Тепловой расчет котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теоретической и промышленной теплотехники.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И

ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тепловой расчет котла КВ-ГМ-150-50.

Студентки 4 курса энергетического факультета

Самойловой С.В.

2011

Содержание

Введение

1. Исходные данные для проектирования

2. Описание водогрейного стального прямоточного котла типа КВ-ГМ-50-150

3. Тепловой расчёт котельного агрегата (поверочный)

4. Составление теплового баланса котельного агрегата

5. Расчёт теплообмена в топке

5.1 Радиационные свойства продуктов сгорания

5.2 Расчёт суммарного теплообмена в топке

6. Расчёт конвективного пучка котлоагрегата

7. Сводная таблица данных тепловых расчётов котла

Использованная литература

Приложение 1. Графическая зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры

Приложение 2 Рисунок 6-1 Разрез конвективной шахты по ширмовой поверхности



Введение

Целью настоящего курсового проекта является закрепление и углубление знаний, полученных при изучении курса "Котельные установки и парогенераторы" в соответствии с рабочей программой, приобретение практических навыков в расчёте и конструировании котельного агрегата КВ-ГМ-50-150, знакомство с современными методами расчётов с применением электронно-вычислительных машин, нормативными материалами, ГОСТами, справочниками.

Настоящий курсовой проект содержит расчётную и графическую части. Расчётная часть представляется расчётно-пояснительной запиской, содержащей задание с исходными данными, краткое описание котельного агрегата с его упрощённой схемой, на которой указаны схемы движения теплоносителей (вода, продукты сгорания) с указанием их параметров, полученных в процессе расчёта.

Далее следуют сведения о геометрических характеристиках тепловоспринимающих поверхностей, тепловые расчёты топки, фестона, котельного пучка, водяного экономомайзера, воздухоподогревателя. Тепловые расчёты котлоагрегата заканчиваются определением невязки общего теплового баланса.

Графическая часть проекта содержит продольный и поперечный разрезы котла, выполненные на компьютере с помощью программы "AutoCAD 2007". На чертежах показаны все основные части котлоагрегата: каркас, топка с горелочными устройствами и экранной системой, включая подводящие и отводящие трубы, обмуровка и изоляция, основная арматура и гарнитура и взрывной клапан. Поверхности нагрева, представленные на чертежах, строго соответствуют расчёту. Конструктивное уточнение основных поверхностей нагрева в соответствии с тепловым расчётом представлено в настоящей расчётно-пояснительной записке.

1. Исходные данные для проектирования

Исходные данные для проектирования представлены в Таблицах 1-1 и 1-2. [1].

Таблица 1-1: Исходные данные по водогрейному котлу КВ-ГМ-50-150

Исходные данные	Единица измерения	Котёл КВ-ГМ-50-150
Номинальная теплопроизводительность	МВт (Гкал)/ч	58,2 (50)
Рабочее давление	МПа	0,98 - 2,45
Расход воды через котёл	т/ч	618
Гидравлическое сопротивление котла	кПа (кгс/см2)	< 250 (< 2,5)
Объём топочной камеры	м3	251
Марка и число горелок		РГМГ-20 (2)
Мощность горелки (теплопроизводительность)	Гкал/ч	20
Площадь поверхности нагрева:
- радиационная	м2	245
- конвективная	м2	1223
Расход топлива при максимальной нагрузке	кг/ч	5678
Температура
- уходящих газов (для мазута)	°С	180
- воды на входе в котёл	°С	70
- воды на выходе из котла	°С	150
Габаритные размеры
- длина	мм	18000
- ширина	мм	12000
- высота	мм	15000
Масса в объёме поставки	т	85,0

Таблица 1-2. Исходные данные для расчёта по топливу (Мазут М100 сернистый)

Исходные данные	Мазут М100 сернистый
Содержание влаги общей, , %	0,49
Зольность, , %	0,05
Содержание серы пиритной, , %	1,80
Содержание серы органической, , %
Содержание углерода, , %	85,71
Содержание водорода, , %	11,45
Содержание азота, , %	0,50
Содержание кислорода, , %
Теплота сгорания низшая, , МДж/кг	39,57



2. Описание водогрейного стального прямоточного котла типа КВ-ГМ-50-150

Котел КВ-ГМ-50-150М - стальной, водогрейный, модернизированный теплопро-изводительностью 50 Гкал/час, характерен наличием П-образной топочной камеры, которая предполагает включение в свой состав топочного и конвективного блоков. Ширина котла КВ-ГМ-50-150 по осям колонн - 5700 мм.

Этот котёл может работать как в отопительном (основном) режиме (70 - 150 °С), так и в пиковом (100 - 150 °С). Работа котла в данной работе предусмотрена в основном режиме. Топливом котла является высокосернистый мазут марки М-100 ГОСТ 10585-75, техническая характеристика которого приведена в таблице 1-2.

Котел выполнен без несущего каркаса. Экраны топочной камеры и конвективного газохода опираются нижними коллекторами через опоры на портал. Продольный разрез котла представлен на чертеже.

На фронтовой схеме топки котла в один ярус установлены две мазутные горелки типа РГМГ-20 с форсунками ФМР-2500 производительностью 2360 кг/час. Горелки устанавливаются на воздушном коробе котла, который крепится на фронтовом экране к горизонтальным коллекторам. Каждая горелка имеет автономный вентилятор первичного воздуха типа 19ЦС63.

Котлы рассчитаны на рабочее давление воды 2,5 МПа (25 кгс/см2).

Топочная камера полностью экранирована трубами диаметром 60 Ч 3 мм из ст.10 с шагом 64 мм, входящими в камеры 273х10 мм, которые соответственно и образуют:

- передний (фронтовой) экран - вертикальные трубы, приваренные к верхнему, нижнему, а также двум (верхнему и нижнему) промежуточным коллекторам;

- промежуточные коллекторы по краям соединены между собой перепускными трубами, а между коллекторами установлены горелки;

- левый боковой экран - вертикально-изогнутые трубы, приваренные к верхнему и нижнему коллекторам, которые экранируют левую боковую стенку и потолок топки до середины, причем верхний коллектор длиннее нижнего на 1/3 и эта удлиненная часть коллектора находится в конвективной шахте, являясь одновременно верхним коллектором бокового экрана конвективной поверхности нагрева;

- правый боковой экран - выполнен аналогично левому;

- промежуточный экран - вертикальные (укороченные) трубы, приваренные к верхнему и нижнему коллекторам, которые выполнены в виде газоплотного экрана, разделяющего топку от конвективной шахты, причем промежуточный экран не доходит до потолка топки, оставляя окно для прохода топочных газов из топки в конвективную шахту.

С целью повышения газоплотности котла экранные трубы с внешней стороны обшиты стальным листом толщиной 2 мм.

В соответствующих местах верхнего и нижнего коллекторов боковых топочных экранов установлены заглушки для обеспечения многоходового движения воды по экранным трубам - вниз и вверх.

Конвективный блок (конвективная шахта) котла имеет:

- правую боковую стенку шахты - вертикальные стояки-трубы диметром 83 Ч 3,5 мм, установленные с шагом 128 мм, приваренные к верхним и промежуточным коллекторам, а в эти стояки вварены три пакета горизонтально расположенных U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28 Ч 3 мм, кроме того, все стояки сдвинуты относительно друг друга поперек продольной оси экрана на 64 мм, что обеспечивает размещение U-образных пакетов ширм в виде гребенок - в шахматном порядке с шагом s1 = 64 мм и s2 = 40 мм;

- правый потолочный экран конвективной шахты котельной установки, который представляет собой изогнутые трубы, экранирующие правую стенку и потолок до середины конвективной шахты и приваренные соответственно к промежуточному и верхнему коллекторам конвективной шахты;

- левая боковая стенка и левый потолочный экран конвективной шахты - выполнены аналогично правой стенке;

- заднюю стенку - вертикальные трубы диаметром 60 Ч 3 мм, установленные с шагом 64 мм, которые приварены к верхнему и нижнему коллекторам задней стенки шахты.

