- •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.
4 Расчет испарительных секций
Температура дымовых газов перед испарительными секциями равна температуре дымовых газов на выходе из пароперегревателя, t/д.исп = t//д.исп=725оС. Температура пароводяной смеси при заданном давлении равна t// =257,41оС.
Принимаем в первом приближении температуру дымовых газов за испарительными пакетами t//д.исп = 350оС.
Определяем среднелогарифмический температурный напор по формуле [1; 18]:
(39)
Средняя температура дымовых газов определяется по формуле [1; 18]:
t¯д = 0,5 · (t/д.исп + t//д.исп) (40)
t¯д = 0,5 · (725 + 350) =537оС
Определим действительный расход дымовых газов по формуле [1; 18]:
(41)
Живое сечение для прохода дымовых газов равно fд = 10,03м2. Тогда средняя скорость дымовых газов [1; 18]:
(42)
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к шахматному пучку труб по формуле [1; 18]:
αк = αо ·kz ·ks ·kt (43)
Принимаем шаг труб по ширине пучка равным S1=172мм, шаг труб по глубине пучка S2=70мм, число рядов труб в пакете Z2=22, диаметр труб поверхностей нагрева dн=32мм.
Пользуемся источником [1; приложение А] при =12м/с и dн=32мм коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб αо = 92 Вт/(м2·оС), а при Z2=22, S1/ dн=172/32=5,37, S2/dн=70/32=2,18 и t¯д.исп=587оС получим kz=0,98, ks=0,99, kt=1.
αк = 92· 0,98· 0,99· 1 = 90Вт/(м2·оС)
Определяем эффективную толщину излучающего газового слоя по формуле [1; 15]:
(44)
Произведение парциального давления излучающих составляющих на эффективную толщину излучающего газового слоя определяем по формулам [1; 19]:
РСО2 · Sэф = 98,1· 0,355 ·0,118 = 4,1кН/м (45)
РН2О · Sэф = 98,1· 0,355 · 0,112 = 3,9кН/м (46)
Определяем степень черноты дымовых газов [1; 19]:
εд = εСО2 + β· εН2О (47)
Согласно номограммам [1; приложение Б и В] степени черноты СО2, Н2О и β равны: εСО2 =0,06 (lэф=0,355), εН2О =0,09 (lэф=0,355), β =1,05.
εд = 0,06 + 1,05· 0,09= 0,115
На выходе из испарительного пакета при t//д.исп =350оС энтальпия дымовых газов i//д.исп =500кДж/м3 (рисунок 2)
Ориентировочно определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в предвключенном испарительном пакете по формуле [1; 19]:
Qисп/ = Vод ·(i/д.исп – i//д.исп) ·103 (48)
где i/д.исп – энтальпия при температуре дымовых газов на входе в испарительный пакет, кДж/м3;
i//д.исп - энтальпия при температуре дымовых газов на выходе из испарительного пакета, кДж/м3.
Численное значение энтальпии определяем по рисунку 2. На входе в пароперегреватель при t/д.исп =725оС энтальпия дымовых газов i/д.исп = 1004 кДж/м3.
Qисп/ = 42,71 ·( 1004 – 500) · 103 = 21355000Вт
Согласно исходным данным поверхность нагрева второго испарительного пакета равна F1=415м2, третьего и четвертого, соответственноF2=475 м2 F3=436 м2. Общая поверхность нагрева составит F= F1 + F2 + F3 = 415+475+436=1326м2
Определяем среднюю температуру стенок труб по формуле [1; 20]:
(49)
Определяем степень черноты дымовых газов при температуре стенки труб по формуле [1; 20]:
(50)
Коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле [1; 20]:
(51)
Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к трубам определяем по формуле [1; 20]:
αΣ = αк + αизл (52)
αΣ = 90+ 10,7 = 100,7Вт/(м2·С)
Коэффициент теплопередачи определяем по формуле [1; 20]:
К = αΣ / (1+ ε · αΣ) (53)
К = 100,7 / (1 + 0,005· 100,7) = 66,6Вт/(м2·оС)
Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в испарительных пакетах по формуле [1; 21]:
Qпр = (K· F· Δ¯t)/1000 (54)
Qпр = (66,6 ·1326 ·233)/1000 = 20597кВт
Энтальпия дымовых газов на выходе из испарительных секций определяется по формуле [1; 21]:
i//д.исп = i/д.исп – (Qисп / Vод · ζ) (55)
где ζ – коэффициент сохранения тепла (принимаем равным 0,95)
i//д.исп = 1004 – (20597 / 42,71 ·0,95) = 496кДж/м3
При i//д.исп = 496кДж/м3 по рисунку 2 определяем температуру газов на выходе из испарительного пакета: t//д.исп = 355оС. Расхождение между принятой и полученной температурой составляет [1; 21]:
что находится в пределах допустимого (δ≤5%).