Проект стационарного парового котла

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

  • Задание
  • 1. Характеристика котлоагрегата
  • 1.1 Техническая характеристика котла КЕ-25−14С
  • 2. Расчет топлива по воздуху
  • 2.1 Определение количества продуктов сгорания
  • 2.2 Определение энтальпии продуктов сгорания
  • 3. Поверочный тепловой расчет
  • 3.1 Предварительный тепловой баланс
  • 3.2 Расчет теплообмена в топке
  • 3.3 Расчет теплообмена в конвективной поверхности
  • 3.4 Расчет экономайзера
  • 4. Окончательный тепловой баланс
  • Библиографический список

Задание

Выполнить проект стационарного парового котла в соответствии со следующими данными:

тип котла КЕ-25−14С

полная производительность насыщенного пара, D, кг/с 6,94

рабочее давление (избыточное), Р, МПа 1,5

температура питательной воды:

до экономайзера, tпв1, єС 90

за экономайзером, tпв2, єС 170

температура воздуха, поступающего в топку:

до воздухоподогревателя, tв1, єС 25

за воздухоподогревателем, tв2, єС 180

топливо КУ — ДО

состав топлива: Сг = 76,9%

Нг = 5,4%

Sг = 0,6%

Ог = 16,0%

Nг = 1,1%

зольность топлива Ас = 23%

влажность топлива Wp = 7,5%

коэффициент избытка воздуха б = 1,28.

стационарный паровой котел тепловой

1. Характеристика котлоагрегата

Паровой котел КЕ-25−14С, с естественной циркуляцией со слоевыми механическими топками предназначен для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Топочная камера котлов серии КЕ образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 25 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку глубиной 1605ч2105 мм и камеру догорания глубиной 360ч745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.

В котле КЕ-25−14С применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.

Блок котла КЕ-25−14С, опирается камерами боковых экранов на продольные швеллеры. Камеры приварены к швеллерам по всей длине. В области конвективного пучка блок котла опирается на задние и передние поперечные балки. Поперечные балки крепятся к продольным швеллерам. Передняя балка крепится неподвижно, задняя — подвижно.

Обвязочный каркас котла КЕ-25−14С устанавливается на уголках, приваренных вдоль камер боковых экранов по всей длине.

Для возможности перемещения элементов блоков котла КЕ-25−14С в заданном направлении часть опор выполнена подвижными. Они имеют овальные отверстия для болтов, которыми крепятся к раме.

Котлы КЕ с решеткой и экономайзером поставляются заказчику одним транспортабельным блоком. Он оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при помощи эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. В местах установки люков трубы крайнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в нижний барабан.

Паровой котел КЕ-25−14С оборудован стационарным устройством очистки поверхностей нагрева согласно проекту завода.

Паровой котёл КЕ-25−14С комплектуется топкой типа ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками.

За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной влажностью W < 8 устанавливаются водяные экономайзеры.

Площадки котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая площадка для обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла.

На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку — спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.

Котел КЕ-25−14 С оборудован двумя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане каждого котла установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя.

На верхнем барабане устанавливается следующая арматура: главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.

У котла КЕ-25−14С, через патрубок для продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору. Вместо паровой обдувки может быть поставлена газоимпульсная или генератор ударных волн (ГУВ).

На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.

Паровой котел КЕ-25−14С обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Испытания и опыт эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.

Для котлов типа КЕ пропускная способность предохранительных клапанов соответствует номинальной паропроизводительности при абсолютном давлении 1,0 МПа.

При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.

С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет 20 °C, что удовлетворяет требованиям правил Госгортехнадзора.

1.1 Техническая характеристика котла КЕ-25−14С

Паропроизводительность D = 25 т/ч.

Давление Р = 24 кгс/см2.

Температура пара t = (194ч225) єС.

Радиационная (лучевоспринимающая) поверхность нагрева Нл = 92,1 м2.

Конвективная поверхность нагрева Нк = 418 м2.

