При спалюванні природного газу:

, (4.9)

де С_mН_n — процентний вміст вхідних до складу природного газу

вуглеводневих з'єднань.

7. Підраховується ступінь чорноти факела (а_ф).

Ця величина визначається за графіком (додаток 6) чи підраховується по формулі:

а=1-е^-kps,

де е — основа натуральних логарифмів.

Для рідкого і газоподібного палива ступінь чорноти факела:

а_ф=mа_св+(1-m)а_г, (4.10)

де m — коефіцієнт, що характеризує частку топкового об’єму, заповненого

світної частиною факела; (додаток 7)

а_св, а_г — ступінь чорноти світної частини факела і несвітлових трьохатомних

газів, якими володів би факел при заповненні всієї топки відповідно

тільки світним полум'ям чи тільки несвітловими трьохатомними

газами; значення а_св і а_г визначаються по формулах:

; (4.11)

; (4.12)

де k_г і k_с — коефіцієнти ослаблення променів трьохатомними газами і

сажистими частками.

4.8. Визначається ступінь чорноти топки:

для камерних топок при спалюванні рідкого палива і газу:

. (4.13)

4.9. Визначається параметр М в залежності від відносного положення максимуму температури полум'я по висоті топки (х_т):

при спалюванні газу і мазуту:

М=0,54—0,2х_т; (4.14)

Відносне положення максимуму температури для більшості палив визначається як відношення висоти розміщення пальників до загальної висоти топки:

х_т=h_г/Н_т, (4.15)

де h_г - підраховується як відстань від поду топки чи від середини холодної

лійки до осі пальників;

Н_т — відстань від поду топки чи середини холодної лійки до середини

вихідного вікна топки.

4.10. Визначається середня сумарна теплоємність продуктів згоряння на 1 кг спалюваного рідкого палива чи на 1 м³ газу при нормальних умовах [кДж/(кгК) чи кДж(м^з)]:

, (4.16)

де Та — теоретична (адіабатна) температура горіння, К, яка визначається з І-

 табл. (табл. 2.1) за значенням Q_т, рівному ентальпії продуктів

згоряння I_а;

Т"_т - температура (абсолютна) на виході з топки, прийнята по попередній

оцінці, К;

I_т — ентальпія продуктів згоряння береться з І- табл. (табл. 2.1) при

прийнятій на виході з топки температурі;

Q_т — корисне тепловиділення в топці.

4.11. Визначається дійсна температура на виході з топки (°С) по номограмі (додаток 8) чи формулі:

. (4.17)

Отримана температура на виході з топки порівнюється з температурою, прийнятою раніше. Якщо розбіжність між отриманою температурою (_т) і раніше прийнятою на виході з топки не перевищить 100 °С, то розрахунок вважається кінченим.

В противному випадку задаються новим, уточненим, значенням температури на виході з топки і весь розрахунок повторюється.

4.12. Визначається питоме навантаження топкового об’єму (кВт/м³) по формулі:

. (4.18)

5. Тепловий розрахунок пароперегрівника, водяного економайзера, та повітропідігрівника. Розрахунок пароперегрівника виконується в такій послідовності:

1. По наявних кресленнях визначити площу поверхні нагрівання пароперегрівника, відносний поперечний і подовжній крок труб (S₁/d, S₂/d), розташування труб (шахове чи коридорне), площу живого перерізу для проходу продуктів згоряння і пари.

d = S = S = F_г= d_в= z=

₁= ₂=

2. Вибрати основні розрахункові параметри: температуру продуктів згоряння на вході в пароперегрівник ' (береться з розрахунку попередньої поверхні нагрівання), тиск, температуру і ентальпію перегрітої пари.

'= Р_пп= t= і_пп= t=

5.1.3. З рівняння теплового балансу визначити ентальпію продуктів згоряння після пароперегрівника (кДж/кг чи кДж/м³):

, (5.1.1)

де І_пп — ентальпія продуктів згоряння перед пароперегрівником, відома з

розрахунку попередньої поверхні нагрівання, кДж/кг чи кДж/м³;

 — коефіцієнт збереження теплоти; (розділ 3)

— ентальпія теоретичного об’єму повітря;

Q_б — теплота, віддана продуктами згоряння парі.

5.1.4. По величині І_пп з І- таблиці (табл. 2.1) при коефіцієнті надлишку повітря після пароперегрівника визначити температуру продуктів згоряння після пароперегрівника.

