Тепловой расчёт парового котельного агрегата ДКВР-10-13

 

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

 

2. Для выбранной температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 3.

.

 

3. Полезное тепловыделение в топке

где - теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/кг

 

где кДж/кг – энтальпия теоретически необходимого горячего воздуха (см. (4.3), (4.4))

.

 

4. Коэффициент тепловой эффективности экранов

,

где: [приложение 1, рисунок 9] – угловой коэффициент

       [2] – коэффициент загрязнения учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева в следствие их загрязнения внешними отложениями или закрытия огнеупорной массой.

.

 

5. Эффективная толщина излучающего слоя

,

где - объем топочной камеры, м³.

       - площадь поверхности стен топки.

,

,

.

 

6. Коэффициент ослабления лучей

,

где - суммарная объемная доля трёхатомных газов (таблица 2);

      - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, (м·МПа)^-1;

      - коэффициент ослабления лучей частицами кокса[2], (м·МПа)^-1;

      - коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы [приложение 1, рис.13], (м·МПа)^-1 ; 

      - средняя массовая концентрация золы.

,

где - парциальное давление трёхатомных газов, МПа (для агрегатов, работающих без наддува [2]).

.

,

где м /кг – полный объем продуктов сгорания (таблица 2);

.

 

7. Суммарная оптическая толщина среды

 

8. Степень черноты  среды заполняющей топку 

Эту величину можно определить графически или по формуле:

 

9. Площадь зеркала  горения (активной части колосниковой решетки),

,

К установке  принимается топка с площадью зеркала горения 

где - удельная нагрузка зеркала горения, принимается в зависимо-сти от конструкции топки [2].

10. Степень черноты топки

.

 

9. Параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки ( )

,

где - относительное положение максимума температуры для слоевых топок при сжигании в тонком слое (топки с пневмомеханическими забрасывателями).

 

10. Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 кг топлива при нормальных условиях

,

где - теоретическая температура горения, определяется из таблицы 3 по значению (см. п.3).

,

.

.

11. Действительная температура на выходе из топки

Составляем  сводную таблицу.

Таблица 5

Теплотехнические  характеристики топочной камеры

 

Наименование величин	Услов. Обоз-начение	Расчётные формулы	Ре-зультаты
Общая площадь ограждающих  поверхностей, м2	Fст	(5.2)	89
Лучевоспринимающая поверхность  нагрева, м2	Hл	(5.3)	37
Предварительная температура  продуктов сгорания, ˚С	Т"Т	(5.6)	1150
Энтальпия продуктов  сгорания на выходе из топки, кДж/кг	I"T	(5.7)	18420
Полезное тепловыделение в топке, кДж/кг	QT	(5.8)	24100
Коэффициент тепловой эффективности экранов	Ψ	(5.10)	0,34
Объем топочной камеры, м3	VT	(5.12)	43
Эффективная толщина  излучающего слоя, м	s	(5.11)	1,739
Коэффициент ослабления лучей, (м·МПа)-1	k	(5.13)	2,17
Суммарная оптическая толщина  среды		(5.16)	0,377
Степень черноты среду заполняющей топку		(5.17)	0,314
Степень черноты топки		(5.19)	0,238
Расчётный коэффициент	М	(5.20)	0,59
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 кг топлива, кДж/кг·К	VCcp	(5.21)	18,89
Теоретическая температура  горения, ˚С	Ta	(5.22)	1451
Действительная температура  на выходе из топки, ˚С		(5.23)	1170

 

 

 

 

 

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.

При расчете  конвективных поверхностей нагрева  используется уравнение теплопередачи  и уравнение теплового баланса.

Уравнение теплопередачи

.

Уравнение теплового баланса

где К — коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м²·К);

 — температурный напор, °С;

В_р — расчетный расход топлива, кг/с;

Н — расчетная поверхность нагрева, м²;

 — коэффициент сохранения  теплоты, учитывающий потери теплоты  от наружного охлаждения;

I', I" — энтальпии продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/кг;

 — количество теплоты, вносимое присасываемым в газоход воздухом, кДж/кг.

Коэффициент теплопередачи (К) является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения.

Из уравнения  теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.

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

Количество  теплоты (Q_б), 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 значении температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.

 

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 6

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.  Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода.

 

4. Определяем тепло, отданное продуктами сгорания (6.2)

,

где - коэффициент сохранения теплоты (4.12);

- энтальпия продуктов сгорания  перед поверхностью нагрева, определяется по таблице.3 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности (5.7);

- энтальпия продуктов сгорания  после рассчитываемой поверхности  нагрева, определяется по таблице  3 при двух предварительно принятых  температурах после конвективной  поверхности нагрева;

- присос воздуха в конвективную  поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из неё (таблица 1);

- энтальпия присосанного в  конвективную поверхность нагрева  воздуха, при температуре воздуха  30˚С (4.4).

для температуры 300˚С после конвективной поверхности  нагрева:

,

 

для температуры  600˚С после конвективной поверхности нагрева:

.

 

5. Определяем расчётную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе

,

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

для температуры 300˚С после конвективной поверхности  нагрева:

для температуры  600˚С после конвективной поверхности нагрева:

.

 

6. Определяем температурный напор

,

где t_к – температура охлаждающей среды (температура кипения воды при давлении в котле [3]).

для температуры 300˚С после конвективной поверхности  нагрева:

,

 

для температуры  600˚С после конвективной поверхности нагрева:

.

 

7. Определяем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева

,

где   В_р – расчётный расход топлива (4.10), кг/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (6.3);

V_Г – объем продуктов сгорания на 1 кг топлива (таблица 2);

- средняя расчётная температура  продуктов сгорания (6.4), ˚С.

для температуры 300˚С после конвективной поверхности  нагрева:

,

 

для температуры  600˚С после конвективной поверхности нагрева:

.

 

8. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева

,

где - коэффициент теплоотдачи (приложение 1,рисунок 10);

- поправка на число рядов  труб по ходу продуктов сгорания (приложение 1, рисунок 10);

- поправка на компоновку пучка  (приложение 1, рисунок 10);

- коэффициент, учитывающий влияние  изменения физических параметров потока (приложение 1, рисунок 10);

для температуры 300˚С после конвективной поверхности  нагрева:

,

 

для температуры  600˚С после конвективной поверхности нагрева:

 

9. Определяем степень черноты газового потока