Тип топочного устройства ТЧЗ-2700/5600.

Площадь зеркала горения 13,4 м2.

Габаритные размеры котла (с площадками и лестницами):

длина 13,6 м;

ширина 6,0 м;

высота 6,0 м.

Масса котла 39 212 кг.

2. Расчет топлива по воздуху

2.1 Определение количества продуктов сгорания

Расчет количества продуктов сгорания основан на стехиометрических соотношениях и выполняется с целью определения количества газов, образующихся при сгорании топлива заданного состава при заданном коэффициенте избытка воздуха. Все расчеты объема воздуха и продуктов сгорания ведутся на 1 кг топлива.

Так как в задании указана зольность сухой массы топлива, то определим зольность рабочей массы топлива.

Ар = Ас (100 — Wр) /100,

Ар = 2,3• (100 — 7,5) /100 = 21,3%.

Так как по заданию задан элементарный состав горючей массы топлива, то необходимо пересчитать горючую массу в сухую.

Коэффициент пересчета горючей массы в рабочую

(100 — Wр — Ар) /100 = (100 — 7,5 — 21,3) /100 = 0,71.

Рабочая масса составляющих элементов топлива

Ср = 76,9 • 0,71 = 54,6%, Нр = 5,4 • 0,71 = 3,9%,

Sр = 0,6 • 0,71 = 0,5%,

Ор = 16,0 • 0,71 = 11,4%,

Nр = 1,1 • 0,71 = 0,8%.

Проверка:

Cр + Нр + Sр + Ор + Nр + Ар + Wр = 100%,

54,6 + 3,9 + 0,5 + 11,4 + 0,8 + 21,3 + 7,5 = 100%.

Теоретически необходимое количество сухого воздуха

Vo = 0,089 (Cp + 0,375Sр) + 0,267Нp — 0,033Оp;

Vо = 0,089• (54,6 + 0,375 • 0,5) + 0,267 • 3,9 — 0,033 • 11,4 = 5,54 м3/кг.

Объем трехатомных газов

V = 0,1 866 (Ср + 0,375Sр);

V = 0,1 866• (54,6 + 0,375 • 0,5) = 1,02 м3/кг.

Теоретический объем азота

V = 0,79Vo + 0,008Np; V = 0,79 • 5,54 + 0,008 • 0,8 = 4,38 м3/кг.

Теоретический объем водяных паров

V = 0,112Нр + 0,0124Wр + 0,016Vо;

V = 0,112 • 3,9 + 0,0124 • 7,5 + 0,016 • 5,54 = 0,61 м3/кг.

Теоретическое количество влажного воздуха

Vовл = V + 0,016Vо; (2. 8), V = 0,61 + 0,016 • 5,54 = 0,70 м3/кг.

Избыточный объем воздуха

Vи = (б — 1) Vо;

Vи = 0,28 • 5,54 = 1,55 м3/кг.

Полный объем продуктов сгорания

Vг = V+ V + V+ Vи;

Vг = 1,02 + 4,38 + 0,61 + 1,55 = 7,56 м3/кг.

Объемная доля трехатомных газов

r = V/Vг;

r = 1,02/7,56 = 0,135.

Объемная доля водяных паров

r = V/Vг; r = 0,70/7,56 = 0,093.

Суммарная доля водяных паров и трехатомных газов

rп = r+ r,

rп = 0,093 + 0,135 = 0,228.

Давление в топке котла принимаем равным Рт = 0,1 МПа.

Парциальное давление трехатомных газов

Р= rРт;

Р= 0,135 • 0,1 = 0,014 МПа.

Парциальное давление водяных паров

Р = rРт;

Р = 0,093 • 0,1 = 0,009 МПа.

Суммарное парциальное давление

Рп = Р+ Р; Рп = 0,014 + 0,009 = 0,023 МПа.

2.2 Определение энтальпии продуктов сгорания

Дымовые газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, в рабочем процессе парового котла являются теплоносителем. Количество теплоты, отдаваемое газами, удобно рассчитывать по изменению энтальпии дымовых газов.

