5.7 Полезное тепловыделение в топке

где – располагаемое тепло топлива, кДж/м³;

– потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, с теплом шлака и охлаждающей воды, %;

– тепло, вносимое в топку паровым дутьем, кДж/кг;

– тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/м³.

– тепло рециркуляции газов кДж/кг, учитывается в случае возврата в топку части газов, отобранных из газоходов котла, за котлом или из верхней части топки ,т.к. нет возврата в топку части газов, то

, кДж/м³.

5.8 Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива

, кДж/(кг К),

где – полезное тепловыделение в топке, кДж/м³;

– адиабатическая температура горения, С, которая определяется по при избытке воздуха на выходе из топки (табл.2),

– температура дымовых газов на выходе из топки, С;

– энтальпия продуктов сгорания топлива при температуре , которая определяется при избытке воздуха перед фестоном (по табл.3.1), кДж/м³.

Величина температуры дымовых газов перед фестоном неизвестна, и ее определение является одной из основных задач теплового расчета топки. В связи с этим, прежде чем определять величину , необходимо задаться температурой газов перед фестоном.

Задаемся .

Тогда кДж/кг.

, кДж/(кг К).

5.9 Количество тепла, воспринятого в топке на 1 кг топлива [1,ф.(6-30)]:

кДж/кг.

5.10 Температура газов в конце топки [1, п.6-23 ]:

;

ºС.

Задавались ºС.

Полученное расхождение температур меньше 100ºС, поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой на выходе из топки является .

6 Расчет фестона

Задачей расчета фестона является определение температуры газов за ним, его тепловосприятия и потока лучистого тепла, идущего на последующий конвективный пакет.

6.1 Конструктивные характеристики фестона:

расположение труб – шахматное;

количество рядов z₂=1;

количество труб в ряду z₁ = 25;

диаметр труб d = 51мм;

длина труб ℓ_ср = 2,1м;

глубина газохода а = 2,7 м;

поперечный шаг труб в фестоне S₁=z₂·S=100 мм;

относительный поперечный шаг труб ;

Конструктивные характеристики принимаем по чертежу (ФЮРА.311232.003).

6.2 Температура на входе в фестон равна температуре на выходе из топки = 949ºC (T'_ф = 1222 K), при которой энтальпия газов на входе в фестон по табл. 2 равна Н'_ф = 15486,7 кДж/кг.

Температуру на выходе из фестона принимаем равной = 907ºC (T"_ф = 1180K), при которой энтальпия газов на выходе из фестона по табл. 3.1 равна Н"_ф = 14801,3 кДж/кг.

Средняя температура газов в фестоне [1,п.7-17]:

ºС, (Т_ф = 1201 К).

6.3 Поверочный расчет фестона выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед фестоном, конструктивным характеристикам поверхности нагрева [1, п.7-02]:

Q^ф_б = φ∙( H'_ф - H"_ф + Δα∙Н_0.прс) , кДж/кг ;

, кДж/кг,

где

Н_ф – расчетная поверхность фестона, м²;

z – число труб фестона;

d – диаметр труб фестона, м;

ℓ - длина труб фестона, м.

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

Δt - температурный напор, ºС.

5.3.1 Тепло, отданное газами фестону:

Q^ф_б = φ∙(H'_ф - H"_ф)

где - коэффициент сохранения тепла равный 0,99

Q^ф_б = 0,985∙(15486,7 – 14801,3) = 685,4 кДж/кг .

6.3.2 Определим тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи.

6.3.2.1 Расчетную поверхность фестона определяем по [2, стр.134, ф.(8.3)]:

Н_ф = z∙π∙d∙ℓ ;

H_ф = 3,14×0,051×2,1×25 = 16,4м².

6.3.2.2 Для гладкотрубных испарительных поверхностей тепловым сопротивлением с внутренней стороны труб пренебрегают, поэтому расчет коэффициента теплопередачи ведем по [1, п.7-08]:

, Вт/(м²∙К).

Коэффициент тепловой эффективности ψ определяется по [1,стр.71,рис.7.16]: ψ = 0,49.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы [1, п.7-08]:

α₁ = ξ∙(α_к + α_л), Вт/(м²∙К),

где ξ - коэффициент использования;

α_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²∙К);

α_л - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²∙К).

1) Значение коэффициента использования поверхности нагрева принимается в зависимости от полноты омывания ее газами. Поскольку обеспечивается прохождение через поверхность всего газового потока, коэффициент использования принимаем равным .

2) Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или оребренная) и характера ее омывания (поперечное, продольное или косое), физических свойств омывающей среды.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п.7-15]:

, м/с,

где V_г^н – объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с;

F_г – площадь живого сечения для прохода газов, м².

Площадь живого сечения для прохода газов [1,п. 7-16]:

F_ф = a∙b – z₁∙ℓ∙d;

F_ф =2,7×4,1 -2,1×0,051×25 = 5,84м².

Тогда

м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков определяется по [2, стр.178, ф.(11.28)]:

α_к = α_н∙C_z∙C_s∙C_ф , Вт/(м²∙К) ,

где

C_z – поправка на число рядов труб по ходу газа, [1,стр.221, номограмма 7]; C_z =0,9;

C_s – поправка на геометрическую компоновку пучка, [1,стр.221, номограмма 7]; C_s = 1;

C_ф – поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик, [1,стр.221, номограмма 7]; C_ф = 0,94;

α_н – номограмный коэффициент теплоотдачи, [1,стр.220, номограмма 7]; α_н = 39 Вт/(м²∙К).

Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией равен:

α_к = 39∙0,9∙0,94∙1 = 32,99 Вт/(м²∙К).

3) Коэффициент теплоотдачи излучением запыленного потока [1,стр.66,ф.(7-35)]:

, Вт/(м²∙К) ,

где a_з – степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей, для поверхностей нагрева котлов a_з = 0,8;

a – степень черноты потока газов при температуре T; определяется по формуле:

,

здесь kps – суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

= , 1/(м МПа),

,1/(м∙МПа).

крs =

kps = 1,478∙0,1∙2,02=0,298

Тогда степень черноты потока газов при температуре Т равна:

где °C – для фестонов, расположенных на выходе из горизонтального газохода [2cтр .198] ,

195,05+50=245,05^оС,

^оС,

Тогда коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы равен:

Коэффициент теплопередачи равен:

Вт/(м²∙К).

6.3.2.3 Температурный напор Δt= - t_н, где

t_н=195,05 ºС; при P_бар=1,4 Мпа.

Δt=907-195,05=711,95ºС.

Таким образом, величина тепловосприятия фестона, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

кДж/кг.

6.3.3 Расхождение между значением тепловосприятия и значением тепловосприятия составляет [3, п.7.3]:

%.

Полученное расхождение тепловосприятий не превышает допустимое (2 %), поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой после прохождения фестона является ºС.