Все экранные трубы топки и стояки, которыми обладает конвективная шахта, приварены непосредственно к коллекторам-камерам диаметром 273 Ч 11 мм.

Все верхние коллекторы топки и конвективной шахты оснащаются воздушниками (вентилями) для выпуска воздуха, а нижние имеют в своем составе спускные (дренажные) вентили.

Котлы не имеют каркаса. Обмуровка котла облегченная, натрубная, ее толщина составляет 112±2 мм, состоит из трех слоев: шамотобетона, совелитовых плит, минераловатных матрацев и магнезиальной обмазки.

Взрывные предохранительные клапаны установлены в потолке топочной камеры котельной установки. Нижние коллекторы фронтового, промежуточного и заднего экранов, а также боковых стен конвективной шахты опираются на портал. Опора, расположенная в середине нижнего коллектора промежуточного экрана, является неподвижной, а остальные опоры - скользящие. На фронтовой стенке котлов КВ-ГМ-50 установлены две газомазутные горелки с ротационными форсунками.

Топливо и воздух подаются в горелки, а в топке образуется факел горения. Теплота от топочных газов в топке, образующаяся за счет радиационного и конвективного теплообмена, передается всем экранным трубам, и уже от них приобретает тепло вода, циркулирующая по экранам. Из топки, огибая сверху промежуточный газоплотный экран, топочные газы входят в конвективную шахту, где теплота передается воде, циркулирующей по пакетам секций (ширм), и, пройдя шахту сверху вниз, топочные газы дымососом удаляются в дымовую трубу, а затем в атмосферу. У данного типа котлов фестон отсутствует.

Указанный котёл является прямоточным, циркуляция воды по поверхностям нагрева происходит за счёт давления развиваемого сетевыми насосами. По паспортным данным гидравлическое сопротивление при работе в основном режиме составляет для котла КВ-ГМ-50 Др = 1,33 кгс/см2. Давление за котлом в подающей линии на максимальном режиме должно быть не ниже 6 кгс/см2.

Циркуляционная схема котла представлена на рисунке 2-1.

Обратная сетевая вода с температурой 70°С сетевым насосом подается в нижний коллектор фронтового (переднего) экрана, затем поднимается по трубам (90 котловых труб Ш60х3,5 мм) до нижнего промежуточного коллектора, по перепускным трубам переходит в верхний промежуточный коллектор, откуда по экранным трубам (90 котловых труб Ш60х3,5 мм) вода поступает в верхний коллектор фронтового экрана.

Двумя потоками по перепускным трубам вода переходит в верхние коллекторы левого и правого боковых экранов, распределяется по коллекторам до заглушек, откуда по ближней (относительно фронта котла) части экранных труб опускается в нижние коллекторы боковых экранов и проходит по ним до заглушек.

После многоходового движения жидкости, которое осуществляется по экранным трубам боковых экранов (по 65 котловых труб Ш60х4,0 мм), из верхних коллекторов боковых экранов, по перепускным трубам двумя потоками, вода переходит в верхние коллекторы промежуточного экрана, проходит через экран сверху вниз (88 котловых труб Ш60х4,0 мм). Из нижнего коллектора промежуточного экрана, двумя потоками по перепускным трубам, вода переходит в нижние коллекторы боковых стен конвективной шахты. Далее пройдя стояки и три конвективных U-образных пакета секций (ширм) снизу вверх (по 12 экранных труб Ш83х4,0 мм и котловых труб Ш60х4,0 мм), вода поступает вначале в промежуточный коллектор, а затем по экранным изогнутым трубам переходит в верхние коллекторы конвективной шахты.

Следующим шагом осуществляется переход воды по перепускным трубам двумя потоками из верхних коллекторов конвективной шахты в верхние коллекторы задней стенки шахты, далее жидкость перетекает по трубам (90 котловых труб Ш60х4,0 мм) сверху вниз до нижнего коллектора задней стенки, откуда нагретая до 150 °С вода идет в теплосеть.

На верхних коллекторах котла установлены воздушники, а на нижних коллекторах экранов - дренажные вентили для возможности равномерного заполнения и опорожнения котла.

Для удаления наружных отложений с труб пакетов конвективной поверхности нагрева котла имеется дробеочистительная установка. Удаление отложений производится при помощи дроби Ш5ч6 мм., которая нагружается в дробеуловитель над конвективной поверхностью нагрева. Подача дроби поверх конвективного газохода осуществляется пневмотранспортом. Сжатый воздух для дробеочистной системы котла подается водокольцевой машиной (компрессором) ВК-25, Q=25 м3/мин, Н=3,1 кгс/см2 с электродвигателем 4А280М 8 УЗ, N=75 кВт, n=750 об/мин.

Рис. 2-1 Циркуляционная схема котла КВ-ГМ-50-150М.

Площадки к лестнице котла крепятся к стойкам, опирающимся на кронштейны портала.

Основная техническая характеристика водогрейного котла КВ-ГМ-50-150М приведена в таблице 1-1.

Котел оборудован:

- дымососом ДН-21МГМ правого вращения, Qр=120000 м3/час, Нр=107 кгс/см2 с электродвигателем 4А 355S 10УЗ, N=90кВт, n=600об/мин.,

- дутьевым вентилятором первичного воздуха 19 ЦС-63, Qр=1900м3/час, Нр=630мм. вод. ст. с электродвигателем АО 2-51-2, N=10кВт, n=3000 об/мин.

- дутьевой вентилятор вторичного воздуха ВДН-15 левого вращения Qр=64300м3/час, Нр=323 кгс/м2 с электродвигателем 4А280 S6УЗ, N=75кВт, n=1000об/мин.

Установлены 2 рециркуляционных насоса с регуляторами расхода рециркуляции. В качестве рециркуляционных насосов принять насосы НКУ-250 Q=250м3/час, электродвигатели 4А200L4, N=45кВт, Н=32м, n=1450об/мин.

Для выполнения осмотров, ремонтов, чисток топочная камера и конвективная часть имеет 4 лаза.

Котел оборудован контрольно-измерительными приборами и автоматикой (КИП и А), установленными как на щите управления (ЩУ) котла, так и по месту и представлеными в Таблице 2-1.

Таблица 2-1. Перечень КИП и А и сигнализации котла

Наименование измеряемого параметра	Маркировка прибора	Рабочая среда	Пределы измерения	Место установки первичного прибора	Место установки вторичного прибора
Температура сетевой воды к котлу	ТСП-0193-01	вода	0-200єС	Трубопровод на входе сетевой воды в котел после задвижки	На щите управления
Температура сетевой воды от котла	- " -	вода	- " -	Трубопровод на выходе сетевой из котла перед задвижкой	- " -
Температура дымовых газов за котлом	- " -	Уходящие газы из топки котла	180оС	Короб газохода перед дымососом	- " -
Давление мазута перед форсунками	МП4-У	мазут	0-4 кгс/см2	На трубопроводе мазута перед форсунками	Площадка обслуживания горелок котла
Давление мазута к котлу	МП4-У	мазут	0-4 кгс/смІ	На трубопроводе мазута после регулятора расхода мазута	Площадка обслуживания горелок котла
	Преобразователь давления МНДа-ДИ-13п	- " -	- " -	- " -	На щите управления
Разряжение в топке	Тягонапоромер показывающий ТНМП-52-М2	Газо-воздушная среда	-8кгс/м2 ч + 8кгс/м2	Топка котла	Площадка обслуживания котла
	Преобразователь давления "Сапфир" -2МТ-ДИВ	- " -	12,5 кгс/м2	- " -	На щите управления
Давление воздуха к горелке №1	Напоромер показывающий НПМ-100-М1	Воздух	0-1600 кгс/м2	Короб воздуховода перед форсункой	Площадка обслуживания горелок котла
Давление воздуха к горелке №2	- " -	- " -	- " -	- " -	- " -
Давление воздуха к котлу	Напоромер показывающий НПМ-100-М1	Воздух	0-600 кгс/м2	Короб воздуховода перед форсункой	Площадка обслуживания горелок котла
Давление воздуха за дутьевым вентилятором	- " -	- " -	- " -	Короб воздуховода	Площадка обслуживания. горелок котла
	преобразователь давления "Сапфир" 22МТ-ДИВ	- " -	0-400 кгс/м2	- " -	На щите управления
Давление сетевой воды к котлу	Манометр показывающий МП4-У	вода	0-40 кгс/см2	Трубопровод сетевой воды к котлу за задвижкой	По месту установки
Разрежение дымовых газов в дымоходе	Тягонапоромер показывающий ТНМП-52	Газовоздушная среда	0-250 кгс/м2	На коробе газохода перед дымососом	По месту установки
Давление сетевой воды от котла	Манометр показывающий МП4-У	вода	0-40 кгс/см2	Трубопровод сетевой воды от котла перед задвижкой	По месту установки
	Преобразователь давления МНДА-ДИ-13П	вода	0-25 кгс/см2	- " -	На щите управления
Расход сетевой воды от котла	Преобразователь давления "Сапфир" 22МТ-ДД	вода	0-630 м3/час	Трубопровод сетевой воды от котла перед задвижкой	На щите управления
Расход мазута к котлу	ТМ2СМ-32/6,4	мазут	2000-10000 кг/час	Трубопровод мазута к котлу между регуляторами давления мазута	На щите управления
Содержание кислорода в дымовых газах	Газоанализатор АКВТ-01	Газовоздушная смесь	0,1-10% общей доли	На коробе газохода перед дымососом	На щите управления
Контроль факела горелок	Фотодатчик ФДЧ			Над горелками котла	На щите управления
Световая, звуковая сигнализация
Температура сетевой воды от котла					На щите управления
Давление мазута к котлу					- " -
Давление воздуха к горелке №1					- " -
Давление воздуха к горелке №2					- " -
Давление воздуха за дутьевым вентилятором					- " -
Давление сетевой воды от котла					- " -
Расход сетевой воды от котла					- " -

Ключи управления насосами установлены на ЩУ вспомогательного оборудования, для их аварийного отключения - по месту.

Мазут к форсункам котла подается по трубопроводу мазута (мазутное кольцо котла). Мазутное кольцо на входе и выходе оборудовано отсечной и регулирующей арматурой.

Для продувки форсунок на горелки котла подается пар от паропровода собственных нужд котельной. В местах установки форсунок на трубопроводах пара и мазута установлены паровые и мазутные вентили с электроприводами.

На котельной установлено шесть сетевых насосов типа СЭ 1250-140-11 для подачи сетевой воды на водогрейные котлы и тепловые сети.

Подпиточный насос теплосети типа Д500 - 65а состоит из насоса и электродвигателя смонтированных на общей плите. Привод насоса осуществляется через соединительную муфту.

Дымосос двухстороннего всасывания предназначен для удаления газов с температурой до 2500С из котла. Дымосос состоит из следующих узлов: ходовая часть, рабочее колесо, улитки, направляющий аппарат, электродвигатель.

Дутьевой вентилятор одностороннего всасывания предназначен для подачи воздуха на горелки котла. Дутьевой вентилятор состоит из следующих узлов: ходовая часть, рабочее колесо, улитка, осевой направляющий аппарат, рама и электродвигатель.

Ходовая часть состоит из литого корпуса, вала, вращающегося на двух шариковых и роликовых подшипниках и втулочно-пальцевой муфты. Полость в корпусе ходовой части заполняется маслом. Проверка уровня масла производится по маслоуказателю.

Рабочее колесо состоит из основного диска, конического переднего диска, литой ступицы и рабочих лопаток.

Сварная из листового металла улитка устанавливается на раме. Улитка подключена к коробам воздуховода котла.

Сварной восьмилопастной осевой направляющий аппарат устанавливается на входе потока воздуха в улитку и служит для регулирования давления воздуха в коробе перед горелками котла. Управление осевым направляющим аппаратом осуществляется "регулятором воздуха".

Привод вентилятора осуществляется непосредственно от электродвигателя. Электродвигатель установлен на раме совместно с ходовой частью. Электродвигатель и ходовая часть соединяются через пальцевую эластичную муфту.

Рама установлена на пружинах, гасящих колебания при работе дутьевого вентилятора.

Дутьевые вентиляторы котла имеют блокировку при отключении дымососа котла, т.е. при отключении дымососа автоматически отключаются и вентиляторы. Ключ управления блокировки установлен на щите управления. При исчезновении напряжения в цепях управления дутьевого вентилятора, дымососа, насоса подается звуковой и световой сигналы на щит управления котельной.

3. Тепловой расчёт котельного агрегата (поверочный)

Тепловой расчёт котельного агрегата включает в себя расчёты объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания, теплового баланса котельного агрегата, теплообмена в топке, теплообмена в конвективных и ширмовых поверхностях нагрева в последовательности обтекания их продуктами сгорания, невязки теплового баланса для всего котлоагрегата.

Состав жидкого топлива (мазут М100) принимается по таблице 1- 2. Коэффициент избытка воздуха в топке принимаем (б =1,10).

При сжигании жидкого топлива (мазут М100) необходимо обеспечить требуемую вязкость его перед форсунками, что связано с тонкостью распыливания. Для определения оптимальных значений подогрева мазута используем зависимость, представленную на рис.3-2, и указания п.16 на с. 70. [2].

Расчет объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

В начале определяем объёмы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, которые рассчитываются на 1 кг жидкого топлива при нормальных условиях (0°С и 101,3 кПа).

Расчёты проводятся применительно к случаю отсутствия химической неполноты сгорания топлива q3, но могут использоваться с достаточной для расчётов точностью и при незначительной химической неполноте сгорания [2].

Потеря тепла от механической неполноты сгорания q4 учитывается введением расчётного расхода топлива и определяется по формуле:

Вр = В (100 - q4)/100, кг/с (3-01),

где В - полный расход топлива на котёл, кг/с.

Состав жидкого топлива в формулах выражен в процентах по массе.

Объём и массу воздуха и продуктов сгорания при сжигании жидкого топлива в атмосферном воздухе (при коэффициенте избытка воздуха б = 1) определяем по формулам главы 4-А [2].

Расчёты сведём в таблицу 3-1.

Таблица 3-1 Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Теоретический объём сухого воздуха для полного сгорания (коэффициент избытка воздуха б = 1)	Vо	м3/кг	0,0889·(Cг+0,375· Sго+р)+ 0,265·Hг - 0,0333·O	0,0889·(85,71+0,375·1,8) +0,265 ·11,45- 0,0333·0,5 = 7,76 +3,03 -0,02 = 10,77
Теоретическая масса сухого воздуха для полного сгорания (коэффициент избытка воздуха б = 1)	L°	кг/кг	0,115·(Cг+0,375· Sго+р)+ 0,342·Hг - 0,0431·O	0,115·(85,71+0,375·1,8) +0,342 ·11,45- 0,0431·0,5 = 9,93 +3,91 -0,02 = 13,82
Полный расход топлива (мазута)	В	кг/ч	Параметры котла	5729
Расчётный расход топлива (мазута)	Вр	кг/ч	В·(100-q4)/100	5729
Потери тепла от механического недожога	q4	%	Принимается	0
Теоретический объём азота при полном сгорании топлива (коэффициент избытка воздуха б = 1)		м3/кг		0,79·10,77 + 0,008·0,5 = 8,51 + 0,004 = 8,51
Теоретический объём трёхатомных газов при полном сгорании топлива (коэффициент избытка воздуха б = 1)		м3/кг		0,01866·(85,71+0,375·1,8) = 1,61
Теоретический объём водяных паров при полном сгорании топлива (коэффициент избытка воздуха б = 1)		м3/кг		0,111·11,45 + 0,0124·0,49 + 0,0161·10,77 = 1,27 + 0,006 + 0,176 = 1,45
Доля золы топлива, уносимой газами		-	Принимается по табл. ХVII [2].	1
Масса дымовых газов (коэффициент избытка воздуха б = 1)	Gг	кг/кг	1- /100+1,306· Vо	1-0,0005+1,306·10,77 = 14,07
Безразмерная концентрация золы в дымовых газах (коэффициент избытка воздуха б = 1)	мзл	-	·/(100 Gг)	0,0005·1/14,07 = 3·10-5

