Поверочный расчет котлоагрегата КЕ-6,5-14С

Определяем теоретический объем азота; (м³/кг)

; (2)

мі/кг

Определяем теоретический объем трехатомных газов; (м³/кг)

; (3)

мі/кг

Определяем теоретический объем водяных паров; (м³/кг)

; (4)

= мі/кг

Определяем коэффициент избытка воздуха для каждой поверхности нагрева , выбираем из технических характеристик =1,3

-коэффициент избытка воздуха за первым конвективным пучком:

(5)

-коэффициент избытка воздуха за вторым конвективным пучком:

-коэффициент избытка воздуха за водяным экономайзером:

(6)

где - присос холодного воздуха.

Таблица 2 Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов.

2.4 Расчет энтальпий продуктов сгорания

Определяем потерю теплоты от химического недожога %;

g₃ = 1

Определяем потери теплоты от наружного охлаждения %;

(15)

g_5ном = 1,75%

D - паропроизводительность парового котла, т/ч; (D= 25 т/ч)

D_ном - номинальная нагрузка парового котла, т/ч; (D_ном = D = 25 т/ч)

Определяем КПД брутто парового котла из уравнения теплового баланса %;

(16)

где g₂ - потеря теплоты с уходящими газами, %; (11)

g₃ - потеря теплоты от химического недожога, % (g₃ = 0,5 %)

g₄ - потери теплоты от неполноты сгорания топлива, % (для тв. топлива =5)

g₅ - потери теплоты от наружного охлаждения, %

g₆ = 0,605%, так как топливо твердое;

Определяем полезную мощность парового котла, КВт

(17)

где D_пп - расход выработанного перегретого пара, кг/с;

i_пп - энтальпия перегретого пара, КДж/кг;

i_нп - энтальпия насыщенного пара, КДж/кг;

i_пв - энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, КДж/кг;

i_кип - энтальпия кипящей воды в барабане, КДж/кг;

P - непрерывная продувка парового котла. Учитывается только при Р>2 %; (из исходных данных, = 3 %)

D_нп - расход выработанного насыщенного пара, кг/с; Рассчитывается по формуле, кг/с:

(18)

где D - паропроизводительность парового котла, т/ч; (D= 25 т/ч)

Определить расход топлива подаваемого в топку парового котла, кг/с

(19)

где Q_пг - полезная мощность парового котла, КВт;

Q^p_p - располагаемая теплота для мазута, КДж/кг;

_брутто - КПД брутто, %;

Определяем коэффициент сохранения теплоты.

(20)

где _брутто - КПД брутто, %;

g₅ - потери теплоты от наружного охлаждения, %

Определяем расчётный расход топлива, кг/с.

(21)

где В_пг - расход топлива подаваемого в топку парового котла, м³/с; (19)

g₄-потери теплоты от неполноты сгорания топлива, % (для твердого топлива =5)

3. Расчет топочной камеры

Поверочный расчёт топочных камер сводится к определению температуры продуктов сгорания на выходе из топок, количество теплоты отданной дымовыми газами экранных поверхностей нагрева, а также проверяется надёжность топочного устройства.

Определяем энтальпии продуктов сгорания.

Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топки для твердого топлива в пределах от 900 до 1000 С и берём Т^``_т = 900С. Для этой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки (из таблицы №3). I=11201,4041 КДж/кг. FCT=113

Определяем полезное тепловыделение,КДж/кг;

(22)

где Q_в - теплота вносимая в топку воздухом, КДж/кг; Рассчитывается по формуле:

(23)

где _т - коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева; (из таблицы №2, = 1,3)

I^о_хв - энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, КДж/кг; (14)

g₃ - потеря теплоты от химического недожога, % (g₃ = 1 %)

Q^p_p - располагаемая теплота для мазута, КДж/кг; Равна Q^c_н - низшая теплота сгорания, КДж/кг; (из таблицы№1, = 11140 КДж/кг)

Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов

(24)

где - коэффициент загрязнения, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева из-за загрязнения; (лит[6], стр62 таблица 5.1, =0,6)

х - угловой коэффициент отношения количества энергии посылаемой на облучаемую поверхность к энергии излучения всей сферической излучающей поверхности; (лит[6], стр57, рисунок 5.3, = 0,91)

Определяем эффективность толщины излучающего слоя, м.

(25)

где V_т - объём топочной камеры, м³;

F_ст - площадь поверхности стен топочной камеры, м³;

Определение коэффициента ослабления лучей.

(26)

где Rn - суммарная объёмная доля трёхатомных газов; (из таблицы №2 = 0,2407)

k_r - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами; Рассчитывается по формуле:

(27)

где r_H2O - объёмная доля водяных паров; (из таблицы №2 =0,626)

Р - парциальное давление в топке для котлоагрегата работающего без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)

S - толщина излучающего слоя, м;

T^``_т - абсолютная температура на выходе из топки, К; (из таблицы №3 = 900 К)

k_к - коэффициент ослабления лучей частицами кокса; принимается при сжигании в слоевых топках: Кк=0,15

При сжигании твердого топлива определяется суммарная оптическая толщина среды:

(28)

Определяем степень черноты факела.

Для твердого топлива она равна степени черноты среды, заполняющей топку б. Эта величина подчитывается по формуле:

(29)

где е =2,7

Определяем степень черноты топок.

(30)

где R -площадь зеркала горения, принятой к установке топки;

_ср - среднее значение коэффициента эффективности экранов;

(31)

Определяем параметр М.

Он зависит от максимального положения температуры пламени по высоте топки.

(32)

где х_м - относительное положение максимума температуры пламени по высоте топки; для слоевых топок х_м=0

Определяем суммарную теплоёмкость продуктов сгорания на один килограмм жидкого топлива, при нормальных условиях,КДж/кг*К.

(33)

где Т_а - теоретическая температура горения, К; (из таблицы №3 по Q_т равному энтальпии продуктов сгорания, =1511,07К)

T^``_т - абсолютная температура на выходе из топки,К(из таблицы №3 = 900 К)

Q_т - полезное тепловыделение в топке;

I^``_т - энтальпия продуктов сгорания по принятой температуре на выходе из топки, КДж/кг; (из таблицы №3)

Определяем действительную температуру на выходе из топки,^оС.

(34)

где _ср - среднее значение коэффициента эффективности экранов;

F_пов - площадь поверхности стен топочной камеры, м³;

а_т - степень черноты топки;

V^с_ср - суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на один килограмм жидкого топлива, при нормальных условиях, КДж/кгК;

- коэффициент сохранения теплоты;

В_р - расчётный расход топлива, кг/с;

Определяем удельную нагрузку топочного объёма,КВт/кг.

(35)

где В_р - расчётный расход топлива, кг/с; (21)

Q^p_p - располагаемая теплота для мазута, КДж/кг; Равна Q^c_н - низшая теплота сгорания, КДж/кг; (из таблицы №1 = 12770 КДж/кг)

V_т - объём топки, м³.

Определяем теплоту, отданную дымовыми газами экранным поверхнос-тям нагрева, КДж/кг

(36)

где - коэффициент сохранения теплоты; (24)

I^` = Q_т - полезное тепловыделение в топке, КДж/кг;

I^``_т - энтальпия продуктов сгорания по действительной температуре на выходе из топки, КДж/кг; (из таблицы №3)

4. Расчет конвективных поверхностей нагрева

Первый конвективный пучок

Конвективные поверхности паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара и использовании теплоты продуктов сгорания. Эффективность работы поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи тепла продуктами сгорания.

Продукты сгорания передают теплоту наружным поверхностям труб путём конвекции и излучения.

При расчёте конвективных поверхностей нагрева используются уравнения теплопередачи и теплового баланса.

Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)

d_н = 51 мм.

Число рядов по ходу продуктов сгорания (по чертежу)

Z₁ = 35.

Поперечный шаг труб (по чертежу)

S₁ = 90 мм.

Продольный шаг труб (по чертежу)

S₂ = 110 мм.

Коэффициент омывания труб ([1] табл. 6.2)

щ = 0,90.

Относительные поперечный у₁ и продольный у₂ шаги труб:

у = S/d; (37)

у₁ = 90/51 = 1,76;

у₂ = 110/51 = 2,16.

Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании труб

F_ж = ab - z₁ld_н, (38)

где а и b - размеры газохода в свету, м;

l - длина проекции трубы на плоскость рассматриваемого сечения, м;

F_ж = 0,95 м².

Определяем температуру продуктов сгорания.

Задаёмся температурой продуктов сгорания t = 400 С и t = 500 С. Расчёт ведём для обеих выбранных температур.

Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания, КДж/кг

(39)

где - коэффициент сохранения теплоты;

I^` - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, КДж/кг; (равняется энтальпии продуктов сгорания по принятой температуре на выходе из топки, КДж/кг;)

I^{``</sup> - энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка для двух выбранных температур, КДж/кг; (из таблицы №3 I<sup>``}₂₂₀=2693,99 КДж/кг; I^``₂₄₀=2945,28КДж/кг)

_к = 0,1

I_прис - энтальпия присосанного в конвективную поверхность воздуха при t = 30 С; (равняется I_хв - энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, КДж/кг; = 238,8КДж/кг)

Определяем температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе,^оС.

(40)

где V^` и V^`` - температуры продуктов сгорания на входе и выходе из топки, С; (из таблицы №3)

Определение средней скорости продуктов сгорания на поверхности нагрева, м/с.

(41)

где В_р - расчётный расход топлива, кг/с; (32)

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;=1,43 м²)

V - температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, С; (40)

V_г - полный объём продуктов сгорания, м³/м³; (из таблицы №2 =8,4935 м³/м³)

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м²

(42)

где _н - коэффициент теплоотдачи; (лит[6], стр71, _н⁴⁰⁰ = 87, _н⁵⁰⁰ = 90)

с_z - поправка на число рядов по ходу продуктов сгорания; (лит[6], стр71с_z=1)

с_s - поправка на компоновку пучка; (лит[6], стр71, с_s = 1,1)

c_ф - коэффициент учитывающий изменение физических параметров потока (лит[6], стр71, с_ф²²⁰ = 0,99, с_ф²⁴⁰ = 0,98)

Определяем степень черноты газового потока.

При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину:

(43)

где k_r - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами находится по формуле:

(44)

r - суммарная объёмная доля трёхатомных газов; (из таблицы №2 = 0,1908)

P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)

S - толщина излучающего слоя, м; Рассчитывается по формуле, м:

(45)

где S₁ и S₂ - поперечный и продольный шаг труб, м; (из чертежа котлоагрегата)

d - наружный диаметр труб, м; (равняется 0,051 м)

Определяем коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева,Вт/м²*К

(46)

где _н - коэффициент теплопередачи; (лит[6], стр78, рис6.4, _н²²⁰=78, _н²⁴⁰=80)

а - степень черноты; Рассчитывается по формуле:

(47)

где k - степень черноты газового тракта;

P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)

S - толщина излучающего слоя, м;

Определяем температуру загрязнённой стенки для вычисления _н и с_г.

(48)

где t - средняя температура окружающей среды для паровых котлов, С; (равняется 195 С, при давлении в барабане котла P = 1,37 МПа)

t - температура при сжигании твердого топлива, С; (равняется 60 С)

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м²*К

(49)

где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева; (=1)

_к - коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м²; (42)

_л - коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/м²К; (52)

Определяем коэффициент теплопередачи,Вт/м²*К.

(50)

где =0,65

₁ - суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м²К; (52)

Определение воспринятого количества теплоты поверхностью нагрева на 1 кг твердого топлива, КДж/кг

(51)

П-0020 зу

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м²К; (50)

Н - площадь поверхности нагрева газохода, м²

В_р - расчётный расход топлива, кг/с; (25)

t - температурный параметр для испарительной конвективной поверхности нагрева. Рассчитывается по формуле:

(52)

где V^` - действительная температура на выходе из топки, С; (40)

V^`` - заданная температура продуктов сгорания, С;

t_кип - температура кипения при давлении в паровом котле, С; (равняется 195 С)

По принятым двум значениям температуры и по полученным двум значениям Q_б и Q_т проводится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, строится зависимость, точки пересечения при этом покажут температуру продуктов сгорания, которую следует принять при расчёте.

Второй конвективный пучок

Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)

d_н = 51 мм.

Число рядов по ходу продуктов сгорания (по чертежу)

Z₁ = 35.

Поперечный шаг труб (по чертежу)

S₁ = 90 мм.

Продольный шаг труб (по чертежу)

S₂ = 110 мм.

Коэффициент омывания труб ([1] табл. 6.2)

щ = 0,90.

Относительные поперечный у₁ и продольный у₂ шаги труб:

у = S/d; (53)

у₁ = 90/51 = 1,76;

у₂ = 110/51 = 2,16.

Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании труб

F_ж = ab - z₁ld_н, (54)

где а и b - размеры газохода в свету, м;

l - длина проекции трубы на плоскость рассматриваемого сечения, м;

F_ж = 0,95 м².

Определяем температуру продуктов сгорания.

Задаёмся температурой продуктов сгорания t = 150 С и t = 250 С. Расчёт ведём для обеих выбранных температур.

Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания, КДж/кг

(55)

где - коэффициент сохранения теплоты;

I^` - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, КДж/кг; (равняется энтальпии продуктов сгорания по принятой температуре на выходе из топки, КДж/кг;)

I^{``</sup> - энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка для двух выбранных температур, КДж/кг; (из таблицы №3 I<sup>``}₂₂₀=2693,99 КДж/кг; I^``₂₄₀=2945,28КДж/кг)

_к = 0,1

I_прис - энтальпия присосанного в конвективную поверхность воздуха при t = 30 С; (равняется I_хв - энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, КДж/кг; = 238,8КДж/кг)

Определяем температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе,^оС.

(56)

где V^` и V^`` - температуры продуктов сгорания на входе и выходе из топки, С; (из таблицы №3)

Определение средней скорости продуктов сгорания на поверхности нагрева, м/с.

(57)

где В_р - расчётный расход топлива, кг/с;

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;=1,43 м²)

V - температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, С; (40)

V_г - полный объём продуктов сгорания, м³/м³; (из таблицы №2 =8,4935 м³/м³)

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м²

(58)

где _н - коэффициент теплоотдачи; (лит[6], стр71, _н⁴⁰⁰ = 87, _н⁵⁰⁰ = 90)

с_z - поправка на число рядов по ходу продуктов сгорания; (лит[6], стр71с_z=1)

с_s - поправка на компоновку пучка; (лит[6], стр71, с_s = 1,1)

c_ф - коэффициент учитывающий изменение физических параметров потока (лит[6], стр71, с_ф²²⁰ = 0,99, с_ф²⁴⁰ = 0,98)

Определяем степень черноты газового потока.

При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину:

(59)

где k_r - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами находится по формуле:

(60)

r - суммарная объёмная доля трёхатомных газов; (из таблицы №2 = 0,1908)

P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)

S - толщина излучающего слоя, м; Рассчитывается по формуле, м:

(61)

где S₁ и S₂ - поперечный и продольный шаг труб, м; (из чертежа котлоагрегата)

d - наружный диаметр труб, м; (равняется 0,051 м)

Определяем коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева,Вт/м²*К

(62)

где _н - коэффициент теплопередачи; (лит[6], стр78, рис6.4, _н²²⁰=78, _н²⁴⁰=80)

а - степень черноты; Рассчитывается по формуле:

(63)

где k - степень черноты газового тракта;

P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)

S - толщина излучающего слоя, м;

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м²*К

(64)

где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева; (=1)

_к - коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м²;

_л - коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/м²К;

Определяем коэффициент теплопередачи,Вт/м²*К.

(65)

где =0,65

₁ - суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м²К;

Определение воспринятого количества теплоты поверхностью нагрева на 1 кг твердого топлива, КДж/кг

(66)

П-0020 зу

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м²К;

Н - площадь поверхности нагрева газохода, м²

В_р - расчётный расход топлива, кг/с;

t - температурный параметр для испарительной конвективной поверхности нагрева. Рассчитывается по формуле:

(67)

где V^` - действительная температура на выходе из топки, С;

V^`` - заданная температура продуктов сгорания, С;

t_кип - температура кипения при давлении в паровом котле, С; (равняется 195 С)

По принятым двум значениям температуры и по полученным двум значениям Q_б и Q_т проводится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, строится зависимость, точки пересечения при этом покажут температуру продуктов сгорания, которую следует принять при расчёте.

5. Расчет водяного экономайзера