Курсовая работа: Поверочный тепловой расчет топки парового котла

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Поверочный тепловой расчет топки парового котла»

Вариант № 29

Задание

Произвести поверочный тепловой расчет отдельных поверхностей нагрева и свести тепловой баланс котла ТП-230:

Характеристика котла ТП-230

1. Номинальная паропроизводительность D_ном =229 т/ч= 63,6 кг/с;

2. Температура перегретого пара t_пп =509°С;

3. Давление перегретого пара р_пп =12,6 МПа;

4. Давление в барабане котла р_бар =13,6 МПа;

5. Температура питательной воды t_пв =219°С;

6. Давление питательной воды р_пв =11,5 МПа;

7. Вид топлива: бурый уголь, месторождение Анадырское, марка-3Б, класс-Р;

8. Топка имеет металлическую наружную обшивку.

1. Описание конструкции котла

По характеру движения рабочей среды парогенератор ТП-230 относится к агрегатам с естественной циркуляцией. Рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, состоящему из обогреваемых и не обогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами - коллекторами и барабанами. В обогреваемой части контура вода частично испаряется, образовавшийся пар отделяется от воды в барабанах и, пройдя через пароперегреватель, подается на турбину. Испарившаяся часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан.

Парогенератор ТП-230 выполнен по П-образной схеме. В одной его вертикальной шахте расположена топочная камера, в другой экономайзер и воздухоподогреватель, вверху в поворотном горизонтальном газоходе размещается конвективный пароперегреватель.

Характерной особенностью парогенераторов этой серии является наличие двух барабанов, соединенных по пару и воде между собой пароперепускными трубами. Начальная стадия отделения пара от воды происходит в основном в разделительном барабане меньшего диаметра. Последующее осушение пара происходит в основном барабане большего диаметра. Водоопускные трубы включены в основной барабан около его нижней образующей.

Размещение над топочной камерой двух барабанов хорошо компонуется с конструкцией топочных экранов. Сверху топка ограничивается потолочными трубами, которые являются продолжением труб фронтального экрана и включаются верхними концами непосредственно в разделительный барабан.

Дымовые газы выходят из топочной камеры через разведенные (фестонированные) в 4 ряда трубы заднего экрана, также включенные верхними концами в разделительный барабан.

Подъемные трубы работают друг с другом параллельно, однако их конфигурация, длина, освещенность факелом различна. Для обеспечения надежной циркуляции их группируют в отдельные контуры. В контур циркуляции включают подъемные трубы, идентичные по своему гидравлическому сопротивлению и тепловой нагрузке. Каждый отдельный контур имеет свои опускные трубы. В котле ТП-230 16 контуров циркуляции: по 3 контура на боковых экранах и по 5 на фронтовом и заднем экранах.

Пароперегреватель чисто конвективного типа. Регулирование температуры перегретого пара производится двумя пароохладителями поверхностного типа. Охлаждение и частичная конденсация пара осуществляется за счет нагрева части питательной воды, отводимой с этой целью из питательной линии в пароохладитель.

Двухступенчатый экономайзер, служащий для подогрева питательной воды уходящими газами, состоит из отдельных пакетов змеевиков.

Трубчатый воздухоподогреватель, предназначенный для нагрева дутьевого воздуха, транспортирующего угольную пыль при сжигании твёрдого топлива и подаваемого в зону горения топлива, состоит из двух ступеней, между которыми размещается нижняя часть (ступень) экономайзера.

2. Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов и концентраций золовых частиц в газоходах котла. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива

2.1 Расчетные характеристики топлива

По табл. I [2], определяем состав рабочей массы топлива, %:

− влажность W^P =22,0;

− зольность A^P =13,3;

− сера +=0,6;

− углерод C^P =47,9;

− водород H^P =3,7;

− азот N^Р =0,7;

− кислород O^P =11,8.

Низшая теплота сгорания =17,92 МДж/кг.

Приведенные характеристики, %∙кг/МДж:

− влажность W^П =5,14;

− зольность А^П =3,10.

Коэффициент размолоспособностиК_ло =1,0.

Выход летучих на горючую массу =47,0 %.

Температура начала размягчения золы t₂ =1460°С; начала жидкоплавкого состояния золы t₃ =1500 °С.

2.2 Теоретический объем воздуха

Теоретический объем воздуха , м³ возд/кг, необходимый для сжигания 1 кг топлива при a=1 и нормальных физических условиях (t=0 °С, р=101325 Па), определяем по формуле (2.1) [2]:

м³ /кг.

2.3 Теоретические объемы продуктов сгорания

Теоретические объемы продуктов сгорания, получаемые при полном сжигании 1кг топлива с теоретическим количеством воздуха, м³ /кг, определяем по формулам (2,2)¸(2,5) [2]:

2.4 Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерной топки с твердым удалением шлака принимаем по таблице, 1.7 [2], a_т =1,2.

Присосы воздуха в газоходах котла (на выходе из газохода) принимаем по табл. табл. 1.8 [2]:

− присосы воздуха в топку;

− присосы воздуха в фестон;

− присосы воздуха в пароперегреватель I ст. ;

− присосы воздуха в пароперегреватель II ст. ;

− присосы воздуха в экономайзер II ст. ;

− присосы воздуха в воздухоподогреватель II ст. ;

− присосы воздуха в экономайзер I ст. ;

− присосы воздуха в воздухоподогреватель I ст. ;

− присосы воздуха в систему пылеприготовления.

2.5 Объемы продуктов сгорания

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц по газоходам котла представлены в табл. 2.1

Таблица 2.1

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц

Величина и расчетная формула	Газоход
	топка,фес- тон	п/п I ст.	п/п II ст.	эк. II ст.	вп. II ст.	эк. I ст.	вп. I ст.
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева a¢¢=aт+ ΣΔai	1,2	1,215	1,23	1,25	1,28	1,3	1,33
2.Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева aср=(a¢+a¢¢)/2	1,2	(1,2+ +1,215)/2= 1,2075	(1,215+ +1,23)/2= =1,2225	(1,23+ +1,25)/2= =1,24	(1,25+ +1,28)/2= =1,265	(1,28+ +1,3)/2= =1,29	(1,3+ +1,33)/2= =1,315
3.Объём водяных паров, м3/кг = + +0,0161(aср-1)∙	0,778	0,778	0,779	0,781	0,783	0,785	0,787
4.Полный объём газов, м3/кг VГ= + +1,0161(aср-1)∙	6,500	6,537	6,612	6,698	6,822	6,945	7,069
Величина и расчетная формула	Газоход
	топка,фес- тон	п/п I ст.	п/п II ст.	эк. II ст.	вп. II ст.	эк. I ст.	вп. I ст.
5. Объёмная доля водяных паров =/VГ	0,120	0,119	0,118	0,117	0,115	0,113	0,111
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП= +	0,258	0,257	0,254	0,251	0,247	0,243	0,239
7. Масса дымовых газов при сжигании твёрдого и жидкого топлива Gг=1-0,01AP + +1,306∙aср∙ , кг/кг При сжигании газа: Gг=+(dГ/1000)+ +1,306 ∙aср ∙, кг/м3	8,493	8,540	8,636	8,747	8,906	9,065	9,357
8. Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг µзл= APaун/(100∙Gг), где aун– доля уноса золы из топки (см. табл. 4.6[2]), aун= 0,95.	0,0149	0,0148	0,0146	0,0144	0,0142	0,0139	0,0135

2.6 Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания

Таблица 2.2 Энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг ( H - - таблица)

Поверхность нагрева	",°С			НГВ=(a− − 1)·	НГ=+ +(a−1)·+ +Нзл	Нзл
Топочнаякамера, фестон=1,2	2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800	20852 18755 16679 14613 12592 10628 8682 6781	16554 14919 13294 11693 10102 8535 6997 5494	3310,8 2983,8 2658,8 2338,6 2020,4 1707,0 1399,4 1098,8	24162,8 22056,2 19614,0 17188,6 14812,4 12487,4 10205,7 7976,7	317,4 276,2 237,0 200,0 152,4 124,3 96,9
Пароперегреватель I ст. =1,215	1000 800	8682 6781	6997 5494	1504,4 1181,2	10310,7 8059,1	124,3 96,9
Пароперегреватель II ст. =1,23	1000 800 600 400	8682 6781 4954 3210	6997 5494 4039 2637	1609,3 1263,6 929,0 606,5	10415,6 8141,5 5953,8 5606,0	124,3 96,9 70,8 45,5
Экономайзер II ст. =1,25	800 600 400 200	6781 4954 3210 1560	5494 4039 2637 1299	1373,5 1009,8 659,3 324,8	8251,4 6034,6 3914,8 3890,7	96,9 70,8 45,5 21,4
Воздухоподогреватель II ст. =1,28	600 400 200	4954 3210 1560	4039 2637 1299	1130,9 738,4 363,7	6155,7 3993,9 1945,1	70,8 45,5 21,4
Экономайзер I ст. =1,3	600 400 200 100	4954 3210 1560 770	4039 2637 1299 646	1211,7 791,1 389,7 193,8	6236,5 4046,6 1971,1 974,0	70,8 45,5 21,4 10,2
Воздухоподогреватель I ст. =1,33	400 200 100	3210 1560 770	2637 1299 646	870,2 428,7 213,5	4125,7 2010,1 993,4	45,5 21,4 10,2

Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания и , определяем потабл. п. 4.2 [2]. Энтальпию продуктов сгорания Н_Г , кДж/кг, при коэффициенте избытка воздуха a> 1 определяем по формуле (2.18) [2].

Примечание. Энтальпии дымовых газов и воздуха и(без учёта энтальпии золы) при a=1 и влагосодержании воздуха 10 г/кг представлены в табл. П 4.2 [2].

Энтальпию золы Н_зл , кДж/кг, определяем по формуле (4-24) [1].

где (c)_зл − энтальпия 1 кг золы, кДж/кг, определяется по табл. XIV [1].

Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания при действительных избытках воздуха в газоходах приведены в таблице 2.2 настоящего расчета.

3. Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива

3.1 Тепловой баланс котельного агрегата

Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива.

Располагаемую теплоту 1 кг сжигаемого топлива , кДж/кг, определяем по формуле (3.4) [2]

где − низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, МДж/кг;

− физическая теплота топлива, кДж/кг, учитывается для жидких и сильновлажных твердых топлив, когда W^Р >1,6. Для Анадырского угля марки 3Б принимаем =0;

Q_внш − теплота, подводимая к воздуху от внешнего источника, кДж/кг, Q_внш = 0;

Q_пф − теплота, вносимая в топку при распылении мазута паром, кДж/кг, Q_пф = 0;

Q_к − теплота, поглощаемая при сжигании сланцев, кДж/кг, Q_к =0.

3.2 Потери теплоты от химического и механического недожога

Потери теплоты от химического и механического недожога топлива q₃ и q₄ определяются по табл. 4.6 [2]. Принимаем для твердого топлива q₃ = 0, q₄ = 1 %.

3.3 Потеря теплоты с уходящими газами

Потерю теплоты с уходящими газами q₂ , %, определяем по (3.2) [2].

где – коэффициент избытка воздуха за воздухоподогревателем;

− энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха a_ух и температуре уходящих газов t_ух ;

− энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха на входе в воздушный тракт (перед калорифером или вентилятором), кДж/кг. Принимаем t_хв = 60°С;

− потери теплоты с механическим недожогом топлива, %.

По табл. 1.4 [2] принимаем t_yx =160 °С.

Энтальпию уходящих газов при t_yx =160 °C определяем по табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции.

.

Энтальпию холодного воздуха определяем по формуле (3.3) [2]:

где t_хв =60°С − температура холодного воздуха, принимается по [1], стр. 29; табл. 1.5 [2]:

3.4 Потеря теплоты от наружного охлаждения

Потеря теплоты q₅ от наружного охлаждения через внешние поверхности котла при номинальной производительности котла D_ном = 229 т/ч =63,6 кг/с определяем по формуле (3.11) [2]:

3.5 Потеря с теплом шлаков

Потеря с физической теплотой удаляемых шлаков q₆ при камерном сжигании с твёрдым шлакоудалением учитывается только для многозольных топлив, когда А^Р >2,5, в соответствии с п. (3.1) [2] Принимаем q₆ =0.

3.6 Коэффициент полезного действия котла

Коэффициент полезного действия котла определяем по формуле (3.1) [2]:

η_к =100-(6,03+0+1+0,54+0)=92,44 %.

3.7 Расход топлива

Расход топлива B, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового котла определяем по формуле (3.14) [2]:

где D_пе = D_ном – расчетная паропроизводительность котла, кг/с;

– энтальпия соответственно перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг;

– расход вторично перегреваемого пара, кг/с, (D_вт =0);

– энтальпия вторично перегреваемого пара соответственно на входе и на выходе из пароперегревателя, кДж/кг;

расход продувочной воды из барабанного парового котла, кг/с

Расход продувочной воды из барабана котла определяем по формуле (3.15) [2]:

где р = 3% – непрерывная продувка котла, принимается в соответствии с п. 4.8.27 ПТЭ.

При давлении перегретого пара р_пп =12,6 МПа и t_пп =509°С по табл. XXV [1] определяем h_пп =3392,35кДж/кг.

При давлении питательной воды р_п.в. =11,5 МПа и t_п.в. =219°С по табл. XXIV [1] определяем h_п.в. =941,93 кДж/кг.

При давлении в барабане котла р_бар =13,6 МПа, t_н =334,34°С, по табл. XXIII [1] определяем h_кип =1556,9 кДж/кг.

Рассчитываем расход топлива:

Расчетный расход топлива с учетом механического недожога определяем по формуле (3.16) [2]:

Коэффициент сохранения теплоты рассчитываем по формуле (4.24) [2]:

4. Расчет теплообмена в топке

4.1 Геометрические характеристики топки

Геометрические характеристики топки определяем по чертежу котла ТП-230, учитывая рекомендации, изложенные в § 4.1 [2].

При расчёте теплообмена в топочной камере её объём , м³ , определяется по чертежам котла. Границами объёма являются осевые плоскости экранных труб или обращённые в топку поверхности защитного огнеупорного слоя; в местах, не защищённых экранами – стены топочной камеры. В выходном сечении камеры её объём ограничивается плоскостью, проходящей через оси первого ряда труб ширм, фестона или котельного пучка. Нижней границей объёма топки является под. При наличии холодной воронки за нижнюю границу объёма топки условно принимается горизонтальная плоскость, отделяющая её нижнюю половину (см. рис. 6.1 [1]).

1) Площади поверхностей стен:

где площадь соответственно задней, фронтовой и боковой стены, м² ;

площадь фестона (плоскость проходящая через оси первого ряда труб фестона), м² ;

м² ширина топочной камеры;

м² глубина топочной камеры.

Полная поверхность стен:

Поверхность стен, занятая горелками:

где м – диаметр выходной амбразуры горелки.

Поверхность стен, занятая экранами:

2) Объем топочной камеры:

3) Лучевоспринимающую поверхность стен определяем по формуле (6-06а) [1]:

где – площадь i-ой стены, занятая экраном, м² ;

– угловой коэффициент i-го экрана (см. номограмму 1 [1]).

Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции (см. п. 6-06 [1]).

Для фестона =1. Для настенных топочных экранов угловой коэффициент можно рассчитать по формуле (4.31) [2]. Диаметр и шаг труб всех экранов одинаковы. Поэтому лучевоспринимающая поверхность экранов вычисляется совместно по одному значению углового коэффициента . Диаметр экранных труб d= 76 мм, шаг труб S= 95 мм, S/d= 1,25. Относительное расстояние от труб до стены /d= 57,5/76 » 0,8.

= 1- 0,2(S/d- 1) = 1- 0,2(95/76 - 1) = 0,95,

где S/d – относительный шаг труб настенного экрана;

3) Определяем степень экранирования топки:

4) Эффективная толщина излучающего слоя топки рассчитывается по формуле (6-07) [1]:

где – объём топочной камеры, м³ ; F_ст − полная поверхностьстен топки, м² .

5) Расчетное тепловое напряжение топочного объема определяем по формуле (4.8) [2]:

Допустимое тепловое напряжение топочного объема определяем по табл. XVIII [1]: =180 кВт/м³ . нормативное требование выполняется.

4.2. Коэффициент теплового излучения топочной камеры

Коэффициент теплового излучения топочной камеры x_т введен вместо применявшейся ранее степени черноты топки e_т . Он является радиационной характеристикой излучающего тела и зависит только от его физических свойств и температуры.

Поглощательная способность (степень черноты) e_т характеризует степень поглощения падающего излучения и дополнительно зависит от спектра этого излучения. Для серых и черных тел эти два коэффициента x_т и e_т численно равны. Для определения температуры газов на выходе из топки рассчитывают коэффициент теплового излучения топки x_т .x_т определяется коэффициентом излучения газового факела x_ф , заполняющего топочный объем, и тепловой эффективностью экранных поверхностей y_ср . x_т рассчитывается по формуле (4.36)[2]:

где – коэффициент излучения газового факела;

– коэффициент тепловой эффективности экранных поверхностей.

Коэффициент излучения газового факела x_ф зависит от температуры газов на выходе из топки (от абсолютной температуры газов на выходе из топки). При выполнении расчётов сначала задаются по табл. 4.7 [2] (см. стр. 38, 39 [2]), а затем рассчитывают её значение. Принятое и расчётное значение не должны отличаться более чем на 100 °С.

1) Коэффициент излучения газового факела при сжигании твердых топлив определяем по формуле (4.37) [2]:

где – оптическая толщина поглощения топочной среды;

– коэффициент ослабления (поглощения) лучей топочной средой, 1/(м ∙МПа);

– давление газов в топочной камере, МПа, для топок, работающих под разрежением и с наддувом не более 5 кПа, принимают

р= 0,1МПа;

S – эффективная толщина излучающего слоя, м. (S= 6,62 м).

Коэффициент k 1/(м∙МПа), ослабления лучей топочной средой определяем по формуле (4.39) [2]:

где – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м∙МПа);

– коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, 1/(м∙МПа);

− коэффициент ослабления лучей горящими коксовыми частицами, по рекомендациям, изложенным в [2] стр. 43, принимаем =0,5 1/(м∙МПа).

По формуле (4.40) [2] определяем коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

где – абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

– объемная доля трехатомных газов, принимается по табл. 2.1 настоящего расчета.

По рекомендациям [2] табл. 4.7 принимаем температуру газов на выходе из топки =1100°С.

По формуле (4.41) [2] определяем коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы:

где – плотность дымовых газов при атмосферном давлении, г/м³ , принимаем r_г = 1300 г/м³ (1,3 кг/м³ );

– эффективный диаметр золовых частиц, мкм (d_зл определяется по рекомендациям, изложенным в [2], см. стр. 43). Для ММ принимаемd_зл = 16 мкм.

– концентрация золовых частиц в потоке газов, кг/кг. Принимается из табл. 2.1 настоящего расчета.

.

Коэффициент ослабления лучей топочной средой

Коэффициент излучения факела (степень черноты факела) определяется по формуле (4.37) [2] (см. номограмму 2 [2]):

2) Тепловосприятие в топке оценивается средним коэффициентом тепловой эффективности экранов y_ср. y_ср определяют по формуле (4.32) [2]:

где – коэффициент тепловой эффективности i-го участка экрана;

F₁ , F₂ , F₃ , F₄ , F₅ , F₆ – поверхность i-го участка экрана (поверхности соответственно задней, фронтовой, 1-ой боковой, 2-ой боковой стены, амбразур горелок и фестона).

– условный коэффициент загрязнения поверхности, принимается по табл. 4.8 [2], x = 0,5; для газа x = 0,65;

– угловой коэффициент экрана, х = 0,95, рассчитывается по формуле (4.31) [2]. (см. п. 4.1 настоящего расчёта).

Коэффициент теплового излучения топки равен

4.3 Расчет температуры газов на выходе из топки

Адиабатическая температура горения , °С, определяется по полезному тепловыделению в топке , кДж/кг, при избытке воздуха в топке a_т =1,2.

1) Полезное тепловыделение в топке (для расчета и V∙c_ср ) складывается из располагаемой теплоты топлива за вычетом топочных потерь и теплоты внешнего подогрева топлива и воздуха, парового дутья и теплоты рециркулирующих газов. Q_т рассчитывается по формуле (4.17) [2]:

где – располагаемое тепло топлива, кДж/кг;

, , – потери тепла от химической и физической неполноты сгорания топлива и с теплом шлака;

– тепло вносимое в топку паровым дутьём, кДж/кг, ();

– теплота, вносимая воздухом в топку, кДж/кг, определяется по (4.18) [2];

– теплота рециркулирующих газов, кДж/кг, (= 0).

где – энтальпия соответственно горячего воздуха и присосов холодного воздуха извне.

По рекомендациям, изложенным в [2] табл.1.6 принимаем t_г.в =350 °С. Энтальпию горячего воздуха определяем по данным табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции:

Полезное тепловыделение в топке:

2) Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания кДж/(кг∙^○ С) определяем по формуле (7.7) [2]. Предварительно принимаем температуру газов на выходе из топки =1100°С (табл. 4.7. [2]).

Для твердых топлив температура газов на выходе из топки выбирается из условия предупреждения шлакования последующих поверхностей нагрева (см. табл. 4.7. [2]). Кроме того, для топок с твердым шлакоудалением должны быть сгранулированы расплавленные микрокапли шлака до встречи их с трубами на выходе из топки. Для этого температура топочных газов на выходе из топки должна быть ниже температуры t₂ начала размягчения золы (табл. II [1]. Для Анадырского бурого угля марки 3Бt₂ = 1460 °С.

где – адиабатическая температура горения, °С, соответствует условию, когда все полезное тепловыделение воспринимается продуктами сгорания (при отсутствии теплопотерь топки), определяется по данным табл. 2.2 настоящего расчета по известному значению Q_т . Принимая H_г = Q_т =19962,2кДж/кг, получаем

– энтальпия продуктов сгорания при (определяется по табл. 2.2 настоящего расчета)

3) Коэффициент М расположения горелок определяем по формуле (4.26) [2] (коэффициент М учитывает относительное положение ядра факела по высоте топки, что влияет на ; М зависит от вида топлива и способа его сжигания см. стр. 39, 40 [2]).

При камерном сжигании твердых топлив, М=0,56 – 0,5∙Х_т ,

где Х_т – коэффициент, характеризующий относительную высоту положения зоны максимума температур в топке, определяется по формуле (4.28) [2]:

где – высота размещения горелок, h_гор =3,5 м;

– расчетная высота заполняющего топку факела (от нижней части топки до середины выходного газового окна (см. рис. 4.2 [2]);

–поправка, при D_ном ≤ 110 кг/с принимаем Dх = 0,1;

Максимальное значение М не превышает 0,5.

4) Действительная температура газов на выходе из топки , °С, определяется по формуле (7.6) [2]:

где – абсолютная адиабатическая температура горения,

– средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

– полная поверхность стен, включая площадь горелок; м² ;

– коэффициент теплового излучения топки;

– коэффициент сохранения теплоты, j =1− [q₅ /(h_к +q₅ )] = 0,99;

– расчетный расход топлива (с учётом механического недожога), кг/с.

Полученное значение =1142^○ С сравниваем с предварительно принятым значением =1100 °С. Расхождение не превышает + 100 °С. Нормативное требование выполняется (стр. 157 [2]).

Принимаем температуру газов на выходе из топки =1142°С.

Рассчитываем энтальпию газов на выходе из топки:

6) Количество тепла воспринятого в топке:

Здесь коэффициент сохранения теплоты (см. п. 3.7 настоящего расчёта);

полезное тепловыделение в топке (см. п. 4.3 настоящего расчёта).

7) Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:

Расчетное тепловое напряжение топочного объема (подсчитано ранее, см. п. 4.1 настоящего расчёта):

5. Расчет фестона

5.1 Общие сведения

Поверочный тепловой расчёт фестона сводится к определению количества тепла, воспринимаемого фестоном. Количество теплоты, воспринимаемое фестоном, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает 5%, то расчёт считается выполненным.

Конструктивно фестон состоит из труб заднего экрана, но размещенных с увеличенным поперечным S₁ =200÷300 мм и продольным S₂ =250÷400 мм шагами. При этом трубы фестона разводятся в несколько рядов Z₂ . Иногда фестон выполняется из труб большего диаметра (около 100 мм), расположенных в один ряд (S₁ =400÷800 мм).

Из расчета топки для предыдущей поверхности нагрева известными являются температура и энтальпия газов перед фестоном. Температура газов за фестоном принимается с последующей проверкой и уточнением ее. Кроме этого, она должна быть увязана с условиями обеспечения надежной работы пароперегревателя. Согласно [2] охлаждение дымовых газов в фестоне можно предварительно принять для однорядных фестонов (z₂ =1) 7–10^○ С, для двухрядных – 15–20 ^○ С, для трехрядных фестонов – 30–40 ^○ С и для четырехрядных – 50–60 ^○ С (меньшее значение для влажного топлива, большее – для сухого). Количество рядов по ходу газов в фестоне Z₂ принимается из чертежа котла.

Температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла, температурный напор определяется по формуле:

где = 0,5() – средняя температура газов в фестоне, ^○ С; t_н − температура кипения при давлении в барабане.

Средняя скорость газов в фестоне, величина, которая необходима для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяется из выражения (6.7) [2]. Объем газов на единицу топлива V_г определяется по избытку воздуха на выходе из топки.

Площадь живого сечения для прохода газов определяется из чертежа с использованием рис. 5.1.

где ℓ_ф – высота газового окна, где размещен фестон, м; а – ширина котла по фронту, м; d– диаметр труб (определяется из чертежа); Z₁ − число труб в одном ряду.

Если расстояние от крайней трубы фестона равно поперечному шагу S₁ , то

Z₁ = а/S₁ − 1.

Если указанное расстояние равно S₁ /2, то

Z₁ = а/S₁ .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании определяется в зависимости от формы пучка (коридорный или шахматный) по рис. 6.4, 6.5 [2]. При косом обтекании коридорных пучков с углом между направлением потока и осями труб < 80^○ С полученная из номограммы величина умножается на 1,07.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формулам (6.35), (6.37) [2] или номограмме 18 [1], см. рис. 6.14 [2].

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле:

Шаги труб определяются по действительному расстоянию между осями труб из чертежа. При конструкторском расчете согласно [1] рекомендуются следующие шаги труб фестона S₁ ≥ 300, S₂ ≥ 200 мм.

Излучение газовых объемов на фестон не учитывается. Температура загрязненной стенки вычисляется по формуле:

t₃ = t_н + ∆t,

где ∆t= 80 ^○ С.

При расчете коэффициента теплопередачи для фестонов не учитывается коэффициент теплоотдачи от стенки к пароводяной смеси , так как он много больше , и поэтому термическим сопротивлением 1/ можно пренебречь.

Во всех случаях коэффициент теплоотдачи для фестона определяется по формуле:

где − коэффициент тепловой эффективности.

Для фестонов котлов большой мощности и развитых котельных пучков котлов малой мощности в зависимости от рода топлива принимаются в диапазоне 0,5÷0,7 по таблице 7.4, 7.5 [1], табл. 6.4 [2].

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для фестона определяется по формуле:

где ξ − коэффициент использования поверхности.

Полная теплообменная поверхность фестона:

Для расчета количества теплоты, передаваемого от газов к фестону за счет конвективного теплообмена Q_т , по формуле (6.1) [2] в качестве расчетной поверхности нагрева принимается полная теплообменная поверхность фестона.

При поверочном расчете по уравнению теплопередачи определяется количество теплоты, переданное поверхности фестона Q_т , и сравнивается с величиной тепловосприятия фестона Q_ф , которая складывается из двух составляющих: теплоты, непосредственно отданной газами при их охлаждении от до теплоты, полученной фестоном излучением из топки.

Q=

5.2 Геометрические параметры фестона

Геометрические параметры фестона принимаются по паспортным данным котла:

− наружный диаметр трубd_H = 76 мм;

− число рядов труб по ходу движения газов Z₂ = 4;

− поперечный шаг труб S₁ = 380 мм;

− продольный шаг труб S₂ = 400 мм;

− расположение труб - шахматное;

− размер поверхности нагрева F_ф =164 м² ;

− живое сечение для прохода газов f=50,3 м² .

5.3 Расчёт энтальпии дымовых газов на выходе из фестона

Температуру дымовых газов перед фестоном принимаем равной температуре газов на выходе из топки.

==1142°С,

= =11830,9 кДж/кг.

Температуру дымовых газов за фестоном определяем по формуле:

= -D_ф =1142−70=1072°С,

где принимаем D=70°С – охлаждение газов в фестоне.

принимается в соответствии с табл. II-1 [1].

Энтальпия дымовых газов на выходе из фестона:

5.4 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, по уравнению теплового баланса

Теплота, воспринимаемая фестоном, складывается из двух составляющих:

Q_ф = Q_б.ф +Q_л.ф.

1) Теплота, отданная газами Q_б.ф , кДж/кг, рассчитывается по формуле (5.5) [2] по (уравнению теплового баланса) :

где – коэффициент сохранения теплоты, учитывает потери теплоты поверхностью нагрева в окружающую среду, j = 0,99;

– энтальпия газов соответственно на входе в фестон и на выходе из фестона, кДж/кг;

– изменение коэффициента избытка воздуха в поверхности охлаждения (фестона), Da=0;

– энтальпия присасываемого воздуха, кДж/кг.

2) Теплота Q_л.ф , кДж/кг, полученная фестоном излучением из топки, определяется по следующей формуле:

где – угловой коэффициент трубного пучка, учитывает то, что не все тепло, излучаемое из топки, воспринимается фестоном.определяется по рис. 5.19 [2]. При S₁ /d= 380/76 = 5 для шахматного расположения труб принимаем X_ф = 0,74;

– теплота излучения из топки на фестон, кДж/кг.

Теплоту излучения из топки на фестон определяем по формуле (5.24) [2]:

где – коэффициент распределения тепловой нагрузки по высоте топки, определяется по табл. 4.10 [2], принимаем h_в =0,8;

– среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топочных экранов, кВт/м² (см. п. 4.3 настоящего к/пр. или (4.49) [2]);

– лучевоспринимающая поверхность фестона, ,

Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева , кВт/м² , топочных экранов определяем по формуле (4.49) [2]:

где – удельное тепловосприятие топки, кДж/кг, определяется по формуле (4.23) [2]:

Тепло, полученное фестоном излучением из топки:

5.5 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, теплопередачей

Количество тепла , кДж/кг, передаваемое фестону по условию теплопередачи определяем по формуле (6.1) [2]:

где – расчетная теплообменная поверхность фестона, м² ;

– коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К);

– усредненный по всей теплообменной поверхности температурный напор, °С;

– расчетный расход топлива, кг/с.

1) Усредненный температурный напор определяем по рекомендациям, изложенным в [2] (см. стр. 148), при неизменной температуре одной из сред. Температуру пароводяной смеси в фестоне определяем по табл. XXIII [1] как температуру насыщения при давлении в барабане котла р_бар = 13,6 МПа, t_ф = 334,34°С:

Усредненный температурный напор определяем по формуле (6.47) [2]:

2) Расчетную скорость м/с, газов в фестоне определяем по формуле (6.7) [2]:

где – полный объем газов при сжигании 1 кг топлива при 0,1 МПа и 0°С, определяемый по среднему избытку воздуха в газоходе, м³ /кг, (табл. 2.1 настоящего расчета);

– средняя температура дымовых газов в газоходе, °С, (определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее);

– живое сечение фестона (сечение для прохода газов), м² .

3) Коэффициент теплопередачи , Вт/(мК), определяем по следующей формуле (см. табл. 6.1 [2]):

где y– коэффициент тепловой эффективности, принимается по табл. 6.4 [2], y=0,65;

– коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, Вт/(мК).

4) определяется по формуле (6.5) [2]:

где – коэффициент использования поверхности нагрева, учитывает неравномерноеомывание поверхности газами (см. стр. 119 [2]), принимаем x=1;

– коэффициент теплоотдачи конвенций от газов к поверхности нагрева, Вт/(мК);

– коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, Вт/(мК).

5) Коэффициент теплоотдачи конвекцией , Вт/(мК), для шахматных гладкотрубных пучков определяем по формуле (6.10) [2], по данным стр. 125 [2]:

где – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(мК), определяется по рис. 6.5 стр. 124 [2] (для шахматных трубных пучков при поперечном омывании);

– поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов, при Z2³10, С = 1 (см. стр. 125 [2]);

– поправка на компоновку пучка, определяется в зависимости от относительных шагов s1 и s2 труб пучка.определяется по рис. 6.5 [2].

Сф− поправка на физические характеристики потока, (см. рис. 6.5 [2]).

Относительные шаги труб фестона рассчитываем по формулам:

определяем по рис 6.5 [2], принимаем =0,9.

При Z₂ < 10 и s₁ ³ 3,0

С_ф определяем по рисунку 6.5 [2]:

при , принимаем С_ф =0,97;

при принимаем =51,0Вт/(мК).

.

6) Коэффициент теплоотдачи излучением Вт/(мК), продуктов сгорания определяем по формуле:

где коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(мК), определяется по рис. 6.14 [2]; по известной температуре стенки фестона и средней температуре газов;

– коэффициент теплового излучения газовой среды (степень черноты продуктов сгорания для запыленного потока), определяется по температуре дымовых газов по формуле (4.37) [2]:

Здесь – суммарная оптическая толщина продуктов сгорания, определяется по формуле (6.38) [2]:

Эффективную толщину S излучающего слоя для гладкотрубных пучков определяем по формуле (6.40) [2]:

р = 0,1 МПа – давление в топочной камере.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяем по формуле (4.40) [2] при

.

котел паровой энтальпия тепловой баланс

Коэффициент ослабления лучей частицами золы определяем по формуле (4.41) [2] при (см. табл. 2.1 настоящего расчёта).

.

Коэффициент теплового излучения (степень черноты) газового потока.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания равен:

Здесь =260 Вт/(м2∙К) определяется по рис. 6.14 [2] при средней температуре газов в фестоне υср=1107 °С и температуре загрязненной стенки труб фестонаt3= tн+ Δt=334,34+80=414,34 °С.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяем по формуле:

где ξ – коэффициент использования поверхности, ξ = 1.

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле:

Количество тепла, передаваемое фестону по условию теплопередачи определяем по формуле:

5.6 Невязка баланса теплот

Невязка баланса теплот для фестона рассчитывается по формуле:

Невязка теплового баланса для фестона не превышает допустимого значения ±5 %, расчет фестона считается законченным.

Библиографический список

1. Кудинов А.А., Зиганшина С.К. Проверочный тепловой расчет топки парового котла. Методические указания к курсовому проекту. Самара 2006 СамГТУ. 35 с.

2. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). М.: НПО ЦКТИ 1998. 297 с.

3. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. М.: Энергоатомиздат, 1988. 208 с.