При избытке воздуха (б >1) расчёт ведётся по следующим формулам:

объём водяных паров

= + 0,0161· (б-1) Vо , м3 /кг (3-01);

объём дымовых газов

= + + (б-1) Vо , м3 /кг (3-02);

объёмные доли трёхатомных газов

(3-03);

(3-04);

Безразмерная концентрация золы в дымовых газах:

мзл=·/(100 Gг) (3-05);

масса продуктов сгорания

Gг = 1 - /100 + 1,306·б·Vо, кг/кг (3-06),

Энтальпия дымовых газов на 1 кг топлива определяется по формуле

I = + (б-1) + Iзл, ккал/кг (3-07)

Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха (б =1) и температуре и°C определяется по формуле:

, ккал/кг (3-07).

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре и°C определяется по формуле:

, ккал/кг (3-08).

Энтальпия золы при температуре и°C определяется по формуле:

, ккал/кг (3-09).

Значения (си) берём из таблицы ЧIII [2].

Результаты расчётов сведём в таблицы 3-2 и 3-3.

Таблица 3-2 Объёмы газов, объёмные доли трёхатомных газов.

Величина	Размер-ность	Vо = 10,77 м3 /кг; = 8,51 м3 /кг; = 1,61 м3 /кг; = 1,45 м3 /кг; = 0,05 %; аун = 1 (для мазута)
Среднее значение коэффициента "б" .	-	1,00	1,10	1,20	1,30	1,40
= + 0,0161· (б-1) Vо	м3 /кг	1,45	1,47	1, 48	1,50	1,52
= + + + (б-1) Vо	м3 /кг	11,57	12,65	13,72	14,80	15,88
	-	0,14	0,13	0,12	0,11	0,10
	-	0,12	0,12	0,11	0,10	0,09
+	-	0,26	0.25	0,23	0,21	0,19
Gг=1 - /100 + 1,306·б·Vо	кг/кг	15,06	16,47	17,87	19,28	20,68
µзл = аун /(100 Gг)	-	3·10-5	3·10-5	3·10-5	3·10-5	3·10-5

Энтальпия продуктов сгорания (I -и таблица) Таблица 3-3	I = Iог + (б-1) Iов + Iзл, ккал/кг	б =1,40	ДI		528	541	556	570	581	597	611	623	632	637	641	653	657	659	672	672	677	681	687
			I	517	1045	1586	2142	2712	3293	3890	4501	5124	5756	6393	7034	7687	8354	9013	9685	10357	11034	11715	12402
		б =1,30	ДI		493	507	519	534	543	559	572	585	591	597	600	612	625	627	630	630	633	640	643
			I	483	976	1483	2002	2536	3079	3638	4210	4795	5386	5983	6583	7195	7820	8437	9067	9697	10330	10970	11613
		б =1,20	ДI		459	471	484	497	506	520	534	545	548	556	559	570	573	575	588	588	591	598	600
			I	449	908	1379	1863	2360	2866	3386	3920	4465	5017	5573	6132	6702	7285	7860	8448	9036	9627	10225	10825
		б =1,10	ДI		424	437	447	461	468	482	495	507	511	515	518	530	531	533	556	546	549	554	562
			I	415	839	1276	1723	2184	2652	3134	3629	4136	4647	5162	5680	6210	6751	7284	7830	8376	8925	9479	10037
		б =1,0	ДI		390	401	412	424	431	443	456	468	472	474	477	489	499	491	504	504	507	511	516
			I	381	771	1172	1584	2008	2439	2882	3338	3806	4278	4752	5229	5718	6217	6708	7212	7716	8223	8734	9248
	Iзл	ккал/кг	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,07	0,08	0,09	0,10	0,12	0,13	0,14	0,16	0,19	0,21	0,22	0,25	0,26	0.28	0,30
	Iов		340	685	1036	1394	1760	2135	2520	2908	3296	3694	4103	4513	4922	5342	5762	6182	6602	7022	7453	7884
	Iог,		381	771	1172	1584	2008	2439	2882	3338	3806	4278	4752	5229	5718	6217	6708	7212	7716	8223	8734	9248
	и, єC	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700	1800	1900	2000

По рассчитанным значениям энтальпий при разных б построим графическую зависимость I = f (и), которая приведена в Приложении 1

4. Составление теплового баланса котельного агрегата

При составлении теплового баланса котлоагрегата зададимся температурой уходящих газов иух, которая по проектным данным котла в зависимости от мощности составляет:

- при номинальной производительности N = 100% - иух = 183°С;

Эти значения соответствуют рекомендациям Приложения II [2].

Затем рассчитываем потери тепла с уходящими газами q2.

. Коэффициент избытка воздуха и присосы в котельном агрегате.

Расчёты сведём в таблицу 4-1.

Таблица 4-1 Тепловой баланс котла.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Коэффициент избытка воздуха в топке при нагрузке D = 100ч50% номинальной	бт		Таблица ХХ [2]	1,1
Коэффициент избытка воздуха в топке при растопке котла	бт		Рекомендация [2]	3
Величина присоса воздуха в котельном агрегате при номинальной нагрузке (Dн = 100%)	Дб		Таблица ХVI [2]	0,1
Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива	Qг	ккал/кг	Задание по топливу (1 кДж/кг /4,1868)	39570/4,1868 = 9451
Температура мазута	tтл	°C	Характеристика котла	90
Теплоёмкость рабочего топлива	стл	ккал/(кг·°C)	0,415+0,0006t	0,415+0,0006·90 = 0,469
Физическое тепло топлива	iтл	ккал/кг	стл·tтл	1,6·90 = 144
Располагаемое тепло на 1 кг топлива		ккал/кг	Qг + iтл	9451 + 144 = 9595
Энтальпия уходящих газов		ккал/кг	По таблице 3-3	830
Энтальпия холодного воздуха		ккал/кг	По таблице 3-3	102
Температура уходящих газов		°C	Характеристика котла	183
Избыток воздуха в котельном агрегата при D = 100%	бух	-	б + Дб	1,1+0,1=1,2
Потеря тепла с уходящими газами	q2	%		(830-1,2·102)100/9595 = 7,4
Потеря тепла от химической неполноты сгорания с уходящими газами	q3	%	По таблице ХХ [2]	0,5
Потеря тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке (Dн = 100%)	q5	%	По рис. 5-1.[2]	1,8
Суммарная потеря тепла в котельном агрегате при D = 100%	Уq	%	q2+ q3+ q5	7.4+0,5+1,8 = 9,7
Коэффициент полезного действия котельного агрегата (брутто) при D = 100%		%	100 - Уq	90,3
Энтальпия воды на выходе из котла (сетевой воды при и в.с.= 150°C)	iв.с.	ккал/кг	По таблице ХХIV [2]	151,2
Энтальпия воды на входе в котёл (питательной воды при и в.с.= 70°C)	iв.п.	ккал/кг	По таблице ХХIV [2]	70,4
Расход воды через котёл	Dв.с	кг/ч	Из характеристики котла	618·103
Полное количество тепла, полезно отданного в котельном агрегате	Qк.а.	ккал/ч	Dв.с(iв.с.- iв.п.)	618·103(151,2-70,4) = 49934·103
Коэффициент сохранения тепла	ц			1-1,8/(90,3+1,8) = 0,98



5. Расчёт теплообмена в топке

Назначением расчёта теплообмена в топке является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки при заданных её конструкции и условиях работы [4]. В начале расчёта зададимся температурой воздуха и температурой продуктов сгорания на выходе из топки, которые выбираем согласно рекомендациям Приложения II.[2].

