Расчёт котельного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технические характеристики топлива

1.1 Расчетные характеристики топлива

Определяем состав заданного топлива [1, стр. 164]:

W1P, %	A1P , %	S1P, %	C1P, %	H1P , %	O1P , %	Qн1P , МДж/кг
3,0	0,1	2,8	83,0	10,4	0,7	38,89

Заданные значения зольности и влажности высокосернистого мазута (W₂^p=3,5% и A₂^p=0,7%) отличаются от расчётных, это влечёт за собой изменение рабочей массы топлива и низшей теплоты сгорания. Для определения новых значений воспользуемся пересчётным коэффициентом, который находим по формуле [2, стр. 10]:

(1)

Новый состав топлива будет определён следующим образом [2, стр. 10]:

Новая теплота сгорания топлива [2, стр. 10]:

(2)

Состав топлива с учётом пересчёта на новую влажность и зольность:

W2P, %	A2P , %	S2P, %	C2P, %	H2P , %	O2P , %	Qн2P , МДж/кг
3,5	0,7	2,77	82,06	10,28	0,69	38,5

Определим приведённые влажность, зольность и серность:

1.2 Определение коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха б_т должен обеспечить практически полное сгорание топлива, он выбирается в зависимости от типа сжигаемого топлива. Для мазута б_т=1,03 [2, стр. 18].

Определим присосы воздуха по каждой поверхности нагрева в соответствии с заданной компоновкой котла [2, стр. 19]:

Таблица 1.

Присосы холодного воздуха в газоходах котла

Поверхность нагрева	Обознач.	Присос
Топочная камера (D<320 т/ч)	Дбт	0,08
Фестон	Дбф	0
Двухступенчатый пароперегреватель в горизонтальном газоходе, на поверхность каждой ступени	Дбпп	0,03
Экономайзер двухступенчатый, на поверхность каждой ступени	Дбэк	0,02
Двухступенчатый трубчатый воздухоподогреватель, на поверхность каждой ступени	Дбвп	0,03

Избыток воздуха за каждой поверхностью нагрева [2, стр. 19]:

Вторая ступень пароперегревателя

б_пп2= б_т+ ?Дб_пп2=1,03+0,03=1,06.

Первая ступень пароперегревателя

б_пп1= б_т+ ?Дб_пп1=1,03+0,06=1,09.

Вторая ступень экономайзера

б_{эк 2}= б_т+ ?Дб_эк2=1,03+0,08=1,11.

Вторая ступень воздухоподогревателя

б_{вп 2}= б_т+ ?Дб_вп2=1,03+0,11=1,14.

Первая ступень экономайзера

б_{эк 1}= б_т+ ?Дб_эк1=1,03+0,13=1,16.

Первая ступень воздухоподогревателя

б_{вп 1}= б_т+ ?Дб_вп1=1,03+0,16=1,19.

Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева:

Вторая ступень пароперегревателя

б_пп2^ср= (б_т+ б_пп2)/2=(1,03+1,06)/2=1,045.

Первая ступень пароперегревателя

б_пп1^ср= (б_пп2+ б_пп1)/2=(1,06+0,09)/2=1,075.

Вторая ступень экономайзера

б_{эк 2}^ср=( б_пп1+ б_эк2)/2=(1,09+1,11)/2=1,1.

Вторая ступень воздухоподогревателя

б_{вп 2}^cp=( б_эк2+б_вп2)/2=(1,11+1,14)/2=1,125.

Первая ступень экономайзера

б_{эк 1}^cp=( б_вп2+ б_эк1)/2=(1,14+1,16)/2=1,15.

Первая ступень воздухоподогревателя

б_{вп 1}^cp=(б_эк1+ б_вп1)=(1,16+1,19)/2=1,175.

1.3 Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Теоретический объём воздуха [1, стр. 16]:

(3)

Теоретические объёмы продуктов сгорания [1, стр. 16]:

 (4)

(5)

(7)

Энтальпии теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания, кДж/кг, при расчётной температуре х, ?C, определим по формулам [2, стр. 23]:

(8)

(9)

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха б>1:

(10)

Полученные значения сводятся в таблицу 2 и таблицу 4 [приложение].

1.4 Определение коэффициента полезного действия и потерь тепла

Коэффициент полезного действия определяется из обратного баланса:

. (11)

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле [2,стр.26]:

 (12)

где H_ух - энтальпия уходящих газов, кДж/кг, [табл. 4, приложение];

(13)

где ДH_г - разность значений энтальпий при температурах 200?C и 100?C), в интервал которых входит температура уходящих газов (180 ?C), кДж/кг [табл.4, приложение];

t_ух - температура уходящих газов, ?C;

t_м,H_м - меньшая температура из диапазона и энтальпия газов при этой температуре, ?C и кДж/кг [табл.4];

б_ух - коэффициент избытка воздуха поверхности, через которую продукты сгорания покидают котёл; б_ух= б_{вп 1}=1,19;

H_хв - энтальпия холодного воздуха, кДж/кг, [2,стр.26];

(14)

где t_хв - температура холодного воздуха, ?C; принимаем t_хв=30?C;

q₂—s- потери теплоты с механическим недожогом; данную статью потерь мы не учитываем;

Q_р^р - располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/кг; в общем случае располагаемая теплота топлива определяется по формуле [1,стр.20]:

 (15)

где Q_тл - физическая теплота топлива, кДж/кг [1,стр.20];

(16)

где t_тл - температура мазута; принимаем t_тл=120 ?C [2,стр.26];

с_тл - теплоёмкость мазута, кДж/(кг*К);

(17)

тогда

Q_внш - теплота в случае предварительного (внешнего) подогрева воздуха в калориферах, кДж/кг; так как в нашем случае калориферы отсутствуют, то данную теплоту не учитываем;

Q_пф - теплота пара, вносимого в топку при распыливании мазута форсункой, кДж/кг;

(18)

где d_п - удельный расход пара на 1 кг мазута, кг/кг; принимаем d_п=0,04 кг/кг [2, стр. 27];

h_п - энтальпия пара, поступающего в форсунку, кДж/кг;

при P=0,4 МПа и t=300?C , h_п=3076,5 кДж/кг [1, стр. 209];

тогда

Q_k - тепло, образующееся при сжигании сланцев, кДж/кг; в данном случае не учитывается.

Тогда

Потеря теплоты с уходящими газами:

Потери теплоты с химическим и механическим недожогом (q₃ и q₄) зависят от вида топлива и способа его сжигания, (q₃ + q₄)=0,2% [2, стр.36]. Так как q₄ =0, то данное значение относится только к q₃.

Потери теплоты от наружного ограждения зависят от паропроизводительности котла, при D=75т/ч q₅=0,8% [1, стр.21].

Потери с физической теплотой шлаков q₆ отсутствуют.

.

1.5 Определение расхода топлива

Расход топлива B, кг/с, можно определить из баланса между полезным тепловыделением при горении топлива и тепловосприятием рабочей среды [2,стр.28]:

(19)

где D_пе - расчётная паропроизводительность котла, кг/с;

D_вт, h_вт" и h_вт' - расход и энтальпии вторично-перегретого пара на входе и выходе из пароперегревателя, кг/с и кДж/кг; вторичный перегрев пара отсутствует, поэтому данные величины не учитываем;

D_пр - расход продувочной воды из барабана, кг/с [2, стр.28];

(20)

где p - непрерывная продувка котла, % ;

h_п.п., h_п.в. и h_кип. - энтальпии перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане, кДж/кг; энтальпии определяются по соответствующим температурам пара и воды с учётом изменения давления в пароводяном тракте котла (см. задание):

h_п.п=3319,26 кДж/кг [1, стр. 214];

h_п.в.=615,09 кДж/кг [1, стр. 206];

h_кип=1113 кДж/кг [1, стр. 204].

Таким образом

2. Тепловой расчёт топочной камеры

Задача теплового расчёта топочной камеры заключается в определении её тепловосприятия, размеров необходимой лучевоспринимающей поверхности экранов и объёма топки, обеспечивающих снижение температуры продуктов сгорания до заданного значения.

Для выполнения расчёта топки составим её предварительный эскиз.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Данный эскиз топки обозначаем ABCDEFG и делим пунктирными линиями на несколько частей. Это делается потому, что мы не можем сразу найти площадь этой фигуры из-за её сложности, а, разделив её на части, которые представляют собой простые геометрические объекты, и вычислив отдельно площадь каждой, можем определить общую площадь ABCDEFG.

F_ABCDEFG=50 м².

Зная, что ширина котельного агрегата а=5,9 м, определяем объём топки:

 (21)

Допустимое тепловое напряжение топочного объёма [2, стр.35]:

(22)

Максимальное тепловое напряжение q_V^max=290кВт/м³ [2, стр.36].

В зависимости от соотношения допустимого теплового напряжения и максимального, производится либо поверочный расчёт, либо конструктивный. В нашем случае q_V< q_V^max, следовательно, мы выполняем поверочный расчёт. При поверочном расчёте необходимо рассчитать полезное тепловыделение в топке, лучевоспринимающую поверхность и определить температуру газов на выходе из топки.

Полезное тепловыделение в топочной камере [2, стр.37]:

(23)

где Q_В - теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/кг [2, стр.37];

(24)

где б_Т - коэффициент избытка воздуха в топке;

Дб_Т - присосы воздуха в топочной камере [табл.1];

Дб_пл - присосы воздуха при пылеприготовлении; в данном случае отсутствуют;

H_г.в.⁰ - энтальпия горячего воздуха поступающего в топку, кДж/кг; t_г.в.⁰=300?C [2, стр.15], H_г.в.⁰=4056,18 кДж/кг [табл.4, приложение];

H_х.в.⁰ - энтальпия холодного воздуха, кДж/кг;

r*H_г.отб. - теплота рециркулирующих продуктов сгорания, кДж/кг; в данном случае рециркуляции нет;

Адиабатная (калориметрическая) температура горения формулой [3]:

(25)

где H_изв - известная энтальпия, в этом выражении H_изв=Q_Т=42580,45 кДж/кг;

H_м,t_м - меньшая энтальпия диапазона, в который попадает значение Q_Т и соответствующая ей температура [табл.4, приложение];

ДH_г - разность энтальпий интервала, в который попадает Q_Т;

Удельное тепловосприятие топки [1, стр.28]:

(26)

где ц - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий долю теплоты газов, воспринятую поверхностью нагрева [2, стр.39];

(27)

H_Т^" - энтальпия газов на выходе из топки, кДж/кг; для мазута температуру газов на выходе из топки принимаем равной 1200?C [2, стр.39], тогда H_Т^"=21153,49 кДж/кг [табл.4, приложение];

Температура газов на выходе из топки [2, стр.39]:

(28)

где - адиабатная температура, К;

M - коэффициент, учитывающий относительное положение ядра факела по высоте топки;

(29)

