Расчет котельного агрегата на примере котла ТП-47

 

 

 

 

 

 

t, ºC	Hºв	Hºг	Hºзл	Участки газового тракта и коэффициент  избытка воздуха
				Топка, зона ядра факела, αт =1,2		Верх топки, фестон, ширма, αт=1,2		Пароперегреватель				Экономайзер				Воздухоподогреватель
								1 ст., αпп=1,23		2 ст., αпп=1,26		2 ст., αэк=1,28		1 ст., αэк=1,33		2 ст., αвп=1,31		1 ст., αвп=1,36
				Hг	∆Hг	Hг	∆Hг	Hг	∆Hг	Hг	∆Hг	Hг	∆Hг	Hг	∆Hг	Hг∆	Hг	Hг	∆Hг
100	629,1	757,0	6,8													958,8		990,2
200	1262,6	1533,9	14,3									1901,7		1964,8		1939,6		2002,7
300	1906,0	2331,2	22,2									2887,1		2982,4		2944,3		3039,6
400	2564,6	3151,7	30,3									3900,1		4028,3		3977,0		4105,3
500	3239,0	4018,7	38,6					4802,4		4899,5		4964,3		5126,3		5061,5		5223,4
600	3928,2	4868,7	47,2					5819,4		5937,2		6015,8		6212,2
700	4630,8	5759,9	55,8			6741,8		6880,7		7019,7		7112,3		7343,8
800	5329,4	6669,4	64,6	7799,9		7799,9		7959,8		8119,7
900	6070,2	7598,5	73,8	8886,3		8886,3		9068,4		9250,5
1000	6804,9	8539,6	82,9	9983,5		9983,5		10187,7		10391,8
1100	7547,9	9496,1	92,4	11098,1		11098,1		11324,5		11551,0
1200	8298,3	10417,2	101,6	12178,4		12178,4
1300	9056,2	11451,6	114,7	13377,5		13377,5
1400	9818,3	12432,3	133,3	14529,2		14529,2
1500	10586,2	13431,3	148,2	15696,7
1600	11359,8	14434,3	158,0	16864,3
1700	12134,5	15438,2	173,9	18039,0
1800	12917,7	16457,8	184,1	19225,4
1900	13700,4	17480,9	196,3	20417,3
2000	14489,9	18511,0	211,7	21620,6
2100	15278,1	19541,5	0,0	22597,1
2200	16090,5	20582,9	0,0	23801,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5. Расчет потерь теплоты и коэффициента полезного действия.

Коэффициент полезного действия проектируемого котельного агрегата определяется из обратного баланса:

где q₂ – потери тепла с уходящими газами;

      q₃  - потери тепла от химической неполноты сгорания;                               

      q₄  - потери тепла от механической неполноты сгорания;                           

      q₅  - потери тепла от наружного охлаждения;

      q₆  - потери тепла со шлаком.

Задача  расчета сводится к определению  тепловых потерь для принятого типа парового котла и сжигаемого топлива.

Потеря  теплоты с уходящими газами q₂ зависит от выбранной температуры газов, покидающих паровой котел, и избытка воздуха и определяется по формуле:

,

где – энтальпия уходящих газов, кДж/м³, определяется по температуре уходящих газов (табл. (выше)6.) при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем;

– энтальпия холодного воздуха при расчетной температуре и :

– располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/кг.

При сжигании сильновлажного твердого топлива  учитывается физическая теплота топлива

Физической теплотой можно пренебречь и располагаемая теплота определяется как: .

Линейной  интерполяцией определяем энтальпию  уходящих газов:

Потери от механической неполноты  сгорания q₄=0,5% (A^п<6).

Потери с химическим недожогом  q₃=0%.

Потеря теплоты с уходящими  газами q₂:

Потери от наружного охлаждения через внешние поверхности котла:

Потери теплоты от наружного  охлаждения через внешние поверхности  котла q₅ невелики и с ростом номинальной производительности котла D_ном уменьшаются, что выражается следующей зависимостью:

Расчет потерь с физической теплотой шлаков ведется по формуле:

 

 

где (сt)_шл = 1675,5 кДж/кг – энтальпия шлака при t_шл = 1450 ^oC, а_шл = 1 – а_ун – доля шлакоулавливания в топочной камере.

Таким образом, коэффициент полезного  действия котельного агрегата:

Коэффициент сохранения тепла:

 

j =1 – q₅/(

+ q₅) = 1 – 0,5/(92,328+ 0,5) = 0,994.

 

 

4.6. Определение расхода топлива.

 

     Расход топлива, подаваемого в топочную камеру, можно определить из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды в паровом котле:

     ,                                                                   

 

где – паропроизводительность котла, кг/с;

– расход продувочной воды, кг/с;

, где  = 1% – величина непрерывной продувки котла;

– энтальпия перегретого пара при  и

– энтальпия питательной воды при  и

– энтальпия кипящей воды при в барабане.

 

 

Тогда расход топлива:

      

 

Сгоревшее топливо  называют расчетным расходом топлива  В^Р, его количество будет меньше, чем полный расход топлива на котел В, если есть механический недожог:

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{5.Расчет топочной камеры}

 

Топочная  камера - призматическая, с уравновешенной тягой, в сечении представляет прямоугольник  с размерами в свету 9852´7040 мм. Стены топочной камеры экранированы трубами диаметром 60 мм с толщиной стенки 5 мм, расположенными с шагом 64 мм (сталь 20).

 

Геометрические характеристики топочной камеры:

 

 

 

 

Рис.1 Схема  топочной камеры

 

 

a = 7,040 (м); b = 9,852 (м);   

h^,_т=14,16 (м); h_гор=5,76 (м);   

c=4,085 (м); aш= 1,68 (м);

h_ш = 7,5 (м),  h_т =23 (м)

d=60 (мм),  s=64  (мм);

с^,=1,9 (м); e=0,8d;

 

 

 

 

 

 

Определим площади стен, занятой экранами:

 

 

Угловым коэффициентом  экрана называется отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической  излучающей поверхности.

Угловой коэффициент экрана:

_{Площадь лучевоспринимающих поверхностей:}

 

 

_{Степень экранирования  топки:}

 

 

 

 

 

 

 

5.1. Расчет теплообмена в топке.

Предварительно зададимся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры

Полезное тепловыделение в топке:

Тепло, вносимое  в топку с  воздухом, состоит из теплоты горячего воздуха и небольшой доли теплоты  присосов холодного воздуха извне:

Энтальпию горячего воздуха (при t = 300°С) определяем по таблице :

Энтальпия холодного воздуха (при  t = 30 ^оС):

_{Присосы воздуха  при пылеприготовлении  определяем по нормативным  данным: апл = 0,1}

Тепло, вносимое  в топку с  воздухом:

_{Полезное тепловыделение в топке:}

Коэффициент тепловой эффективности  экранов:

,

где x - коэффициент загрязнения; x=0,45, т. к. топка имеет открытые гладкотрубные настенные экраны;

Для топочных экранов и пода ;

Для пода х=1; x=0,1;

Для выходного окна топки yвых=xвых·β=0,45·0,6=0,27

Для пароперегревателя х =1, y=x·β=0,45·0,8=0,36; y=0,36;

Для горелок х = 0; y=0

Определяем среднее значение коэффициента тепловой эффективности:

Определим эффективную толщину  излучающего слоя:

_,где

Определим тепловое напряжение топочного  объема:

Расчетное значение меньше допустимого(q_v= 185 кВт/м³ ) для камерных топок котлов производительностью 75 – 400 т/ч, работающих на буром угле, поэтому проводить реконструкцию топки не следует, расчет выполняют поверочным методом.

 

    При сжигании твердого топлива коэффициент поглощения лучей зависит от коэффициентов поглощения лучей трехатомными газами, золовыми и коксовыми частицами.

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:

где r_n – объёмная доля трёхатомных газов; р – давление в топочной камере котлоагрегата (0,1 МПа); r_H2O – объёмная доля водяных паров (табл.2.4 Шацких)

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами:

Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами 

Суммарный коэффициент  ослабления лучей:

Суммарная оптическая толщина  среды (критерий Бугера или критерий поглощательной способности):

где p – давление в топочной камере равно 0,1 МПа

0,9775

_{Определим параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластирования топочных газов и других факторов:}

_{Относительный уровень  расположения горелок  по высоте топочной камеры:}

– высота размещения горелок; – расчетная высота заполняющего топку факела от пода топки до середины выходного сечения окна. По чертежу определяем: ; . Тогда

_{Параметр забалластирования  топочных газов:}

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов  сгорания на 1 кг  сжигаемого топлива:

Действительная температура  на выходе из топки:

Расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки не превышает 100 ^оС, поэтому расчёт считаем законченным.

Удельное тепловосприятие топки

 

Среднее тепловое напряжение поверхности  нагрева топки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет ширм

Рис.2 Схема ширмы

dx =32x4  мм.

n_пр=n_шn= -

кол-во  параллельных  труб.

S₁=650  мм,  S₂=35  мм.

, 

 

Расчетная  поверхность  нагрева  ширм:

F_ш=2h_шсn_ш,  h_ш=7,279  м,  с=1,9  м.

F_ш=   м².

   F_вх=(h_ш+с)а=(7,279+1,9)9,852=90,43  м².

 

_{6.1. Распределение тепловосприятия по ступеням пароперегревателя.}

 

     _{Прежде  чем приступать  к расчету поверхностей  нагрева, необходимо  распределить тепловосприятие  между ними. Это  необходимо для  предварительной  оценки параметров  на границах поверхностей.}

     _{Распределение  тепловосприятия  проводится для  известной компоновки  котельного агрегата  и конструкции  его узлов.}

        _{Пароохладители установлены  после ширмового  пароперегревателя  и после первой  ступени конвективного  пароперегревателя.}

_{Расход охлаждающей  среды, кг/с, определим  как:}

 

 

Для впрыска используется собственный  конденсат, определяется при

 и

 и  ,где =313 при =10,3МПа

Hвпр=1304,6 кДж при и .

 при  =540

при МПа

-снижение энтальпии перегретого  пара в пароохладителе

Суммарное снижение энтальпии перегретого  пара в пароохладителях:

, причем

 

Распределяем тепловосприятие  между ступенями пароперегревателя, примерно 40 % на ширмы, и 40 и 20 % на первую и вторую ступень конвективного  пароперегревателя соответственно:

Гидравлические сопротивления  и приращения энтальпии рабочей  среды по поверхностям нагрева котла:

 

 

Ступень пароперегревателя	сопротивление		Приращение энтальпии
	МПа	%	кДж/кг	%
Ширма	0,2	40	337	40,58
I ступень	0,2	40	279,85	33,7
II ступень	0,1	20	213,58	25,72