В соответствии с тем, что в рассматриваемом котле имеется камерная топка для сжигания мазута, принимаем проектную температуру дымовых газов на выходе из топки равную

ит'' = 1008°С при N = 100%;

что соответствует рекомендации Приложения II [2].

Температура уходящих газов иух, представлена в разделе 4:

- при номинальной производительности N = 100% - иух = 183°С;

Эти значения соответствуют рекомендациям Приложения II [2], так как выбранные температуры превышают точку росы (рис. II-2 Приложения II [2]) для всех нагрузок котла.

Температуру горячего воздуха примем 230°С.

Расчёт теплообмена в топке произведём в соответствии с главой 6 [2] согласно пунктам 6-01 ч 6-21 [2].

Определим размер топочной камеры.

Рис. 5-1 Схема топочного и конвективного пространства котла (по данным чертежа).

В скобках приведены уточнённые расчётом размеры.

Объём топочного пространства и полную поверхность стен топки найдём расчётным путём по размерам топки, представленных на рис. 5-1, который взят из чертежа котла.

Границами объёма являются осевые плоскости экранных труб стен и потолка или обращённые в топку поверхности защитного огнеупорного слоя. В выходном сечении её объём ограничивается поверхностью, проходящей через оси первого ряда ширмового пучка конвективной части. Границей объёма нижней части топки служит под. Полная поверхность стен топки вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объём топочного пространства.

Расчёты по аналогии с Приложением VЙЙЙ [2] сведём в таблицу 5-1.

Таблица 5-1 Геометрические характеристики топки.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Топочная камера
Диаметр и толщина экранных труб		мм	По чертежу	60 Ч 3
Шаг труб		-"-	То же	64
Открытая часть
Поверхности:
- потолка		м2	По рис. 5-1	4,160 · 5,700 = 23,7
- фронтового экрана		-"-	То же	(10,180 - 1,430) · 5700 = 50
- промежуточного экрана		-"-	-"-	6,620 · 5,700 = 37,7
- бокового экрана		-"-	-"-	4,160 · 10,180 = 42,3
- пода		-"-	-"-	4,160 · 5,700 = 23,7
Лучевоспринимающие поверхности:
- потолка	Hпот	м2	По рис. 5-1	3,14·0,060·64·5,7=69
- фронтового экрана	Hф.э.	-"-	То же	3,14·0,060·90·(10,180 - 1,430) = 148,4
- промежуточного экрана	Hп.э.	-"-	-"-	3,14·0,060·88·6,620 = 109,7
- бокового экрана	Hб.э.	-"-	-"-	3,14·0,060·65·10,180 = 124,1
- пода	Hпод	-"-	Hпод= Hпот	69
Суммарная лучевоспринимающая поверхность топки	Hобщая	-"-	Hпот+ Hф.э+ Hп.э+ 2· Hб.э.+ Hпод	69+148,4+109,7+2·124,1+69 = 644,3
Неэкранированная поверхность в области горелок		-"-	-"-	1,430 · 5,700 = 7,4
Суммарная поверхность стен топочной камеры		-"-	+++2 +	23,7+50+37,7+2·42,3+23,7 = 219,7
Объём топочной камеры		м 3	По рис. 5-1	42,3 · 5,700 = 241
Эффективная толщина излучающего слоя в топке	S	м		3,6 ·241/219,7 = 3,9
Диаметр экранных труб	d	мм	Характеристика топки	60
Расстояние между трубами в экранах	s	мм	-"-	64
Отношение			s/d	1,1
Угловой коэффициент экрана	х		По номограмме 1а	0,99
Лучевоспринимающая поверхность нагрева	Зл	м2	Зл = х	219,7 · 0,99 = 217,5
Степень экранирования в топке	ч		Зл /	217,5/219,7 = 0,99
Относительный уровень расположения горелок	хг		hг/ Зт (по рис. 5-1)	1500/ (10180+6620)/2 = 0,18

5.1 Радиационные свойства продуктов сгорания

Определим степень черноты факела топки.

Принимается, что при сжигании мазута основными излучающими компонентами являются трёхатомные газы (RO2, H2O) и взвешенные в их потоке мельчайшие сажистые частицы.

Результаты расчёта сведём в таблицу 5-2.

Таблица 5-2 Расчёт степени черноты факела.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма	m		В соответствии с п. 6-07 [2].	0,55
Объёмная доля воды в дымовых газах			По таблице 3-2	0,11
Температура газов в конце топки		°K	Принята для расчёта	1008 + 273 = 1281
Давление в топке	p	кгс/см2	Принимаем по п. 6-06 [2].	1
Эффективная толщина излучающего слоя в топке	S	м	По таблице 5-1	3,9
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов			По таблице 3-2	0,23
Коэффициент ослабления лучей для трёхатомных газов		1/(м· кгс/см2)		[(0,78+1,6·0,11)/(1·0,23·3,9)0,5- 0,1]·(1-0,37·1,281) = 0,53
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами				0,03·(2-1,1)·(1,6·1,281 - 0,5) · ·7,48 = 0,66
Коэффициент избытка воздуха в топке при нагрузке D = 100ч50% номинальной	бт		По таблице 4-1	1,1
Соотношение содержаний углерода и водорода в рабочей массе топлива			Исходные данные	85,71/11,45 = 7,48
Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени	к	1/(м· кгс/см2)		0,53+0,66 = 1,19
Степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящимся пламенем			, по номограмме 2 [2].	0,71
Степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки только несветящимися трёхатомными газами			, по номограмме 2 [2].	0,88
Степень черноты факела				0,55·0,71+(1-0,55)·0,88 = 0,78

5.2 Расчёт суммарного теплообмена в топке

Расчётная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки и''т с критерием Больцмана Во, степенью черноты топки и параметром М, учитывающим характер распределения температуры по высоте топки и зависящим от относительного положения максимума температуры пламени.

Результаты расчёта сведём в таблицу 5-3.

Таблица 5-3 Расчёт теплообмена в топке.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Параметр, учитывающий характер распределения температуры по высоте топки	М		0,54-0,2·хт	0,54 - 0,2·0,14 = 0,51
Величина равная относительному уровню расположения горелок	хт= хг		Из табл. 5-1	0,18
Коэффициент сохранения тепла	ц		Из табл. 4-1	0,98
Расчётный расход топлива	Вр	кг/ч	Из табл. 3-1	5729
Поверхность стен топки	Fст	м2	Из табл. 5-1	219,7
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания		ккал/ (кг·°C)		(9547 - 5061)/(1976 - 1008) = 4,6
Среднее значение тепловой эффективности экранов				0,99·0,55 = 0,54
Угловой коэффициент экранов топки	х		Из табл. 5-1	0,99
Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия из-за загрязнения			По таблице 6-2 [2].	0,55
Температура газов на выходе из топки		°C	Из табл. 5-2	1008
Степень черноты факела			Из таблицы 5-2	0,78
Полезное тепловыделение в топке (q4 = 0)	Qт	ккал/кг		9595·(100-0.5)/100 = 9547
Располагаемое тепло на 1 кг топлива		ккал/кг	Из таблицы 4-1	9595
Потеря тепла от химической неполноты сгорания с уходящими газами	q3	%	Из таблицы 4-1	0,5
Температура горения мазута		°C	Характеристика котла	1976
Температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании		°K	Характеристика котла	2249
Степень черноты экранированной камерной топки				0,78/[0,78 + (1- 0,78)·0,54] = 0,87
Энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре 1008°C и бт = 1,2		ккал/кг	Из таблицы 3-3	5061
Величина		ккал/ (м2·ч)	По номограмме 7 [2].	220·103
Рассчитанная поверхность стен топки	Fст	м2		5729·9547/220·103= 248,6

Определим температуру газов на выходе из топки по формуле:

= 1050°C,

что отличается от ранее принятого значения на + 4%, поэтому повторный расчёт температуры газов на выходе из топки не требуется в соответствии с [1].

Определим параметры топки с учётом уточнённых размеров топки, расчёты сведём в таблицу 5-4.

Таблица 5-4 Расчёт параметров топки по уточнённым размерам.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Уточнённые размеры топочного пространства
- потолка		м2	По рис. 5-1	4,20 · 5,70 = 23,94
- фронтового экрана		-"-	То же	(10,45 - 1,34) · 5,70 = 51,8
- промежуточного экрана		-"-	-"-	6,620 · 5,700 = 37,7
- бокового экрана		-"-	-"-	4,20 · 10,45 = 43,89
- пода		-"-	-"-	4,20 · 5,70 = 23,94
Неэкранированная поверхность в области горелок		-"-	-"-	1,34 · 5,70 = 7,64
Суммарная поверхность стен топочной камеры		-"-	+++2 +	23,94+51,8+37,7+2·43,89 +23,94 = 225,3
Объём топочной камеры		м 3	По рис. 5-1	43,89 · 5,700 = 250,2
Полезное тепловыделение в топке	Qт	ккал/кг	Из таблицы 5-3	9547
Тепловое напряжение топочного объёма		ккал/ (м3·ч)		5729·9451/250,2 = 216·103 соответствует рекомендации таблицы XX [2].
Полный расход топлива (мазута)	В	кг/ч	Таблица 3-1	5729
Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива	Qг	ккал/кг	Таблица 4-1	9451
Температура газов на выходе из топки		°C	Расчёт.	1050
Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева		ккал/ (м2·ч)		5729·9547/644,3 = 85·103
Энтальпия газов на 1 кг топлива на выходе из топки (при 1050°C)		ккал/кг	Из таблицы 3-3	5295
Энтальпия газов на 1 кг топлива при горении мазута в топке (при 1976°C)		ккал/кг	Из таблицы 3-3	10681
Количество тепла, переданное топливом трубному пучку топки в течение 1 часа.		ккал	В( - )	5729·(10681-5295) = 30856,4·103
Энтальпия воды в трубном пучке топки котла при тепловом балансе	iв.к.	ккал/кг		30856,4·103 /681·103 + 70,4 = 120,3
Расход воды через котёл	Dв.с	кг/ч	Из табл. 4-1	618·103
Энтальпия воды на входе в котёл (питательной воды при и в.с.= 70°C)	iв.п.	ккал/кг	Из табл. 4-1	70,4
Температура воды на выходе из топки	t в.к.	°C	Таблица XXIV [2].	120

6. Расчёт конвективного пучка котлоагрегата

В уравнении теплового баланса тепло, отданное дымовыми газами, приравнивается к теплу, воспринятому водой.

Тепло, отданное газами

, ккал/кг; (6-01),

где - коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду; определяется по формуле

;

и - энтальпии газов на входе в поверхность нагрева и выходе из неё, ккал/кг;

- количество тепла вносимого присасываемым воздухом, ккал/кг;

-коэффициент присосов воздуха принимаем равным =1,1;

- определяем по таблице 3-3 при температуре холодного воздуха tх.в.= 30°C.

Расчёты сведём в таблицу 6-1.

Таблица 6-1 Расчёт тепла, отданного газами нагреваемой воде.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Температура газов за котлом	tух	°C	Из таблицы 2 [1].	180
Энтальпия газов на входе в конвективную шахту(на выходе из топки)		ккал/кг	Из таблицы 5-4	5295
Энтальпия газов на выходе из конвективной шахты		ккал/кг	То же	763
Количество тепла вносимого присасываемым воздухом		ккал/кг	То же	124
Коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду		-	Из таблицы 4-1	0,98
Тепло, отданное газами		ккал/кг		0,98·(5295 -763+124) = 4563

Определим эту же теплоту по уравнению теплопередачи:

, ккал/кг (6-02),

где - тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью конвекцией и излучением, отнесённое к 1 кг топлива, ккал/кг;

k - коэффициент теплопередачи, отнесённый к расчётной поверхности нагрева, ккал/(м2·ч·°C);

- температурный напор, °C;

Вр - расчётный расход топлива, кг/ч;

Н - расчётная поверхность нагрева, м2.

В конвективных пучках расчётная поверхность нагрева принимается равной полной поверхности труб с наружной (газовой) стороны. Расчётная поверхность нагрева ширмовых поверхностей принимается равной удвоенной площади плоских поверхностей, проходящих через оси труб ширм и ограниченных наружными образующими крайних труб, умноженной на угловой коэффициент х (определяемый по кривой 5 номограммы 1,[2]).

Коэффициент теплопередачи "k" от греющих газов к рабочей среде в гладких трубах поверхностей нагрева при малой толщине стенки трубы по отношению к её диаметру определяется, как для плоской многослойной стенки, по формуле:

, (6-03),

где и - коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке и от стенки к нагреваемой среде, ккал/(м2·ч·°C);

и - толщина и теплопроводность металлической стенки трубы, м и ккал/(м·ч·°C);

и - толщина и теплопроводность слоя загрязнений на наружной поверхности трубы, м и ккал/(м·ч·°C);

и - толщина и теплопроводность слоя накипи на внутренней поверхности трубы, м и ккал/(м·ч·°C).

При нормальной эксплуатации отложения накипи на трубах не должны достигать толщины, вызывающей существенное повышение термического сопротивления и роста температуры стенки трубы, и поэтому в тепловом расчёте дробь / может быть принята равной нулю.

Тепловое сопротивление стальной стенки трубы при её небольшой толщине и высокой теплопроводности стали значительно меньше, чем тепловое сопротивление на газовой стороне трубы, и поэтому может не учитываться, т. е. 1/" 1/, т.е. 1/ = 0.

Тепловое сопротивление наружного загрязнения / существенно снижает значение коэффициента теплопередачи. Влияние загрязнений конвективных поверхностей на теплопередачу количественно оценивается коэффициентом загрязнения е = /. При сжигании мазута е = 0,006 (м2·ч·°C)/ккал независимо от избытка воздуха в топке и содержания серы в мазуте [2], т. е. незначительна и в практическом расчёте её можно не учитывать. водогрейный прямоточный котлоагрегат энтальпия

Таким образом, формула 6-03 для коэффициента теплопередачи преобразуется к виду:

,

или

, ккал/(м2·ч·°C) (6-03а).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвективных пучков определяется по формуле: , ккал/(м2·ч·°C), (6-04),

где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания её газами, частичного перетекания газов помимо неё и образования застойных зон. Для смешанно омываемых пучков =0,95 (п. 7-50[2]).

- коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, определяющего линейного размера, расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или ребристая) и характера её омывания (продольное, поперечное или косое), физических свойств омывающей среды и (в отдельных случаях) от температуры стенки.

При смешанном поперечно-продольном омывании гладкотрубных пучков коэффициенты теплопередачи определяются раздельно для поперечно и продольно омывемых участков (п. 7-12 [2]). Продольно омываемая часть рассчитывается с помощью коэффициента тепловой эффективности. Коэффициенты теплопередачи усредняются по формуле:

, ккал/(м2·ч·°C) (6-05).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном обтекании поверхности нагрева однофазным турбулентным потоком при давлениях и температуре, далёких от критических, вычисляется по формуле:

, ккал/(м2·ч·°C) (6-06).

и с достаточной точностью может быть определён по номограмме 14 [2]. При этом поправка = 1(так как происходит охлаждение газов), поправка =1 (так как происходит двусторонний обогрев) и поправка вводится только при в случае прямого входа в трубу без закругления.

Для пользования диаграммой необходимо определить скорость газов в конвективной шахте по формуле

: , м/сек, (6-07)

где - площадь живого сечения для прохода газов в газоходе, заполненном поперечно обтекаемыми гладкими трубами, определяется как разность между полной площадью поперечного сечения газохода в свету и частью этой площади, занятой трубами по формуле:

, м2 (6-08);

Вр - расчётный расход топлива, кг/ч;

- объём газов на 1 кг топлива при 760 мм рт. ст. и 0°C, определяемый по среднему избытку воздуха в газоходе, м3/кг;

- расчётная температура потока газов, которая равна сумме средней температуры обогреваемой среды и температурного напора;

и - количество продольно и поперечно омываемых пучков труб.

При пользовании номограммой 14 необходимо знать эквивалентный диаметр, который определяется по формуле:

, мм (6-09).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных пучков труб (ширмовых поверхностей) вычисляется по формуле:

,

ккал/(м2·ч·°C), (6-09),

и с достаточной точностью может быть определён по номограмме 13 [2].

Где - коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного шага = /d и значения

;

- поправка на число рядов труб по ходу газов.

Где - скорость дымовых газов определяется по формуле (6-07).

- коэффициент теплоотдачи излучением для газового потока (при отсутствии золы) определяется по формуле:

, ккал/(м2·ч·°C), (6-10).

В этой формуле:

= 0,8 - степень черноты загрязнённых стенок лучевоспринимающих поверхностей;

-степень черноты потока определяется по формуле:

для суммарной оптической толщины продуктов сгорания.

Для получения коэффициента теплоотдачи излучением незапылённого газового потока воспользуемся номограммой 19 [2] с поправочным коэффициентом Сг, определяемым по вспомогательному полю этой диаграммы.

Эффективная величина излучающего слоя для ширмовых поверхностей нагрева определяется по формуле:

, м (6-11),

где А, В и С - высота, ширина и глубина единичной камеры, образованной двумя соседними ширмами, м.

Температурный напор Дt, т. е. усреднённая по всей поверхности нагрева разность температур обогревающей и обогреваемой сред, зависит от взаимного направлении сред.

Для сред с параллельно-смешанным током, который имеется в рассчитываемом котле (см. рис. 2-1) для конвективных пучков, определяется по формуле: Дt = ш Дtпрт. , ·°C (6-11).

Для сред с параллельно-смешанным током коэффициент ш определяется по формуле:

, (6-12),

Где

, а = фм/(и' - t' ) и = фб/ фм;

фм = t'' - t' , °C и фб = и'' - и' , °C.

Результаты расчёта сведём в таблицу 6-2.

Таблица 6-2 Расчёт теплообмена в конвективных и ширмовых поверхностях нагрева.

Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчёт или данные чертежей
Конвективная и ширмовая поверхности
Задний экран:
Диаметр и толщина экранных труб		мм	По чертежу	60 Ч 3
Шаг труб		-"-	То же	64
Количество труб	zз.э	-	То же	90
Длина труб	lз.э	м	То же	3,56 + 6,62 = 10,18
Поверхность нагрева	Нз.э	м2		3,14·0,060·10,45·90 = 177,2
Боковая стена на высоте от 0 до 6620 мм:
Диаметр и толщина стояков		мм	По чертежу	83 Ч 3,5
Шаг труб		-"-	То же	128
Количество труб	zбн	-	То же	12
Длина труб	lбн	м	То же	6,62
Поверхность нагрева	Нбн	м2		3,14·0,083·6,62·12 = 20,7
Полная поверхность нагрева	2·Нбн	м2		20,7·2 = 41,4
Боковая стена на высоте от 6620 мм до10180 мм:
Диаметр и толщина экранных труб		мм	По чертежу	60 Ч 3
Шаг труб		-"-	То же	64
Количество труб	zбв	-	То же	24
Длина труб	lбв	м	То же	3,56
Поверхность нагрева	Нбв	м2		3,14·0,060·3,83·24 = 17,3
Полная поверхность нагрева	2·Нбв			17,3·2 = 34,6
Потолок
Диаметр и толщина экранных труб		мм	По чертежу	60 Ч 3
Шаг труб		-"-	То же	64
Количество труб	zп	-	То же	24
Длина труб	lп	м	То же	5,70
Поверхность нагрева	Нп	м2		3,14·0,060·5,70·24 = 25,8
Ширма (3 штуки)
Диаметр и толщина ширмовых труб		мм	По чертежу	28 Ч 3
Шаг труб (шахматный		-"-	То же	64
пучок)		-"-	То же	40
Поверхность 1 ряда ширм	Нш	м2	По рис. 5-1	3,14·0,028·5,3·31·11 = 158,9·2 = 317,8
Суммарная поверхность ширм	Нш	м2	3 ·	3 · 317,8 = 953,4
Суммарная поверхность тепловосприятия конвективной шахты.	= Н	м2	Нз.э + 2·Нбн + 2·Нбв + Нп + Нш	177,2 + 41,4 + 34,6 + 25,8 + 953 = 1242,4
Объём конвективной шахты		м 3	По рис. 5-1	1,164 · 59,565 = 69,3
Поверхность стен конвективной шахты	Fст	м2	По рис. 5-1	5,700·10,450+5,700·6,620+ 2·1,670·10,450+1,670·5,700 = 141,6
Поверхность тепловосприятия конвективных пучков (противоток - стояки боковых экранов и боковые экраны)	Нпрт	м2	2·Нбв + 2·Нбн + Нп	34,6 + 41,4 + 25,8 = 102
Поверхность тепловосприятия конвективных пучков (прямоток - задний экран)	Нпрм	м2	Нз.э	177
Полная поверхность тепловосприятия конвективных пучков	Н	м2	Нпрт + Нпрм	102 +177 = 279
Конвективные пучки
Коэффициент теплопередачи	k
Эквивалентный диаметр	dэ	мм		4·[(5,7·1,664-22/(3,14·0,0 832) /4]/[2·(5,7+1,664)+22·0,083 + 90·3,14·0,06] = 970
Поправка на состав дымовых газов			По номограмме 14[2].	0,88
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании конвективных пучков		ккал/ (м2·ч·°C)	По номограмме 14 [2].	16.4·1·1·0,88 = 14,4
Скорость дымовых газов		м/сек		5729·13,72(615+273)/3600· 6,2·273 = 11
Площадь живого сечения газохода		м2	По рисунку 6-1	1,664·5,700-22·5,3·0,028 - 24 3,14·0,0832/4 - 90 3,14·0,062/4 = 6,2
Ширина газохода в свету		м	По рис.5-1	1,600
Длина газохода в свету		м	-''-	5,700
Число шиберов в ряду		-	-''-	22
Длина труб шиберов		м	-''-	5,664
Диаметр труб шиберов		м	-''-	0,028
Число стояков в боковом экране	z2	-	-''-	24
Диаметр стояков в боковом экране	d2	м	-''-	0,083
Число труб в заднем экране	z3	-	-''-	90
Диаметр труб в заднем экране	d3	м	-''-	0,060
Средняя температура потока		°C		(180 +1050)/2 = 615
Объём дымовых газов на 1 кг топлива при б=1,2		м3/кг	По таблице 3-2	13,72
Расчётный расход топлива		кг/ч	По таблице 3-1	5729
Критерий Прандтля при средней температуре газов		-	По таблице IV [2].	0.61
Абсолютная температура продуктов сгорания	°К	Т	+273	615+273 = 888
Эффективная величина излучающего слоя		м	3,6·Vш/ Fст	3,6·69,3/141,6 = 1,8
Суммарная оптическая величина продуктов сгорания	kps	-	kг·rп·p·s	0,53·0,25·1·1,8 = 0,2
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами	kг	-	По номограмме 3 [2].	0.53
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов	rп		Из таблицы 3-1	0,25
Суммарная оптическая толщина среды			По номограмме 2 [2].	0,18
Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания		ккал/ (м2·ч·°C)	По номограмме 19 [2]. При Сг =1 и =0,18	52·0,18 = 9,4
Степень черноты потока			Из таблицы 5-2	0,88
Коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенке для конвективных пучков (коэффициент теплопередачи равный k)	= k	ккал/ (м2·ч·°C)		0,95·(14.4 +9,4) = 23
Коэффициент	В	-	Нпрт/Нпрм	102/177 = 0,6
Коэффициент	м	-		[292+1 - 2·29(2·0,6/(0,6+1)-1]Ѕ = 29
Параметр	R	-	фб/ фм	(1050 - 180)/(150-120) = 29
Параметр	Р	-	фм/(и' - t' )	30/(1050 - 120) = 0,03
Коэффициент пересчёта	ш	-		[29·(1-0,03)/(1-0,03·29]/ [(29-1) ·[(2-0,03(29+1-29)]/ [(2-0,03(29+1+29)] = 0,9
Температурный напор	1	°C	ш·прт	0,9·30 = 27
Тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью конвекцией и излучением		ккал/кг		23·279·27/5729 = 30
Ширмовые поверхности
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных пучков		ккал/ (м2·ч·°C)	По номограмме 13 [2].	94·1·1,11·0,98 = 102
Поправка на состав дымовых газов			По номограмме 13 [2].	0,98
Поправка на число рядов по ходу газов			По номограмме 13 [2].	1
Среднее число рядов в отдельных пакетах	z2		По чертежу	11
Поправка на геометрическую компоновку пучка			По номограмме 13 [2].	1,11
Относительный продольный шаг труб в пучке				40/28 = 1,4
Относительный поперечный шаг труб в пучке				128/28 = 4,6
Средний относительный диагональный шаг труб				(4,62/4 + 1,42)Ѕ = 2,3
Относительный поперечный шаг				(4,6-1)/(2,3-1) = 2,8
Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания		ккал/ (м2·ч·°C)	По номограмме 19 [2]. При Сг =1 и =0,1	52·0,1 = 5
Эффективная толщина излучающего слоя для ширмовых поверхностей нагрева	s	м		1,8/(1/5,7+1/0,064+1/1,250 = 0,1
Суммарная оптическая величина продуктов сгорания	kps	-	kг·rп·p·s	0,53·0,25·1·0,1 = 0,01
Высота единичной камеры, образованной двумя соседними ширмами	А	м	По рис. 5-1	5,700
Ширина единичной камеры, образованной двумя соседними ширмами	В	м	По рис. 6-1	0,064
Глубина единичной камеры, образованной двумя соседними ширмами	С	м	По рис. 5-1	1,250
Суммарная оптическая толщина среды			По номограмме 2 [2].	0,1
Коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенкам ширм (коэффициент теплопередачи равный k)	= k	ккал/ (м2·ч·°C)		0,95·(102 +5) = 102
Коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности из-за неравномерного омывания его газами			По п. 7-50 [2].	0,95
Температурный напор	2	°C	Принятая величина	265
Тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью конвекцией и излучением		ккал/кг		102·953·265/5729 = 4496
Средний температурный напор в конвективной шахте	ср	°C	(1·H1+2·H2)/ (H1+ H2)	(27·279+265·953)/ (279+953) = 211