где X_Т - относительная высота положения зоны максимума горения;

(30)

где б_гор - коэффициент избытка воздуха в горелках;

h_гор,h_Т^' - высота расположения горелок и расчётная высота заполняющего топку факела, мм; h_гор=2150 мм, h_Т^'=11800 мм;

тогда

ш_ср - среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов [2, стр.41];

 (31)

где ш_i - коэффициент тепловой эффективности i-го участка экрана;

(32)

где о - условный коэффициент загрязнения поверхности нагрева; для пода топки о=0,1 [2, стр.41], для других поверхностей о=0,55 [2, стр.41];

x - угловой коэффициент экрана, зависящий от относительного шага труб экрана [2, стр.41];

(33)

где s - шаг труб, мм; для задних и боковых экранов s=100 мм,

для фронтальных экранов s=150 мм;

d - диаметр труб, мм; d=60мм;

тогда для пода и для фестона x=1; для фронтальных экранов x=0,7;

для задних и боковых экранов x=0,87;

коэффициент тепловой эффективности для различных участков экрана:

для пода ш=0,1; для фестона ш=0,55; для фронтальных экранов ш=0,385;

для задних и боковых экранов ш=0,479;

- площадь поверхности i-го участка экрана, м²;

площадь пода F_п=4,953*5,9=29,2 м²;

площадь фестона F_ф=3,976*5,9=23,46 м²;

площадь фронтальных экранов F_фр=11,871*5,9=70,04 м²;

площадь задних экранов F_з=7,944*5,9=46,87 м²;

площадь боковых экранов F_б=2* F_ABCDEFG=2*50=100 м²;

общая площадь F_общ=269,57 м²;

тогда

- коэффициент теплового излучения топки [2, стр. 42];

(34)

где - коэффициент теплового излучения факела [2, стр. 43];

(35)

где - коэффициент, зависящий от вида топлива и тепловой нагрузки; при q_V?400кВт/м³ =0,55 [2,стр. 44];

- коэффициент теплового излучения светящейся части факела;

(36)

где - коэффициент ослабления лучей топочной средой, 1/м*МПа [2, стр. 43];

(37)

где - коэффициент ослабления лучей газовой средой, 1/м*МПа [2, стр. 43]; определяется по состоянию газов на выходе из топки:

(38)

где - объёмная доли, [табл. 2, приложение];

s - эффективная толщина излучающего слоя, м [2, стр. 42];

(40)

- заданная ранее температура газов на выходе из топки, К;

тогда 1/м*МПа;

- коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/м*МПа [2, стр. 43];

(41)

где - соотношение между содержанием углерода и водорода в рабочей массе топлива;

тогда 1/м*МПа;

1/м*МПа;

p - давление газов в топочной камере, МПа; принимаем р=0,1 МПа [2, стр. 42];

тогда

- коэффициент теплового излучения несветящихся газов;

(42)

где - коэффициент ослабления лучей топочной средой, 1/м*МПа [2, стр. 43];

1/м*МПа;

тогда

таким образом

(VC)_ср - усреднённая теплоёмкость газов, кДж/кг*К [3];

(43)

Итак

Лучевоспринимающая поверхность нагрева:

(44)

3. Тепловая схема

Тепловая схема котла отражает распределение тепловосприятий по поверхностям нагрева, в результате чего оцениваются параметры теплообменивающихся сред на границах поверхностей. Эти данные в дальнейшем используются для нахождения температурных напоров и расчёта теплообмена в поверхностях нагрева.

Тепловосприятие топки после уточнения температуры на выходе из топки:

Тепло, воспринятое рабочей средой [2, стр. 52]:

(45)

где - расход рабочей среды через рассчитываемую поверхность, кг/с;

- энтальпия среды на выходе из поверхности, кДж/кг;

- энтальпия среды на входе в поверхность, кДж/кг;

Тепловосприятие пароперегревателя:

Тепловосприятие экономайзера определим из следующей формулы:

 (46)

где - тепловосприятие котельного пучка, кДж/кг; так как в данном котле котельный пучок отсутствует, то данное тепло не учитываем;

тогда

Найдём энтальпию воды на выходе из экономайзера:

где - расход питательной воды, кг/с;

(47)

где D_пе - расчётная паропроизводительность котла, кг/с;

p - непрерывная продувка котла, ед. доли;

тогда

Массовая доля пара на выходе из экономайзера [2, стр.80]:

(48)

где г - теплота парообразования при давлении в барабане, кДж/кг; г=1693,44кДж/кг [1,стр.204];

Массовая доля пара на выходе из экономайзера не превышает 15%, следовательно расчёт тепловосприятия экономайзера сделан правильно.

Тепловосприятие воздухоподогревателя [2, стр.52]:

(49)

где - отношение количества воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому;

- энтальпия воздуха на выходе из воздухоподогревателя, кДж/кг;

- энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель, кДж/кг;

Распределение тепла по ходу воздуха в воздухоподогревателе:

45% - на первую ступень,

55% - на вторую ступень,

Распределение тепла по ходу воды в экономайзере:

30% - на первую ступень,

70% - на вторую ступень,

Распределение тепла по ходу пара в пароперегревателе:

30% - на первую ступень,

70% - на вторую ступень,

Тепло, отданное газами:

(50)

где - тепло, воспринятое поверхностью от газов, кДж/кг;

- энтальпия газов на входе в поверхность нагрева, кДж/кг;

- энтальпия газов на выходе поверхности нагрева, кДж/кг;

- энтальпия присосов в поверхности нагрева, кДж/кг;

для всех поверхностей =

для воздухоподогревателя (51)

где - энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель, кДж/кг;

- энтальпия воздуха на выходе из воздухоподогревателя, кДж/кг;

Энтальпия присосов для первой ступени воздухоподогревателя:

(52)

Энтальпия газов на входе в первую ступень воздухоподогревателя из формулы (50):



Энтальпия газов на входе в первую ступень воздухоподогревателя равна энтальпии газов на выходе из первой ступени экономайзера, поэтому по определяем температуру газов на выходе из первой ступени экономайзера: [табл. 4, приложение].

Энтальпия газов на входе в первую ступень экономайзера из формулы (50):

Энтальпия газов на входе в первую ступень экономайзера равна энтальпии газов на выходе из второй ступени воздухоподогревателя, поэтому по определяем температуру газов на выходе из первой ступени воздухоподогревателя: [табл. 4, приложение].

Энтальпия присосов во второй ступени воздухоподогревателя:

Энтальпия газов на входе во вторую ступень воздухоподогревателя из формулы (50):

Энтальпия газов на входе во вторую ступень воздухоподогревателя равна энтальпии газов на выходе из второй ступени экономайзера, поэтому по определяем температуру газов на выходе из второй ступени экономайзера: [табл. 4, приложение].

Энтальпия газов на входе во вторую ступень экономайзера из формулы (50):

Энтальпия газов на входе во вторую ступень экономайзера равна энтальпии газов на выходе из первой ступени пароперегревателя, поэтому по определяем температуру газов на выходе из первой ступени пароперегревателя: [табл. 4, приложение].

Энтальпия газов на входе в первую ступень пароперегревателя из формулы (50):

Энтальпия газов на входе в первую ступень пароперегревателя равна энтальпии газов на выходе из второй ступени пароперегревателя, поэтому по определяем температуру газов на выходе из второй ступени пароперегревателя: [табл. 4, приложение].



4. Расчёт поверхностей нагрева

4.1. Расчёт фестона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схема фестона

Наружный диаметр труб: d=0,06м.

Общее количество труб: z=52.

Количество рядов труб: z₁=4.

Количество труб в ряду:

z₂=z/z₁=52/4=13.

Средняя длина труб: lср=4,087м.

Расчётная площадь поверхности:

H=р*d*z*lср=3,14*0,06*52*4,087= 40,04м².

Расположение труб: шахматное.

Поперечный шаг: S₁=400мм.

Продольный шаг: S₂=217мм.

Относительный поперечный шаг:

д₁= S₁/d=400/60=6,7.

Относительный продольный шаг:

д₂= S₂/d=217/60=3,62.

Размеры газохода: a=5,9м, b= lср =4,087м.

Площадь живого сечения:

f=a*b- z₁*e*d=5,9*4,087-4*4,087*0,06=23,13 м².

Расчёт фестона делаем методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Определяем температуру газов на входе в фестон: =1200?C. Задаёмся перепадом температур: для 4-х рядных фестонов Дх=40-80?C, принимаем Дх=80?C [2, стр. 140]. Температура газов на выходе из фестона:

Тепло, воспринятое фестоном:

где H_Т' - энтальпия газов на входе в фестон, кДж/кг; для температуры =1200?C H_ф'=21153,49 кДж/кг [табл.4, приложение];

H_Т^" - энтальпия газов на выходе из фестона, кДж/кг; для температуры =1120?C H_ф^"=19563,87 кДж/кг [табл.4, приложение];

Балансовое тепло:

(53)

где k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²*К [2, стр. 116];

(54)

где - коэффициент тепловой эффективности;

скорость газов [2, стр. 121]:

(55)

где -полный объём газов, м³/кг; V_г=11,168м³/кг [табл. 2, приложение];

- средняя температура газов в поверхности, ?C;

(56)

тогда

=0,65 [2, стр. 145];

- коэффициент теплоотдачи от газа к стенке, Вт/м²*К [2, стр. 116];

, (57)

где - коэффициент загрязнения,м²*К/Вт; принимаем =1 [2, стр.116];

- коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности, Размещено на http://www.allbest.ru/

Вт/м²*К [2, стр. 116];

(58)

по графикам определяем [2, стр.124-125]: =43Вт/м²*К; =0,9; =0,99; =0,97; тогда

- коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности,

Вт/м²*К [2, стр. 116];

(59)

где - коэффициент теплового излучения факела;

Размещено на http://www.allbest.ru/

коэффициент теплового излучения факела вычисляем по формулам (36)-(42), заменяя данные, рассчитанные для топки, значениями для фестона:

коэффициент ослабления лучей газовой средой:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей:

1/м*МПа;

эффективная толщина излучающего слоя в фестоне:

коэффициент теплового излучения светящейся части факела:

коэффициент теплового излучения несветящихся газов:

таким образом

для определения коэффициентов и находим температуру

стенок труб фестона [2, стр. 140]:

(60)

где - температура среды протекающей в трубах фестона, ?C; в фестоне находится кипящая вода, которая попадает в него из барабана котла, температура кипящей воды t=255?C (определяется по давлению в барабане);

- изменение температуры; [2, стр.140];

тогда

по графикам определяем [2, стр. 141]: =0,98; =250Вт/м²*К;

тогда

таким образом

коэффициент теплопередачи

- расчётная теплообменная поверхность, м² ;

- температурный напор, ?C [2, стр. 148];

(61)

где и - средние температуры сред в пределах поверхности, ?C; для фестона =1160?C, =255?C;

балансовое тепло

Определяем ошибку:

(62)

Так как то делаем второе приближение.