Энтальпией дымовых газов по какой-либо температуре называется количество теплоты, расходуемое на нагрев газов, полученных от сгорания одного килограмма топлива от 0є до этой температуры при постоянном давлении газов в топке.

Энтальпию продуктов сгорания определяем в диапазоне температур 0…2200єС с интервалом в 100єС. Расчет ведем в табличной форме (табл.2. 1).

Исходными данными для расчета являются объемы газов, составляющих продукты сгорания, их объемные изобарные теплоемкости, коэффициент избытка воздуха и температура газов.

Средние изобарные теплоемкости газов берем из справочных таблиц.

Теоретическое количество газов определяем по формуле

I = УVct??=??VC+ VC + VC) t.

Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по формуле

I = VoCввt.

Энтальпию газов определяем по формуле

Iг = I + (б — 1) I.

Таблица 2.1 Расчет энтальпии продуктов сгорания

tєС

V= 1,02 м3/кг

V= 4,38 м3/кг

V= 0,61 м3/кг

Io, кДж/кг

Влажный воздух

(б — 1) Ioвв, кДж/кг

Iг, кДж/кг

СRO2, кДж/ (м3К)

V RO2СRO2, кДж/ (м3К)

СN, кДж/ (м3К)

V oNСN, кДж/ (м3К)

СH2O, кДж/ (м3К)

Vo H2OСH2O, кДж/ (м3К)

Свв, кДж/ (м3К)

Ioвв, кДж/кг

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

1,599

1,700

1,787

1,822

1,929

1,988

2,041

2,088

2,131

2,169

2, 203

2,234

2,263

2,289

2,313

2,335

2,355

2,374

2,391

2,407

2,422

2,435

2,448

1,631

1,734

1,823

1,920

1,968

2,028

2,082

2,130

2,174

2,212

2,247

2,279

2,308

2,335

2,359

2,382

2,402

2,421

2,439

2,455

2,470

2,484

2,497

1,294

1,295

1,299

1,306

1,316

1,327

1,340

1,353

1,367

1,379

1,391

1,403

1,414

1,425

1,434

1,444

1,452

1,461

1,469

1,475

1,482

1,489

1,495

5,668

5,672

5,690

5,720

5,764

5,812

5,869

5,926

5,987

6,040

6,093

6,145

6, 193

6,242

6,281

6,325

6,360

6,399

6,434

6,461

6,491

6,522

6,548

1,494

1,505

1,522

1,542

1,566

1,589

1,614

1,641

1,668

1,695

1,722

1,750

1,776

1,802

1,828

1,852

1,876

1,899

1,921

1,942

1,962

1,982

2,000

0,911

0,918

0,928

0,941

0,955

0,969

0,985

1,001

1,017

1,034

1,050

1,068

1,083

1,099

1,115

1,130

1,144

1,158

1,182

1,185

1, 197

1, 209

1,220

0

832

1688

2574

3475

4405

5362

6340

7342

8357

9390

10 441

11 501

12 579

13 657

14 756

15 850

16 963

18 081

19 192

20 316

21 452

22 583

1,318

1,324

1,331

1,342

1,354

1,368

1,382

1,397

1,414

1,424

1,437

1,449

1,461

1,472

1,483

1,492

1,501

1,510

1,517

1,525

1,532

1,539

1,546

0

733

1475

2230

3000

3789

4594

5418

6267

7100

7961

8830

9713

10 601

11 502

12 399

13 305

14 221

15 128

16 052

16 975

17 905

18 843

0

205

413

624

840

1061

1286

1517

1755

1988

2229

2472

2720

2968

3221

3472

3725

3982

4236

4495

4753

5013

5276

0

1037

2101

3198

4315

5466

6648

7857

9097

10 345

11 619

12 913

14 221

15 547

16 878

18 228

19 575

20 945

22 317

23 687

25 069

26 465

27 859

Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по формуле

I = VoCввt.

Энтальпию газов определяем по формуле

Iг = I + (б — 1) I.

По результатам расчетов (табл.2. 1) строим диаграмму зависимости энтальпии газов I1 от их температуры t (рис. 2. 1).

Рис. 2.1 — Диаграмма зависимости энтальпии газов от их температуры

3. Поверочный тепловой расчет

3.1 Предварительный тепловой баланс

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котел, называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котел и покинувшей его, должно существовать равенство (баланс). Теплота, покинувшая котел, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара заданных параметров.

Тепловой баланс котла составляется применительно к одному килограмму топлива при установившемся (стационарном) режиме работы котла.

Низшую теплота сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле Менделеева:

Qнр = 339Ср + 1030Нр — 109 (Ор — Sр) — 25Wр,

Qнр = 339 • 54,6 + 1030 • 3,9 — 109• (11,4 — 0,5) — 25 • 7,5 = 21 151 кДж/кг.

Коэффициент полезного действия котла (принимаем по прототипу)

з' = 92%.

Потери тепла:

от химической неполноты сгорания ([1] с. 15)

q3 = (0,5ч1,5) = 0,5%;

от механического недожога ([1] табл.4. 4)

q4 = 0,5%;

в окружающую среду ([1], рис. 4. 2)

q5 = 0,5%;

с уходящими газами

q2 = 100 — (з' + q3 + q4 + q5),

q2 = 100 — (92 + 0,5 + 0,5 + 0,5) = 6,5%.

Средние изобарные объемные теплоемкости влажного воздуха

холодного, при температуре tв1 ([2] табл.1.4. 5)

св1 = 1,32 кДж/кг;

подогретого, при температуре tв2 ([2] табл.1.4. 5)

св1 = 1,33 кДж/кг.

Количество тепла, вносимое в топку с воздухом:

холодным

Iхв = 1,016бVосв1tв1,

Iхв = 1,016 • 1,28 • 5,54 • 1,32 • 25 = 238 кДж/кг;

подогретым

Iгв = 1,016бVосв2tв2,

Iгв = 1,016 • 1,28 • 5,54 • 1,33 • 180 = 1725 кДж/кг.

Количество тепла, переданное в воздухоподогревателе

Qвн = Iгв — Iхв,

Qвн = 1725 — 238 = 1487 кДж/кг.

Принимаем температуру топлива, поступающего в топку, равной

tтл = 30 °C.

Теплоемкость сухой массы топлива ([1] табл.4. 1)

сстл = 0,972 кДж/ (кг?град).

Теплоемкость рабочей массы топлива

сртл = сстл (100 — Wр) /100 + сWp/100,

где с — теплоемкость воды, с= 4,19 кДж/ (кг?град),

сртл = 0,972? (100 — 7,5) /100 + 4,19? 7,5/100 = 1,21 кДж/ (кг?град).

Теплота, вносимая в топку с топливом

iтл = сртлtтл,

iтл = 1,21? 30 = 36 кДж/кг.

Располагаемая теплота топлива

Q = Q + Qвн + iтл,

Q = 21 151 + 1487 + 36 = 22 674 кДж/кг.

Энтальпия уходящих газов

I'ух = q2Qрр/ (100 — q4) + Iхв,

I'ух = 6,5 • 22 674/ (100 — 4,5) + 238 = 1719 кДж/кг.

Температура уходящих газов (табл. 1)

t'ух = 164 °C.

Степень сухости получаемого пара принимаем ([1] с. 17)

х = (0,95…0,98) = 0,95.

Энтальпия сухого насыщенного пара (по таблицам водяного пара) при заданном давлении

i" = 2792 кДж/кг.

Скрытая теплота парообразования

r = 1948 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара

ix = i" - (1 — x) r,

ix = 2792 — (1 — 0,95) ?1948 = 2695 кДж/кг.

Энтальпия питательной воды перед экономайзером (при tв2)

iпв = 377 кДж/кг.

Секундный расход топлива

Вр = ,

Вр = = 0,77 кг/с.

