Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверочный тепловой расчет топки парового котла. Практикум
.pdf
р
р
Q
р
р
Q
р
н
Q
тл
Q
р
н
Q
тл
Q
р
н
Q
тл
Q
р
р
Q
р
н
Q
3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА
3.1. Тепловой баланс котельного агрегата
Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла,
называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного
тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются
КПД котла и необходимый расход топлива.
Располагаемую теплоту 1 кг сжигаемого топлива
, кДж/кг, опреде-
ляем по формуле (3.4) [2]
=
где
103 +
− низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, МДж/кг;
+ Q
+ Qпф− Qк,
внш
− физическая теплота топлива, кДж/кг, учитывается для жидких и
сильновлажных твердых топлив, когда WР1,6
ля марки Д Р принимаем
Q
− теплота, подводимая к воздуху от внешнего источника, кДж/кг,
внш
Q
= 0;
внш
=0;
. Для Аркагалинского уг-
Qпф − теплота, вносимая в топку при распылении мазута паром,
кДж/кг, Qпф = 0;
Qк − теплота, поглощаемая при сжигании сланцев, кДж/кг, Qк =0.
=
103 = 19,09 103=19090 кДж/кг.
3.2. Потери теплоты от химического и механического недожога
Потери теплоты от химического и механического недожога топлива q
3
и q4 определяются по табл. 4.6 [2] или по табл. XVIII-XIX [1] (см. п.п. 507, 5-08 [1]). Принимаем для твердого топлива q3 = 0, q4 = 1 %.
3.3. Потеря теплоты с уходящими газами
Потерю теплоты с уходящими газами q2, %, определяем по (5-06)-(5-
07) [1], (3.2) [2].
11
р
р
4
0
х.в.ухух
2
)100)((
Q
qНH
q
33,1
ВПIух
ух
Н
0
хв
Н
4
q
1550,2
100
501025,4)(2075,0
1025,4
56420109530321V321H
0
Вх.в.
0
х.в
,,,t,
.
%4,6
19090
)1100)(564,20133,12,1550(
2
q
.
lg
/
Dlg
/D
,
,
%54,0
9,63
)9,6360(
)60(
q
50
ном
50
ном
H
5
,
где
– коэффициент избытка воздуха за воздухоподогре-
вателем;
ух и температуре уходящих газов t
− энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха
;
ух
− энтальпия теоретически необходимого количества холодного
воздуха на входе в воздушный тракт (перед калорифером или вентилятором), кДж/кг. Принимаем t
= 30 С, если не задана другая величина;
хв
− потери теплоты с механическим недожогом топлива, %.
По табл. 1.4 [2] принимаем tyx=150 С.
Энтальпию уходящих газов при tyx=150 C определяем по табл. 2.2 на-
стоящего расчета методом интерполяции.
Нух=
кДж/кг.
Энтальпию холодного воздуха определяем по формуле (3.3) [2],
(см. (4-23) [1]).
кДж/кг,
где tхв=30 С − температура холодного воздуха, принимается по [1], стр.
29; табл. 1.5 [2]; (см. табл. II-5 [1]).
.
3.4. Потеря теплоты от наружного охлаждения
Потеря теплоты q5 от наружного охлаждения через внешние поверх-
ности котла при номинальной производительности котла D
= 230
ном
т/ч =63,9 кг/с определяем по формуле (3.11) [2], по рис. 5.1 или по формуле (5-10) [1]:
12
р
н
Q
);(100
65432
K
qqqqqη
%.92,06)054,0104,6(100
к
η
к
р
р
п.в.киппрвтвтвтп.в.п.п.пе
)()(D)(
ηQ
hhDhhhhD
В
'"
кипп.вп.п
,, hhh
вт
D
втвт
, hh
пр
D
3.5. Потеря с теплом шлаков
Потеря с физической теплотой удаляемых шлаков q6 при камерном
сжигании с твѐрдым шлакоудалением учитывается только для многозольных топлив, когда АР2,5
, в соответствии с п. (3.1) [2] (см. также п. 5.10
[1]). Принимаем q6=0.
3.6. Коэффициент полезного действия котла
Коэффициент полезного действия котла определяем по фор-
муле (5- 15) [1], (3.1) [2].
3.7. Расход топлива
Расход топлива B, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового кот-
ла определяем по формуле (5-19) [1]; (3.14) [2].
,
где D
пе
= D
– расчетная паропроизводительность котла, кг/с;
ном
– энтальпия соответственно перегретого пара, питательной
воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг;
– расход вторично перегреваемого пара, кг/с, (Dвт=0);
– энтальпия вторично перегреваемого пара соответственно на
входе и на выходе из пароперегревателя, кДж/кг;
– расход продувочной воды из барабанного парового котла, кг/с.
Расход продувочной воды из барабана котла определяем по формуле
(3.15) [2].
Dпр= 0,01∙ p ∙ Dпе = 0,01∙ 3 ∙ 63,9 =1,917 кг/c,
где р = 3% – непрерывная продувка котла, принимается в соответствии с п. 4.8.27 ПТЭ.
При давлении перегретого пара рпп=10 МПа и tпп=510 С по табл. XXV
[1] определяем hпп=3402,19 кДж/кг.
При давлении питательной воды р
13
=11,5 МПа и t
п.в.
=210 С по табл.
п.в.
14,9
9206,019090
)21,9012,1451(917,1)21,90119,3402(9,63
В
03,9)10101(149)0101(
4р
,,q,ВВ
99,0
54,006,92
54,0
1
5κ
5
q
q
T
V
)2/25,55,10(
зад
F
221,25105,25/2)12,5(7
фр
F
5,122/25,2)25,475,7(
бок
F
63103,63,6
фест
aF
XXIV [1] определяем h
При давлении в барабане котла р
XXIII [1] определяем h
=901,21 кДж/кг.
п.в.
=1451,2 кДж/кг.
кип
=11 МПа, tн=318,04 С, по табл.
бар
Рассчитываем расход топлива.
кг/с.
Расчетный расход топлива с учетом механического недожога опреде-
ляем по формуле (5-24) [1], (3.16) [2]:
кг/с.
Коэффициент сохранения теплоты рассчитываем по формуле (5-11)
[1], (4.24) [2]:
= 1−
.
4. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ
4.1. Геометрические характеристики топки
Геометрические характеристики топки определяем по чертежу котла
ТП-230, учитывая рекомендации, изложенные в п. 6-А [1]; § 4.1 [2].
При расчѐте теплообмена в топочной камере еѐ объѐм
, м3, опреде-
ляется по чертежам котла. Границами объѐма являются осевые плоскости
экранных труб или обращѐнные в топку поверхности защитного огнеупорного слоя; в местах, не защищѐнных экранами – стены топочной камеры. В выходном сечении камеры еѐ объѐм ограничивается плоскостью,
проходящей через оси первого ряда труб ширм, фестона или котельного
пучка. Нижней границей объѐма топки является под. При наличии холодной воронки за нижнюю границу объѐма топки условно принимается горизонтальная плоскость, отделяющая еѐ нижнюю половину (см. рис. 6.1
[1]).
1) Площади поверхностей стен:
а = (10,5+5,25/2) ∙10=131,25 м2;
м2;
в + (7,25+4)∙1,89/2 =
=(7,75+4,25)∙2,25/2+12,5∙7,75+(7,25+4)∙1,89/2 = 121 м2;
м2,
14
бокфрзад
,, FFF
фест
F
10a
75,7в
75,65763121225,22125,1312
фестбокфр
зад
ст
FFFFF
25,4
4
95,0
6
4
6
2
2
2
гор
D
F
95,0
2
D
5,5906325,475,657
фестгорст
экр
ст
FFFF
121010121
бокT
aFV
фестфестст
экр
стiiл
xFxFxFH
i
F
i
x
x
.
2
FFFFFH
м62416395,0)25,4121225,22125,131(
195,0)2(
окгорбокфрзадл
.95,075,657/624/
стл
FH
где
площадь соответственно задней, фронтовой и боковой
стены, м2;
площадь фестона (плоскость проходящая через оси первого ряда
труб фестона), м2;
м2 ширина топочной камеры;
м2 глубина топочной камеры.
Полная поверхность стен:
Поверхность стен, занятая горелками:
где
м – диаметр выходной амбразуры горелки.
Поверхность стен, занятая экранами:
2) Объем топочной камеры:
м2.
м2,
м2.
м3.
3) Лучевоспринимающую поверхность стен определяем по фор-
муле (6-06а) [1].
,
где
– площадь i-ой стены, занятая экраном, м2;
– угловой коэффициент i-го экрана (см. номограмму 1 [1]).
Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции (см. п. 6-06 [1]).
Для фестона x=1. Для настенных топочных экранов угловой коэффициент x можно рассчитать по формуле (4.31) [2]. Диаметр и шаг труб всех
экранов одинаковы. Поэтому лучевоспринимающая поверхность экранов
вычисляется совместно по одному значению углового коэффициента x.
Диаметр экранных труб d = 76 мм, шаг труб S = 95 мм, S/d = 1,25. Отно-
сительное расстояние от труб до стены l/d = 57,5/76 0,8.
= 1- 0,2(S/d - 1) = 1- 0,2(95/76 - 1) = 0,95,
где S/d – относительный шаг труб настенного экрана;
3) Определяем степень экранирования топки:
4) Эффективная толщина излучающего слоя топки рассчитывается по
формуле (6-07) [1].
15
,м62,6
75,657
1210
6,36,3
ст
T
F
V
S
T
V
2,1441210/1909014,9/
Т
P
H
p
V
VQBq
V
q
,
p
V V
qq
т
,
)1(
срфф
ф
Т
ф
ср
т
т
Т
т
т
где
– объѐм топочной камеры, м3; Fст − полная поверхность
стен топки, м2.
5) Расчетное тепловое напряжение топочного объема определяем по
формуле (4.8) [2]:
кВт/м3.
Допустимое тепловое напряжение топочного объема определяем по
табл. XVIII [1]:
=175 кВт/м3.
нормативное требование выполня-
ется.
4.2. Коэффициент теплового излучения топочной камеры
Коэффициент теплового излучения топочной камеры
сто применявшейся ранее степени черноты топки
. Он является радиа-
т
введен вме-
т
ционной характеристикой излучающего тела и зависит только от его физических свойств и температуры.
Поглощательная способность (степень черноты)
характеризует сте-
т
пень поглощения падающего излучения и дополнительно зависит от спектра этого излучения. Для серых и черных тел эти два коэффициента
и
т
численно равны. Для определения температуры газов на выходе из топки
рассчитывают коэффициент теплового излучения топки
ется коэффициентом излучения газового факела
, заполняющего топоч-
ф
ный объем, и тепловой эффективностью экранных поверхностей
т. т
определя-
.
ср
рассчитывается по формуле (4.36) [2].
где
– коэффициент излучения газового факела;
– коэффициент тепловой эффективности экранных поверхностей.
Коэффициент излучения газового факела
газов на выходе из топки (от абсолютной температуры
зависит от температуры
ф
газов на вы-
т
т
ходе из топки). При выполнении расчѐтов сначала задаются
по табл.
4.7 [2] (см. стр. 38, 39 [2]), а затем рассчитывают еѐ значение. Принятое и
расчѐтное значение
не должны отличаться более чем на 100 С.
16
kpS
ф
1
е
kpS
k
p
кзлзлПr
)()( kkrkk
)(
Пr
rk
)(
злзл
k
к
k
к
k
ППr
1000
37011
1687
Т
O2H
П
r
Т
,
Sr
r,
rk
Т
Т
OHROП
22
rrr
т
t
76102510
1000
2731150
37011
6262510
10901687
r П
,,,
,,
,,
rk
67,0
злТзлГзлзл
)/(43 dТk
1) Коэффициент излучения газового факела при сжигании твердых
топлив определяем по формуле (4.37) [2], для газа и мазута по формуле
(4.42) [2].
,
где
– коэффициент ослабления (поглощения) лучей топочной средой,
1/(м ∙МПа);
– давление газов в топочной камере, МПа, для топок, работающих под
разрежением и с наддувом не более 5 кПа, принимают р = 0,1МПа;
S – эффективная толщина излучающего слоя, м. (S = 6,62 м).
деляем по формуле (4.39) [2]:
где
1/(м∙МПа);
1/(м∙МПа);
по рекомендациям, изложенным в [2] стр. 43, принимаем
1/(м∙МПа).
– оптическая толщина поглощения топочной среды;
Коэффициент k 1/(м∙МПа), ослабления лучей топочной средой опре-
,
– коэффициент ослабления лучей трехатомными газами,
– коэффициент ослабления лучей золовыми частицами,
− коэффициент ослабления лучей горящими коксовыми частицами,
=1,0
По формуле (6-13) [1] или (4.40) [2] определяем коэффициент ослабления лучей трехатомными газами.
где
табл. 2.1 настоящего расчета.
туру газов на выходе из топки
взвешенными в топочной среде частицами летучей золы.
– абсолютная температура газов на выходе из топки, К;
– объемная доля трехатомных газов, принимается по
По рекомендациям [2] табл. 4.7 (см. стр. 38−39) принимаем темпера-
=1150 С.
1/(м∙МПа).
По формуле (4.41) [2] определяем коэффициент ослабления лучей
,
17
Г
ρ
зл
d
зл
013,1)13)2731150/((0131,0130043
67,0
злзл
k
774,20,1013,1761,0 k
841,01
62,61,0774,2
ф
е
,
654321
665544332211
стi
стii
ср
FFFFFF
FFFFFF
F
F
x
i
.474,0
75,6572
16395,0)25,412125,24725,131(
ср
.92,0
48,0)841,01(841,0
841,0
)1(
срфф
ф
Т
где
нимаем г = 1300 г/м3 (1,3 кг/м
– плотность дымовых газов при атмосферном давлении, г/м3, при-
3
);
– эффективный диаметр золовых частиц, мкм (d
определяется по
зл
рекомендациям, изложенным в [2], см. стр. 43). Для ШБМ принимаем
dзл = 13 мкм.
– концентрация золовых частиц в потоке газов, кг/кг. Принимается
из табл. 2.1 настоящего расчета (см. формулу (4-11) [1]) .
1/(м∙МПа).
Коэффициент ослабления лучей топочной средой.
1/(м∙МПа).
Коэффициент излучения факела (степень черноты факела) определя-
ется по формуле (4.37) [2] (см. номограмму 2 [2]).
.
2) Тепловосприятие в топке оценивается средним коэффициентом те-
пловой эффективности экранов
ср. ср
определяют по формуле (6-32) [1];
(4.32) [2].
где
– коэффициент тепловой эффективности i-го участка экрана;
F1, F2, F3, F4, F5, F6 – поверхность i-го участка экрана (поверхности соот-
ветственно задней, фронтовой, 1-ой боковой, 2-ой боковой стены, амбразур горелок и фестона).
– условный коэффициент загрязнения поверхности, принимается по
табл. 4.8 [2], = 0,5; для газа = 0,65;
x– угловой коэффициент экрана, х = 0,95, рассчитывается по формуле
(4.31) [2]. (см. п. 4.1 настоящего расчѐта).
Коэффициент теплового излучения топки равен:
4.3. Расчет температуры газов на выходе из топки
18
а
т
Q
а
,
100
100
отбr
4
643
В
пф
P
PT
.
HrQQ
q
qqq
QQ
Р
Р
Q
3
q
4
q
6
q
Ф
п
Q
0
пф
Q
В
Q
отб r.
Hr
отб r.
Hr
0
Х.ВплТ
0
Г.ВплTTB
)()( ННQ
0
Х.В
0
Г.В
, НН
2057
200
100)13562758(
1356
В.Г
Н
4,2134564,201)1,008,0(2057)1,008,02,1(
B
Q
4,212244,213419090
Т
Q
,
ср
cV
т
Адиабатическая температура горения
ному тепловыделению в топке
=1,2.
т
, кДж/кг, при избытке воздуха в топке
1) Полезное тепловыделение в топке (для расчета
, С, определяется по полез-
и V∙cср) склады-
вается из располагаемой теплоты топлива за вычетом топочных потерь и
теплоты внешнего подогрева топлива и воздуха, парового дутья и теплоты рециркулирующих газов. Qт рассчитывается по формуле (6-28) [1],
(4.17) [2]:
где
– располагаемое тепло топлива, кДж/кг;
,
,
– потери тепла от химической и физической неполноты
сгорания топлива и с теплом шлака;
– тепло вносимое в топку паровым дутьѐм, кДж/кг, (
– теплота, вносимая воздухом в топку, кДж/кг, определяется по (6-
);
29) [1]; (4.18) [2];
– теплота рециркулирующих газов, кДж/кг, (
= 0).
,
где
– энтальпия соответственно горячего воздуха и присосов хо-
лодного воздуха извне.
По рекомендациям, изложенным в [2] табл. 1.6 принимаем t
=300 С.
г.в
Энтальпию горячего воздуха определяем по данным табл. 2.2 настоящего
расчета методом интерполяции.
кДж/кг;
кДж/кг.
Полезное тепловыделение в топке:
кДж/кг.
2) Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания
кДж/(кг∙○С) определяем по формуле (7.7) [2]. Предварительно принимаем
температуру газов на выходе из топки
Для твердых топлив температура газов на выходе из топки выбирается из условия предупреждения шлакования последующих поверхностей
нагрева (см. табл. II-1 [1], табл. 4.7. [2]). Кроме того, для топок с твердым
шлакоудалением должны быть сгранулированы расплавленные микрокап-
=1150 С (см. стр. 38-39 [2]).
19
)/()(
TTTср a
HQcV
а
а
1875
200/)8,202923,22817(
)8,202924,21224(
1800
а
Т
Н
т
05,12305
200
150)2,1053212896(
2,10532
Т
Н
.32,12
11501875
05,123054,21224
cV
ср
т
,/
Тгор
XhhX
Т
гор
h
T
h
X
ли шлака до встречи их с трубами на выходе из топки. Для этого температура топочных газов на выходе из топки должна быть ниже температуры
t2 начала размягчения золы [3, стр. 39]. Для Аркагалинского каменного уг-
ля марки Д t2= 1220 С.
,
где
– адиабатическая температура горения, С, соответствует условию,
когда все полезное тепловыделение воспринимается продуктами сгорания
(при отсутствии теплопотерь топки),
определяется по данным табл. 2.2
настоящего расчета по известному значению Qт. Принимая
Hг = Qт=21224,4 кДж/кг, получаем
С;
– энтальпия продуктов сгорания при
(определяется по табл. 2.2 на-
стоящего расчета)
кДж/кг.
3) Коэффициент М расположения горелок определяем по формуле
(4.26) [2] (коэффициент М учитывает относительное положение ядра факела по высоте топки, что влияет на
; М зависит от вида топлива и спо-
соба его сжигания см. стр. 39, 40 [2]).
При камерном сжигании твердых топлив М=0,56 – 0,5∙Хт,
где Хт – коэффициент, характеризующий относительную высоту положения зоны максимума температур в топке, определяется по формуле (4.28)
[2].
где
– высота размещения горелок, h
=3,5 м;
гор
– расчетная высота заполняющего топку факела (от нижней части
топки до середины выходного газового окна (см. рис. 4.2 [2]);
–поправка, при D
≤ 110 кг/с принимаем х = 0,1;
ном
хт = 3,5/16+0,1 = 0,32.
М = 0,56 − 0,5∙0,32 = 0,4.
Максимальное значение М не превышает 0,5.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]