Второе приближение.

Если мы снизим температуру на выходе из фестона на 50?C, то пересчёта коэффициента теплопередачи не потребуется, что значительно упростит расчёт.

Принимаем H_ф^"=18472,11 кДж/кг [табл.4, приложение].

Средняя температура газов в поверхности:

Тепло, воспринятое фестоном:

Коэффициент теплопередачи не пересчитываем, но определяем новый температурный напор:

Балансовое тепло фестона:

Наносим значения и , полученные при первом и втором приближениях, на общий график, чтобы определить температуру на выходе из фестона.

По графику H_ф^"=19116,98 кДж/кг [табл.4, приложение].

Средняя температура газов в поверхности:

Тепло, воспринятое фестоном:

Температурный напор:

Балансовое тепло фестона:

Определяем ошибку:

Так как не превышает , то расчёт фестона можно считать оконченным.

4.2 Расчёт пароперегревателя

Рис. 2. Схема конвективного пароперегревателя

Заново определяем температуры газа на входе и выходе в каждую ступень, так как после учёта тепловосприятия фестона они изменяются.

По определяем температуру газов на выходе из второй ступени пароперегревателя: [табл. 4, приложение].

По определяем температуру газов на выходе из первой ступени пароперегревателя: [табл. 4, приложение].

Определяем температуры пара: температура пара на входе в первую ступень (определяем по давлению в барабане), энтальпия пара температура пара на выходе из второй ступени (температура перегретого пара),

Определяем температуру пара на выходе из первой ступени пароперегревателя по формуле (45):

Так как между ступенями стоит пароохладитель «в рассечку», то мы учитываем и его тепло тоже; принимаем тогда Данному значению соответствует

4.2.1 Вторая ступень пароперегревателя

Средняя температура газов:

Расход газа:

(63)

Экономически выгодные скорости газов для пароперегревателя находятся в диапазоне 12-16 м/с [2, стр. 95], принимаем

Определяем площадь живого сечения:

(64)

Из формулы площади определяем число труб в ряду [2, стр.122]:

(65)

- высота горизонтального газохода; =2,61 м;

- длина труб пароперегревателя, м; =2,17 м;

- диаметр труб, м; =0,038 м;

Поперечный шаг труб [2, стр. 94]:

 (66)

не принадлежит диапазону (2,3-6,5)*d=(0,087-0,247)м [2,стр. 93], поэтому изменяем скорость газов: принимаем

Определяем площадь живого сечения:

Число труб в ряду:

Принимаем число параллельно включенных труб равным числу труб в ряду, т. е. n=z₁=46.

Определяем массовую скорость:

, (67)

где - внутренний диаметр труб, м; при толщине стенки труб 3мм =0,032м;

Массовая скорость входит в диапазон

Поперечный шаг труб:



входит в диапазон (0,087-0,247)м, поэтому дальше мы уточняем площадь живого сечения и скорость газов, так как в предыдущих расчётах округляли значения.

Уточнение:

=

Продольный шаг труб [2,стр. 93]:

Относительный поперечный шаг труб: (68)

Относительный продольный шаг труб: (69)

После определения конструктивных характеристик второй ступени пароперегревателя, находим теплообменную поверхность из формулы (53):

Коэффициент теплопередачи [2, стр. 116]:

(70)

при данной скорости =0,62 [2, стр. 145];

,

по графикам определяем [2, стр.122-123]: =60Вт/м²*К; =1; =1; =0,96; тогда

коэффициент теплового излучения факела вычисляем по формулам (36)-(42), заменяя данные, рассчитанные для топки, значениями для второй ступени пароперегревателя:

коэффициент ослабления лучей газовой средой:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей:

1/м*МПа;

эффективная толщина излучающего слоя:

коэффициент теплового излучения светящейся части факела:

коэффициент теплового излучения несветящихся газов:

таким образом

по графикам определяем [2, стр. 141]: для определения коэффициентов и находим температуру стенок труб пароперегревателя [2, стр. 139]:

(71)

где - средняя температура среды протекающей во второй ступени пароперегревателя, ?C;

- коэффициент загрязнения, м²*К/Вт; =0,0052 м²*К/Вт [2, стр. 142];

- коэффициент теплопередачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде, Вт/м²*К;

 (72)

по графикам определяем [2, стр. 132]:

для определения необходимо знать температуру пара, давление и скорость пара: зная, что на данную ступень приходится 70% тепла, с помощью пропорции мы определяем, что среднее давление пара 4,3МПа; скорость пара, м/с [2, стр. 128]:

(73)

где - паропроизводительность, кг/с;

- средний удельный объём пара, м³/кг [1, стр. 214]; при и

P=4,3МПа =0,06677 м³/кг;

тогда =2200Вт/м²*К, соответственно

- удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; [2, стр.140];

тогда

следовательно =0,96; =225Вт/м²*К;

таким образом

Температурный напор [2, стр. 148]:

 (74)

где и - большая и меньшая разницы температур теплообменивающихся сред на границах поверхности, ?C;

определяем соотношение [2, стр. 148], тогда температурный напор определяем по формуле:

(75)

.

(76)

Уточняем теплообменную поверхность:

Уточняем тепловосприятие пароперегревателя:

Ошибка:



Так как то расчёт выполнен верно.

Завершающим этапом расчёта является конструирование второй ступени пароперегревателя с учётом теплообменной поверхности.