3.2 Расчет теплообмена в топке

Целью поверочного расчета теплообмена в топке является определение температуры газов за топкой и количества тепла, переданного газами поверхности нагрева топки.

Эта теплота может быть найдена только при известных геометрических размерах топки: величине лучевоспринимающей поверхности, Нл, полной поверхности стен, ограничивающих топочный объем, Fст, величине объема топочной камеры, Vт.

Рис. 3.1 — Эскиз парового котла КЕ-25−14С

Лучевоспринимающая поверхность топки находится как сумма лучевоспринимающих поверхностей экранов, т. е.

Нл = Нлэ + Нпэ + Нзэ,

где Нлэ — поверхность левого бокового экрана,

Нпэ — поверхность правого бокового экрана;

Нзэ — поверхность заднего экрана;

Нлэ = Нпэ = Lтlбэхбэ;

Нзэ = Взэlзэхбэ;

Lт — длина топки;

lбэ — длина трубок бокового экрана;

Взэ — ширина заднего экрана;

хбэ — угловой коэффициент бокового экрана;

lзэ — длина трубок заднего экрана;

хзэ — угловой коэффициент заднего экрана.

Ввиду сложности определения длин трубок, величину лучевоспринимающей поверхности нагрева возьмем из технической характеристики котла:

Нл = 92,1 м2.

Полная поверхность стен топки, Fст, вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Поверхности сложной конфигурации приведем к равновеликой простой геометрической фигуре.

Площадь поверхностей стен топки:

фронт котла

Fфр = 2,75 • 4,93 = 13,6 м2;

задняя стенка топки

Fзс = 2,75 • 4,93 = 13,6 м2;

боковая стенка топки

Fбс = 4,80 • 4,93 = 23,7 м2;

под топки

Fпод = 2,75 • 4,80 = 13,2 м2;

потолок топки

Fпот = 2,75 • 4,80 = 13,2 м2.

Полная поверхность стен, ограничивающих топочный объем

Fст = Fфр + Fзс + 2Fбс + Fпод + Fпот,

Fст = 13,6 + 13,6 + 2 • 23,7 + 13,2 + 13,2 = 101,0 м2.

Величина топочного объема:

Vт = 2,75 • 4,80 • 4,93 = 65,1 м3.

Степень экранирования топки

Ш = Нл/Fст,

Ш = 92,1/101,0 = 0,91.

Коэффициент сохранения теплоты

ц = 1 — q5/100,

ц = 1 — 0,5/100 = 1,00.

Эффективная толщина излучающего слоя

S = 3,6Vт/Fст,

S = 3,6? 65,1/101,0 = 2,32 м.

Адиабатная (теоретическая) энтальпия продуктов сгорания

Ia = Q (100 — q3 — q4) / (100 — q4) + Iгв — Qвн,

Ia = 22 674? (100 — 0,5 — 0,5) / (100 — 0,5) + 1725 — 1487 = 22 798 кДж/кг.

Адиабатная (теоретическая) температура газов (табл. 1)

Та = 1835 °C = 2108 К.

Принимаем температуру газов на выходе из топки

Т'т = 800 °C = 1073 К.

Энтальпия газов на выходе из топки (табл. 1) при этой температуре

I'т = 9097 кДж/кг.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

(VгСср) = (Ia — I'т) / (ta — t'т),

(VгСср) = (22 798 — 9097) / (1835 — 800) = 13,24 кДж/ (кг?град).

Условный коэффициент ([1] табл.5. 1) загрязнения поверхности нагрева при слоевом сжигании топлива

о = 0,60.

Тепловое напряжение топочного объема

qv = BQ/Vт,

qv = 0,77? 22 674/65,1 = 268 кВт/м3.

Коэффициент тепловой эффективности

Шэ = Шо,

Шэ = 0,91? 0,60 = 0,55.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

,

•0,228 = 5,39 (м?МПа) — 1.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

kс = 0,3 (2 — б) (1,6Тт/1000 — 0,5) Срр,

kс = 0,3? (2 — 1,28)? (1,6? 1073/1000 — 0,5) ?54,6/3,9 = 3,68 (м?МПа) — 1.

Часть золы топлива, уносимая из топки в конвективные газоходы ([1] табл.5. 2)

аун = 0,1.

Масса дымовых газов

Gг = 1 — Ар/100 + 1,306бVо,

Gг = 1 — 21,3/100 + 1,306? 1,28? 5,54 = 10,0 кг/кг.

Коэффициент ослабления лучей взвешенными частицами летучей золы ([1] рис. 5. 3) при принятой температуре tт

kзл = 7,5 (м?ата) — 1.

Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса ([1] с. 29)

kк = 0,5 (м?ата) — 1.

Концентрация золовых частиц в потоке газа

мзл = 0,01Араун/Gг, мзл = 0,01? 21,3? 0,1/10,0 = 0,002.

Коэффициент ослабления лучей топочной средой

kт = kг + kзлмзл + kк,

kт = 5,39 + 7,5? 0,002 + 0,5 = 5,91 (м?ата) — 1.

Эффективная степень черноты факела

аф = 1 — е-kтРтS,

аф = 1 — 2,7-5,91?0, 1?2,32 = 0,74.

Отношение зеркала горения к полной поверхности стен топки при слоевом горении

с = Fпод/Fст,

с = 13,2/101,0 = 0,13.

Степень черноты топки при слоевом сжигании топлива

ат = ,

ат = = 0,86.

Величина относительного положения максимума температур для слоевых топок при сжигании топлива в тонком слое (топки с пневмомеханическими забрасывателями) принимается ([1] с. 30) равным:

Хт = 0,1.

Параметр, характеризующий распределение температур по высоте топки ([1] ф.5. 25)

М = 0,59 — 0,5Хт, М = 0,59 — 0,5? 0,1 = 0,54.

Расчетная температура газов за топкой

Тт = ,

Тт = = 1090 К = 817 °C.

Расхождение с предварительно принятым значением составляет

?tт = tт — t'т,

?tт = 817 — 800 = 17 °C < ± 100 °C.

Энтальпия газов за топкой

Iт = 9259 кДж/кг.

Количество тепла, переданное в топке

Qт = цВ (Ia — Iт),

Qт = 1,00? 0,77? (22 798 — 9259) = 10 425 кВт.

Коэффициент прямой отдачи

м = (1 — Iт/Iа) ?100,

м = (1 — 9259/22 798) ?100 = 59,4%.

Действительное тепловое напряжение топочного объема

qv = Qт/Vт, qv = 10 425/65,1 = 160 кВт/м3.

3.3 Расчет теплообмена в конвективной поверхности

Тепловой расчет конвективной поверхности служит для определения количества передаваемого тепла и сводится к решению системы двух уравнений — уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи.

Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях.

Из предыдущих расчетов имеем:

температура газов перед рассматриваемым газоходом

t1 = tт = 817 °C;

энтальпия газов перед газоходом

I1 = Iт = 9259 кДж/кг;

коэффициент сохранения теплоты

ц = 1,00;

секундный расход топлива

Вр = 0,77 кг/с.

Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после газохода:

t'2 = 220єC,

t''2 = 240єC.

Дальнейший расчет ведем для двух принятых температур.

Энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка:

I'2 = 2320 кДж/кг,

I''2 = 2540 кДж/кг.

Количество теплоты, отданное газами в пучке:

Q1 = цВр (Iт — I1);

Q'1 = 1,00 • 0,77? (9259 — 2320) = 5343 кДж/кг,

Q''1 = 1,00? 0,77• (9259 — 2540) = 5174 кДж/кг.

Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)

dн = 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;

у1 = 90/51 = 1,8;

у2 = 110/51 = 2,2.

Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании труб

Fж = ab — z1ldн,

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

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

Fж = 2,5 • 2,0 — 35 • 2,0 • 0,051 = 1,43 м2.

Эффективная толщина излучающего слоя газов

Sэф = 0,9dн,

Sэф = 0,9? 0,051? = 0,177 м.

Температура кипения воды при рабочем давлении (по таблицам насыщенного водяного пара)

t's = 198 °C.

Средняя температура газового потока

tср1 = 0,5 (t1 + t);

t'ср1 = 0,5? (817 + 220) = 519єC,

t''ср1 = 0,5? (817 + 240) = 529єC.

Средний расход газов

Vcp1 = BVг (tср1 + 273) /273,

V'cp1 = 0,77? 7,56? (519 + 273) /273 = 16,89 м3/с.

V''cp1 = 0,77? 7,56? (529 + 273) /273 = 17,10 м3/с.

Средняя скорость газов

щг1 = Vcp1/Fж,

щ'г1 = 16,89/1,43 = 11,8 м/с,

щ''г1 = 17,10/1,43 = 12,0 м/с.

Коэффициент загрязнения поверхности нагрева ([1] с. 43)

е = 0,0043 м2?град/Вт.

Средняя температура загрязненной стенки ([1] с. 42)

tз = t's + (60ч80), tз = (258ч278) = 270 °C.

Поправочные коэффициенты для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией ([1] рис. 6. 2):

на количество рядов

Сz = 1,0;

на относительные шаги

Сs = 1,0;

на изменение физических характеристик

Сф = 1,05.

Вязкость продуктов сгорания ([1] табл.6. 1)

н' = 76?10-6 м2/с,

н'' = 78?10-6 м2/с.

Коэффициент теплопроводности продуктов сгорания ([1] табл.6. 1)

л' = 6,72?10-2 Вт/ (м?°С),

л'' = 6,81?10-2 Вт/ (м?°С).

Критерий Прандтля продуктов сгорания ([1] ф.6. 7)

Рr' = 0,62,Рr'' = 0,62.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ([1] табл.6. 1)

бк1 = 0,233СzCфлР (щdн/н) 0,65/dн,

б'к1 = 0,233? 1? 1,05? 6,72?10-2? 0,620,33? (11,8? 0,051/76?10-6) 0,65/0,051,б'к1 = 94,18 Вт/ (м2?К);

б''к1 = 0,233? 1? 1,05? 6,81?10-2? 0,620,33? (12,0? 0,051/78?10-6) 0,65/0,051,б''к1 = 94,87 Вт/ (м2?К).

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

,

?0,228 = 23,30 (м?МПа) —

1,?0,228 = 23,18 (м?МПа) —

1,Суммарное парциальное давление трехатомных газов (определено ранее)

Рп = 0,023 МПа.

Коэффициент ослабления луча в объеме заполненном золой при температуре tср ([1] рис. 5. 3)

К'зл = 9,0;

К''зл = 9,0.

Концентрация золовых частиц в потоке газа (определена ранее)

мзл = 0,002.

Степень черноты запыленного газового потока

а = 1 — е-kгkзлРпмзлSэф,

а' = 1 — е-23,30?9,0?0, 002?0,023?0,177 = 0,002,а'' = 1 — е-23,18?9,0?0, 002?0,023?0,177 = 0,002.

Коэффициент теплоотдачи излучением при сжигании каменного угля

ал = 5,67?10-8ст + 1) аТ3/2,

где аст — степень черноты стенки, принимается ([1] с. 42)

аст = 0,82;

а'л = 5,67?10-8? (0,82 + 1) ?0? 5433? /2 = 0,02 Вт/ (м2?К);

а''л = 5,67?10-8? (0,82 + 1) ?0? 5433? /2 = 0,02 Вт/ (м2?К).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

б1 = щ (бк + бл),

б'1 = 0,90? (94,18 + 0,02) = 84,78 Вт/ (м2?К)

б''1 = 0,90? (94,87 + 0,02) = 85,40 Вт/ (м2?К).

Коэффициент теплопередачи

К = б1/ (1 + б1е),

К' = 84,78/ (1 + 84,78? 0,0043) = 62,13 Вт/ (м2?К),

К'' = 85,40/ (1 + 85,40? 0,0043) = 62,46 Вт/ (м2?К).

