Теплогенерирующие установки

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

k= kг*rп+kc

где rп —суммарная объемная доля трехатомных газов (по таб. 1) Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (м*МПа)-1

где рп —парциальное давление трехатомных газов

рп =rп*р =0,233*0,1=0,0233 Мпа

р —давление в топочной камере котлоагрегата для агрегатов, работающих без наддува, принимается р =0,1 МПа

rН2О —объемная доля водяных паров (по табл. 1)

T″т —абсолютная температура на выходе из топочной камеры (К) Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

kс =0,3*(2 -αT)*(1,6*T″т /1000 -0,5)*Ср/Нр =0,3*(2-1,2)*(1,6*(1100+273)/1000-0,5)* *84,65 /11,7 = 2,95 (м*МПа)-1

где Ср, Нр —содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

k=7,54*0,233+2,95 =4.7 (м*МПа) –1

7.Степень черноты факела

аф =m* асв +(1-m)* аг

где m —коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела

m= 0,554 при qv =405 кВт/м²

асв, аг —степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами

асв =l –e^(-k*p*s) =1 -e–4.7*0.1*1.488 =0.5

аг =1 -e^(-kг*rп*p*s) =1 -e–7.54*0.233*0.1*1.488 =0.23

аф =0,554 *0,5 +(1 -0,554) *0,23=0,38

8. Cтепень черноты топки для камерных топок

ат =аф /[аф +(1 -аф) *ψср] =0,38 /[0,38 +(1 –0,38) *0,484]=0,56

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

13

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

М=0,5

10.Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания при нормальных условиях (кДж/(кг*К))

Vccp =(Qт -I˝т) /(Та -θ˝т)

где Та —теоретическая (адиабатная) температура горения (К) определяемая из таб. 2 по значению Qт, равному энтальпии продуктов сгорания Iа

θ˝т —температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке (К)

I˝т —энтальпия продуктов сгорания берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре

Qт —полезное тепловыделение в топке (см. п. 3)

Та =Тм +(Iа –Iм) *100 =1800 +(41782,5 –40226,4) *100 =1862°С =2135 К

Vccp =(41782,5 -23283) /(2135 -1373) =24,3 кДж/(кг*К)

11. Действительная температура на выходе из топки (°С)

1032o Ñ

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с температурой, принятой ранее в п. 1. Если расхождение между полученной температурой (θ˝т) и ранее принятой на выходе из топки не превысит ±100 °С, то расчет считается оконченным.

1100-1032=68°С

12. Количества теплоты, воспринятые луче воспринимающими поверхностями топки из уравнения баланса

Qл =φ *(Qт -I'' +Δαк *I°прис) =0,982 *(41782,5 –23283 +0,1 *423,1) =18208,06 кДж/кг

14

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

4.3. Расчет конвективного пучка

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.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару — конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде

ипару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

1.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 (См. стр 4)

2.Предварительно принимаются два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для двух предварительно принятых температур.

θ' =1100°С I' =23283 кДж/кг

θ"I =500°С I"I =10949.3 кДж/кг

θ"II =400°С I"II =8642.2 кДж/кг

3.Теплота, отданная продуктами сгорания (кДж/кг)

Qб =φ *(I' -I'' +Δαк *I°прис)

где φ —коэффициент сохранения теплоты

I' —энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева

I" —энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева Δαк —присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее

I°прис —энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха tв =30°С

Δαк =0,1

I°прис =I°хв =423,1 кДж/кг

4. Расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе

(°С)

θ =(θ' +θ")/2

15

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

где θ' и θ" —температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее

При θ"I =500°С θI =(1100 +500)/2 =800°С

При θ"II =400°С θII =(1100 +400)/2 =750°С

5. Температурный напор (°С)

t =θ –tк

где tк —температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле

tк =194°С

При θ"I =500°С tI =800 –194 =606°С При θ"II =400°С tII =750 –194 =556°С

6. Средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)

ωг =Вр *Vг *(θ +273)/(F *273)

где Вр —расчетный расход топлива (кг/с)

F —площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п. 1) (м2) Vг —объем продуктов сгорания из таб.1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха (м³)

θ —средняя расчетная температура продуктов сгорания (°С)

При θ"I =500°С ωг I =0,174 *14,75 *(800 +273)/(0,4 *273) =25,22 м/с При θ"II =400°С ωг II =0,174 *14,75 *(750 +273)/(0,4 *273) =24 м/с

7. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при продольном омывании (Вт/(м² *К))

αк =αн *сф *cl

где αн —коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме [1] сф — коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется по номограмме [1]

сl —поправка на относительную длину, определяется по номограмме [1]

При θ"I =500°С αк I =60 *0,93 *1,05 =58.59 Вт/(м² *К)

При θ"II =400°С αк II =45 *0,98 *1,05 =46.3 Вт/(м² *К)

8. Степень черноты газового потока по номограмме, при этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину

kps =(kг *rп +kзл *μ) *p *s

где kг —коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

16

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

kзл —коэффициент ослабления лучей эоловыми частицами при сжигании жидкого слоевых и факельно-слоевых топках принимается kзл =0

μ —концентрация золовых частиц р —давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков

s =0.9 *d *(4/π *S1 *S2/d² -1) =0.9 *0.051 *(4/3.14 *0.11 *0.11/0.051² -1) =0.226 м

рп =rп*р =0,216*0,1=0,0216 Мпа

При θ"I =500°С

kps II =31,55 *0,216 *0,1 *0,226 =0,138

9. Коэффициент теплоотдачи αл, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева (Вт/(м² *К))

αл = αн *а *сг

где αн —коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме а —степень черноты сг —коэффициент

Для определения αн и коэффициента сг вычисляется температура загрязненной стенки

t3 =t +Δt= 194 +60 =254°С

где t —средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле (°С)

Δt —при сжигании жидких топлив принимается равной 60 °С

При θ"I =500°С αл I = 60 *0,1375 *0,96 =7,9 Вт/(м² *К)

При θ"II =400°С αл II = 45 *0,138 *0,93 =5,8 Вт/(м² *К)

10. Подсчитывается суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева (Вт/(м2 *К))

α1 =ξ *(αк +αл)

17

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

отличается от одного из принятых предварительно значений θ"I и θ"II не более чем на 50°С, то для завершения расчета необходимо по θ"р повторно определить только Qт, сохранив прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для найденной температуры θ"р

19

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

4.4.Расчет экономайзера

Впромышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении

—стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера.

1. Количество теплоты которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов (кДж/кг)

Qб =φ *(I'эк -I''эк +Δαэк *I°в)

где I'эк —энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется из табл. 2 по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева (кДж/кг)

I''эк —энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 2 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов (кДж/кг)

φ —коэффициент сохранения теплоты Δαэк —присос воздуха в экономайзер, принимается по табл. 1

I°в —энтальпия теоретического количества воздуха Т' =437,2°С I'эк =9500,44 кДж/кг

Т'' =150°С I''эк =3366,38 кДж/кг

Δαэк =0,1

I°в =423,1 кДж/кг

Qб =0,982 *(9500,44 –3366,38 +0,1 *423,1) =6065,2 кДж/кг Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой

водой в водяном экономайзере

2. Энтальпию воды после водяного экономайзера (кДж/кг) i"эк =Вр *Qб +i'эк

D +Dпр

где i'эк —энтальпия воды на входе в экономайзер (кДж/кг) D —паропроизводительность котла (кг/с)

Dпр —расход продувочной воды (кг/с) t'эк =104°С i'эк =435.43 кДж/кг

D =10 т/ч =2,78 кг/с

Dпр =0

i"эк =0,174 *6065,2 +435,43 =815,05 кДж/кг 2,78

По энтальпии воды после экономайзера и давлению ее из таблиц для воды и водяного пара определить температуру воды после экономайзера t"эк. Если полученная температура воды окажется на 20°С ниже температуры при давлении в

21

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

барабане котла, то для котлов давлением до 2,4 МПа к установке принимают чугунный водяной экономайзер.

t"эк =195.04°С

3. Температурный напор, зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания

Δtб II =Т' – t"эк =437,2 –195,04 =242,16°С

4. Действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере (м/с)

ωг =Вр *Vг *(θэк +273)/(Fэк *273)

где Вр — расчетный расход топлива (кг/с)

Vг —объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха (из табл. 1)

θэк —среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере (°С) θэк =(t"эк + t'эк)/2 =(437,2 +150)/2 =293,6°С

Fэк —площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (м2) Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при установке

чугунного водяного экономайзера

Fэк =Fтр *z1 =5 *0,184 =0,92 м2

где Fтр —площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы z1 — число труб в ряду

5. Коэффициент теплопередачи

K=Kн *cυ =18,1 *1 =18,1Вт/(м² *К)

6.Невязку теплового баланса (кДж/кг)

ΔQ = Qрр *ηвр/100 –(Qл +Qк +Qэк)*(1 –q4/100)

где Qл, Qк и Qэк — количества теплоты, воспринятые луче воспринимающими поверхностями топки, котельными пучками и экономайзером в формулу подставляют значения, определенные из уравнения баланса.

При правильном расчете невязка не должна превышать 0,5 %

ΔQ ==41482,2 *91,17/100 –(18166,52 +13576 +6065,2)*(1 –0/100)=11,6 кДж/кг Q/Qрр =11,6/41482.2=0,0003

22