Тепловой расчёт парового котельного агрегата ДКВР-10-13

,

где - энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 4 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов кДж/кг;

- энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_в=30°С, кДж/кг;

= - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, принимается по таблице 2 в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

- потеря теплоты от механической неполноты горения (для угля q₄ = 5,5 % [2]).

                                                  

                                    (4.3)

,

.

,

 

2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н₂, СН₄. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

[4]

3. Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе, и твердых горючих частиц, не вступивших в процессы газификации и горения. Считается, что твердые горючие частицы представляют собой чистый углерод.

Потеря теплоты  от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха.

[2]

4. Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅) обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности.

,

где - потери тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла [2];

- номинальная нагрузка парового  котла, т/ч;

- расчётная нагрузка парового  котла, т/ч.

 

5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков , возрастают с увеличением . Эти условия учитываются при слоевом, а также при камерном  сжигании многозольных топлив по формуле:

                                (4.7)

где: кДж/кг – энтальпия шлака, при твердом шлакоудалении при ;

      - доля золы топлива в шлаке и провале.                    (4.8)

 

4.2 Расчёт КПД и расхода топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или  водогрейного котла называют отношение  полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия — для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте — нетто.

1) По уравнению обратного  баланса находим КПД брутто

,

2) Из уравнения  прямого теплового баланса находим расход топлива, подаваемого в топку (равному расчетному расходу топлива)

,

 

,

3) Определяем  коэффициент сохранения теплоты

.

 

 

 

Глава 5 Расчёт топочной камеры

 

5.1 Определение геометрических характеристик топки

1. Определение площади ограждающих поверхностей топки

В соответствии с типовой обмуровкой топки котла  ДКВР-10-13, которая показана на рисунке 1, подсчитаем площади ограждающих её поверхностей, включая поворотную камеру. Внутренняя ширина котла равна 2810 мм [2].

 

Рисунок 1. Схема топки котла ДКВР-10 и её основные размеры

 

,

где - расстояние между осями крайних труб данного экрана, м;

- освещенная длина экранных  труб, м.

Боковые стены  ,

Передняя стена  ;

Задняя стена  ;

Две стены поворотной камеры ;

Потолок ;

Под топки и поворотной камеры

;

Общая площадь ограждающих  поверхностей

.

.

 

2. Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева топки

Таблица 6

Основные данные по определению лучевоспринимающей поверхности нагрева [2]

 

Экраны	Освещенная  длина труб экрана l, мм	Расстояние между осями крайних труб экрана b, мм	Площадь стены покрытая экраном, Fпл, м2	Диаметр экранных труб  d, мм	Шаг экранных труб  S, мм	Расстояние от оси трубы до стены е, мм	Относительный шаг экранных труб  S/d	Относительное расстояние от оси трубы до стены e/d	Угловой коэффициент экрана	Лучевоспринимающая поверхность нагрева  Нл, м2
Боковые......... Передние....... Задние........... Первый ряд  котельного пучка...............	4800 2400 4600     2400	2600х2 2470 2470     1900	25 5,95 11,3     4,55	51 51 51     51	130 130 130     110	40 40 40     30	2,55 2,55 2,55     2,17	0,79 0,79 0,79     0,59	0,78 0,78 0,78     0,79	19,5 4,65 8,8     3,6

 

Общую лучевоспринимающую поверхность нагрева топки определяют как сумму отдельных составляющих

.

 

5.2 Расчёт теплообмена в топке

 

1. Полезное тепловыделение в топке

 

Где тепло с  вносимым в топку воздухом определено при значении коэффициента избытка воздуха .

На I- -диаграмме по прямой построенной при значении коэффициента избытка воздуха , при найденном теплосодержании находим температуру горения

2. Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры

 

Для определения  температуры на выходе из топки составляем табл. 7, в которую и помещаем все необходимые величины, включая конструктивные характеристики топки.

 

Таблица 7.

Расчет температур газов на выходе из топки

 

Наименование  величин	Условные обозначения	Расчетные формулы  или обоснования	Расчетные данные	Результаты
Площадь боковых  ограждающих поверхностей топки с одной ее стороны, м2		Рис. 1.		15,21
Объем топочного  пространства, м3			15,21 2,81	43
Общая площадь ограждающих  поверхностей		Рис. 1.	-	89
Эффективная толщина излучающего слоя	S			1,74
Лучевоспринимающая  поверхность нагрева, м2		Табл. 6	-	37
Степень экранирования топки				0,415
Положение максимума температур	Х	рис. 1.		0
Значение коэффициента	m	Табл. 2,4[1]	-	0,52
Суммарная поглощающая способность, трехатомных газов, м ата		Табл.3;	0,2 1,74	0,35
Температура газов на выходе из топки,		Принимаем с  последующим уточнением 1100	-	-
Значение коэффициента ослабления лучей трехатомными газами		Рис. 2.2 [1]	-	2,1
То же, топочной средой				0,42
Сила поглощения запыленным потоком газов		Р=1 ата;		0,73
Степень черноты  несветящейся части пламени				0,52
Степень черноты  факела			0,52(1-0,52)	0,25
Значение условного  коэффициента загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева		-	-	0,6
Продолжение таблицы 7
Наименование  величин	Условные обозначения	Расчетные формулы  или обоснования	Расчетные данные	Результаты
Произведение			0,415 0,6	0,25
Тепловыделение  в топке на 1м2 ограждающих ее поверхностей, ккал/м2ч	-			74516
Постоянные  величины расчетного коэффициента М	А,Б	-	А=0,52 Б=0,3	-
Значение расчетного коэффициента М	М	М=А-БХ	0,52-0,3 0	0,52
Температура дымовых газов на выходе из топки,		Номограмма на рис. 2,5 [1]	-	1150
Теплосодержание дымовых газов на выходе из топки, ккал/кг		Диаграмма прил.1.	-	3900
Тепло, переданное излучением в топке, ккал/кг	Qл		0,415[5503,7-3900]	665,5
Тепловое напряжение топочного объема, ккал/кгч				152727

 

Как видим, температура  газов на выходе из топки оказалась  примерно равной предварительно принятой; не превышает допустимых  норм и  тепловое напряжение объема топочного  пространства, следовательно, расчет теплообмена в топке произведен правильно.

 

 

Глава 6 Расчёт конвективных поверхностей нагрева

 

Конвективные  поверхности нагрева паровых  и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или  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 и пару.

 

6.1 Тепловой расчёт первого газохода

1. По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого  конвективного  газохода:   площадь  поверхности нагрева, шаг труб и рядов (расстояния между осями труб), диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для  прохода  продуктов сгорания. Для данной конструкции котла ширина газохода а=1,6 м, а высота b=2,1 м [2].

 

 

Таблица 8

Конструктивные  характеристики первого газохода [2]

 

Наименование  величин	Условные обозначения	Результаты
Поверхность нагрева, м2	Н	134
Число рядов  труб: вдоль оси котла поперек оси  котла	z1 z2	16 22
Диаметр труб, мм	dн	51х2,5
Расчётные шаги труб в мм. продольный  поперечный	S1 S2	100 110

 

2. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания

.

 

3.  Эффективная толщина излучающего слоя,м

4. Задаемся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из первого газохода =500⁰С и =300⁰С и производим для этих значений температур два параллельных расчета. Все необходимые расчетные операции располагаем в табл.9. Расчет первого газохода производим при . Приращением значения коэффициента избытка воздуха пренебрегаем, т.е.