Длина одного змеевика пакета пароперегревателя [2, стр. 97]:

(77)

Число петель в пакете пароперегревателя [2, стр. 97]:

(78)

Полученное значение ещё раз подтверждает, что расчёт сделан правильно, так как из 20 труб должно получиться 10 петель.

Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов:

(79)

4.2.2 Первая ступень пароперегревателя

Средняя температура газов в поверхности:

Расход газа:



Принимаем

Площадь живого сечения:

Число труб в ряду:

Поперечный шаг труб:

не принадлежит диапазону (2,3-6,5)*d=(0,097-0,273)м [2,стр. 93], поэтому изменяем скорость газов: принимаем

Определяем площадь живого сечения:

Число труб в ряду:

Принимаем число параллельно включенных труб равным числу труб в ряду, т. е. n=z₁=29.

Определяем массовую скорость:

Массовая скорость входит в диапазон

Поперечный шаг труб:

входит в диапазон S₁=(0,097-0,273)м, поэтому дальше мы уточняем площадь живого сечения и скорость газов, так как в предыдущих расчётах округляли значения.

Уточнение:

=

Продольный шаг труб:

Относительный поперечный шаг труб:

Относительный продольный шаг труб:

После определения конструктивных характеристик первой ступени пароперегревателя, далее находим теплообменную поверхность из формулы (53):

Коэффициент теплопередачи [2, стр. 116]:

при данной скорости =0,62 [2, стр. 145];

,

по графикам определяем [2, стр.122-123]: =58Вт/м²*К; =1; =1; =0,99; тогда

коэффициент теплового излучения факела вычисляем по формулам (36)-(42), заменяя данные, рассчитанные для топки, значениями для первой ступени пароперегревателя:

коэффициент ослабления лучей газовой средой:



1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей:

1/м*МПа;

эффективная толщина излучающего слоя:

коэффициент теплового излучения светящейся части факела:

коэффициент теплового излучения несветящихся газов:

таким образом

по графикам определяем [2, стр. 141]: для определения коэффициентов и находим температуру стенок труб пароперегревателя [2, стр. 139]:

по графикам определяем [2, стр. 132]: для определения необходимо знать температуру пара, давление и скорость пара: зная, что на данную ступень приходится 30% тепла, с помощью пропорции мы определяем, что среднее давление пара 4,1МПа; скорость пара, м/с [2, стр. 128]:

тогда =2250Вт/м²*К, соответственно

[2, стр.140];

тогда

следовательно =0,96; =145Вт/м²*К;

таким образом

температурные напоры

определяем соотношение [2, стр.148], тогда температурный напор определяем по формуле:

.

Уточняем теплообменную поверхность:

Уточняем тепловосприятие пароперегревателя:

Определяем ошибку:

Так как не превышает то расчёт выполнен верно.

Завершающим этапом расчёта является конструирование первой ступени пароперегревателя с учётом теплообменной поверхности.

Длина одного змеевика пакета пароперегревателя:



Число петель в пакете пароперегревателя:

Полученное значение ещё раз подтверждает, что расчёт сделан правильно, так как из 18 труб должно получиться 9 петель.

Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов:

Расстояние между пакетами пароперегревателя принимаем равным 800мм.

4.3 Расчет водяного экономайзера и воздухоподогревателя

Рис.3. Схема водяного экономайзера

Прежде всего, определяем заново тепловосприятие экономайзера, температуры газа на входе и выходе в каждую ступень, так как после учёта тепла фестона они изменяются.

30% - на первую ступень,

70% - на вторую ступень,

По определяем температуру газов на выходе из второй ступени экономайзера: [табл. 4, приложение].

По определяем температуру газов на выходе из первой ступени экономайзера: [табл. 4, приложение].

Определяем температуры воды. Температура воды на входе в первую ступень (в экономайзер поступает питательная вода); температура воды на выходе из второй ступени (температура воды при давлении в барабане).

Определяем температуру воды на выходе из первой ступени: зная распределение тепла по ступеням, в соответствии с пропорциями находим, что

продукты сгорания

уходящие газы

Рис. 4. Трубчатый воздухоподогреватель: 1 -- стальные трубы; 2,6 -- трубные доски; 3 -- компенсатор; 4 -- воздухоперепускной короб; 5 -- промежуточная трубная доска; 7 и 8--опорные рамы и колонны

По определяем температуру газов на выходе из второй ступени воздухоподогревателя: [табл. 4, приложение].

По определяем температуру газов на выходе из первой ступени воздухоподогревателя: [табл. 4, приложение].

Определяем температуры воздуха. Температура воздуха на входе в первую ступень , температура воздуха на выходе из второй ступени . Определяем температуру воздуха на выходе из первой ступени: зная распределение тепла по ступеням, в соответствии с пропорциями находим, что

4.3.1 Вторая ступень экономайзера

Средняя температура газов:

Расход газа:

Экономически выгодные скорости газов для экономайзера находятся в диапазоне 6-9 м/с [3,], принимаем

Определяем площадь живого сечения:

Число труб в ряду:

Поперечный шаг труб:



принадлежит диапазону (2,2-3,5)*d=(0,07-0,112)м [3].

Число параллельно включенных труб n=2*z₁=2*24=48.

Массовая скорость:

где - внутренний диаметр труб, м; при толщине стенки труб равной 3мм =0,026м; тогда

Массовая скорость входит в диапазон

Уточняем площадь живого сечения и скорость газов, так как в предыдущих расчётах округляли значения.

Уточнение:

=

Продольный шаг труб:

Относительный поперечный шаг труб:

Относительный продольный шаг труб:

Скорость воды [2, стр. 128]:



Условие не менее 1м/с выполняется.

После определения конструктивных характеристик второй ступени экономайзера, далее находим теплообменную поверхность из формулы (53):

Коэффициент теплопередачи [2, стр. 116]: (80)

при данной скорости =0,67 [2, стр. 145];

,

по графикам определяем [2, стр.124-125]: =89Вт/м²*К; =1; =0,88; =0,995;

коэффициент теплового излучения факела вычисляем по формулам (36)-(42), заменяя данные, рассчитанные для топки, значениями для второй ступени экономайзера:

коэффициент ослабления лучей газовой средой:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей:

1/м*МПа;

эффективная толщина излучающего слоя:

коэффициент теплового излучения светящейся части факела:

коэффициент теплового излучения несветящихся газов:

таким образом

по графикам определяем [2, стр. 141]: для определения коэффициентов и находим температуру стенок труб экономайзера [2, стр. 140]:



где - средняя температура среды протекающей во второй ступени экономайзера, ?C;

- изменение температуры; [2, стр. 140];

тогда

следовательно =0,96; =78Вт/м²*К;

таким образом

коэффициент теплопередачи

Температурный напор [2, стр. 148]:

определяем соотношение [2, стр. 148], тогда температурный напор определяем по формуле:

.



Уточняем теплообменную поверхность:

Уточняем тепловосприятие экономайзера:

Ошибка:

Так как то расчёт выполнен верно.

Завершающим этапом расчёта является конструирование второй ступени экономайзера с учётом теплообменной поверхности.

Длина одного змеевика пакета экономайзера [2, стр. 101]:

(81)

Число петель в пакете пароперегревателя [2, стр. 101]:

(82)

Полученное значение ещё раз подтверждает, что расчёт сделан правильно, так как из 20 труб должно получиться 10 петель.

Глубина пакета экономайзера по ходу газов:

(83)

4.3.2 Вторая ступень воздухоподогревателя

Средняя температура газов:

Расход газа:

Принимаем [2, стр.104].

Определяем площадь живого сечения:

Дымовые газы движутся внутри труб:

(85)

Средняя температура воздуха:

Принимаем [2, стр.104].

Определяем площадь живого сечения:

 (86)

Число труб в ряду:

Поперечный шаг труб:

принадлежит диапазону 60-70мм [2, стр.102].

Число рядов:

Продольный шаг труб:

Относительный поперечный шаг труб:

Относительный продольный шаг труб:



После определения конструктивных характеристик второй ступени воздухоподогревателя далее находим теплообменную поверхность из формулы (53):

Коэффициент теплопередачи [2, стр. 117]:

для горячей ступени =0,9 [2, стр. 147];

,

по графикам определяем [2, стр.130-131]:

=45Вт/м²*К;=0,98;1; тогда

коэффициент теплового излучения факела вычисляем по формулам (36)-(42), заменяя данные, рассчитанные для топки, значениями для второй ступени воздухоподогревателя:

коэффициент ослабления лучей газовой средой:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей:

1/м*МПа;

эффективная толщина излучающего слоя:

коэффициент теплового излучения светящейся части факела:

коэффициент теплового излучения несветящихся газов:

таким образом

по графикам определяем [2, стр. 141]: для определения коэффициентов и находим температуру стенок труб воздухоподогревателя [2, стр. 142]:

 (87)

следовательно =0,92; =58Вт/м²*К;

таким образом

по графикам определяем [2, стр.124-125]: =72Вт/м²*К; =1; =1,2;

=0,94;

коэффициент теплопередачи

Температурный напор [2, стр. 148]:

определяем соотношение [2, стр. 148], тогда температурный напор определяем по формуле:

.



Уточняем высоту одного хода воздухоподогревателя:

Число ходов по воздуху (округляем до ближайшего целого значения):

Тогда

Так как расчётная высота хода не сильно отличается от принятой ранее, то расчёт второй ступени воздухоподогревателя можно считать оконченным.

4.3.3 Первая ступень экономайзера

Средняя температура газов:

Расход газа:

Экономически выгодные скорости газов для экономайзера находятся в диапазоне 6-9 м/с [3,], принимаем

Определяем площадь живого сечения:

Число труб в ряду:

Поперечный шаг труб:

не принадлежит диапазону (2,2-3,5)*d=(0,07-0,112)м [3]; принимаем

Определяем площадь живого сечения:

Число труб в ряду:

Поперечный шаг труб:



принадлежит диапазону (2,2-3,5)*d=(0,07-0,112)м [3].

Число параллельно включенных труб n=2*z₁=2*25=50.

Массовая скорость:

Массовая скорость входит в диапазон

Уточнение:

=

Продольный шаг труб:

Относительный поперечный шаг труб:

Относительный продольный шаг труб:



Скорость воды [2, стр. 128]:

Условие не менее 1м/с выполняется.

