ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА

1

Графоаналитический метод расчета температуры дымовых газов по газоходам котла

Графоаналитический метод расчета основан на использовании J–t (энтальпия – температура дымовых газов) диаграммы поверхностей нагрева котельного агрегата, расположенных по ходу движения дымовых газов от топочной камеры до выхода из последней поверхности нагрева.

Целью расчета является определение температуры дымового газа за любой поверхностью нагрева котельного агрегата для последующего использования ее в расчете требуемой величины площади нагрева этой поверхности.

Исходными параметрами и данными для построения J–t диаграммы являются: топливо, сжигаемое в топке котла, конструктивные особенности котельного агрегата, в частности, количество поверхностей нагрева и величина присоса воздуха в каждой из них, и температура дымовых газов, покидающих котельный агрегат. Примерный вид исходной J–t диаграммы для водогрейного котла показан на рис. 1.

Рис. 1. Примерный вид исходной J–t диаграммы

На J–t диаграмме линия αт обозначает поверхность нагрева, расположенную в топке котла, линия Jтеор. – теоретическую энтальпию (теплосодержание) дымовых газов на выходе из топочной камеры, т.е. энтальпию, которая могла бы быть, если бы в

3

Пересечение линии Jтеор на J–t диаграмме с линией αт показывает теоретически возможную температуру продуктов сгорания в топке.

Для камерных топок температуру дымовых газов на выходе из топки tт принимают на 50…80 градусов ниже температуры размягчения золы данного топлива, т.е.

t t (50...80),

m 1

где t1 – температура размягчения золы топлива (t1= 1100…1200 µС), а для слоевых tт = 950 µС (при сжигании каменных углей) и tт = 910 µС (при сжигании бурых углей). На J–t диаграмме пересечение линии температуры дымовых газов на выходе из топки с линией αт, обозначающей радиационную поверхность нагрева, определяет действительную величину теплосодержания дымовых

газов на выходе из топки – J , кДж/кг.

Т

Линия αпп на J–t диаграмме обозначает конвективную поверхность нагрева котла, в частности, пароперегревателя. При этом расстояние между линиями αпп и αт, измеренное по горизонтали, соответствует величине присоса воздуха в поверхности нагрева пароперегревателя (Δαпп).

Линия αвэ на J–t диаграмме обозначает конвективную поверхность нагрева котла, в частности, водяного экономайзера. При этом расстояние между линиями αвэ и αпп, измеренное по горизонтали, соответствует величине присоса воздуха в поверхности нагрева водяного экономайзера (Δαвэ).

Линия αвп на J–t диаграмме обозначает конвективную поверхность нагрева котла, в частности, воздухоподогревателя. При этом расстояние между линиями αвп и αвэ, измеренное по горизонтали, соответствует величине присоса воздуха в поверхности нагрева водяного экономайзера (Δαвп).

Линия tух на J–t диаграмме соответствует температуре дымовых газов, покидающих котельный агрегат (обычно она известна из паспорта котла или принимается в соответствии с заданными условиями проектирования).

Пересечение линии tух с линией αвп (линией последней конвективной поверхности нагрева котла) на J–t диаграмме определяет величину энтальпии дымовых газов Jух, покидающих котел.

4

Разница значений энтальпии продуктов сгорания, получен-

ная от сопоставления значений пересечения линий Jтеор., J и Jух

Т

с осью ординат на J–t диаграмме имеет принципиальный физический смысл, который заключается в следующем. Разность ( J теор J ух ) соответствует тому количеству теплоты, которое

может быть использовано в котельном агрегате для нагрева рабо-

чего теплоносителя, всего. Разность ( J J ) соответствует

теор Т

тому количеству теплоты, которое может быть использовано для нагрева рабочего теплоносителя в топке котельного агрегата, т.е. количеству теплоты, передаваемому радиацией. Разность

( J J ) соответствует тому количеству теплоты, которое мо-

Т ух

жет быть передано рабочему теплоносителю в конвективной части котла (пароперегревателю, водяному экономайзеру, воздухоподогревателю, конвективным пучкам и т.д.).

В котельных агрегатах экранного типа и промышленных паровых котлах теплота, передаваемая рабочему телу (воде) радиацией в топке котла, чаще всего полностью используется для испарения рабочего тела (воды) и получения насыщенного пара. Перегрев пара, подогрев питательной воды и воздуха осуществляется в конвективных поверхностях нагрева. В водогрейных котлах вода подогревается и в радиационной поверхности нагрева и в конвективных.

При выполнении расчета котельной установки часто приходится задаваться определенными параметрами теплоносителя, а потом проверять правильность тех или иных допущений. Так при расчете водогрейного котла определенную трудность для студентов составляет назначение температуры нагреваемой воды в различных поверхностях нагрева. И здесь может быть предложен следующий порядок рассуждений. Водогрейный котел нагревает воду от t1 (чаще всего t1=70 µС ) до t2 (чаще всего t2=150 µС), т.е. на (t2 – t1) или 80 µС. Этой величине соответствует разность энтальпий ( J теор J ух ). Но в конвективных поверхностях нагрева

воде может быть передана только часть теплоты, соответствую-

щая разности энтальпий ( J J ).

Т ух

Составленная для этого случая пропорция

показывает примерное соотношение температур нагрева воды в конвективной и радиационной частях котельного агрегата. Дальнейшее распределение температуры нагрева воды между первым и вторым конвективными пучками может быть выполнено в зависимости от ожидаемого перепада температур дымовых газов, произвольно или поровну.

После назначения температур подогрева воды в радиационной и конвективных поверхностях нагрева приступают к поверочному расчету конвективной части котла. Сначала из уравнения теплового баланса первой конвективной поверхности определяют энтальпию продуктов сгорания на выходе из нее:

Bp (J1 J1 Q1прис. Q51 ) G(i1 i1),

где В р – расчетный расход топлива, кг/с; J1 – энтальпия дымовых газов на входе в поверхность нагрева первого конвективного

энтальпия дымовых газов на выходе из поверхности нагрева первого конвективного пучка – искомая величина; Q1прис.– количест-

во теплоты, вносимое в газоход первого конвективного пучка с присосом воздуха в этом газоходе, кДж/кг, :

Q1прис. 1 V C pхв tхв ,

где 1 – коэффициент, учитывающий присос воздуха в поверхности нагрева первого конвективного пучка; Q51 – количество теплоты, выделившейся в окружающую среду из-за наружного охлаждения котельного агрегата в районе первого конвективного пучка, кДж/кг:

где q5т – доля потерь теплоты от наружного охлаждения котельного агрегата в районе топки; n – количество конвективных поверхностей нагрева котла (чаще всего для водогрейных котлов

n=2, а для паровых от 2 до 7); Qнр – теплота сгорания рабочей

6

массы топлива, кДж/кг; G – расход воды через данную конвективную поверхность, кг/с; i1 – энтальпия воды на выходе из поверхности нагрева первого конвективного пучка, кДж/кг, определенная по таблицам состояния воды и водяного пара в зависимости от принятой или заданной температуры; i1– энтальпия воды на входе в поверхность нагрева первого конвективного пучка, кДж/кг, определенная по таблицам состояния воды и водяного пара в зависимости от принятой или заданной температуры.

Простой алгебраический расчет параметра J1 дает фактическое значение энтальпии дымовых газов после первого конвективного пучка, а пересечение линии J1 , проведенной на J–t диаграмме, с линией α1, характеризующей поверхность нагрева первого конвективного пучка, позволяет определить реальную температуру газов (рис. 2).

Рис. 2. Конечный вид J–t диаграммы водогрейного котла

Из уравнения теплового баланса второго конвективного пучка при расчете водогрейного котла или последней поверхности нагрева при расчете парового котла, а это может быть водяной экономайзер или воздухоподогреватель, определяется энтальпия воды на выходе из этой поверхности нагрева (с последующим определением температуры подогрева воды) или температура воздуха.

7

Для водогрейного котла уравнение теплового баланса последней поверхности нагрева (второго конвективного пучка) вы-

нагрева второго конвективного пучка, равная по величине энтальпии дымовых газов на выходе из поверхности нагрева первого конвективного пучка, кДж/кг; J ух – энтальпия уходящих ды-

мовых газов (известная величина), кДж/кг; Qприс2 . и Q52 – количе-

ства теплоты, связанные с присосом холодного воздуха во вторую конвективную поверхность нагрева и наружным охлаждением, соответственно, определяемые аналогично тому, как это было в расчете первого конвективного пучка; i2 – энтальпия воды на

входе во второй конвективный пучок, кДж/кг; i – энтальпия во-

2

ды на выходе из последней поверхности нагрева, кДж/кг. Именно этот параметр, а именно – энтальпия воды на выходе из второго конвективного пучка, и является неизвестным – он был принят. Аналитический расчет позволяет, определить энтальпию воды, а затем с помощью таблиц состояния воды и водяного пара и ее температуру, которая, в конечном итоге, должна быть примерно равна ранее принятой для этой поверхности нагрева.

Для парового котла, оснащенного воздухоподогревателем, уравнение теплового баланса последней поверхности нагрева выглядит несколько иначе:

где tхв – температура воздуха на входе в воздухоподогреватель, ¸С; tгв – температура горячего воздуха, т.е. воздуха на выходе из поверхности нагрева воздухоподогревателя, ¸С, – рассчитываемая величина. Результат расчета необходимо сравнить с ранее принятой температурой горячего воздуха.

В любом случае при расчете последней поверхности нагрева (по ходу дымовых газов) выполняется проверка принятых допущений. Если принятая температура теплоносителя не совпадает с расчетной, то это означает, что температура теплоносителя при-