Учебное пособие 612

антрацита и тощего угля – m=0; при слоевом сжигании углей с большим выходом летучих – т=0,4; для пламени мазута при qv= (0,6 l) МВт/ м3 – т =0,6; для пламени мазута при qv 1 МВт/ м3 – т = 1.

Величины степени черноты светящейся асв и несветящейся частей ансв надежнее определять по номограмме [5. с. 104], но можно и по выражению

где е – основание натурального логарифма; s – эффективная толщина изучающего слоя; р – давление в топке (для котлов ДКВР, ДЕ, КЕ р=1 ата).

Коэффициент ослабления лучей газовой топочной средой определяется по формулам:

для светящегося пламени

В формулах (1.20), (1.21) rn rRO2 rH2O – суммарная доля трехатомных га-

зов и водяных паров (берется из распечатки ЭВМ при т ).

После этого вычисляют температуру газов на выходе из топки tт'' рас по

формуле (1.14).

Расчет считается законченным в случае, если расчетная температура газов

близкое к уже определенному tт'' рас , и производят повторное последователь-

ное определение температуры газов на выходе из топки, начиная с формулы

(1.16).

После этого определяется тепловосприятие топочных экранов по формуле

10

1.4. Тепловой поверочный расчет кипятильных пучков

Целью поверочного теплового расчета кипятильных пучков является определение температуры газов за каждой конвективной поверхностью нагрева. Методика и блок-схема алгоритма такого расчета приведена в [6, с.34-37].

Для расчета кипятильных пучков, располагаемых в газоходах, кроме температур, объемов и состава газов, необходимо знать конструктивные данные о размерах самого газохода и труб конвективного пучка.

Так как газоход имеет различную высоту по ходу газов, то необходимо установить, эквивалентную (усредненную) высоту газохода:

где аmin,аmax - минимальная и максимальная высота газохода.

По чертежу котла замеряем ширину газохода вкп усредненную длину кипятильной трубы в газоходе lкпср и подсчитываем число труб поперек потока дымо-

вых газов z1кп . По этим геометрическим параметрам рассчитываем живое сечение для прохода дымовых газов в газоходе:

где z2кп - число кипятильных труб в газоходе но ходу дымовых газов (определяется по чертежу); dкп –диаметр труб кипятильных пучков (для котлов ДЕ, KЕ, ДКВР равен 51 2,5мм).

Рассмотренные геометрические параметры кипятильных пучков котлов типа КЕ и ДЕ можно принимать по [4, с. 7-27].

Тепловой расчет любой конвективной поверхности нагрева ведется по средней температуре продуктов сгорания в пределах этой поверхности:

tкпср 0,5 tкп' tкп'' , (1.26)

где tкп' ,tкп'' - температура газов соответственно на входе и выходе из рассматриваемой поверхности нагрева.

Температура газов перед кипятильным пучком первого газохода t1' принимается из расчета топки для теплогенератора без пароперегревателя (см. задания на проектирование), а при наличии пароперегревателя - из его теплового расчета. В первом случае она равна температуре газов на выходе из топки t1' tт'' , во втором - температуре газов на выходе из газохода пароперегревателя t1' tпп'' .

11

Температура газов на выходе из газохода t" является искомой величиной, и вместе с тем, для выполнения расчетов ее необходимо знать. Следовательно,

задача определения t" должна решаться методом последовательных приближений.

Проще и более точно она решается графоаналитическим методом. Для этого предварительно задаются двумя значениями температур дымовых газов на выходе из газохода с интервалом 100°С. Для котлов ДЕ, КЕ, ДКВР можно при-

ав

Расчет ведется независимо для этих двух температур, а истинную температуру газов на выходе из газохода находят в результате графического решения системы:

где Qкпб , Qкпт – значения тепловосприятий кипятильного пучка, вычисленные соответственно по уравнению теплового баланса и уравнению теплообмена.

