75 группа 2 вариант / Котельные установки и парогенераторы / Часть 3 / Ushakov_S_G__Muromkin_Yu_N__Shelygin_B_L_Teplovoy_poverochno-konstruktorskiy_raschet_kotlov_s_estestvennoy_tsirkulyatsiey

В некоторых конструкциях боковой экран состоит из секций (контуров циркуляции) с различным шагом труб. В этом случае в табл. 5.1 для бокового экрана указывают средневзвешенное значение шага труб, м:

где Sбi , ni шаг и число шагов i-й секции (контура циркуляции).

По чертежам определяют площади участков стен Fстi того или иного (i - го) экрана, не защищѐнные трубами, которые фиксируют в табл. 5.1.

Например:

площади амбразур горелок (размеры и число горелок определить по чертежу);

площади лазов и ПВК (предохранительных взрывных клапанов);

площади неэкранированных участков стен (полосы в углах топки при их ширине более 150 мм);

площади неэкранированного пода в котлах типа БГ-35, БМ-35.

Площадь этих участков стен включена в площадь соответствующей стены при ее расчете.

Наружный диаметр труб d, шаг между ними s, число труб в экране z и расстояние от оси трубы до обмуровки е принимают по чертежу, указывают на эскизе и записывают в табл. 5.1.

5.1.3. Угловой коэффициент экрана x определяют по номограмме 1 (см. приложение) в зависимости от s/d и e/d для этого экрана (из табл. 5.1).

Угловой коэффициент экрана, закрытого огнеупорной массой (рис. 5.2,а), равен единице. Реальные условия работы экранов с учетом загрязнения их отложениями шлака и золы оценивают коэффициентом тепловой эффективности экранов:

где – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения экранных труб или нанесения на них слоя огнеупорного материала (например, под на рис. 5.2,а) принимают по табл. 5.2. Для неэкранированных стен топки принимают коэффициент = 0, например, для пода, выполненного из огнеупорного материала и незакрытого трубами экранов (рис. 5.2,в).

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:

стен топки, которую определяют как сумму площадей (плоскостей), ограничивающих активный объем топки, м2 (из табл. 5.1); в числителе – алгебраическая сумма произведений коэффициентов тепловой эффективности экранов на соответствующие этим экранам площади стен, покрытые испарительными поверхностями (Fст – Fстi); Fстi – площади участков стен i-го экрана (фронтового, заднего, правого и левого боковых), не защищенных трубами (например, площадь неэкранированного пода, площади амбразур горелок и др.), принимают согласно строке 4 табл. 5.1. Вычитанием неэкранированных площадей Fстi в формуле (5.3) учитывается снижение тепловой эффективности каждого экрана за счет неполного покрытия стен испарительными поверхностями нагрева.

5.2. Расчет теплообмена в топке

5.2.1. Расчет основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки тс критерием Больцмана Вo, степенью черноты топки ат и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного положения максимума температур пламени, который определяется типом горелок и схемой их размещения.

При расчете теплообмена используют в качестве исходной формулу [1]:

где Тт = т+ 273 – абсолютная температура газов на выходе из топки, К; Та = а + 273 – температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, К; Вo – критерий Больцмана, определяемый по формуле:

Из формул (5.6) и (5.7) выводятся расчетные формулы для определения температуры газов на выходе из топки тили определения поверхности стен топочной камеры. В курсовых проектах определяется т .

Температура газов на выходе из топки определяется по формуле, С:

где – коэффициент сохранения тепла (формула 3.11); Вр – расчетный расход топлива, кг/ч (м3/ч) (формула 3.14); Fстт – расчетная площадь стен топки, м2 (табл.5.1);

ср – средний коэффициент тепловой эффективности экранов (формула

5.3);

4,9 10-8 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, ккал/(м2 ч К4); (Vс)ср – средняя суммарная теплоемкость продуктов горения 1 кг (1 м3) то-

плива в интервале температур газов от а до т , ккал/(кг С), ккал/(м3 С).

По формуле (5.8) поверочный расчет топки ведут в приведенной ниже последовательности.

5.2.2. Определяют полезное тепловыделение в топке Qт и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та.

Полезное тепловыделение в топке определяют по формуле

где Qрр, q3, q4, q6 – принимают по данным п. 3; количество тепла, вносимое в топку с воздухом, Qв.вн – количество тепла, сообщенное воздуху при подогреве в калориферах, устанавливаемых перед воздухоподогревателем (учитывают только при сжигании высокосернистого мазута по рекомендациям п. 3.3), Qв

определяют по формуле:

Qв Qгв Qхв т т пл Iгв0 т пл Iхв0 , (5.10)

где Iгво – энтальпия теоретического объема горячего воздуха, поступающего в топку, ккал/кг (ккал/м3) – определяют по табл. 2.3 (Iво) при заданной температуре горячего воздуха; Iхво – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, ккал/кг (ккал/м3) – определяют по формуле 3.6 и температуре холодного воздуха tхв = 30 С; т – присосы холодного воздуха в топку (табл. 1.2); пл – присос воздуха в пылесистему, определяемый по табл. 5.3.

Полезное тепловыделение в топке Qт соответствует энтальпии газов Ia , которой они располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е. Qт = Iа, по значению которой из табл. 2.3 находят адиабатическую температуру горения а при т .

Таблица 5.3

Средние значения присосов воздуха для систем пылеприготовления (пл)

5.2.3. Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки,

где А и В – опытные коэффициенты, значения которых принимают: при камерном сжигании газа и мазута А = 0,54, В = 0,2; при камерном сжигании каменных и бурых углей А = 0,59, В = 0,5; при камерном сжигании высокозольных топлив с Ап > 6 (кг % 103)/ккал (например, угли типа экибастузского) А = 0,56,

В = 0,5.

Относительное положение максимума температур факела в топке опреде-

где хг – относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения горелок hг (от пода топки или середины холодной воронки) к общей высоте топки Нт (от пода топки или середины холод-

рис. 5.2); х – поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая по табл. 5.4.

При расположении горелок в несколько ярусов и одинаковом числе горелок в ярусе высоту расположения горелок определяют расстоянием от средней линии между ярусами горелок до пода или до середины холодной воронки. При разном числе горелок в каждом ярусе средняя высота рассчитывается, как средневзвешенная, по выражению, м:

где n1, n2 и т.д. – число горелок в первом, втором и т.д. ярусах; h1г, h2г и т.д. – высота расположения осей ярусов, м.

5.2.4. Степень черноты топки ат и критерий Больцмана Вo зависят от искомой температуры газов на выходе из топки т .

При поверочном расчете топки значение т ориентировочно принимают по табл. 5.5, а затем определяют зависящие от неѐ величины, и в случае несовпадения с принятой величину туточняют методом последовательных приближений.

Таблица 5.5

Ориентировочные значения температуры газов на выходе из топки

Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания 1 кг (1 нм3) топлива в интервале температур газов от а до т определяют по формуле, ккал/(кг С), ккал/(м3 С):

5.2.5. Степень черноты топки определяют по формуле:

где аф – эффективная степень черноты факела.

Степень черноты топки можно также определить по номограмме 2.

5.2.6. При сжигании жидкого и газового топлив основными излучающими компонентами являются трехатомные газы (СО2, Н2О) и взвешенные в них мельчайшие частицы сажи, поэтому степень черноты факела определяют по формуле:

где асв, аг – степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами; m – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объема.

В курсовом проекте принимают m = 0,1 для газового топлива и m = 0,55

где е – основание натуральных логарифмов; Sт – эффективная толщина излучающего слоя в топке (формула 5.5); Р – давление в топке; для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгc/см2.

Коэффициент ослабления лучей топочной средой Кг определяют по номограмме 4 с использованием величин: температуры топочных газов на выходе из

5.2.7. При камерном сжигании твердых топлив основными излучающими компонентами пламени являются трехатомные газы (СО2 и Н2О) и взвешенные

в них частицы золы, сажи и кокса. В этом случае степень черноты факела определяют по номограмме 2, или по формуле:

где Кг – определяют по номограмме 4 так же, как и в случае сжигания газового или жидкого топлива (см. п. 5.2.6); Кзл – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяют по номограмме 3; зл – массовая концентрация

золы в дымовых газах, кг/кг табл. 2.1 (при т ); Ккокс – коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами; 1, 2 – безразмерные величины, учитывающие влияние концентрации коксовых частиц в факеле, которые зависят от рода топлива ( 1) и способа его сжигания ( 2). Для топлив, рекомендованных для курсо-

ся требуемого совпадения с точностью до 100 С принятой и полученной расчетом температуры газов на выходе из топки т .

5.2.9. Температура газов на выходе из топки при сжигании твердых топлив должна быть безопасной по условиям шлакования поверхностей, расположенных на выходе из топки (фестон, пароперегреватель). Температура газов перед фестоном не должна превышать температуры начала деформации золы t1, значения которой приведены в табл I. Температура тдля твердых топлив не должна быть выше 1100 С. Для ряда топлив на основании эксплуатационного опыта она не должна превышать значений, указанных в табл. 5.6.

При сжигании газа и мазута предельную температуру газов на выходе из топки определяют из условий обеспечения эффективной и надежной работы металла всех поверхностей парового котла и рекомендуют принимать не выше 1300 С при сжигании газов и 1250 С при сжигании мазута.

Если расчетная величина тпревышает максимально допустимое ее значение, то следует довести т до требуемой величины изменением типа горелок или изменением их угла наклона к горизонту, чтобы уменьшить х и увеличить М, при этом необходимо повторить определение расчетного значения т .

Таблица 5.6

Предельно допустимые по условиям шлакования значения температур газов на выходе из топки для ряда топлив

не должно превышать допустимое значение (табл. 3.1), чтобы не вызывать увеличения потерь тепла q3 и q4 против принятых в расчете.

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок, Мкал/(м2 ч)

где f = bстф bстб – сечение топки, м2.

Удельное тепловое напряжение сечения топки не должно быть выше максимально допустимого его значения (табл. 5.7) по условиям предотвращения шлакования экранов.

Таблица 5.7

Максимально допустимое тепловое напряжение сечения топочной камеры по условиям шлакования экранов топки (при установке горелок в один ярус)

6.ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ФЕСТОНА

6.1.В котлах, разрабатываемых в курсовых проектах, на выходе из топки расположен трехили четырехрядный испарительный пучок труб, образованный, как правило, трубами заднего топочного экрана, с увеличенными поперечными и продольными шагами, и потому называемый фестоном. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводят поверочный расчет фестона. Целью расчета является

определение температуры газов за фестоном фпри известных (заданных чертежом) конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной (ранее найденной в разд. 5) температуре газов перед фестоном, т.е. на выходе из топки т .

6.2. По чертежам парового котла составляют эскиз фестона в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25 или 1:50 (по согласованию с руководителем), на котором указывают все конструктивные размеры поверхности. Примеры эскизов приведены на рис. 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5.

В большинстве паровых котлов фестон образован трубами заднего экрана топки и только в котле Е-75-40 ГМ (рис. 6.5) первый ряд фестона образован трубами части боковых экранов.

6.2.1.По чертежам и эскизу заполняют табл. 6.1 конструктивных размеров

ихарактеристик фестона, определяют расчетную поверхность и площадь живого сечения для прохода газов. Конструктивные размеры определяют для каждого ряда труб фестона и для поверхности нагрева в целом.

Длину трубы в каждом ряду i определяют по осевой линии трубы с учетом ее конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки пересечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода (рис. 6.1, 6.3, 6.4, 6.5) или до пересечения с плоскостью, проходящей через оси труб заднего экрана топки (рис. 6.2).

Количество труб в ряду z1 определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон. Поперечный шаг s1 равен утроенному или учетверенному шагу заднего экрана топки, если этот экран образует соответственно три или четыре ряда фестона. Для паровых котлов типа Е-50-40 на твердом топливе s1 равен восьми шагам заднего экрана, что ясно из рис. 6.2. На рис.6.5 первый ряд фестона образован трубами боковых экранов с таким же шагом, что и последующие три ряда, образованные трубами заднего экрана.

В приведенных эскизах поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольные шаги s2cp в целом для фестонов, изображенных на рис. 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6,5 определяют как среднее арифметическое значение, т.к. поверхности нагрева рядов близки между собой:

В курсовых проектах для 3 и 4- рядных фестонов принимают xф = 1, тем самым несколько увеличивая конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5 %), что существенно упрощает расчет.

Рис. 6.1. Эскиз фестона котлов типа Е-35-4-450ГМ, Е-35-4-450КТ

(БГ-35, БМ-35, ТП-35у)