100 °С. Расхождение не превышает + 100 °С. Нормативное требование выполняется(стр. 157 [2]).
Принимаем температуру газов на выходеиз топки />=1142°С.
Рассчитываем энтальпию газов навыходе из топки:
/>
6) Количество теплавоспринятого в топке:
/>
Здесь />коэффициент сохранения теплоты(см. п. 3.7 настоящего расчёта);
/>полезное тепловыделение в топке(см. п. 4.3 настоящего расчёта).
7) Средняя тепловаянагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:
/>
Расчетное тепловое напряжениетопочного объема (подсчитано ранее, см. п. 4.1 настоящего расчёта):
/>
5. Расчет фестона
5.1 Общие сведения
Поверочный тепловой расчёт фестонасводится к определению количества тепла, воспринимаемого фестоном. Количествотеплоты, воспринимаемое фестоном, рассчитывается по уравнению теплового балансаи по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, еслирасхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнениютеплопередачи не превышает />5%, то расчёт считаетсявыполненным.
Конструктивно фестон состоит из трубзаднего экрана, но размещенных с увеличенным поперечным S1=200÷300 мм и продольным S2=250÷400 мм шагами. При этом трубы фестонаразводятся в несколько рядов Z2. Иногда фестон выполняется из труб большегодиаметра (около 100 мм), расположенных в один ряд (S1=400÷800 мм).
Из расчета топки для предыдущейповерхности нагрева известными являются температура и энтальпия газов перед фестоном.Температура газов за фестоном принимается с последующей проверкой и уточнениемее. Кроме этого, она должна быть увязана с условиями обеспечения надежнойработы пароперегревателя. Согласно [2] охлаждение дымовых газов в фестоне /> можнопредварительно принять для однорядных фестонов (z2=1) 7–10○С, для двухрядных – 15–20 ○С,для трехрядных фестонов – 30–40 ○С и для четырехрядных – 50–60○С (меньшее значение для влажного топлива, большее – длясухого). Количество рядов по ходу газов в фестоне Z2 принимается из чертежа котла.
Температура обогреваемой средыпостоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла,температурный напор определяется по формуле:
/>
где />= 0,5(/>) – средняя температура газов в фестоне, ○С;tн − температура кипения при давлении в барабане.
Средняя скорость газов в фестоне,величина, которая необходима для определения коэффициента теплоотдачиконвекцией, определяется из выражения (6.7) [2]. Объем газов на единицу топливаVг определяется по избытку воздуха на выходе из топки.
Площадь живого сечения для проходагазов определяется из чертежа с использованием рис. 5.1.
/>
/>
где ℓф– высота газового окна, где размещен фестон, м; а – ширина котла по фронту, м; d–диаметр труб (определяется из чертежа); Z1−число труб в одном ряду.
Если расстояние от крайней трубыфестона равно поперечному шагу S1, то
Z1 = а/S1 − 1.
Если указанное расстояние равно S1/2, то
Z1 = а/S1.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией /> при поперечномобтекании определяется в зависимости от формы пучка (коридорный или шахматный)по рис. 6.4, 6.5 [2]. При косом обтекании коридорных пучков с углом междунаправлением потока и осями труб умножается на 1,07.
Коэффициент теплоотдачи излучениемопределяется по формулам (6.35), (6.37) [2] или номограмме 18 [1], см. рис.6.14 [2].
Эффективная толщина излучающего слояопределяется по формуле:
/>
Шаги труб определяются подействительному расстоянию между осями труб из чертежа. При конструкторскомрасчете согласно [1] рекомендуются следующие шаги труб фестона S1 ≥ 300, S2 ≥ 200 мм.
Излучение газовых объемов на фестонне учитывается. Температура загрязненной стенки вычисляется по формуле:
t3 = tн+ ∆t,
где ∆t= 80 ○С.
При расчете коэффициентатеплопередачи для фестонов не учитывается коэффициент теплоотдачи от стенки кпароводяной смеси />, так как он много больше />, и поэтомутермическим сопротивлением 1//>можно пренебречь.
Во всех случаях коэффициенттеплоотдачи для фестона определяется по формуле:
/>
где />− коэффициент тепловойэффективности.
Для фестонов котлов большой мощностии развитых котельных пучков котлов малой мощности в зависимости от рода топлива/> принимаютсяв диапазоне 0,5÷0,7 по таблице 7.4, 7.5 [1], табл. 6.4 [2].
Коэффициент теплоотдачи от газов кстенке /> дляфестона определяется по формуле:
/>
где ξ − коэффициентиспользования поверхности.
Полная теплообменная поверхностьфестона:
/>
Для расчета количества теплоты,передаваемого от газов к фестону за счет конвективного теплообмена Qт, по формуле (6.1) [2] в качестве расчетнойповерхности нагрева принимается полная теплообменная поверхность фестона.
При поверочном расчете по уравнению теплопередачиопределяется количество теплоты, переданное поверхности фестона Qт, и сравнивается с величиной тепловосприятия фестона Qф, которая складывается из двух составляющих: теплоты,непосредственно отданной газами при их охлаждении от /> до /> теплоты, полученной фестономизлучением из топки.
Q/>= />
5.2 Геометрические параметры фестона
Геометрические параметры фестона принимаютсяпо паспортным данным котла:
− наружный диаметр трубdH= 76 мм;
− число рядов труб по ходудвижения газов Z2 = 4;
− поперечный шаг труб S1 = 380 мм;
− продольный шаг труб S2 = 400 мм;
− расположение труб — шахматное;
− размер поверхности нагрева Fф=164 м2;
− живое сечение для проходагазов f =50,3 м2.
5.3 Расчёт энтальпии дымовых газов навыходе из фестона
Температуру дымовых газов передфестоном принимаем равной температуре газов на выходе из топки.
/>=/>=1142°С,
/>=/>=11830,9 кДж/кг.
Температуру дымовых газов за фестономопределяем по формуле:
/>=/>-D/>ф=1142−70=1072°С,
где принимаем D/>=70°С – охлаждение газов в фестоне.
/> принимается в соответствии стабл. II-1 [1].
Энтальпия дымовых газов на выходе изфестона:
/>
5.4 Расчёт теплоты, воспринимаемойфестоном, по уравнению теплового баланса
Теплота, воспринимаемая фестоном,складывается из двух составляющих:
Qф = Qб.ф+Qл.ф.
1) Теплота, отданнаягазами Qб.ф, кДж/кг, рассчитывается по формуле(5.5) [2] по (уравнению теплового баланса) :
/>
где /> – коэффициент сохранения теплоты,учитывает потери теплоты поверхностью нагрева в окружающую среду, j = 0,99;
/>– энтальпия газов соответственнона входе в фестон и на выходе из фестона, кДж/кг;
/> – изменение коэффициента избыткавоздуха в поверхности охлаждения (фестона), Da=0;
/>– энтальпия присасываемоговоздуха, кДж/кг.
/>
2) Теплота Qл.ф, кДж/кг, полученная фестоном излучением из топки,определяется по следующей формуле:
/>
где />– угловой коэффициент трубногопучка, учитывает то, что не все тепло, излучаемое из топки, воспринимается фестоном./>определяется порис. 5.19 [2]. При S1/d = 380/76 = 5 для шахматного расположения труб принимаем Xф= 0,74;
/>– теплота излучения из топки нафестон, кДж/кг.
Теплоту излучения из топки на фестонопределяем по формуле (5.24) [2]:
/>
где />– коэффициент распределениятепловой нагрузки по высоте топки, определяется по табл. 4.10 [2], принимаем hв=0,8;
/>– среднее тепловое напряжениеповерхности нагрева топочных экранов, кВт/м2 (см. п. 4.3 настоящегок/пр. или (4.49) [2]);
/>– лучевоспринимающая поверхностьфестона, />,
/>
Среднее тепловое напряжениеповерхности нагрева />, кВт/м2, топочныхэкранов определяем по формуле (4.49) [2]:
/>
где /> – удельное тепловосприятие топки,кДж/кг, определяется по формуле (4.23) [2]:
/>
/>
/>
Тепло, полученное фестоном излучениемиз топки:
/>
/>
5.5 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном,теплопередачей
Количество тепла />, кДж/кг, передаваемоефестону по условию теплопередачи определяем по формуле (6.1) [2]:
/>
где />– расчетная теплообменнаяповерхность фестона, м2;
/>– коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К);
/>– усредненный по всейтеплообменной поверхности температурный напор, °С;
/>– расчетный расход топлива, кг/с.
1) Усредненныйтемпературный напор определяем по рекомендациям, изложенным в [2] (см. стр.148), при неизменной температуре одной из сред. Температуру пароводяной смеси вфестоне определяем по табл. XXIII[1] как температуру насыщения при давлении в барабане котла рбар = 13,6МПа, tф = 334,34°С:
/>
/>
Усредненный температурный напоропределяем по формуле (6.47) [2]:
/>
2) Расчетную скорость />м/с, газов в фестоне определяем по формуле (6.7) [2]:
/>
где />– полный объем газов при сжигании 1 кг топлива при 0,1 МПа и 0°С, определяемый по среднему избыткувоздуха в газоходе, м3/кг, (табл. 2.1 настоящего расчета);
/>– средняя температура дымовыхгазов в газоходе, °С,(определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева и навыходе из нее);
/> – живое сечение фестона (сечениедля прохода газов), м2.