Тепловосприятие кипятильного пучка по уравнению теплового баланса вычисляется для двух температур tа'' и tв'':

где Iкп' – энтальпия дымовых газов на входе в рассчитываемый кипятиль-

ный пучок, определяется по известной температуре t' и коэффициенту избытка воздуха α для этого пучка по It-диаграмме; Iкп" – значение энтальпии дымовых газов на выходе из рассчитываемого пучка (считается два раза для заданных температур на выходе из него tа'' и tв''); кп – увеличение коэффициента избытка воздуха за счет присосов холодного воздуха в газоход кипятильного пучка; Iхв0 Vв0 ct хв – энтальпия теоретически необходимого воздуха для горения топ-

лива.

Далее рассчитывают величины, необходимые для вычисления значений тепловосприятия кипятильного пучка, по уравнению теплообмена для двух температур tа'' и tв'':

где ккп – коэффициент теплопередачи в газоходе кипятильного пучка; tкп

12

– температурный напор, рассчитывается как среднелогарифмический (два значения)

tм

где tб tкп' tн ; tм tкп'' tн – большая и меньшая разность температур соответственно; tн – температура насыщения, принимается по таблице парамет-

ров водяного пара [5, с. 95] по значению давления пара (см. задание на проектирование).

Средние скорости дымовых газов (два значения) в газоходах кипятильных пучков рассчитываются по формуле

где Vкп - удельный объем продуктов сгорания в газоходах кипятильных пучков (принимается из распечатки ЭВМ для конкретного газохода).

Два значения коэффициентов теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании коридорных гладкотрубных пучков рассчитываются по формуле

к нСzCф , (1.32)

где н – находится по основной номограмме [5, с. 110] с учетом скоростей газов W и диаметра труб (dн=51 мм); Сz – поправочный коэффициент, определяемый по вспомогательному графику этой же номограммы, по числу рядов труб по ходу газов Z2; Cф – поправочный множитель, находится по вспомогательному графику этой же номограммы по средней температуре потока газов tгср и объемной доле водяных паров дымовых газов rН2О , которая принимается

из распечатки ЭВМ для конкретного газохода.

Два значения коэффициентов теплоотдачи излучением рассчитываются по формуле

где t = 25 oС - для газа, t = 60 °С - для мазута и твердого топлива; Сг – поправочный коэффициент, находится по вспомогательному графику этой же номограммы по средней температуре газов tгср и температуре загрязненной стенки tcm; а – степень черноты газового потока, определяется по номограмме

13

[5, с. 104] с учетом эффективной толщины S излучающего слоя, определяемой по формуле

где S1 и S2 - соответственно поперечные и продольные межтрубные шаги,

м.

Коэффициенты ослабления лучей газовой средой находятся по формулам (1.20) и (1.21) раздела 1.3 данных методических указаний.

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб конвективного пучка (два значения) с учетом коэффициента омывания ω (для современных котлов типа ДЕ, КЕ, ДКВР ω=1) равен

где ψ – коэффициент тепловой эффективности, принимаемый для газообразного топлива ψ = 0,85; для мазута и твердого топлива ψ =0,65 0,75.

По двум значениям Qкпб формулы (1.28) и Qкпт формулы (1.29) строят график линейной зависимости - формула (1.27) и в точке пересечения прямых ли-

ний по оси абсцисс находят расчетное значение tкп'' .

После расчета первого кипятильного пучка выполняют аналогичный расчет второго кипятильного пучка. Причем температура дымовых газов на входе

во второй кипятильный пучок t2'кп принимается равной расчетной температуре дымовых газов на выходе из первого кипятильного пучка t2'кп t1"кп .

2. МЕТОДИКА КОНСТРУКТИВНЫХ РАСЧЕТОВ ЭЛЕМЕНТОВ КОТЛОАГРЕГАТА

К дополнительным элементам котлоагрегата относятся: пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухонагреватель. В котлах они устанавливаются не всегда. Пароперегреватели устанавливаются тогда, когда потребителю необходим перегретый пар, и (в задании на проектирование, указывается температура перегретого пара). Если в задании указывается, что потребителю отпускается насыщенный пар, то это означает, что в котлоагрегате пароперегреватель не устанавливается.