=

5.1.5. Для обраної температури продуктів згоряння " визначити теплоту, віддану продуктами згоряння парі (кДж/кг чи кДж/м³):

, (5.1.2)

5.1.6. Визначити температурний напір. При послідовно-змішаному тоці температурний напір (°С) визначається вираженням:

t_пе=t_прт, (5.1.3)

де t_прт — температурний напір при протитоці:

, (5.1.4)

t_б=-t_пп, (5.1.5)

t_м=-t_нп, (5.1.6)

 — коефіцієнт перерахування від протиточної схеми до послідовно-

змішаного току. (додаток 9)

Для користування номограмою обчислюються безрозмірні визначальні параметри:

А=Н_прм/Н; (5.1.7)

; (5.1.8)

, (5.1.9)

де Н_прм — поверхня нагрівання, у якій здійснюється прямоток, м²;

Н — повна поверхня нагрівання пароперегрівника, що розраховується, м²;

 і  — температура продуктів згоряння на вході і виході

поверхні нагрівання, що розраховується, пароперегрівника, ⁰С;

t і t” — температура пари на вході і виході з поверхні нагрівання

пароперегрівника, °С.

5.1.7. Підраховується середня швидкість продуктів згоряння в газоході пароперегрівника (м/с):

. (5.1.10)

_ср=0,5(+). (5.1.11)

5.1.8. Визначити коефіцієнт тепловіддачі конвекцією (_к). При поперечному омиванні коридорних і шахових пучків труб коефіцієнт тепловіддачі визначається по формулі:

_к=_нс_zc_sc_ф. (5.1.12)

де _н – коефіцієнт тепловіддачі; (додаток 10)

с_z – поправка на число рядів труб по ходу продуктів спалювання; (додаток

10)

с_s – поправка на геометричне компонування поверхні; (додаток 10)

с_ф – коефіцієнт, що враховує вплив зміни фізичних параметрів потоку.

(додаток 10)

9. Обчислити розрахункову швидкість пари в змійовиках пароперегрівника (м/с):

_п=D_ср/f_п, (5.1.13)

де D — витрата пари, кг/с;

_ср — середній питомий об’єм пари, м³/кг (визначається з таблиць водяних

парів при середньоарифметичних тиску і температурі пари

пароперегрівника, що розраховується,);

f_п — площа живого перерізу для проходу пари, м²;

, (5.1.14)

де d_вн — внутрішній діаметр труб пароперегрівника, м;

z — число паралельно включених труб.

9. Підрахувати коефіцієнт тепловіддачі від стінки до пари, Вт/(м²К):

₂=_нс_d, (5.1.15)

де _н — коефіцієнт тепловіддачі; (додаток 11)

с_d — поправочний коефіцієнт. (додаток 11)

5.1.11. Знайти ступінь чорності газового потоку (додаток 6), при цьому необхідно обчислити сумарну оптичну товщину:

kps=k_гr_пps, (5.1.16)

де k_г – коефіцієнт ослаблення променів трьохатомними газами; (додаток 5)

р – тиск у газоході, приймається 0,1 Мпа.

12. Обчислити температуру стінки труб пароперегрівника, прийняту рівною при спалюванні рідкого палива температурі зовнішнього шару золових відкладень на трубах (°С):

, (5.1.17)

де t — середньоарифметичне значення температури пари в пароперегрівнику,

°С;

 — коефіцієнт забруднення, м²К/Вт (для пароперегрівників з

коридорним і шаховим розташуванням труб при спалюванні рідких

палив приймається =0,00257).

При спалюванні газоподібного палива температура забрудненої стінки труб пароперегрівника (⁰С):

t_з=t+25, (5.1.18)

де t — середньоарифметичне значення температури пари в

пароперегрівнику.

5.1.13. Визначити коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, Вт/м²К;

для незапиленого потоку (при спалюванні рідкого і газоподібного палива):

_Л=_нс_га, (5.1.19)

де _н — коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням; (додаток 12)

с_г — поправка, що вводиться при відсутності золових часток у продуктах

згоряння; (додаток 12)

а — ступінь чорності продуктів згоряння.

5.1.14. Підрахувати коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згоряння до стінки труб пароперегрівника, Вт/(м²К):

₁=(_к+_л), (5.1.20)

де  — коефіцієнт використання (для поперечно омиваних пучків труб

конвективних пароперегрівників приймається =1);

_к — коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від продуктів згоряння до

поверхні нагрівання, Вт/(м²К).

5.1.15. Визначити коефіцієнт теплопередачі. Для шахових і коридорних пучків труб при спалюванні газу і мазуту, Вт/(м²К):

, (5.1.21)

де  — коефіцієнт теплової ефективності, при спалюванні газу приймається

=0,85, при спалюванні мазуту при швидкості продуктів спалювання

12-20 м/с – 0,6, а при швидкості 4-12 м/с – 0,65.

5.1.16. Обчислити кількість теплоти, що сприйнята пароперегрівником (кДж/кг чи кДж/м³):

. (5.1.22)

При установці тільки водяного економайзера рекомендується така послідовність його розрахунку:

1. По рівнянню теплового балансу визначити кількість теплоти (кДж/кг чи кДж/м³), що повинні віддати продукти згоряння при прийнятій температурі відхідних газів:

, (5.2.1)

де І_ек — ентальпія продуктів згоряння на вході в економайзер, визначається з

І- таблиці (табл. 2.1) по температурі продуктів згоряння, відомій з

розрахунку попередньої поверхні нагрівання, кДж/кг чи кДж/м³;

I_ек — ентальпія відхідних газів, визначається з І- таблиці (табл. 2.1) по

прийнятій з початку розрахунку температурі відхідних газів, кДж/кг

чи кДж/м³;

 — коефіцієнт збереження теплоти;

_ек — присмокт повітря в економайзер; (додаток 1)

— ентальпія теоретичної кількості повітря.

2. Прирівнюючи теплоту, віддану продуктами згоряння, теплоті, сприйнятій водою у водяному економайзері, визначити ентальпію води після водяного економайзера (кДж/кг):

, (5.2.2)

де i_ек — ентальпія води на вході в економайзер, кДж/кг;

D — паропродуктивність котла, кг/с;

D_пp= — витрата продувної води, кг/с.

По ентальпії води після економайзера і тиску її з таблиць для води і водяної пари визначити температуру води після економайзера t_ек. Якщо отримана температура води виявиться на 20 °С нижче температури при тиску в барабані котла, то для котлів тиском до 2,4 Мпа до установки приймають чавунний водяний економайзер. При недотриманні зазначених умов до установки варто прийняти сталевий змієвиковий водяний економайзер.

3. В залежності від напрямку руху води і продуктів згоряння визначити температурний напір.

, (5.2.3)

t_б=-t_ек, (5.2.4)

t_м=-t_ек, (5.2.5)

4. Вибрати конструктивні характеристики прийнятого до установки економайзера.

Число паралельно включених змійовиків у пакеті:

, (5.2.6)

де D — витрата води через економайзер, кг/с;

 — масова швидкість води на вході в економайзер, повинна бути 600—

800 кг/(м²с);

d_вн — внутрішній діаметр труби, мм.

5. Визначити дійсну швидкість продуктів згоряння в економайзері (м/с):

, (5.2.7)

де B_р — розрахункова витрата палива, кг/с чи м³/с;

V_г — об’єм продуктів згоряння при середньому коефіцієнті надлишку

повітря;

_ек= - середньоарифметична температура продуктів згоряння в

економайзері, °С;

F_ек — площа живого перерізу для проходу продуктів згоряння, м².

Площа живого перерізу для проходу продуктів згоряння:

при установці чавунного водяного економайзера:

F_ек=z₁F_тр; (5.2.8)

при установці сталевого водяного економайзера:

F_ек=ab-z₁ld, (5.2.9)

де F_тр — площа живого перерізу для проходу продуктів згоряння однієї

труби; (додаток 13)

z₁ — число труб у ряді; (приймається від 3 до 10 шт.)

а і b — розміри газоходу, м;

l — довжина змійовика, м;

d — зовнішній діаметр труб, м.

5.2.6. Визначити коефіцієнт теплопередачі. Для чавунних економайзерів коефіцієнт теплопередачі К=К_нс_, визначається за допомогою номограми. (додаток 14)

Для сталевих водяних економайзерів при спалюванні газу і мазуту (шахові і коридорні пучки), Вт/(м² • К):

К=₁, (5.2.10)

де  — коефіцієнт теплової ефективності;

₁= — коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згоряння до стінки

труб;

 - коефіцієнт використання, що враховує зменшення теплосприйняття

поверхні нагрівання внаслідок нерівномірного омивання її продуктами

згоряння, часткового протікання продуктів згоряння повз неї й утворення

застійних зон; для поперечно омиваних пучків приймається =1, для

складно омиваних пучків =0,95;

_к=_нс_zc_sc_ф – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від продуктів згоряння до

поверхні нагрівання; (додаток 10)

_л=_нас_г – коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²К). (додаток 11)

Температура забрудненої стінки водяного економайзера визначається по формулі:

t_з=t+t, (5.2.11)

де t — середня температура охолоджуючого середовища, приймається

рівною напівсумі температур води на вході в економайзер і на виході з

нього, °С;

t – при температурі продуктів згоряння >400 °С і спалюванні рідких палив

приймається рівним 60 °С, а при < 400 °С – рівним 25 °С; при

спалюванні газу для обох випадків t=25 °С.

5.2.7. Визначити площа поверхні нагрівання водяного економайзера (м²):

. (5.2.12)

8. По отриманій поверхні нагрівання економайзера остаточно установити його конструктивні характеристики. Для чавунного економайзера визначити загальне число труб і число рядів по формулах:

n=Н_ек/Н_тр; (5.2.13)

m=n/z₁, (5.2.14)

де Н_тр — площа поверхні нагрівання однієї труби, м²;

z₁ — прийняте число труб у ряді.

Для сталевого економайзера визначити довжину кожного змійовика (м), число петель і повну висоту пакетів економайзера (м):

; (5.2.15)

z_пет=l_зм/a; (5.2.16)

h_ек=z_петS_пет, (5.2.17)

де d - зовнішній діаметр труб економайзера, м;

z — повне число труб економайзера, включених паралельно;

а’ — довжина пакета економайзера, м;

S_пет=2S₂ — крок петлі економайзера, м;

S₂ — відстань між осями сусідніх рядів труб по ходу продуктів

згоряння, м.

Розрахунок трубних повітропідігрівників, встановлених після водяного економайзера, виконується в такій послідовності:

1. При конструктивному розрахунку повітропідігрівника вибрати діаметр труб, поперечний S₁/d і подовжній S₂/d відносний крок, площі поперечного перерізу для проходу продуктів згоряння і повітря, число ходів.

D= ₁= ₂=

2. Визначити мінімальний температурний напір на гарячому кінці повітропідігрівника (°С):

t_гар=_пп-t_г.п, (5.3.1)

де _пп — температура продуктів згоряння на вході в повітропідігрівник,

відома з розрахунку попередньої поверхні нагрівання;

t_г.п — температура гарячого повітря, прийнята при складанні рівняння

теплового балансу котлоагрегату, °С.

3. Визначити теплосприйняття повітря в повітропідігрівнику. При попередньому підігріві повітря в калорифері теплосприйняття в повітропідігрівнику (кДж/кг чи кДж/м³):

, (5.3.2)

де _м.п — відношення кількості гарячого повітря до теоретично

необхідного:

_г.п=_т-_пл, (5.3.3)

де _т, _пл — присмокти повітря в топку, повітропідігрівник; (додаток 1)

, — ентальпія теоретичної кількості повітря на вході в

повітропідігрівник і на виході з нього, визначається з

І- таблиці (табл. 2.1) для відповідних температур, прийнятих

при складанні рівняння теплового балансу котла.

4. З рівняння теплового балансу визначити ентальпію продуктів згоряння після повітропідігрівника (кДж/кг чи кДж/м³):

. (5.3.4)

Отримане значення I_пп порівнюється з попередньо прийнятим при складанні теплового балансу значенням ентальпії відхідних газів. Якщо розбіжність не перевищить 0,5 % розподіленої теплоти , то розрахунок виконаний правильно.

5. В залежності від взаємного руху повітря і продуктів згоряння визначити температурний напір у повітропідігрівнику:

при прямотоці і протитоці:

, (5.3.5)

t_б=-t_п, (5.3.6)

t_м=-t_п, (5.3.7)

при послідовно-мішаному і перехресному тоці:

t_пе=t_прт,

де  - коефіцієнт перерахунку від протиточної схеми до послідовно-мішаної.

(додаток 15)

Для користування номограмою обчислюються безрозмірні параметри:

; (5.3.8)

R=_б/_м, (5.3.9)

де ’ і t’ — температури продуктів згоряння і повітря на вході в поверхню

нагрівання, °С;

_б — зміна (перепад) температури при проходженні поверхні

нагрівання тим середовищем, у якого перепад більший, °С;

_м — зміна температури другого середовища (менше), °С.

6. Визначити швидкість продуктів згоряння в повітропідігрівнику (м/с):

, (5.3.10)

де В_р — розрахункова витрата палива, кг/с чи м³/с;

V_г — об’єм продуктів згоряння;

_ср — середньоарифметична температура продуктів згоряння на вході і

виході з повітропідігрівника, °С;

F_пп — площа поперечного перерізу для проходу продуктів згоряння, м².

7. Визначити швидкість повітря в повітропідігрівнику (м/с):

, (5.3.11)

де V° — теоретична кількість повітря, необхідного для горіння;

t — середньоарифметична температура повітря на вході і виході з

повітропідігрівника, °С;

F — площа поперечного перерізу для проходу повітря, м².

8. Визначити сумарний коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згоряння до поверхні нагрівання, Вт/(м²К):

₁=(_к+_л), (5.3.12)

де _л — коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, для трубчастих

повітропідігрівників першої ступіні (по ходу повітря) приймається

_л=0;

 — коефіцієнт використання, при спалюванні мазуту приймається рівним

0,8, а для всіх інших палив — рівним 0,85.

9. Визначити коефіцієнт тепловіддачі від стінки поверхні нагрівання до повітря, Вт/(м²К). При поперечному омиванні коридорних і шахових пучків:

_к=_нс_zc_sc_ф, (5.3.13)

де _н — коефіцієнт тепловіддачі. (додаток 10)

С_z, с_s, с_ф — поправки. (додаток 10)

Для визначення перерахованих вище поправок необхідно обчислити середню температуру повітря:

t=(t_п+ t_п)/2; (5.3.14)

і відносні кроки ₁= S₁/d і ₂=S₂/d.

10. Визначити коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²К):

. (5.3.15)

11. При конструктивному розрахунку з рівняння теплопередачі визначити площу поверхні нагрівання повітропідігрівника (м²):

. (5.3.16)

При перевірочному розрахунку (поверхня нагрівання повітропідігрівника відома) з рівняння теплопередачі визначається теплота, сприйнята повітрям (кДж/кг чи кДж/м³):

. (5.3.17)

За значенням Q_пп визначається ентальпія гарячого повітря після повітропідігрівника (кДж/кг чи кДж/м³):

. (5.3.18)

По величині з І- таблиці (табл. 2.1) визначається температура гарячого повітря після повітропідігрівника t_г.п. Якщо ця температура відрізняється від прийнятої при складанні рівняння теплового балансу не більше ніж на ±40 °С, то розрахунок вважається кінченим. У противному випадку розрахунок котлоагрегату варто повторити, задавши нову температурою гарячого повітря, близьку до отриманого.

Додаток 1.

Розрахункові значення присмокту повітря в топку і газоходи парових і водогрійних котлів при номінальному навантаженні.

Топкові камери і газоходи	Присмокт повітря
Топкові камери пиловугільних топок з твердим шлаковидаленням і металевою обшивкою труб екрану	0,05
Те ж, при наявності обмурівки і обшивки	0,07
Те ж, без металевої обшивки	0,07
Топкові камери шарових механічних і напівмеханічних топок	0,1
Фестон, ширмовий пароперегрівник, перший котельний пучок котлів паропродуктивністю D50 т/год	0
Перший котельний пучок конвективної поверхні нагрівання котлів продуктивністю D50 т/год	0,05
Другий котельний пучок конвективної поверхні нагрівання котлів продуктивністю D50 т/год	0,1
Пароперегрівник	0,03
Водяний економайзер котлів продуктивністю D50 т/год (на кожну ступінь)	0,02
Водяний економайзер котлів продуктивністю D50 т/год: сталевий	0,08
чавунний з обшивкою	0,1
чавунний без обшивки	0,2
Повітропідігрівник трубний (на кожну ступінь): для котлів з D50 т/год	0,03
для котлів з D50 т/год	0,06
Газоходи сталеві (на кожні 10 м довжини)	0,01
цегляні (на кожні 10 м довжини)	0,05