12.2. Расчет котла-утилизатора

В расчете в качестве исходных данных принимают геометрические характеристики котла и давления пара, а также параметры циркулирующего газа, поступающего в котел (расход V_о, м³/с); состав и температуру t_н, ⁰С. Принимают также температуру питательной воды t_п.в, ⁰С, и в первом приближении температуру перегретого пара t_пп, ⁰С.

Порядок расчета котла следующий:

Рассчитывают теплопередачу в элементах котла. Расчет ведут последовательно по отдельным элементам пароперегревателя, испарительных поверхностей, экономайзера по ходу циркулирующего газа. Задаются температурой циркулирующего газа за первым пакетом t"_д. По уравнению теплопередачи рассчитывают количество тепла, переданное циркулирующим газом пароводяной смеси на этом участке поверхности нагрева, Вт:

Q₀ = К*F₀ t_cp; (249)

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К), рассчитываемый обычными методами;

F₀ - поверхность нагрева элемента, м² ;

t_ср – средний логарифмический температурный напор, ⁰С.

По уравнению теплового баланса находят энтальпию циркулирующего газа за элементом поверхности нагрева:

i"_д = i'_д – Q₀/( V₀ & ), (250)

где & - коэффициент сохранения тепла.

По i"_д определяют t"_д. Если полученная температура отличается от принятой более чем на 5% , то производят пересчет по новой температуре t"_д, которая принимается как среднее между полученной и ранее принятой. Как правило, после второго расчета температуры сходятся.

Аналогичным образом рассчитывают остальные элементы поверхности нагрева.

При расчете коэффициентов теплопередачи можно пренебречь тепловым сопротивлением теплоотдачи к воде, пароводяной смеси и пару и рассчитать К по формуле:

К = 1/( 1/α + e ), (251)

где α - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучения со стороны камеры тушения, Вт/м² К;

е - тепловое сопротивление отложений на трубах, равное 0,005 - 0,01 м²*К/Вт.

При работе котла на незагрязненных газах е принимают равным нулю.

После расчета последнего элемента поверхности нагрева и определения температуры уходящих газов t_к по теплу, отданному циркулирующими газами, определяют тепло, полученное водой и паром:

Q_к = V_o (i_дн - i_дк) & = D_с (i - i_п.в + 0,01 n (i' - i_п.в)) (252)

где D_c – паропроизводительность котла, кг/с;

n - величина продувки, %;

i' - энтальпия кипящей воды, кДж/кг;

i_п.в - энтальпия питательной воды, кДж/кг;

i - энтальпия перегретого пара, кДж/кг.

I_дн - энтальпия продуктов сгорания начальная, кДж/кг;

I_дк - энтальпия продуктов сгорания конечная, кДж/кг;

Паропроизводительность D_с и температура перегрева t_пп связаны между собой также уравнением баланса тепла в пароперегревателе:

Q_п.п = V_од (i'_п.п - i"_п.п) & = D_с (i - i") (253)

где Q_п.п - количество тепла, полученное паром в пароперегревателе, кВт;

i'_п.п и i"_п.п - энтальпия продуктов сгорания до и после пароперегревателя, кДж /кг;

i" - энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг.

Из совместного решения уравнений (252) и (253) определяют энтальпию перегретого пара,

i_п.в - 0,01 n (i' - i_п.в)

i = Q_к i" – Q_п.п -------------------------------- (254)

Q_к – Q_п.п

а по i определяют температуру перегретого пара t_пп.

Паропроизводительность котла - утилизатора:

Q_п.п

D_c = ---------- (255)

i - i"

Если расхождения между принятым и рассчитанным по формуле (254) значением t_пп превышают 5%, расчет необходимо повторить начиная с расчета пароперегревателя.