В результате расчётов по теплообмену имеем, что тепло, отданное газами, составляет 4563 ккал/кг, а тепло, полученное водой, составляет 4496 ккал/кг. Разность составляет менее 2%



7. Сводная таблица данных тепловых расчётов котла

Наименование	Обозначение	Размерность	Величина
Теплопроизводительность	D	Гкал/ч	50
Температура воды на входе в котёл		°C	70
Температура воды на выходе из котла		°C	150
Коэффициент избытка воздуха в топке	бт		1,1
Теплота сгорания топлива		МДж/кг (Ккал/кг)	39,57 (9,46)
Потеря тепла с уходящими газами	q2	%	7,4
Потеря тепла от химического недожога

Подобные документы

• Тепловой расчет стационарного котла

  Техническая характеристика и схема котла ДКВР-4-13. Определение энтальпий воздуха, продуктов сгорания и построение i-t диаграммы. Расчет теплообмена в топочной камере и в конвективной испарительной поверхности нагрева. Поверочный тепловой расчет котла.
  
  курсовая работа [651,4 K], добавлен 10.05.2015
  

• Тепловой расчет котла ДЕ16–14ГМ

  Принципиальное устройство котла ДЕ16-14ГМ. Теплота сгорания топлива; присосы воздуха, коэффициенты его избытка по отдельным газоходам; энтальпии продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расход топлива. Поверочный расчет теплообмена в топочной камере.
  
  курсовая работа [261,7 K], добавлен 30.01.2014
  

• Поверочно-конструкторский расчет котла ДКВР 6,5 - 13 и экономайзера

  Описание котла ДКВР 6,5-13 и схема циркуляции воды в нем. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Вычисление полезно-израсходованного тепла в котлоагрегате. Средние характеристики продуктов сгорания в топке. Описание кипятильного пучка.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 09.02.2012
  

• Расчет котла ТВГ-8М

  Принцип работы водогрейного котла ТВГ-8МС, его конструкция и элементы. Расход топлива котла, определение объемов воздуха и продуктов сгорания, подсчет энтальпий, расчет геометрических характеристик нагрева, тепловой и аэродинамический расчеты котла
  
  курсовая работа [209,5 K], добавлен 13.05.2009
  

• Компоновка и тепловой расчет парового котла

  Объем азота в продуктах сгорания. Расчет избытка воздуха по газоходам. Коэффициент тепловой эффективности экранов. Расчет объемов энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Определение теплового баланса котла, топочной камеры и конвективной части котла.
  
  курсовая работа [115,2 K], добавлен 03.03.2013
  

• Поверочный тепловой расчет водогрейного котла

  Расчет котла, предназначенного для нагрева сетевой воды при сжигании газа. Конструкция котла и топочного устройства, характеристика топлива. Расчет топки, конвективных пучков, энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчетная невязка теплового баланса.
  
  курсовая работа [77,8 K], добавлен 21.09.2015
  

• Тепловой расчет котлоагрегата

  Проектирование и тепловой расчет котельного агрегата. Характеристика котла, пересчет топлива на рабочую массу и расчет теплоты сгорания. Определение присосов воздуха. Вычисление теплообмена в топке и толщины излучающего слоя. Расчет пароперегревателя.
  
  курсовая работа [3,4 M], добавлен 08.04.2011
  

• Тепловой расчет котла БКЗ-160-100ГМ

  Характеристика оборудования котельной установки. Обслуживание котла во время нормальной его эксплуатации. Расчет объемов, энтальпий и избытка воздуха и продуктов сгорания. Расчет ширмового и конвективного перегревателя. Уточнение теплового баланса.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.08.2012
  

• Расчет судового парового котла КГВ 063/5

  Описание судового парового котла КГВ 063/5, расчет энтальпии дымовых газов. Сравнение величин фактических и допустимых тепловых напряжений топочного объема. Расчет конвективной поверхности нагрева, теплообмена в экономайзере. Эксплуатация паровых котлов.
  
  курсовая работа [321,7 K], добавлен 30.06.2012
  

• Расчетные характеристики работы котла

  Топливо, его состав, объемы воздуха и продуктов сгорания для котла определенного типа. Элементарный состав топлива. Коэффициент избытка воздуха в топке. Объёмы продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расчет расхода топлива на весь период его работы.
  
  контрольная работа [35,6 K], добавлен 16.12.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам