Тепловой и аэродинамический расчеты котельной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

68

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой и аэродинамический расчеты котельной установки

Исходные данные для расчета

Тип котла - барабанный, с естественной циркуляцией.

Паропроизводительность D_пе=10,5 кг/с.

Давление перегретого пара P_пе=39 бар.

Температура перегретого пара t_пе=440 °С.

Состав топлива:

· марка топлива - Д;

· влажность =13 %;

· зольность =27,8 %;

· сера колчеданная ,сера органическая =2,9%;

· углерод =44,1 %;

· водород =3,3 %;

· азот =0,9 %;

· кислород =8 %;

· низшая теплота сгорания =17,25 МДж/кг;

· приведенная влажность =3,16 (%·кг)/МДж;

· приведенная зольность =6,75 (%·кг)/МДж;

· выход летучих на горючую массу =43 %.

Способ сжигания топлива - камерный, с твердым шлакоудалением.

Температура питательной воды после регенеративного подогрева t_пв=145 °С.

Непрерывная продувка p=4 %.

Доля рециркуляции газов в топку - отсутствует.

Температура уходящих газов ?_ух=140°С.

Температура на входе в воздухоподогреватель ?'_в=30°С.

Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя ?_гв=320 °С.

Компоновка конвективных поверхностей нагрева - одноступенчатая.

Тип углеразмольной мельницы - молотковая.

Рис. П1-1. Компоновка котельной установки

Расчет объемов энтальпий и продуктов сгорания

Коэффициенты избытка воздуха по газоходам котлоагрегата (величина присосов выбирается ?б выбирается по табл. 7, стр.155[1])

Топка на выходе (табл. 8, с.156) б_т=1,2;

Фестон б_ф=б_т=1,2;

Пароперегреватель

б_пе=б_т+?б_пе=1,2+0,03=1,23;

2-я ступень водяного экономайзера

б_вэ2=б_пе+? б_вэ=1,23+0,08=1,31;

2-я ступень воздухоподогревателя

б_вп2= б_вэ2+? б_вп=1,31+0,05=1,36;

1-я ступень водяного экономайзера

б_вэ1=б_вп2+? б_вэ=1,36+0,08=1,44;

1-я ступень воздухоподогревателя

б_вп1=б_вэ1+? б_вп=1,44+0,05=1,49.

Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

1. Теоретически необходимое количество воздуха

2. Теоретический объем азота

3. Объем трехатомных газов

4. Теоретический объем водяных паров

5. Теоретический объем газов

6. Действительный объем водяных паров V_H2O и дымовых газов V_Г; объемные доли: водяных паров - r_H2O, трехатомных газов - r_RO2, сумма водяных паров и трехатомных газов - r_п, концентрация золы в дымовых газах µ_зл по газоходам котельного агрегата (топка, пароперегреватель, 2-я ступень водяного экономайзера, 2-я ступень воздухоподогревателя, 1-я ступень водяного экономайзера, 1-я ступень воздухоподогревателя) рассчитываются по средним значениям коэффициента избытка воздуха б_ср по формулам приведенным в табл.1, стр.146[1]. Результаты расчетов сводятся в табл.1.

Расчет энтальпий продуктов сгорания

Теоретические энтальпии газов и воздуха для сжигаемого топлива выбираем из табл.4, стр.150[1]. Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха б>1 рассчитывается по формуле

Тепловой баланс котлоагрегата

1. Располагаемое тепло топлива. Для большинства видов достаточно сухих и малозольных топлив и газового топлива принимается

2. Температура уходящих газов ?_ух=140°С.

3. Энтальпия уходящих газов (по табл.2)

4. Температура холодного воздуха (принимаем) t_хв=30°С.

5. Энтальпия холодного воздуха (по табл.2)

6. Потери тепла от химического недожога (табл.8, стр.156[1]) q₃=0,5%.

7. Потери тепла от механического недожога (табл.8, стр.156[1]) q₄=3%.

8. Потери тепла с уходящими газами



9. Потери тепла от наружного охлаждения (рис.5, стр.173[1]) q₅=1%.

10. Потери с теплом шлака q₆=0.

11. Сумма тепловых потерь

12. КПД котлоагрегата «брутто»

13. Коэффициент сохранения тепла

14. Температура перегретого пара t_пе=440°С.

15. Давление перегретого пара P_пе=3.9 МПа.

16. Теплосодержание перегретого пара i_пе=3309кДж/кг (табл.11, стр.160[1]).

17. Температура питательной воды t_пв=145°С.

18. Энтальпия питательной воды i_пв=613,3 кДж/кг(табл.10 при P_э=1,2·P_пе=1,2·3.9=4.68 МПа, стр. 158[1]).

19. Энтальпия продувочной воды i_кип=1108 кДж/кг(табл.9 при P_б=1,1·P_пе=1,1·3.9=4.29 МПа, стр. 157[1]).

20. Непрерывная продувка



где p - процент продувки.

21. Полезно использованное тепло

22. Полный расход топлива

Расчетный расход топлива

Тепловой расчет котлоагрегата

Топка

1. Диаметр экранных труб d=83 мм.

2. Шаг экранных труб s=120 мм.

3. Суммарная поверхность топочной камеры F_ст=198 м².

4. Угловой коэффициент гладкотрубных экранов

5. Лучевоспринимающая поверхность экранов



6. Объем топочной камеры V_т=250 м³.

7. Эффективная толщина излучающего слоя

8. Присосы воздуха в систему пылеприготовления ?б_пл=0,04 (табл.7, стр.155[1]).

9. Температура горячего воздуха ?_гв=320°С.

10. Энтальпия горячего воздуха (по табл.2)

11. Тепло, вносимое воздухом в топку

где ?б_т=0,1 - присосы в топке (табл.7, стр.155[1]).

12. Полезное тепловыделение в топке

13. Адиабатная температура горения (по табл.2)

14. Относительное положение максимума температур (рис.П1-2)

15. Коэффициент, учитывающий положение максимума температуры

Рис. П1-2. Эскиз топочной камеры

16. Температура газов на выходе из топки ?_т''=1050 °С (по табл.12, стр. 163[1]).

17. Энтальпия газов на выходе из топки I _т''=9839,1 кДж/кг (по табл.2).

18. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п=0,24(табл.1).

19. Концентрация золовых частиц µ_зл=0,034 (табл.1).

20. Суммарная поглощающая способность трехатомных газов (где P=0,1 МПа - давление газов в топочной камере)

21. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами k_г=4,7 1/(м·МПа) (по рис.3, стр.172[1]).

22. Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами k_зл=70 1/(м·МПа) (по рис.3).

23. Коэффициент поглощения лучей частицами кокса k_кокс при камерном сжигании топлива: для каменных и бурых углей, торфа, сланцев k_кокс=0,5 1/(м·МПа).

Оптическая толщина

Степень черноты факела _ф=0,83 (рис.2, стр.171[1]).

Условный коэффициент загрязнения экранов о=0,45 (табл.16, стр.165[1]).

Коэффициент тепловой эффективности экранов ш=оч_э=0,45·0,911=0,41.

Степень черноты топочной камеры _т=0,87 (рис.4, стр.173[1]).

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

Действительная температура газов на выходе из топки

Энтальпия газов на выходе из топки (по табл.2)

Количество тепла воспринятого в топке

Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности



Теплонапряжение топочного объема

Фестон

Рис. П1-3. Эскиз фестона

1. Диаметр труб d=83 мм.

2. Расположение труб - шахматное.

3. Число рядов труб Z=3.

4. Шаг труб :поперечный s₁=300 мм; продольный s₂=250 мм.

5. Число труб в каждом ряду:n₁=13 шт;n₂=14 шт;n₃=13 шт.

6. Длина каждого ряда:l₁=5,6 м;l₂=5,2 м;l₃=4,9 м.

7. Поверхность нагрева фестона



8. Живое сечение для прохода газов (среднее), где h=4,22 - высота окна, b=4,4

9. Относительные шаги: поперечный

у₁=s₁/d=300/83=3.615;продольный у₂=s₂/d=250/83=3.012.

Эффективная толщина излучающего слоя

Угловой коэффициент фестона ч_ф=0,7 (рис.1, стр.171[1]).

Лучевоспринимающая поверхность фестона

где l_ср=5,23 м.

10. Расчетная поверхность нагрева

11. Температура газов перед фестоном ?'=1006°С (из расчета топки).

12. Энтальпия газов перед фестоном I'=9383,5 кДж/кг (из расчета топки).

