Расчет котельного агрегата на примере котла ТП-47

По таблице  определим температуру продуктов сгорания после второй ступени пароперегревателя

5) Ступень  прямоточная, так как во второй  ступени пароперегревателя имеет  место большое температурное  напряжение стенок труб (прямоточная  схема обеспечивает более щадящий  режим для металла труб).

Определим температурный  напор:

                                                           

Рис. 6. Температурный напор для конвективного пароперегревателя

 

6) Скорость  дымовых газов:

где - средняя расчетная температура продуктов сгорания:

;

7) Коэффициент  теплоотдачи конвекцией от продуктов  сгорания к поверхности нагрева:

- коэффициент теплоотдачи при  поперечном омывании коридорного  пучка,  ;

- поправка на число рядов  труб по ходу продуктов сгорания, ;

- поправка на компоновку пучка,  ;

- поправка, учитывающая влияние  физических параметров потока, ;

;

8) Скорость  пара в змеевиках:

средний удельный объем пара при:

- средняя температура пара;

- среднее давление пара;

;

_{9) Тепло, отданное  продуктами сгорания:}

 

10) Определим коэффициент теплоотдачи от стенки к пару:

,

      a_н, С_d  – по справочной литературе

 

11) Коэффициент теплоотдачи излучением:

- степень черноты газового  потока;

0,0043 для пароперегревателя при сжигании жидких топлив;

Примем  площадь поверхности  нагрева:

Определим среднюю температуру  стенки пароперегревателя II ступени:

 

Определим коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

 

Определим коэффициент ослабления золовыми частицами:

Оптимальная толщина излучающего  слоя:

Определим коэффициент излучения:

Определяем теплоотдачу излучением: a_л=ε ×a_н= 0,086 ×185 = 15,95

      a_н – по справочной литературе при температуре стенки 575,3 ⁰С

 

12) Определим коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

a₁=ξ(a_к+a_л)=1(65,15+24,35)=89,5

 

13) Определим коэффициент теплопередачи  для коридорного пучка:

=56,04 Вт/(м²∙К)

 

14) Из уравнения теплопередачи  находим площадь теплообмена:

 

 

 

 

 

15) Длина  змеевика пароперегревателя:

16) Число  петель:

17) Примем z_пет= 5 и уточним длину змеевика:

l_зм=z_пет*2h = 5*(6,36+4,35) = 53,55 м

Уточняем  площадь теплообмена:

H = 53,55*122*3,14*0,04 = 820,55 м²

Уточняем  тепловосприятие :

 кДж/кг.

Ошибка  не превышает 5%, следовательно, расчет верен.

 

8.4. Тепловой расчет I ступени конвективного пароперегревателя по ходу пара (II по ходу газов)

 
           Рис.7. Схема I ступени конвективного пароперегревателя

 

1. Площадь живого сечения для прохода дымовых газов:

-на  входе:

– на выходе:

– среднее:

 

2) Площадь  живого сечения для прохода  пара:

                                                      

3) Определим эффективную толщину  излучения:

 

4) Параметры пара:

– на входе в ступень:

– на выходе из ступени:

- энтальпия продуктов сгорания  на входе;

По таблице  определим температуру продуктов  сгорания после пароперегревателя

 

5) Определим  температурный напор:

                                                           

Рис. 8. Температурный напор для конвективного пароперегревателя

6) Скорость  дымовых газов:

где - средняя расчетная температура продуктов сгорания:

;

7) Коэффициент  теплоотдачи конвекцией от продуктов  сгорания к поверхности нагрева:

- коэффициент теплоотдачи при  поперечном омывании коридорного  пучка,  ;

- поправка на число рядов  труб по ходу продуктов сгорания, ;

- поправка на компоновку пучка,  ;

- поправка, учитывающая влияние  физических параметров потока, ;

;

8) Скорость  пара в змеевиках:

средний удельный объем пара при:

- средняя температура пара;

- среднее давление пара;

;

9) Определим коэффициент теплоотдачи от стенки к пару:

,

      a_н, С_d  – по справочной литературе

 

_{10) Тепло, отданное  продуктами сгорания:}

 

 

11) Коэффициент теплоотдачи излучением:

- степень черноты газового  потока;

Примем площадь поверхности  нагрева:

Определим среднюю температуру  стенки пароперегревателя I ступени:

 

Определим коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

 

Определим коэффициент ослабления золовыми частицами:

Оптимальная толщина излучающего  слоя:

Определим коэффициент излучения: 

Определяем коэффициент теплоотдачи  излучением:

 a_л=ε ×a_н= 0,149 ×127= 18,9

a_н – по справочной литературе при температуре стенки 482,8 ⁰С

12) Определим коэффициент теплоотдачи  от газов к стенке:

a₁=ξ(a_к+a_л)=1(66,33+27,35)=93,68

 

13) Определим коэффициент теплопередачи  для коридорного пучка:

= 59,06 Вт/(м²∙К)

 

14) Из уравнения теплопередачи  находим площадь теплообмена:

 

 

 

 

 

15) Длина  змеевика пароперегревателя:

16) Число  петель:

17) Примем z_пет= 12 и уточним длину змеевика:

l_зм=z_пет*2h = 12*(3,81+4,81) = 103,44 м

Уточняем  площадь теплообмена:

H =103,44 *93*3,14*0,04 = 1268,7 м²

Уточняем  тепловосприятие :

 кДж/кг.

Ошибка  не превышает 5%, следовательно, расчет верен.

 

 

 

 

 

 

9. Тепловой баланс котла

   Количество теплоты, воспринятой в экономайзере:

                                [2]

          

 Расход воды через экономайзер:

Энтальпия питательной  воды h = 639 кДж/кг.

Определим энтальпию  на выходе из экономайзера:

Тепло  необходимое  для  подогрева  воздуха  в  воздухоподогревателе  от  30  до  300^оС:

- энтальпия   воздуха  при  30  ^оС  H^о_хв=188,3 кДж/кг

- энтальпия   воздуха  при  300  ^оС  H^о_гв= 1906 кДж/кг

Температура уходящих  газов  υ_ух= 140 ^оС, энтальпия  уходящих  газов  H_ух=1395,2  кДж/кг.

 

1.  По ходу газов рассчитаем энтальпию дымовых газов и воды в первойступени экономайзера: Q=713,46 (33%) кДж/кг

  Газ: H'=5457,7 кДж/кг

          H''= =

         Температура дымовых газов на выходе из первой ступени экономайзера:

υ =479,3 °C.

 

Вода: h''=970 кДж/кг (t = 225,2°С)

 h'=   кДж/кг

Температуру воды на входе определяем по таблицам  и она равна 201,1 °С.

2. Первая ступень воздухоподогревателя: Q=691,37 (35%) кДж/кг

Газ:  H'=4743,7 кДж/кг

        H''= = ,

         где =899,1 при

         Температура дымовых газов на выходе из первой ступени воздухоподогревателя: υ = 408,5 °C.

                                                                                  [2]

        _;    

       

Воздух:   кДж/кг

     Температуру воздуха на входе во вторую ступень в/п определим по табл.5: t = 213°C

3. Вторая ступень экономайзера по ходу газов: Q = 1448,54 (67%) кДж/кг

Газ:  H'=4075,12 кДж/кг,

        H''= =

          Температура дымовых газов на выходе из второй ступени экономайзера:          υ=263,9 °C

Вода:     h' = 639 кДж/кг,

      h'' = кДж/кг.

Температура воды на выходе по таблицам водяного пара  равна 201,1 °С, на входе – 150 °С

4. Вторая ступень воздухоподогревателя:  Q=1283,98 (65%) кДж/кг

Газ:  H'=2621,6 кДж/кг,

         H''= =

где =475,75 при

Температура дымовых газов на выходе из первой ступени воздухоподогревателя υ = 135 °C отличается от заданной на 5 °C, что допустимо, пересчёт не требуется.

Воздух:  

      кДж/кг

 Температура  воздуха на входе в первую  ступень в/п t = 30°C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Расчёт второй ступени водяного экономайзера

 

Водяной экономайзер  изготовлен из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3,5 мм (сталь 20).

Температура  дымовых  газов: υ' = 553,8 ^oC,  υ'' = 479,3 ^оС.

Температура  воды: t'= 201,1 ^oC,  t''=225,2 ^оС.

Температурный напор для противоточной схемы:

 

Рис. 9. Температурный напор для II ступени экономайзера

Конструктивные характеристики экономайзера

 

Рис.10. Схема II ступени водяного экономайзера

Схема противоточная с шахматным расположением труб. Принимаем стальной змеевиковый экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков.

S₁ = 80 мм – поперечный шаг,

S₂ = 64 мм  - продольный шаг,

где d_н = 32 мм – наружный диаметр,

d = 3,5 мм – толщина стенки трубы.

z₁=

Примем  z₁ =45

а и b – размеры газохода, соответственно 9,852 м и 3,7 м.

1) Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

2) Действительная скорость продуктов сгорания:

 

 

где

3) Число параллельно включенных труб:

где  z_p – число рядов труб, выходящих из одного коллектора при шахматной компоновке, z _p=2; z _c=2 – число потоков воды.

4) Скорость воды:

где D – расход среды с учётом продувки;

       ν – средний  удельный объём воды при  и давлении 11,25 МПа;

      

5) Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности при поперечном омывании шахматных пучков: