- •Введение
- •1 Исходные данные для расчета
- •2 Расчет предвключенного испарительного пакета
- •3 Расчет пароперегревателя
- •4 Расчет испарительных секций
- •5 Расчет водяного экономайзера
- •6 Определение паропроизводительности котла и температуры перегрева пара
- •Список литературы
- •Контрольные вопросы
- •1 Для чего предназначены котлы-утилизаторы?
- •2 С какими энергетическими параметрами вырабатывается пар в котлах-утилизаторах и где он используется?
- •3 Какие существуют типы котлов-утилизаторов?
- •4 В чем состоит основное отличие газотрубных от водотрубных котлов-утилизаторов?
- •5 Какие существуют компоновки поверхностей нагрева в котлах-утилизаторах? Их преимущества и недостатки.
- •6 Привести принципиальную схему водотрубного котла-утилизатора п-образной компоновки.
2 Расчет предвключенного испарительного пакета
Принимаем в первом приближении температуру дымовых газов за предвключенным испарительным пакетом равной tд//=800оС.
Определяем среднелогарифмический температурный напор по формуле [1; 9]:
(3)
где - температура насыщения при заданном давлении в барабане котла, равном 4,5МПа [2; Таблица 3], =257,41оС
Средняя температура дымовых газов определяется по формуле [1; 9]:
(4)
Определяем действительный расход дымовых газов по формуле [1; 9]:
(5)
Живое сечение для прохода дымовых газов в предвключенном испарительном пакете равно fд=13,2м2. Тогда средняя скорость дымовых газов определяется по формуле [1; 9]:
(6)
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к шахматному пучку труб по формуле [1; 9]:
αк = αо ·kz ·ks ·kt, (7)
где αо – коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб, Вт/(м2·оС);
kz – поправка на число труб;
ks – поправка на относительный шаг;
kt – поправка на температуру.
Принимаем шаг труб по ширине пучка равным S1=86мм, шаг труб по глубине пучка S2=70мм, число рядов труб в пакете Z2=12, диаметр труб поверхностей нагрева dн=32мм.
Пользуемся источником [1; приложение А] при =13м/с и dн=32мм коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб αо = 92 Вт/(м2·оС), а при Z2=12, S1/ dн=86/32=2,68, S2/dн=70/32=2,18 и t¯д=749оС получим kz=0,95, ks=1,11, kt=0,98.
αк = 92· 0,95· 1,11· 0,98 = 95Вт/(м2·оС)
Определяем эффективную толщину излучающего газового слоя по формуле [1; 11]:
(8)
Произведение парциального давления излучающих составляющих на эффективную толщину излучающего газового слоя определяем по формулам [1; 11]:
РСО2 · Sэф = 98,1· 0,161 ·0,118 = 1,86кН/м (9)
РН2О · Sэф = 98,1· 0,161 · 0,112 = 1,76 кН/м (10)
где 98,1 – переводной коэффициент из атмосфер в килоньютоны.
Определяем степень черноты дымовых газов [1; 11]:
εд = εСО2 + β· εН2О (11)
где εСО2 – степень черноты СО2;
εН2О – степень черноты Н2О;
β – поправочный коэффициент.
Согласно номограммам [1; приложение Б и В] степени черноты СО2, Н2О и β равны: εСО2 =0,06 (lэф=0,161), εН2О =0,06(lэф=0,161), β =1,05.
εд = 0,06 + 1,0· 0,06 = 0,113
Принимая степень черноты стенок труб равной εст =0,8, находим эффективную степень черноты по формуле [1; 12]:
εст.эф. = (1 + εст)/2 (12)
εст.эф. = (1 + 0,8)/2 = 0,9
Ориентировочно определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в предвключенном испарительном пакете по формуле [1; 12]:
Qпр/ = Vод ·(iнд – i//д) ·103 (13)
где iнд – энтальпия при температуре дымовых газов на входе в предвключенный пакет, кДж/м3;
i//д - энтальпия при температуре дымовых газов на выходе в предвключенный пакет, кДж/м3.
Численное значение энтальпии определяем по рисунку 2. На входе в предвключенный пакет при tнд =850оС энтальпия дымовых газов iнд = 1275 кДж/м3, а при t//д = 800оС i//д = 1198 кДж/м3.
Qпр/ = 42,71 ·( 1275 – 1198) · 103 = 3288670Вт
Определяем среднюю температуру стенок труб по формуле [1; 12]:
t¯ст = t// + ε · (Qпр/ / F) (14)
где ε – тепловое сопротивление на трубках, равное 0,0005-0,01(м2·С)/Вт (принимаем ε=0,005)
F – поверхность нагрева предвключенного пакета, м2.
t¯ст = 257,41 + 0,005 · (3288670/133) = 381оС
Определяем степень черноты дымовых газов при температуре стенки труб по формуле [1; 12]:
(15)
Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле [1; 13]:
(16)
Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к трубам определяем по формуле [1; 13]:
αΣ = αк + αизл (17)
αΣ = 95+ 14 = 109Вт/(м2·С)
При расчете коэффициента теплопередачи можно пренебречь тепловым сопротивлением теплоотдачи к воде, пароводяной смеси и пару и рассчитать коэффициент теплопередачи по формуле [1; 13]:
К = αΣ / (1+ ε · αΣ) (18)
К = 109 / (1 + 0,005· 109) = 70,55Вт/(м2·оС)
Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в предвключенном испарительном пакете по формуле [1; 13]:
Qпр = (K· F· Δ¯t)/1000 (19)
Qпр = (70,55 ·133 ·574)/1000 = 5385,9кВт
Энтальпия дымовых газов на выходе из пакета определяется по формуле [1; 13]:
t//д = iнд – (Qпр / Vод · ζ) (20)
где ζ – коэффициент сохранения тепла (принимаем равным 0,95)
t//д = 1275 – (5385,9 / 42,71 ·0,95) = 1143кДж/м3
При t//д = 1143 кДж/м3 по рисунку 2 определяем температуру газов на выходе из предвключенного испарительного пакета: t//д = 778оС. Расхождение между принятой и полученной температурой составляет [1; 14]:
(21)
что находится в пределах допустимого (δ≤5%).