Газомазутный котел ДЕ-25-14

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Газомазутные котлы ДЕ конструкции котельного завода г. Бийска и ЦКТИ предназначены для выработки насыщенного или слабо перегретого пара с абсолютным давлением 14 кгс/см2 или 24 кгс/см2, паропроизводительностью 1; 4; 6,5; 10; 16 и 25 т/ч и сжигания газообразного и жидкого топлива.

Все газомазутные котлы ДЕ имеют опорную наклонную раму, которая опирается на фундамент. На раму передается масса элементов котла и воды, обвязочного каркаса, натрубная обмуровка и обшивка. Переднее днище нижнего барабана имеет неподвижную опору, а остальные опоры скользящие. На заднем днище нижнего барабана установлен репер (указатель) для контроля теплового расширения элементов котла при работе и растопке. Теплогенераторы состоят из верхнего и нижнего барабанов одинаковой длины, которые соединены между собой коридорно расположенными вертикальными изогнутыми трубами и образуют соответственно первый и второй газоходы конвективной поверхности нагрева. Продольный шаг кипятильных труб вдоль барабана 90 мм, а поперечный - 110 мм. Котлы паропроизводительностью 4; 6,5; 10 т/ч в конвективных пучках имеют продольные металлические перегородки по всей высоте газохода сокном (от фронта котла) спереди, что обеспечивает разворот топочных газов в пучке на 180° и выход газов в экономайзер через заднюю стенку котла. Котлы паропроизводительностью 16 и 25 т/ч таких перегородок не имеют, и газы идут по всему сечению газохода к фронту котла, выходят из котла, а затем по газовому коробу, размещенному над топочной камерой, направляются в водяной экономайзер, расположенный в хвостовой части котла.

Для всех типоразмеров газомазутных котлов ДЕ диаметры верхнего и нижнего барабанов - 1000 мм, расстояние между барабанами по осям - 2750 мм. Ширина топочной камеры всех котлов по осям экранных труб - 1790 мм, средняя высота топочной камеры - 2400 мм. Барабаны котлов изготавливают из стали 16 ГС и толщиной стенки 13 и 22 мм, соответственно для избыточного давления 13 и 23 кгс/см2.

Все трубы радиационной и конвективной поверхности нагрева развальцованы в барабанах и имеют наружный диаметр 51 Ч 2,5 мм, чем достигается лучшая естественная циркуляция в контурах котла. В нижнем барабане размещены перфорированные трубы для периодической продувки и парового прогрева воды от соседних котлов при растопке, а также штуцеры для спуска воды. Топочная камера находится сбоку (справа) от конвективного пучка и отделена от него слева газоплотной перегородкой из труб, установленных с шагом 55 мм и сваренных между собой металлическими полосками. Концы труб газоплотного экрана обсажены до 38 мм, выведены в два ряда и уплотнены гребенкой, примыкающей к трубам и барабану. В задней части газоплотного экрана, на расстоянии 700 мм от задней стенки котла, имеется окно для выхода топочных газов из топки в конвективный пучок. Подовый, правый боковой топочный экран и потолок топки образованы длинными изогнутыми трубами, установленными с шагом 55 мм. Концы этих труб разведены в два ряда и соединены непосредственно с верхним и нижним барабанами на вальцовке. Под (нижняя часть топки) в топке выложен слоем огнеупорного кирпича, шамотный кирпич также укладывается на боковую часть нижнего барабана в топке и крепится на шпильках на боковую часть верхнего барабана в топке между газоплотным и потолочным экранами. Вертикальные трубы заднего топочного экрана не имеют обсадных концов и приварены к нижнему и верхнему наклонным коллекторам диаметром 159 Ч 6 мм. Верхний коллектор заднего топочного экрана приварен к верхнему барабану с наклоном вниз, а нижний коллектор к нижнему барабану с наклоном вверх. Кроме того, верхний и нижний коллекторы объединены не обогреваемой трубой диаметром 76 Ч 3,5 мм, которая замурована в шамотный кирпич обмуровки. По рециркуляционной трубе происходит сток воды из верхнего коллектора в нижний при отделении ее из пароводяной смеси. Для защиты от теплового излучения коллекторов заднего топочного экрана они снабжены двумя изогнутыми трубами, развальцованными в нижний и верхний барабаны.

Фронтовой экран топки котлов образован четырьмя изогнутыми трубами, развальцованными в верхний и нижний барабаны, что позволяет разместить на фронтовой стене амбразуры горелки и лаз. Лаз совмещен с взрывным клапаном. (В первой серии котлов производительностью 4…10 т/ч фронтовой экран имел вертикальные трубы, приваренные к коллекторам, аналогично конструкции заднего топочного экрана). Котлы производительностью 4…10 т/ч имеют по две модернизированные горелки ГМГ или по одной ГМ, а котлы производительностью 16 и 25 т/ч - горелки ГМ-10 и ГМП-16. Кроме того, у котлов производительностью 4…10 т/ч в топке впереди заднего топочного экрана установлены два ряда труб по шесть штук (всего двенадцать труб), которые развальцованы в верхний и нижний барабаны и являются направляющими экранами для закрутки и хода движения топочных газов из топки в кипятильный пучок труб.

Котлы ДЕ производительностью 4…10 т/ч выполнены с одноступенчатым испарением, а в котлах спроизводительностью 16 и 25 т/ч применено двухступенчатое испарение с внутрибарабанным солевым отсеком.

У котлов ДЕ паропроизводительностью 16 и 25 т/ч в барабанах на расстоянии 1,5 м от задней стенки установлены перегородки, которые образуют чистый, расположенный в передней части котла, и солевой отсеки. В верхнем барабане перегородка установлена до середины парового пространства, а в нижнем сплошная перегородка, отделяющая вторую ступень испарения от первой. Опускная система первой ступени испарения состоит из последних по ходу газов рядов труб конвективного пучка. Во вторую ступень испарения выделены первые по ходу топочных газов ряды труб конвективного пучка. Опускная система контура солевого отсека состоит из трех не обогреваемых труб диаметром 159 Ч 4,5 мм, по которым вода из верхнего барабана опускается в нижний. Отсеки ступенчатого испарения сообщаются между собой по пару через окно над поперечной перегородкой, а по воде через сопло, расположенное в нижней части перегородки водяного объема верхнего барабана. Это сопло выполняет роль продувки из чистого отсека в солевой. В качестве сепарационных устройств первой ступени испарения используются установленные в верхнем барабане щитки и козырьки, направляющие пароводяную смесь из экранных труб на уровень воды. Для выравнивания скоростей пара по всей длине барабана все котлы (всех производительностей) снабжаются верхним дырчатым пароприемным потолком. На всех котлах, кроме котлов до 4 т/ч, перед пароприемным потолком установлен горизонтальный жалюзийный сепаратор. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются продольные щитки, направляющие движение пароводяной смеси в торец барабана к поперечной перегородке, разделяющей отсеки.

На котлах паропроизводительностью 4…10 т/ч периодическая продувка совмещается с трубой непрерывной продувки. На котлах 16 и 25 т/ч периодическая продувка производится из чистого и солевого отсеков, а непрерывная продувка осуществляется из солевого отсека верхнего барабана. Качество котловой (продувочной) воды нормируется по общему солесодержанию (сухому остатку) без учета абсолютной щелочности.

Для производства перегретого пара устанавливают пароперегреватель. На котлах 4…10 т/ч пароперегреватель выполнен змеевиковым из труб диаметром 32 Ч 3 мм, а на котлах 16 и 25 т/ч - двухрядным из труб 51 Ч 2,5 мм. В качестве хвостовых поверхностей нагрева применяются стандартные чугунные водяные экономайзеры ЭП 2. Обмуровка боковых стен, общей толщиной 100 мм, выполнена натрубной и состоит из шамотобетона (25 мм) по сетке и изоляционных (асбестовермикулитовых) плит. Обмуровка фронтовой и задней стен, общей толщиной 100 мм, состоит из шамотобетона (65 мм) и изоляционных плит; для котлов производительностью 16 и 25 т/ч толщина теплоизоляционных плит 256…300 мм. Обмуровка котла снаружи покрывается металлической листовой обшивкой для уменьшения присосов воздуха в газовый тракт. Котлы оборудованы стационарными обдувочными аппаратами, расположенными с левой стороны конвективного пучка. Обдувочная труба, с целью повышения надежности работы, выполняется из жаропрочной стали. Вращение трубы для обдувки производится вручную при помощи шкива и цепи. Дляобдувки труб котла используется сухой насыщенный или перегретый пар с давлением не менее 0,7 МПа. Котлы оборудованы индивидуальным дутьевым вентилятором и дымососом.

Каждый котел ДЕ снабжен согласно правилам котлонадзора:

· двумя пружинными предохранительными клапанами, из которых один является контрольным; на котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане (и любой может быть выбран как контрольный); на котлах с пароперегревателем контрольным служит клапан на выходном коллекторе пароперегревателя;

· двумя водоуказательными приборами;

· необходимым количеством термометров, манометров, запорной, дренажной и сливной арматуры;

· Приборами регулирования и безопасности

1. Исходные данные

Расчетные характеристики газообразного топлива:

Топливо: Карадаг-Тбилиси-Ереван

Состав газа по объему в%:

Таблица 1.

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5 H12	N2	CO2
93,9	3,1	1,1	0,3	0,1	1,3	0,2

Низшая теплота сухого газа Qнс= 37090кДж/м3

Плотность газа =0,766 кг/м3

К установке предназначен котел ДЕ-25-14 ГМ производительностью 25 т/ч.

Вырабатывающий насыщенный пар с давлением 1,4 МПа и температурой 194,1 0С.

Котел оборудован индивидуальным водяным экономайзером системы ВТИ марки ЭП1-808

Питательная вода поступает из деаэратора при температуре tпв=100 0С.

Непрерывная продувка составляет 3%.

Поверхность нагрева:

радиационная - 60,46м2;

конвективная - 209,8 м².

котел нагрев тепловой баланс

2. Общая компоновка котлоагрегата и выбор вспомогательных поверхностей нагрева

Объем топочной камеры Vт = 29 м³

Составные части котла: верхний и нижний барабаны; конвективный пучок; фронтовые, боковые и задние экраны, образующие топочную камеру.

Расчетные характеристики топки

1) Допустимаятеплонапряженность топочного объема

, (2.1)

2) коэффициент избытка воздуха в топке т=1, т.к. котел в газо-плотном исполнении

3) потери тепла от химического недожога…….q3=0,2%;

4) потери тепла от механического недожога…q4=0%;

5) потери тепла на охлаждение…………………….q5=1,2%.

3. Определение расчетных параметров рабочих тел, используемых в котельном агрегате

Воздух: температура tн= 12 0С (в верхней части котельной)

влагосодержание d=0,013 кг/м3

Вода: температура питательной воды tпв=1000С

температура кипения воды при давлении в котле tн=194,1 0С

энтальпия кипящей воды i'= 826 кДж/кг

энтальпия питательной воды определяется:

=4,19 кДж/(кг°С)100°С= 419 кДж/кг (3.1)

где спв - теплоемкость питательной воды.

Пар: энтальпия насыщенного пара i»=2789 кДж/кг

Скрытая теплота парообразования:

=2789 кДж/кг - 826 кДж/кг = 1963 кДж/кг (3.2)

Газы: для паровых котлов, оборудованными хвостовыми поверхностями, температуру уходящих газов рекомендуется принимать в пределах: при сжигании газообразного топлива tух= 110-180 0С. Для данного котла tух= 1420С

4. Коэффициенты избытка воздуха и присосы в котельном агрегате

котлоагрегат нагрев тепловой баланс

В реальных топочных камерах для эффективного сжигания топлива приходится подавать воздуха больше, чем теоретически необходимо.

(4.1)

где - Vд, М3/м3, объем подаваемого в топку воздуха;

V0, М3/м3, объем теоретически необходимого для осуществления процесса горения воздуха;

бт - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.

По мере движения продуктов сгорания по газоходам коэффициент избытка воздуха увеличивается за счет присосов воздуха в газовый тракт агрегата через неплотности в обмуровке.

При тепловом расчете коэффициент избытка воздуха на выходе из топки б т и присосы воздуха в отдельных элементах котлоагрегата Дт принимают на основе обобщенных данных эксплуатации агрегатов.

Определяются коэффициенты воздуха с учетом присоса в характерных местах котельной установки в функции известной величины т

Присосы: в топочной камере Дт =0, т.к. котел в газо-плотном исполнении

в первом конвективном пучке Дкп1 = 0,05

во втором конвективном пучке Дкп2 = 0,1

в экономайзере Дэ =0,1 (экономайзер чугунный с обшивкой)

Значение расчетного коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газохода определяют суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами воздуха в газоходах, расположенных между топкой и рассматриваемым сечением, т.е.

= т + Дкп1 +Дкп2 = 1+0,05+0,1 = 1,15 (4.2)

= 1,15+0,1 = 1,25 (4.3)

5. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м³ газа:

= 0,0476 [0,50+0,50 + 1,50+(93,92+3,13,5+1,15+0,36,5+0,18) - 0)] =9,848 м³/м3 (5.1)

где CO, H2, H2S, O2 - процентное содержание соответствующего газа 1м3 газовой смеси;

CmHn - процентное соотношение i-го углеводорода;

m, n - количество, соответственно, атомов углерода и водорода химической формуле углеводорода.

Найдем действительный объем подаваемого в топку воздуха:

=9,84844 м³1=9,848 м³

Равенство действительного и теоретического объемов обуславливается тем, что в топке присосов нету, т.к. котел выполнен в газо-плотном исполнении.

Объем сухих трехатомных газов, образующихся при сгорании 1м3 газа:

(5.2)

Теоретический объем азота, образующийся при сгорании 1м3 газа:

, (5.3)

Где N2 - процентное содержание азота в газовой смеси;

0,79 - учитывает процентное содержание азота в воздухе.

Теоретический объем водяных паров, образующихся при сгорании 1м3 газа:

(5.4)

Теоретический объем сухих продуктов сгорания:

м3/м3 (5.5)

Теоретический полный объем продуктов сгорания:

м3/м3 (5.6)

Объем избыточного воздуха:

м3/м3 (5.7)

Объем водяных паров в избыточном воздухе:

м3/м3 (5.8)

Действительный объем водяных паров:

м3/м3 (5.9)

Полный объем продуктов сгорания:

м3/м3 (5.10)

Парциальное давление составляющих продуктов сгорания:

(5.11)

Рсм=101,3 кПа - давление в топке

Парциальное давление водяных паров:

(5.12)

Парциальное давление трехатомных газов:

 (5.13)

Суммарное давление трехатомных газов и водяных паров:

(5.14)

Масса дымовых газов при сжигании газообразного топлива:

(5.15)

где j - удельный вес газовой смеси, кг/м3

(5.16)

Плотность дымовых газов:

(5.17)

Для дальнейшего использования подсчитанных по приведенным выражениям величин, данные сводим в таблицу 2.

Повторяется расчет для коэффициента избытка воздуха конвективного пучка кп и экономайзера э и все заносится в таблицу 2.

Таблица 2.

Величина	Размерность	Топка	Конвективный пучок	Экономайзер
		1	1,15	1,25
V0в	м3/м3	9,848	11,33	12,31
V	м3/м3	1,053	1,053	1,053
V0	м3/м3	7,793	8,960	9,738
V0	м3/м3	2,195	2,219	2,234
V0сг	м3/м3	8,846	10,01	10,79
Vизбв	м3/м3	0	1,699	3,078
ДV	м3/м3	0	0,02739	0,04961
V	м3/м3	2,195	2,246	2,284
Vг	м3/м3	11,04	13,58	15,46
P	кПа	20,14	16,76	14,97
P	кПа	9,661	7,857	6,9
Pтр.г	кПа	29,8	24,62	21,87
Gг	кг/м3	13,63	17,78	20,86
г	кг/м3	1,234	1,309	1,349

Приводимые формулы составлены при условии полного сгорания топлива. Поправка на химический недожог вводится в этих расчетах лишь непосредственно в балансе тепла.

6. Расчет энтальпии

После определения объемов дымовых газов вычисляется их энтальпия. Энтальпия определяется в заданных точках котельной установки по двум значениям температур, характерным для этих точек,

топка 900-20000С

конвективный пучок 300-10000С

экономайзер 100-3000С

Энтальпия воздуха определится как:

, (6.1)

где cв - объемная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/м3К

Энтальпия сухих трехатомных газов:

(6.2)

Энтальпия теоретического объема азота:

(6.3)

Энтальпия теоретического объема водяных паров:

(6.4)

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:

(6.5)

Энтальпия избыточного воздуха:

(6.6)

Энтальпия 1м3 воздуха, газообразных продуктов сгорания, (кДж/м3)

Таблица 3.

t, 0С	(сt)	(сt)	(сt)	(сt)
100	170	130	132	151
200	359	261	268	305
300	561	393	408	464
400	774	528	553	628
500	999	666	701	797
600	1226	806	852	970
700	1466	949	1008	1151
800	1709	1096	1163	1340
900	1957	1247	1323	1529
1000	2209	1398	1482	1730
1100	2465	1550	1642	1932
1200	2726	1701	1806	2138
1300	2986	1856	1970	2352
1400	3251	2016	2133	2566
1500	3515	2171	2301	2789
1600	3780	2331	2469	3011
1700	4049	2490	2637	3238
1800	4317	2650	2805	3469
1900	4586	2814	2978	3700
2000	4859	2873	3150	3939
2100	5132	3137	3318	4175
2200	5405	3301	3494	4414

Энтальпия избыточного воздуха:

Для топки ДЈв = (бт - 1)Ј0в, кДж/м3 (6.7)

Для конвективного пучка: ДЈв = (бкп - 1)Ј0в, кДж/м3 (6.8)

Для экономайзера: ДЈв = (бэ - 1)Ј0в, кДж/м3 (6.9)

Действительная энтальпия продуктов сгорания:

(6.10)

Для каждого значения коэффициента избытка воздуха вычисляются значения энтальпий, соответствующие двум принятым значениям температур дымовых газов, по которым строится график зависимости Ј-t.

По оси абсцисс отложены значения температур газов, по оси ординат - соответствующие величины теплосодержаний. Диаграмма приведена для топлива при бт, бк. Результаты расчета сводим в таблицу 4.

Таблица 4.

Тем-ра, єС	Энтальпии, кДж/м3
	J	J0	J0	J0г	Jг
При бт=1
900	2061	9718	3356	15135	15135
2000	5117	22390	8645	36152	36152
При бкп=1,15
300	590,7	3063	1018	4672	5269
1000	2326	10895	3797	17018	19145
При бэ=1,25
100	179,01	1013	331,4	1524	1851
300	590,7	3063	1018	4672	5667

График зависимости Ј-tдымовых газов при бт=1

График зависимости Ј-tдымовых газов при бт=1,15

График зависимости Ј-tдымовых газов при бт=1,25

7. Тепловой баланс котельного агрегата

Уравнение теплового баланса котельной установки:

(7.1)

q3 и q4 - соответственно потери тепла от химического и механического недожога;

q5 - потери тепла в окружающую среду, зависят от теплопроизводительностикотлоагрегата;

q2 - потери тепла с уходящими газами.

(7.2)

Јух =2650 кДж/м3 - энтальпия уходящих газов, определяется из графика при бэ по температуре уходящих газов tух=142 єС

Физический расход топлива, который подается в топку:

(7.3)

D - паропроизводительность котла, кг/ч;

i» - энтальпия насыщенного пара, вырабатываемая котлом;

iпв - энтальпия питательной воды.

Так как в процессе горения из-за механической неполноты сгорания часть топлива не используется, то при подсчете продуктов сгорания и количества приточного воздуха, вводится поправка (1-q4/100).:

(7.4)

Расчет теплового баланса сведем в таблицу 5

Таблица 5. Тепловой баланс теплогенератора

Определяемая величина	Обозначение	Единицы размерн.	Расчетная формула или способ определения	Величина
1. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания	q3	%	п. 2	0,2
2. Потеря теплоты от наружного охлаждения	q5	%	п. 2	1,2
3. Температура уходящих газов	Tух	0С	п. 3	142
4. Энтальпия уходящих газов	Iух	кДж/м3	По Tух температуре уходящих газов	2650
5. Температура воздуха в котельной	tв	0С	По заданию	12
6. Энтальпия воздуха в котельной	I в	кДж/м3	V0в(сt)= 9,8481,29812	153
7. Потеря теплоты с уходящими газами	q2	%	Фор-ла (7.2)	6,5
8. Сумма тепловых потерь	?q	%	q2+q3+q4+q5	7,91
9. КПД агрегата	з	%	100-?q	92,09
10. Коэффициент сохранения теплоты	ц		1 - (q5/100)= 1 - (1,2/100)	0,988
11. Полный расход топлива	В	м3/ч	Фор-ла (7.3)	1735
12. Расчетный расход топлива	Вр	м3/ч	Фор-ла (7.4)	1735

8. Расчет топочной камеры

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств, при этом считаются известными конструктивные характеристики топки и экранных поверхностей.

По чертежам котла следует выполнить эскиз топки с указанием границ внутреннего объема, конструктивных характеристик поверхностей нагрева: длины, диаметра, шага труб, расположения горелки. Затем следует определить объем топки и полную поверхность стен топки как сумму площадей ограждающих ее стен.

Определяется тепловое напряжение топочного объема и сравнивается с максимально допустимыми, приведенными в [2]

 (8.1)

- объем топочной камеры

Суммарная лучевоспринимающая поверхность нагрева для топки:

, (8.2)

При поверочном расчете температуру газов на выходе из топки Т"т определяют по серии номограмм, представленных в нормативном методе, либо по формуле, представленной ниже. Для этого необходимо знать:

1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки Т"т

2. Адиабатную температуру горения Та.

3. Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки.

4. Параметр М, характеризующий распределение температур в топке.

5. Тепловую нагрузку стен топки.

6. Степень черноты факела.

Температура газов на выходе из топки является следствием процесса теплопередачи в топке. Оптимальные значения этой температуры находятся в пределах 1000-11500С. При сжигании в котле только газа температура газов на выходе из топки может достигать 1300-13500С, причем установка ширм не является обязательной. В результате расчета топки эта температура уточняется.

Полные тепловыделения в топке:

(8.3)

Определив тепловыделения в топке по J-t диаграмме, построенной при бт, находим соответствующую этой энтальпии температуру, которая и является адиабатической температурой горения, то есть температурой, которую имели бы продукты сгорания в топке при отсутствии теплообмена с поверхностями нагрева.

По графику , в первом приближении принимаем 1500.

Температура газов, выходящих из топки:

(8.4)

Определяются величины, входящие в формулу:

Адиабатная температура горения:

(8.5)

Абсолютная температура газа на выходе из топки:

(8.6)

Средняя суммарная теплоемкость продуктов горения:

(8.7)

Ја и Јт определяются по Ј - t диаграмме.

Условный коэффициент загрязнения принимается в зависимости от вида сжигаемого топлива и типа экранных поверхностей: для гладкотрубных экранов при сжигании газообразного топлива о = 0,65.

Для учета распределения температуры в топке служит параметр М, который зависит от относительной температуры положения максимальной температуры пламени по высоте топки:

При сжигании газа и мазута коэффициент М равен:

(8.11)

(8.12)

hг - высота расположения горелок, м

Нт - полная высота топки, м.

Степень черноты факела:

(8.13)

где ансв - степень черноты среды топки;

m - коэффициент, учитывающий заполнение объема топки светящимся пламенем, зависит от рода топлива и способа его сжигания и принимается по таблице 7:

Таблица 7.

Вид пламени	m
Светящееся пламя при сжигании жидких и твердых топлив	0,6 - 0,4
Несветящееся пламя при сжигании газообразных топлив	0

Степень черноты несветящейся части факела:

 (8.14)

где е - основание натурального логарифма;

Р - давление в топке, МПа

S - эффективная толщина излучаемого слоя, м

(8.15)

Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами:

, (8.16)

где rn - суммарная объемная доля трехатомных газов, rn = r + r=

где kг - коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами, определяется либо по номограмме 3 (7), либо по формуле:

(8.17)

Pn - суммарное сопротивление 3-х атомных газов численно равно их объемной доли.

- коэффициент ослабления лучей частицами сажи, определяется по формуле:

8). Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки:

(8.18)

9). Степень черноты топки:

(8.19)

10). Коэффициент сохранения тепла - потери тепла от наружного охлаждения:

(8.20)

Тепловая нагрузка на стенки топки:

(8.21)

После проведения расчетов проверяется температура газов на выходе из топки Т» т. Если расчетная температура отличается от предварительно принятой не более чем на 1000С, то она (расчетная) принимается за действительную. Если отличие превышает 1000С, то найденную в результате расчета температуру следует принять за исходную и расчет повторить. По этой температуре уточняется энтальпия J» т.

Потери тепла в топке:

 (8.22)

Количество тепла, переданное топке:

(8.23)

(8.24)

Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности

(8.25)

9. Расчет конвективных пучков котла

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара и горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде к пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвективного теплообмена и лучеиспускания. От наружной поверхности труб квнутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от наружной поверхности к воде и пару - конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет конвективных поверхностей осуществляется по законам конвективного теплообмена.

При установившемся тепловом состоянии количество теплоты, отданное греющим теплоносителем (газами) Qб, равно количеству теплоты, воспринятому нагреваемым теплоносителем (водой, воздухом) Qт.

Тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью, определяется уравнением теплопередачи:

(9.1)

где k - коэффициент теплопередачи, Вт/м2град,

H - расчетная площадь поверхности нагрева, м2,

Дt - средний температурный напор, 0С;

Bр - расчетный расход топлива, м3

Тепло, отданное продуктам сгорания, определяется уравнением теплового баланса:

, (9.2)

где ц - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения;

- энтальпии продуктов сгорания на входе в рассчитываемую поверхность и на выходе из нее, кДж/м3;

Ј0прс - энтальпия присасываемого воздуха, определяется по диаграмме Ј-t при температуре присасываемого воздуха, кДж/м3;

Расчет конвективных поверхностей нагрева может быть конструктивным и поверочным. Поверочный расчет является более общим и выполняется для определения температур по тракту сгорания. В результате конструктивного расчета определяется величина поверхности нагрева и выбираются ее конструктивные элементы.

Уравнение теплового баланса показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания воде или пару через конвективную поверхность нагрева.

Количество теплоты, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или паром. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.

Расчет конвективных поверхностей нагрева рекомендуется производить в следующей последовательности.

) По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода и заносятся в таблицу 8.

Рассчитываемая площадь поверхности нагрева:

(9.3)

где d - наружный диаметр трубы, м

l - средняя длина труб в свету, м

z - общее число труб, расположенных в газоходе, м;

Для первого газохода: задаются двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из первого газохода t» 1 = 5000С и t» 1 = 3000С и проводят для этих температур два параллельных расчета. Расчет первого газохода производят при бт.

Приращением значения коэффициента избытка воздуха пренебрегают, т.е. ДЈв = 0.

Для второго газохода: производят при значении коэффициента избытка воздуха бк.

Тепло с присосанным в газоход воздухом:

(9.4)

Также задаются двумя значениями температур дымовых газов, но уже на выходе из второго газохода, принимая их t» 2 = 4000С и t» 2 = 2000С,

Определяется теплота, отданная продуктами сгорания:

(9.5)

Вычисляется средняя расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе:

, (9.6)

где и - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.

Определяется температурный напор:

, (9.7)

где tк - температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, 0С

Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания на поверхности нагрева (м/с).

, (9.8)

где Bр - расчетный расход топлива, м3/с

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2

Vг - действительный объем продуктов сгорания на 1 м3газа.

t ср - средняя расчетная температура продуктов сгорания, 0С.

Площадь живого сечения F=1,245 по эстеркину

7) Определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2К, определяется по номограммам в зависимости от конструкции пучков, способа омывания, скорости газового потока и от физических свойств теплоносителя:

бк = Сz*CФ*Сs*бн - при поперечном омывании шахматных и коридорных гладкотрубных пучков;

бн - номинальный коэффициент теплоотдачи, определяемый по скорости газового потока W и диаметру труб пучка d;

Сs - поправка на геометрию пучка, зависящая от относительного продольного у1 = S1?d и поперечного у2 = S2?d шагов;

Cф(Сф') - поправка на физические характеристики потока при изменении температуры и состава теплоносителя;

При определении Cф и Сф' принимается среднеарифметическая температура потока в пределах рассчитываемой поверхности.

Сz - поправка на количество рядов труб (Z2) по ходу газов.

8) Вычисляется степень черноты излучающей среды, определяется по формуле.

(9.9)

при этом необходимо вычислить суммарную силу поглощения газовым потоком.

(9.10)

где kг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м*МПа);

р - давление в газоходе;

rп - суммарная объемная доля 3-х атомных газов;

s - толщина излучающего слоя:

(9.11)

9) Определяется коэффициент теплоотдачи излучением незапыленного потока бл, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/м2К:

(9.12)

где бн - номинальная величина коэффициента теплоотдачи излучением, зависящая от температуры стенки и средней температуры газового потока, определяется по номограмме (рис. 6.4. [3]);

а - степень черноты газового потока;

сг - поправка, вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания, определяется по номограмме на рис. 6,4 [3].

Температура наружной поверхности загрязненной стенки, воспринимающей лучистое тепло, 0С

(9.13)

где Д t - температурный перепад между температурой загрязненной стенки и температурой среды в трубе, значение которого зависит от рода сжигаемого топлива. При сжигании газа для всех поверхностей нагрева Дt=250С.

Таблица 9. Значения коэффициента ж

Топливо	Гладкотрубные пучки	Чугунные экономайзеры
Твердое топливо Мазут Природный газ	0,015 - 0,02 0,015 0,005	0,03 0,025 0,01

10) Вычисляется коэффициент теплопередачи в газоходах:

(9.14)

где щ - коэффициент омывания или степень заполнения газохода, принимается равным 0,9.

11) Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м³ газа:

(9.15)

где t' - температура продуктов сгорания на входе в конвективную поверхность;

t» - температура продуктов сгорания на выходе из конвективной поверхности нагрева;

tн - температура насыщения при давлении в котле, 0С.

12) Должно выполняться равенство Qб = Qт. Если же при обеих взятых температурах баланса равенства не будет, то тогда искомую температуру находим графоаналитически.

По полученным данным строится график и определяется действительная температура на выходе их второго газохода: t''2, затем по графику J-tопределяем энтальпию газов J». Последние значения температуры и энтальпии являются параметрами дымовых газов при выходе из конвективного пучка, по которым определяется тепловосприятие конвективного пучка в целом.

По значениям Qб и Qт строится вспомогательный график (рис. 1) и определяется температура газов на выходе из первого газохода tЅ1 (она будет являться и температурой на входе во второй газоход, т.е. tЅ1 = tґ2) и второго газохода tЅ2.

Результаты расчета газоходов сводим в таблицу10.

Первый конвективный пучок

Второй конвективный пучок

Таблица 10.

Наименование величин	Обозначение	Размерность	1 газоход	2 газоход
			500 єС	300 єС	400 єС	200 єС
Температура дымовых газов
перед газоходом	t'	C	1580	1580	396	396
Энтальпия дымовых газов
перед газоходом	J'	кДж/м3	28000	28000	7250	7250
Температура дымовых газов
за газоходом	t''	C	500	300	300	200
Энтальпия дымовых газов
за газоходом	J''	кДж/м3	9250,0	5250,0	5625,0	3675,0
Тепловосприятие газохода по
уравнению теплового баланса	Qб	кДж/м3	18337,5	22249,5	1589,984	3533,7585
Средний температурный напор	tср	C	846	746	154	104
Средняя температура дымовых газов		C	1040	940	348	298
Средняя скорость дымовых газов	W	м/с	20,55	18,99	14,22	13,08
Коэффициент теплоотдачи
конвекцией	к	Вт/м2К	53,55	59,4	118,8	138
Суммарная поглощательная способность трехатомными газами	Мтр.г.	кПа м	2,2392	2,3739	3,4532	3,5265
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами	kг	1/(м Мпа)	5,6450	5,9845	8,7056	8,8904
Суммарная сила поглощения газовым потоком	М	-	0,6568	0,6963	0,7454	0,7612
Степень черноты газового потока	аг	кПа м	0,4815	0,5015	0,5254	0,5329
Коэффициент загрязнения поверхности нагрева		-	0,005	0,005	0,005	0,005
Температура наружной поверхности загрязненной стенки	tст	C	219	219	219	219
Коэффициент теплопередачи
излучения незапыленного потока	л	Вт/м2К	56,9094	46,4560	19,1680	15,8588
Коэффициент омывания газохода дымовыми газами	щ	-	0,9	0,9	0,9	0,9
Коэффициент теплоотдачи
в газоходе	К	Вт/м2К	68,897	66,629	77,334	82,373
Тепловосприятие по
уравнению теплопередачи	Qт	кДж/м3	26329,46	15025,58	2669,39	1920,18

10. Расчет водяного экономайзера

Для снижения температуры дымовых газов, за котлом в качестве хвостовой поверхности, устанавливается индивидуальный, водяной экономайзер системы ВТИ. Экономайзер установлен на питательной воде.

1. По уравнению теплового баланса определяется количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов:

, (10.1)

где - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется по графику прик по температуре продуктов сгорания, которая определяется по формуле:

, (10.2)

- энтальпия уходящих газов, определяется из графика при эк, по принятой в начале расчета температуре уходящих газов,

J0в - энтальпия теоретического количества воздуха

Определяем энтальпию питательной воды на выходе из экономайзера

, (10.3)

где D - паропроизводительность котла, кг/с;

Dпр - расход продувочной воды, кг/с

и - энтальпия воды до и после экономайзера, 0С

При установке водяных экономайзеров на питательной воде, температура воды должна отвечать требованиям уравнения: tн - t''>200C.

3. Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере по уравнению

, (10.4)

где (10.5)

где Fэк - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания

, (10.6)

Коэффициент теплопередачи для чугунных водяных экономайзеров при сжигании газа:

(10.11)

4. Тепловосприятие экономайзера:

(10.16)

Данные для расчета окончательно принимаются, если разность между количеством тепла, отдаваемым дымовыми газами Qб, и количеством тепла, воспринятым водой при расчетной поверхности нагрева экономайзера Qт, будет в пределах 2%

(10.17)

11. Определение расчетной невязки теплового баланса:

(11.1)

1,8% < 2%

Если же эта разность более 2%, следует пересчитать Qб, увеличив температуру уходящих газов из экономайзера.

12. Сводная таблица результатов теплового расчета

Таблица 11

Параметр	Размерность	Топка	Конв. пучок	Экономайзер
Температура газа на входе	0С	12	1580	239
Температура газа на выходе	0С	1580	239	142
Энтальпия газа на входе	кДж/м3	153	28000	4500
Энтальпия газа на выходе	кДж/м3	2800	4500	2700
Тепловосприятие	кДж/м3

Литература

1. Эстеркин Р.И. Котельные установки: курсовое и дипломное проектирование. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 279 с.

2. Роддатис К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г.

3. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. - М.: Энергия, 1973. - 295 с.

4. Теплотехнический справочник, часть 2, Энергия, М. 1976 г.

5. Основы проектирования котельных установок. Гусев Ю.Л. 1973 г.

6. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Кузнецов Н.В., Митор В.В. и др. 1973 г.

Размещено на Allbest.ru