Средний температурный напор

Дt = ,

Дt' = = 179єС;

Дt'' = = 214єС.

Площадь нагрева конвективного пучка (из технической характеристики котла)

Нк1 = 418 м2.

Тепловосприятие поверхности нагрева конвективного пучка

Qк = КНк?t;

Q'к = 62,13? 418? 179/1000 = 4649 кДж/кг;

Q''к = 62,46? 418? 214/1000 = 5587 кДж/кг.

По принятым двум значениям температуры

t'1 = 220єC;

t''1 = 240єC

и полученным значениям

Q'б1 = 5343 кДж/кг;

Q''б1 = 5174 кДж/кг;

Q'к1 = 4649 кДж/кг;

Q''к1 = 5587 кДж/кг

производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после конвективной поверхности нагрева. Для графической интерполяции строим график (рис. 3. 2) зависимости Q = f (t).

Рис. 3.2 — График зависимости Q = f (t)

Точка пересечения прямых укажет температуру tр газов, выходящих после конвективной поверхности:

tк = 232єС.

Количество теплоты, воспринятое поверхность нагрева

Qк1 = 5210 кВт.

Энтальпия газов при этой температуре

Iк1 = 2452 кДж/кг.

3.4 Расчет экономайзера

Энтальпия питательной воды на входе в экономайзер

iхв = 377 кДж/кг.

Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера

iгв = 719 кДж/кг.

Коэффициент сохранения теплоты (найден ранее)

ц = 1,00.

Количество тепла, отданное уходящими газами в экономайзере

Qэк = D (iгв — iхв);

Qэк = 6. 94• (719 — 377) = 2373 кДж.

Энтальпия уходящих газов за экономайзером

Iух = Iк — Qэкр,

Iух = 2452 — 2373/0,77 = 103 кДж/кг.

Температура уходящих газов за экономайзером

tух = 10єС.

4. Окончательный тепловой баланс

После выполнения теплового расчета устанавливается окончательный тепловой баланс, целью которого является определение достигнутой паропроизводительности при заданном расходе топлива и коэффициента полезного действия котла.

Располагаемое тепло

Q = 22 674 кДж/м3.

Расход топлива

В = 0,77 кг/с.

Количество тепла, переданного в топке

Qпт = 10 425 кВт.

Количество тепла, переданное в парообразующем конвективном пучке

Qк = 5210 кВт.

Количество тепла, переданное в экономайзере

Qэк = 2373 кВт.

Полное количество тепла, переданное воде в котле

Q1 = Qпт + Qк + Qэк,

Q1 = 10 425 + 5210 + 2373 = 18 008 кВт.

Энтальпия питательной воды

iп. в = 377 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара

iх = 2695 кДж/кг.

Полная (максимальная) паропроизводительность котла

D = Q1/ (iх — iп. в);

D = 18 008/ (2695 — 377) = 7,77 кг/с.

Коэффициент полезного действия котла

з = 100•Q1/ (ВрQ);

з = 100? 18 008/ (0,77? 22 674) = 100%.

Невязка баланса:

в тепловых единицах

ДQ = QзBp — Q1 (100 — q4) /100;

ДQ = 22 673? 1,00? 0,77 — 18 008? (100 — 0,5) /100 = 65 кДж;

в процентах

дQ = 100? Q/Q,

дQ = 100? 65/22 674 = 0,29% < 0,5%.

Расчет можно считать законченным.

Библиографический список

1. Томский Г. И. Тепловой расчет стационарного котла. Мурманск. 2009. — 51 с.

2. Томский Г. И. Топливо для стационарных паровых и водогрейных котлов. Мурманск. 2007. — 55 с.

3. Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Л.: Энергоатомиздат. 1989. — 280 с.

4. Эстеркин Р. И. Промышленные котельные установки. Л.: Энергоатомиздат. 1985. — 400 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой