
- •Котельные установки и парогенераторы Расчет промышленного парогенератора
- •Введение
- •Раздел I компоновка и тепловой баланс парового котла
- •1. Расчетно-технологическая схема парового котла.
- •2. Топливо и продукты его сгорания
- •3. Тепловой баланс парового котла Определение расчетного расхода топлива
- •3.8. Потери с физическим теплом шлака (твердое шлакоудаление) учитывают лишь при сжигании твердых топлив при % кг/мДж (%):
- •Раздел II условия сгорания топлива. Расчет топки
- •1. Выбор системы топливоприготовления и горелочных устройств
- •2. Поверочный тепловой расчет топки котла
- •Пояснения к расчетам по разделам III, IV, V
- •Раздел III Общие положения по расчету теплообмена в фестоне, пароперегревателе, экономайзере и воздухоподогревателе
- •1 Основные расчетные уравнения
- •Раздел IV Поверочный расчет фестона
- •1. Технико-экономический расчет
- •Исходные данные для расчета фестона.
- •Раздел V
- •1. Поверочно-конструкторский расчёт конвективных поверхностей нагрева
- •2. Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя
- •3. Поверочно-конструкторский расчет экономайзера и воздухоподогревателя
- •Литература
2. Поверочный тепловой расчет топки котла
Задачей поверочного расчета при переводе
котла на новый тип (вид) топлива является
определение температуры газов на выходе
из топки,
определяются условиями надежности
работы топки и последующих поверхностей
нагрева. При больших значениях
(при работе на твердом топливе) возможно
шлакование поверхностей нагрева (экран,
фестон, конвективный пучок) из-за
термической деформации зоны. При работе
на жидком и газообразном топливе
не должны превышать 1200 оС для
мазута и 1250 оС для газа (по условиям
надежности эксплуатации конвективных
поверхностей нагрева). Нижний предел
определяется из условий сохранения
устойчивости горения твердого топлива.
Значения минимально и максимально допустимых приведены в
табл. 6 и 7.
Таблица 6
Минимально допустимые температуры газов на выходе из топки
при слоевом
и камерном сжигании твердых топлив
,
оС
Топливо |
Тип топки |
||
слоевая |
камерная |
||
открытая |
с пережимом |
||
Антрацит и тощие угли |
800 |
860 |
820 |
Каменные угли с
|
750 |
830 |
800 |
Продолжение табл. 6
То же, с
|
730 |
820 |
800 |
Бурые угли |
720 |
800 |
- |
Кусковой торф |
700 |
- |
- |
Фрезерный торф |
- |
800 |
- |
Таблица 7
Максимально
допустимые по условиям шлакования
значения температур газов на выходе из
топки для ряда топлив
(оС)
Топливо |
|
Кемеровский СС, Кизеловский Г и отсевы, Томь – Усинский СС |
1050 |
Донецкий ГСШ, подмосковный бурый |
1000 |
Ангренский Б, Канско-Ачинский Б, (березовский, козаровский) |
950 |
Полученное в результате расчетов
удельное тепловое напряжение топочного
объема
не должно превышать значения, приведенного
в табл. 5. Расчетное удельное тепловое
напряжение сечения топки в области
горелок
также не должно быть выше максимально
допустимого значения приведенного в
табл. 8.
Таблица 8
Максимально допустимое тепловое напряжение сечения топочной камеры
по условиям шлакования экранов топки (при установке горелок в один ярус)
Топливо |
при расположении горелок |
||
фронт. |
веточном |
угловом |
|
Шлакующиеся каменные и бурые угли |
1250 |
1700 |
1700 |
Нешлакующиеся угли |
2100 |
2500 |
2500 |
2.1. Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры.
2.1.1. По чертежу заданного котла определяют конструктивные размеры топки (см. рис. 1-4 приложения).
При расчете определяют активный объем
топочной камеры. Границами объема
являются плоскости, проходящие через
осевые линии экранных труб, а в выходном
сечении – плоскость, проходящая через
осевые линии труб первого ряда фестона.
Границей объема в нижней части топки с
холодной воронкой (при использовании
твердого топлива) условно принимают
плоскость на половине высоты воронки.
В камерных топках для жидкого и
газообразного топлив границей объема
в нижней части является плоскость
поверхности. Суммарная площадь плоскостей,
ограничивающих активный объем топки,
условно называют суммарной площадью
стен топки
(рис. 4).
2.1.2. Геометрические размеры, необходимые для расчетов, берут с чертежа и систематизируют в табл. 9. Прибегать к помощи масштабной линейки можно только в крайнем случае.
При заполнении табл. 9 расчетную ширину
фронтовой
и задней
стен топки определяют расстоянием между
плоскостями, проходящими через осевые
линии труб боковых экранов, а ширину
боковых стен
-
между плоскостями, проходящими через
оси труб фронтового и заднего экранов.
Освещенную длину фронтовой
и задней
стен топки определяют по фактическим
размерам плоскости, проходящей через
оси труб соответствующего экрана в
пределах активного объема топки.
Площадь боковой стены
в границах активного объема топки
определяют как площадь фигуры, составленной
из прямоугольников, трапеции, треугольников,
на которые ее условно разбивают
(1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-1 рис.4). Ширину выходного
окна топки определяют расстоянием между
плоскостями, проходящими через оси труб
боковых экранов, а длину (высоту) – по
действительному размеру и конфигурации
оси труб первого ряда фестона.
Если боковой экран состоит из полос с различным шагом труб, для бокового экрана в табл. 9 указывают среднеарифметическое значение шага труб:
.
(33)
Наружный диаметр труб
,
шаг между ними
,
число труб в экране
и расстояние от оси трубы до обмуровки
определяют по чертежу. По чертежу
определяют и площадь участков стен
-го
экрана
,
не защищенные трубами (например, площади
амбразур горелок).
Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры
Таблица 9
№ п/п |
Наименоваие |
Обозна-чения |
Ед. изм-я |
Источник или формула |
Топочные экраны |
Выходное окно |
||||
Фронтовой |
Боковой |
Задний |
||||||||
Осн. часть |
Под.или х. воронка |
Осн. часть |
Под.или х. воронка |
|||||||
1 |
Расчетная ширина экранированой стены |
|
м |
Чертеж |
|
|
|
|
|
|
2 |
Освещенная длина стены |
|
м |
Чертеж |
|
|
|
|
|
|
3 |
Площадь стены |
|
м2 |
|
|
|
Чертеж |
|
|
|
4 |
Площадь участка стены не закрытого экранами |
|
м2 |
Чертеж |
Для стен, на которых размещены горелки и подтопки |
|
||||
5 |
Наружный диаметр труб |
|
м |
Чертеж |
Одинаковые для всех экранов |
|
||||
6 |
Число труб в экране |
|
шт. |
Чертеж |
|
|
|
|
|
|
7 |
Шаг экранных труб |
|
шт. |
Чертеж |
|
|
|
|
|
|
8 |
Относительный шаг труб |
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
9 |
Расстояние от оси трубы до обмуровки |
|
м |
Чертеж |
|
|
|
|
|
|
10 |
Относительное расстояние от оси до обмуровки |
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
11 |
Угловой коэффициент экрана |
|
- |
Номогр 1 прилож-е |
|
|
|
|
|
I |
12 |
Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия из-за загрязнен. |
|
- |
Таблица 10 |
|
|
|
|
|
|
13 |
Коэффициент тепловой эффективности экранов при загрязнении |
|
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Примечания к табл. 9:
1.
-
принимают по табл. 10 для открытых
гладкотрубных экранов.
2. Площадь стен топки определяется по формуле (м2)
.
3. Угловой коэффициент
определяют по номограмме 1 (см. рис. 7
приложения) в зависимости от
и
для этого экрана.
4. Перечеркнутые графы не заполняются.
5. Для
неэкранированных стен топки коэффициент,
учитывающий снижение тепловосприятия
при загрязнении шлаком и золой,
.
2.1.3. Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяется по формуле
.
(34)
Таблица 10
Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранов
Тип экрана |
Топливо |
|
Открытые гладкотрубные экраны |
Газообразные |
0,65 |
Мазут |
0,55 |
|
Каменные и бурые угли |
0,45 |
|
Ошипованные, покрытые огнеупорами экраны |
Все топлива |
0,2 |
2.1.4. Активный объем топочной камеры определяют по формуле (м3)
,
(35)
где
(табл. 9).
Эффективную толщину излучающего слоя в топке определяют по формуле (м)
.
(36)
2.2. Расчет теплообмена в топке.
2.2.1.
Расчет основан на применении теории
подобия к процессам, протекающим в топке
[1]. Исходная формула связывает безразмерную
температуру газов на выходе из топки
c числом Больцмана
,
степенью черноты топки
и параметром
,
характеризующим температурное поле по
высоте топки:
,
(37)
где
-
абсолютная температура газов на выходе
из топки (К);
-
абсолютная температура газов при
адиабатном сгорании (К);
.
(38)
Из формул (37) и (38) выводится расчетная формула для определения температуры газов на выходе из топки (оС ):
,
(39)
где
- коэффициент сохранения тепла (формула
31);
-
расчетный расход топлива (кгс/с, м3
/с) (формула 30);
-
расчетная площадь стен топки (м2)
(табл. 9);
-
средний коэффициент
тепловой эффективности экранов (формула
34);
-
коэффициент излучения абсолютно черного
тела (кВт/(м2∙К4));
-
средняя суммарная теплоемкость продуктов
горения (1 кг, 1 м3) топлива при
температуре газов от
до
(кДж/(кг К); кДж/(м3К)
(формула 44).
Расчет по формуле (39) ведут в следующей последовательности.
2.2.2.
Определяется полезное тепловыделение
в топке
(кДж/кг, кДж/м3) и соответствующая
ей адиабатическая температура горения
(К):
,
(40)
где
принимают по данным Р.1.
Количество тепла, вносимого в топку с воздухом, определяют по формуле (кДж/кг, кДж/м3)
,
(41)
здесь энтальпии
теоретического объема горячего воздуха
и холодного воздуха
определяют по табл. 4 при заданном
и
;
берут по табл. 1;
-
присос в пылесистему определяют по
табл. 11.
Рассчитанное
соответствует энтальпии газов
при адиабатическом сгорании топлива,
т.е.
.
Затем, используя данные табл. 4, находят
адиабатическую температуру горения
(оС ) при
и
(К).
2.2.3. Параметр определяют по формуле
,
(42)
где
- при камерном сжигании газа и мазута;
-при камерном сжигании каменных и бурых
углей (
% кг/МДж).
Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле
,
(43)
где
-
относительный уровень расположения
горелок
,
определяют по чертежу котла в соответствии
с рис. 22 (отношение высоты расположения
горелок или средней линии при двухрядном
расположении к высоте топки от низа или
середины холодной воронки, приложение);
- поправка на отклонение максимума
температур от уровня горелок.
Для пылеугольных топок:
при горизонтальном расположении вихревых горелок
;
для прямоточных горелок
;
при повороте горелок на 20о вверх и вниз
.
Для газомазутных топок:
- при
кг/с
;
при
кг/с .
Таблица 11
Среднее значение присосов для систем пылеприготовления
Характеристика пылесистемы |
|
Шаровые барабанные мельницы: |
|
с промежуточным бункером при сушке горячим воздухом |
0,10 |
то же, смесью воздуха и топочных газов |
0,12 |
с прямым вдуванием |
0,04 |
Молотковые мельницы: |
|
при работе под разряжением |
0,04 |
то же, под давлением горячего воздуха |
0 |
среднеходовые валковые мельницы при работе под разряжением |
0,04 |
Мельницы-вентиляторы с подсушивающей трубой |
|
2.2.4.
Степень черноты топки
и критерии
зависят от искомой
.
При поверочном расчете топки ориентировочно принимают по табл. 12, а затем, определив зависящие от нее величины, получают расчетные и в случае несовпадения с принятой более чем на 100 оС уточняют методом последовательных приближений.
Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания определяют по формуле, кДж/(кгК), кДж/(м3К),
,
(44)
где
находят по табл. 4 по принятой
(при
).
Таблица 12
Ориентировочные значения температуры газов на выходе из топки (оС )
Вид топки и тип сжигаемого топлива |
кг/с |
кг/с |
Слоевые и факельно-слоевые топки |
|
|
Антрациты АС и АМ |
950 |
1000 |
Продолжение табл. 12
Каменные угли |
950 |
1000 |
Бурые угли умеренной влажности ( |
920 |
970 |
Бурые угли влажные ( |
900 |
950 |
Торф и древесные отходы |
850 |
900 |
Пылеугольные топки |
|
|
Антрациты, полуантрациты и тощие угли |
- |
1000 |
Каменные угли |
- |
1000 |
Бурые угли умеренной влажности ( ) |
- |
980 |
Бурые угли влажные ( ) |
- |
950 |
Фрезерный торф |
- |
920 |
Вихревые топки |
|
|
Фрезерный торф |
870 |
900 |
Топки для газа и мазута |
|
|
Мазут |
1000 |
1050 |
Природный газ |
1050 |
1010 |
Доменный газ |
950 |
1000 |
2.2.5. Степень черноты топки определяется по формуле
,
(46)
где
-
эффективная степень черноты факела.
Степень черноты топки можно определить и по номограмме 2 (рис.8 прил.).
2.2.6.
При сжигании жидкого и газообразного
топлива основными излучающими компонентами
являются трехатомные газы (
)
и светящиеся частицы сажи, поэтому
степень черноты факела определяется
по формуле
,
(46)
где
и
-
степень черноты факела при заполнении
всей топки или светящимся пламенем, или
несветящимися трехатомными газами;
-
коэффициент усреднения (зависит от
теплового напряжения топки), для жидкого
топлива
,
для газообразного
;
.
(47)
.
(48)
где =2,718 - основание натуральных логарифмов;
-
эффективная толщина излучающего слоя
по формуле (36);
-
давление в топке (считается, что
МПа, котел работает без наддува);
Коэффициент
ослабления лучей
топочной средой, трехатомными газами
определяют по номограмме 5 (рис. 11 прил.)
с использованием
,
суммарного парциального давления
трехатомных газов
,
объемной доли водяных паров (
и
берут из табл. 3).
Коэффициент
ослабления лучей частицами сажи
определяют по формуле
,
(49)
где
-
температура газов на выходе из топки
(К);
-
соотношение атомов углерода и водорода
в рабочей массе топлива, для газообразных
топлив
;
и могут быть найдены как по формулам 47 и 48, так и с помощью номограммы 3 (см. рис. 9 прил.).
2.2.7. При камерном сжигании твердых топлив основные излучающие компоненты: трехатомные газы, частицы золы и кокса. В этом случае
,
(50)
где суммарный коэффициент ослабления лучей в топке рассчитывают по формуле (1/мМПа)
,
(51)
где - определяют по номограмме 5 (см. рис. 11 приложения);
-
определяют по номограмме 4 (см. рис. 10
приложения);
берут из табл. 3 при .
Коэффициент
ослабления лучей коксовыми частицами
=10,
а коэффициенты
и
,
учитывающие концентрацию коксовых
частиц в факеле, равны соответственно
и
.
2.2.8.
После определения
по формуле (39) определяют
и оценивают корректность результата
по соответствию требованиям табл.
6, 7, 12.
Для контроля правильности определения и ускорения расчета топки методом последовательных приближений рекомендуется использовать номограмму 6 на рис. 12 приложения.
2.2.9. Затем определяют тепловые нагрузки топочной камеры. Удельное тепловое напряжение объема топки (кВт/м3):
.
(52)
Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок (кВт/м2):
,
(53)
где
-
сечение топки (м2) (см. чертеж котла
на рис. 1-4 прил.).
Полученные значения проверяют на соответствие выполнению условий табл. 5 и 8.
2.2.10. После проведения расчетов в курсовой работе анализируют полученные результаты на предмет возможности и эффективности перевода котла на новый вид топлива.
2.2.11. Графическая часть разделов I и II курсовой работы предполагает изображение:
- на листе формата А-2 расчетно-технологической схемы заданного парового котла с обозначением спецификации всех его элементов;
- на листе А-2 приводят схему топливоприготовления и горелочного устройства.
2.2.12. Примеры расчета теплового баланса и расхода топлива, а также поверочного расчета теплообмена в топке котла и температуры газов на выходе из топки, приведены в приложении.
В заключении по результатам теплового расчета в курсовой работе делаются выводы со следующим содержанием:
возможность и эффективность перевода котла на новый вид топлива;
целесообразность и последовательность применения методики расчётов при проведении балансовых испытаний, реализации режимов растопки и сброса нагрузки котла;
применение предложенных расчетных методик для оценки режимов работы котла в установившемся режиме и при возникновении динамических возмущений, возникновение которых возможно при эксплуатации котельных агрегатов.