После определения конструктивных характеристик первой ступени экономайзера, далее находим теплообменную поверхность из формулы (53):

Коэффициент теплопередачи [2, стр. 116]:

при данной скорости =0,68 [2, стр. 145];

,

по графикам определяем [2, стр.124-125]: =70Вт/м²*К; =1; =0,9;

=1,02Размещено на http://www.allbest.ru/

;

Размещено на http://www.allbest.ru/

коэффициент теплового излучения факела вычисляем по формулам (36)-(42), заменяя данные, рассчитанные для топки, значениями для первой ступени экономайзера:

коэффициент ослабления лучей газовой средой:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

1/м*МПа;

коэффициент ослабления лучей:

1/м*МПа;

эффективная толщина излучающего слоя:

коэффициент теплового излучения светящейся части факела:

коэффициент теплового излучения несветящихся газов:

таким образом

по графикам определяем [2, стр. 141]: для определения коэффициентов и находим температуру стенок труб экономайзера [2, стр. 140]:

- изменение температуры; [2, стр. 140];

тогда

следовательно =0,95; =30Вт/м²*К;

таким образом

коэффициент теплопередачи

Температурный напор [2, стр. 148]:

определяем соотношение [2, стр. 148], температурный напор определяем по формуле:

.



Уточняем теплообменную поверхность:

Уточняем тепловосприятие экономайзера:

Ошибка:

Так как то расчёт выполнен верно.

Завершающим этапом расчёта является конструирование первой ступени экономайзера с учётом теплообменной поверхности.

Длина одного змеевика пакета экономайзера [2, стр. 101]:

Число петель в пакете пароперегревателя [2, стр. 101]:

Полученное значение ещё раз подтверждает, что расчёт сделан правильно, так как из 26 труб должно получиться 13 петель.

Глубина пакета экономайзера по ходу газов:

4.3.4 Первая ступень воздухоподогревателя

Средняя температура газов:

Расход газа:

Принимаем [2, стр.104].

Определяем площадь живого сечения:

Дымовые газы движутся внутри труб:

Средняя температура воздуха: Принимаем

Определяем площадь живого сечения:



Число труб в ряду:

Поперечный шаг труб:

принадлежит диапазону 60-70мм [2, стр.102].

Число рядов:

Продольный шаг труб:

Относительный поперечный шаг труб:

Относительный продольный шаг труб:



После определения конструктивных характеристик первой ступени воздухоподогревателя далее находим теплообменную поверхность из формулы (53):

Коэффициент теплопередачи [2, стр. 117]:

для горячей ступени =0,85 [2, стр. 147];

,

по графикам определяем [2, стр.130-131]: =38Вт/м²*К;

=1;1; тогда

по графикам определяем [2, стр.124-125]: =62Вт/м²*К; =1; =0,7; =1;

коэффициент теплопередачи

Температурный напор [2, стр. 148]:



определяем соотношение [2, стр. 148], тогда температурный напор определяем по формуле:

.

Уточняем высоту одного хода воздухоподогревателя:

Число ходов по воздуху (округляем до ближайшего целого значения):

Тогда



Так как расчётная высота хода не сильно отличается от принятой ранее, то расчёт первой ступени воздухоподогревателя можно считать оконченным.

топливо котел тепловой фестон

5. Тепловой баланс котла

Определяем невязку теплового баланса:

Расчёт котельного агрегата выполнен правильно, так как, во-первых, невязка теплового баланса меньше 0,5%, а, во-вторых, температура на выходе из котла отличается от ранее принятой меньше, чем на 10%.

Приложение 1

Таблица

Объёмы продуктов сгорания и объёмные доли трёхатомных газов

.	топка	2-я ст.	1-я ст.	2-я ст.	2-я ст.	1-я ст.	1-я ст.
формула		п/п	п/п	эк-ра	в/п	эк-ра	в/п
Коэффициент избытка воздуха
за поверхностью нагрева	1,03	1,06	1,09	1,11	1,14	1,16	1,19
б =б +?б
Средний коэффициент избытка	1,03	1,045	1,075	1,1	1,125	1,15	1,175
воздуха в поверхности нагрева б
Объём водяных паров, м /кг,	1,345	1,347	1,352	1,356	1,360	1,364	1,368
V =V +0,0161*(б -1)*V
Полный объём газов, м /кг,	11,168	11,321	11,629	11,885	12,142	12,398	12,654
V =V +1,0161*(б -1)*V
Объёмная доля трёхатомных	0,139	0,137	0,133	0,130	0,128	0,125	0,122
газов r =V /V
Объёмная доля водяных паров	0,120	0,119	0,116	0,114	0,112	0,110	0,108
r =V /V
Доля трёхатомных газов и	0,259	0,256	0,250	0,245	0,240	0,235	0,231
водяных паров r =r +r

Приложение 2

Таблица

Средние теплоёмкости воздуха, газов, водяных паров в интервале температур от 0 до х, ?C, кДж/(м³*К)

х	c	c	c	c	х	c	c	c	c
100	1,32	1,7	1,3	1,49	1200	1,465	2,255	1,42	1,77
200	1,33	1,78	1,305	1,515	1300	1,47	2,28	1,43	1,8
300	1,34	1,86	1,31	1,54	1400	1,48	2,305	1,435	1,825
400	1,355	1,92	1,32	1,565	1500	1,49	2,33	1,44	1,85
500	1,37	1,98	1,33	1,59	1600	1,495	2,35	1,45	1,875
600	1,385	2,03	1,34	1,615	1700	1,5	2,37	1,46	1,9
700	1,4	2,08	1,35	1,64	1800	1,51	2,39	1,465	1,92
800	1,415	2,125	1,365	1,665	1900	1,52	2,41	1,47	1,94
900	1,43	2,17	1,38	1,69	2000	1,53	2,425	1,475	1,96
1000	1,445	2,2	1,395	1,715	2100	1,54	2,44	1,48	1,98
1100	1,46	2,23	1,41	1,74	2200	1,545	2,45	1,49	2
					2300	1,55	2,46	1,5	2,02

Размещено на Allbest.ru

...