/>
/>
3) Коэффициент теплопередачи />, Вт/(м/>К), определяем по следующейформуле (см. табл. 6.1 [2]):
/>
где y– коэффициент тепловой эффективности, принимается потабл. 6.4 [2], y=0,65;
/>– коэффициент теплоотдачи от газовк стенке, Вт/(м/>К).
4) />определяется по формуле (6.5) [2]:
/>
где />– коэффициент использованияповерхности нагрева, учитывает неравномерноеомывание поверхности газами (см.стр. 119 [2]), принимаем x=1;
/>– коэффициент теплоотдачиконвенций от газов к поверхности нагрева, Вт/(м/>К);
/>– коэффициент теплоотдачиизлучением продуктов сгорания, Вт/(м/>К).
5) Коэффициент теплоотдачи конвекцией/>, Вт/(м/>К), дляшахматных гладкотрубных пучков определяем по формуле (6.10) [2], по данным стр.125 [2]:
/>
где />– коэффициент теплоотдачиконвекцией, Вт/(м/>К), определяется по рис. 6.5 стр.124 [2] (для шахматных трубных пучков при поперечном омывании);
/>– поправка на число поперечныхрядов труб по ходу газов, при Z2³10, С = 1 (см. стр. 125 [2]);
/>– поправка на компоновку пучка,определяется в зависимости от относительных шагов s1 и s2 труб пучка./>определяется по рис. 6.5 [2].
Сф− поправка на физическиехарактеристики потока, (см. рис. 6.5 [2]).
Относительные шаги труб фестонарассчитываем по формулам:
/>
/>
/>определяем по рис 6.5 [2],принимаем />=0,9.
При Z2
/>
Сф определяем по рисунку6.5 [2]:
при /> ,/> принимаем Сф=0,97;
при /> принимаем/>=51,0Вт/(м/>К).
/>.
6) Коэффициент теплоотдачи излучением/>Вт/(м/>К), продуктовсгорания определяем по формуле:
/>
где />коэффициент теплоотдачиизлучением, Вт/(м/>К), определяется по рис. 6.14 [2];по известной температуре стенки фестона и средней температуре газов;
/>– коэффициент теплового излучениягазовой среды (степень черноты продуктов сгорания для запыленного потока),определяется по температуре дымовых газов по формуле (4.37) [2]:
/>
Здесь />– суммарная оптическая толщинапродуктов сгорания, определяется по формуле (6.38) [2]:
/>
Эффективную толщину S излучающего слоя для гладкотрубныхпучков определяем по формуле (6.40) [2]:
/>
р = 0,1 МПа – давление в топочнойкамере.
Коэффициент ослабления лучейтрехатомными газами определяем по формуле (4.40) [2] при
/>
/>.
/>
котел паровой энтальпиятепловой баланс
Коэффициент ослабления лучейчастицами золы определяем по формуле (4.41) [2] при /> (см. табл. 2.1 настоящего расчёта).
/>
/>.
Коэффициент теплового излучения(степень черноты) газового потока.
/>
Коэффициент теплоотдачи излучениемпродуктов сгорания равен:
/>
Здесь />=260 Вт/(м2∙К) определяетсяпо рис. 6.14 [2] при средней температуре газов в фестоне υср=1107 °С итемпературе загрязненной стенки труб фестонаt3= tн+ Δt=334,34+80=414,34°С.
Коэффициент теплоотдачи от газов кстенке определяем по формуле:
/>
где ξ – коэффициентиспользования поверхности, ξ = 1.
/>
Коэффициент теплопередачи определяемпо формуле:
/>
/>
Количество тепла, передаваемоефестону по условию теплопередачи определяем по формуле:
/>
5.6 Невязка баланса теплот
Невязка баланса теплот для фестонарассчитывается по формуле:
/>
Невязка теплового баланса для фестонане превышает допустимого значения ±5 %, расчет фестона считается законченным.
Библиографический список
1. КудиновА.А., Зиганшина С.К. Проверочный тепловой расчет топки парового котла.Методические указания к курсовому проекту. Самара 2006 СамГТУ. 35 с.
2. Тепловой расчеткотлов (нормативный метод). М.: НПО ЦКТИ 1998. 297 с.
3. Липов Ю.М.,Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. М.:Энергоатомиздат, 1988. 208 с.