Водяной экономайзер относится к хвостовым поверхностям нагрева котлоагрегата и он устанавливается для более глубокого охлаждения продуктов сгорания и нагрева питательной воды. За счет его установки значительно повышается КПД котлоагрегата. В котлах малой и средней мощности (до 20 т/ч) и

14

при давлении до 24 ата, устанавливаются блочные чугунные экономайзеры ВТИ с оребренными трубами.

Воздухоподогреватели, как и водяные экономайзеры, являются хвостовыми поверхностями нагрева котлоагрегата и применяются при сжигании высоковлажных твердых топлив, особенно в котельных при камерном сжигании пылевидного топлива.

Для этих дополнительных элементов котлоагрегата проводится конструктивный расчет, позволяющий увязать их габариты с размерами котла.

В котлах ДЕ, КЕ, ДКВР в 9 из 10 случаев устанавливаются водяные экономайзеры, а на долю пароперегревателей и воздухонагревателей приходится всего 1 случай.

2.1. Конструктивный расчет водяного экономайзера

Методика и алгоритм конструктивного расчета приведены в [6, с. 43-46]. Они достаточно просты и предусматривают следующий порядок расчета.

Так как конструкция чугунных экономайзеров стандартна и заводы выпускают их в виде блоков со стандартной поверхностью нагрева, то основные геометрические размеры известны: диаметр труб dнэк /dвнэк , их длина llmp, площадь поверхности нагрева одной трубы HImp и площадь живого сечения для прохода дымовых газов Flmp в зависимости от l1тр.

Также известна температура продуктов сгорания на входе и выходе из эко-

где р — величина продувки, %; Ср.в. — удельная теплоемкость питательной воды, ккал/(кг·град); Дк – паропроизводительность котла (см. задание на курсовое проектирование), т/ч.

В первом приближении величину продувки можно принять равной 3 – 5 %. Температура на выходе из экономайзера должна быть на 15 – 20 °С ниже тем-

тельной воды на входе в экономайзер либо увеличить расход воды через эконо-

15

майзер, нагревая часть ее, например, для горячего водоснабжения.

Скорость дымовых газов в загроможденном сечении газохода экономайзера принимается в пределах Wэк =6 – 9 м/с. Исходя из этого, находится площадь живого сечения для прохода дымовых газов в межтрубном пространстве:

где tэкср 0,5(tкп" tух ) - средняя температура продуктов сгорания в эконо-

майзере;Vэк - удельный объем дымовых газов в газоходе экономайзера (принимается из распечатки ЭВМ), м3 /кг.

По графикам [5] определяется коэффициент теплопередачи кэк по принятой скорости Wэк и средней температуре дымовых газов. Из таблицы одновременно принимается длина трубы экономайзера l и стандартные F1эк и Н1тр . Как пра-

вило, для котлоагрегатов малой паропроизводительности: при Dк<6,5 т/ч длина трубы принимается равной lэк=1,5 2м, а при Dк=10 25 т/ч lэк =2,5 3 м.

Температурный напор в экономайзере определяется по формуле:

где tпвср 0,5(tпв' t"пв )- средняя температура питательной воды в экономайзере.

Конвективная поверхность теплообмена в экономайзере рассчитывается из уравнения теплопередачи

Так как известна площадь поверхности теплообмена одной оребренной трубы H1mp, то определяется общее число труб экономайзера:

Оребренные трубы экономайзера размещаются в горизонтальной плоскости. Продукты сгорания перемещаются сверху вниз, а питательная вода противотоком движется снизу вверх. Для котлоагрегатов с Дк < 65 т/ч устанавливается экономайзер одноходовой по газу. При компоновке труб экономайзера необходимо предусмотреть на каждые четыре ряда труб установку одного обдувочного устройства, устанавливаемого в строительном проеме экономайзера между блоками труб.

Число труб в горизонтальном ряду определяется по формуле:

Тогда число труб в вертикальном ряду будет равно

16

Нэк

Взаключение студент выполняет чертеж экономайзера в разрезе, прообразом которого может быть экономайзер, приведенный в [5, с. 125].

В[6] приведены программы расчета водяного экономайзера на ЭВМ.

2.2.Конструктивный расчет пароперегревателя

Вкотлах типа ДЕ, КЕ, ДКВР применяют конвективные пароперегреватели, располагаемые по ходу газов в начале первого газохода. Компонуются змеевики пароперегревателей этих котлов на месте частично удаляемых (заглушённых) труб первого кипятильного пучка. Пароперегреватель состоит из параллельно включенных стальных змеевиков с трубами диаметром dпп =32 3 мм,

расположение труб - вертикальное, коридорное.

Методика и блок - схема алгоритма конструктивного расчета пароперегревателя приведены в [6, с. 37-43], а программа расчета в [6, с. 148-149].

Расчет пароперегревателя начинают с определения его тепловосприятия:

где inn ,iнп - энтальпия перегретого и насыщенного пара, определяемая по термодинамическим таблицам водяного пара [1]. Причем величина inn находится при средних значениях температуры и давления перегретого пара:

где Рпп Р6 (1 2) ата.

Площадь поперечного сечения для прохода пара вычисляется по формуле

где Wnn - скорость пара в змеевиках пароперегревателя, задается в преде-

лах 15-20 м/с; Vnnср f (Рпарср ,tпарср ) - вычисляется по термодинамическим таблицам водяного пара [1].

Из уравнения теплового баланса рассчитывают энтальпию дымовых газов

17

за пароперегревателем:

где Inn' - энтальпия дымовых газов перед пароперегревателем, которая на-

ходится по tnn' t"nn из It – диаграммы при пп .

Также из It – диаграммы находится температура газов за пароперегревате-

лем t"nn по значению Iпп'' . Тогда средняя температура газов в газоходе пароперегревателя будет равна

Число труб пароперегревателя в ряду Z1пп и труб кипятильного пучка Z1кп , a также количество рядов Z2пп , находят по конструктивным характеристикам пароперегревателя из чертежа котельного агрегата. Тогда площадь живого сечения для прохода дымовых газов находится по геометрическим параметрам пароперегревателя:

где аэкв, b - соответственно высота и ширина газохода; lпп – средняя длина труб пароперегревателя.

Скорость дымовых газов в этом газоходе вычисляется по формуле

Коэффициент теплоотдачи конвекцией к от газов к стенке трубы при поперечном остывании каждого пучка находят по номограмме 12 [1].

Лучистая составляющая теплоотдачи л от газов к стенке определяется по номограмме [5, с. 103]. С этой целью предварительно определяется температура загрязненной стенки пароперегревателя

где t - принимается по формуле (1.30), a S - по формуле (1.35). Необходимые для расчета л другие величины определяются аналогично

вычислениям, представленным в разделе поверочного расчета кипятильных пучков.

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам пароперегревателя 1 вычисляется по формуле (1.36).

Коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы пароперегревателя к пару 2 рассчитывается по [5, с. 118].

18

Коэффициент теплопередачи пароперегревателя будет равен

2.3. Конструктивный расчет воздухоподогревателя

В современных котлах большой производительности применяют трубчатые воздухоподогреватели с шахматным расположением труб диаметром dвп=32-42 мм и длиной lвп=3800 мм. Дымовые газы проходят внутри труб сверху вниз, а воздух перемещается горизонтально в межтрубном пространстве. Рекомендуемые поперечный S1 и продольный S2 межтрубные шаги соответст-

венно равны: S1 (1,35 1,5)dвп ; S2 1,05dвп .

Методика и блок-схема алгоритма конструктивного расчета воздухоподогревателя приведены в [6, с. 46-54], а программа расчета в [6, с. 153].

Исходными данными для конструктивного расчета воздухоподогревателя также являются:

- температура дымовых газов на входе и выходе и воздухоподогревателя

(они соответственно равны t2''кп и tух);

-температура холодного воздуха tхв = 30 °С;

-скорости соответственно дымовых газов внутри труб Wвпг = 10 16 м/с и

Методика расчета воздухоподогревателя приведена ниже.

19