13. Температуру газов за фестоном принимаем ?''=942 °С.

14. Энтальпия газов за фестоном (по табл.2)

15. Тепловосприятие фестона по балансу

16. Температура кипения в барабане t_н=254.7 °С(табл.9 при P_б=1,1·P_пе=1,1·3,9=4.3 МПа, стр. 157[1]).

17. Средняя температура газов

18. Объем газов на 1 кг топлива V_г=6,04 м³/кг (табл.1).

19. Объемная доля водяных паров r_H2O=0.1 (табл.1).

20. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п=0,24 (табл.1).

21. Концентрация золовых частиц µ_зл=0,034(табл.1).

22. Скорость газов в фестоне

23. Коэффициент теплоотдачи конвекцией (рис.6, стр.174[1])

24. Суммарная поглощающая способность

25. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами k_г=10,10 1/(м·МПа) (по рис.3, стр.172[1]).

26. Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами k_зл=73 1/(м·МПа) (по рис.3).

27. Оптическая толщина

28. Степень черноты продуктов сгорания =0,36(рис.2, стр.171[1]).

Температура загрязненной стенки трубы

Коэффициент теплоотдачи излучением (рис.9, стр179[1])

Коэффициент тепловой эффективности ш=0,46 (рис.4, стр.183[1]).

Коэффициент теплопередачи

Средний температурный напор

Тепловосприятие фестона



Невязка

Энтальпия газов за фестоном

Температура газов за фестоном (табл.2, с.147).

Пароперегреватель

Температура газов на входе в пароперегреватель ?'=942 °С (из расчета фестона).

Теплосодержание газов на входе I'=8731,9 кДж/кг (из расчета фестона).

Температура насыщенного пара на входе в пароперегреватель t'=tн=254.7 °С(табл.9 при Pб=1,1·Pпе=1,1·3,9=4,29 МПа, стр. 157[1]).

Теплосодержание насыщенного пара на входе в пароперегреватель i'=iнп=2800 кДж/кг (табл.9).

Температура пара за пароперегревателем t?=tпе=440 °С.

Теплосодержание перегретого пара на выходе из пароперегревателя i?=iпе=3309 кДж/кг (табл.11 по давлению Рпе и температуре tпе перегретого пара, стр.160[1]).

Тепловосприятие пароперегревателя по балансу (?tпо=63 кДж/кг - тепловосприятие в пароохладителе)



Теплосодержание газов за пароперегревателем

Температура газов на выходе (по табл.2)

Средняя температура газов

Рис. П1-4. Эскиз пароперегревателя

Средняя температура пара

Диаметр труб d=38 мм, толщина стенки труб д=5 мм.

Расположение труб - коридорное.

Относительные шаги:поперечный у₁=1,8;продольный у₂=2,0.

Шаг труб :поперечный s₁=d у₁=38·1.8=68.4 мм;продольный s₂= d у₂=38·2.0=76 мм.

Количество параллельно включенных в коллектор змеевиков

где b=4,4 м.

Площадь, занятая трубами (h_ср=3.61 - высота газохода в среднем сечении)

Площадь поперечного сечения газохода (окна)

Площадь живого сечения для прохода газов

Объем газов на 1 кг топлива V_г=6,13 м³/кг (табл.1).

Объемная доля водяных паров r_H2O=0,1 (табл.1).

Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п=0,237 (табл.1).

Концентрация золовых частиц µ_зл=0,033 (табл.1).

Средняя скорость газов



Живое сечение для прохода пара параллельно включенных змеевиков

где m=1 - число труб в змеевике.

Удельный объем пара, при средних значениях давления и температуры пара в пароперегревателе х=0,06785 м³/кг (табл.11, стр.160[1]).

Средняя скорость пара

Коэффициент теплоотдачи конвекцией (рис.7,стр.176[1])

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару (рис.10, стр.180[1])

Коэффициент загрязнения для коридорных пучков труб е=0,0043 (м²К)/Вт.

Температура загрязненной стенки



где

Эффективная толщина излучающего слоя

Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами k_г=39 1/(м·МПа) (по рис.3, стр.172[1]).

Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами k_зл=88 1/(м·МПа) (по рис.3).

Оптическая толщина

Степень черноты продуктов сгорания =0,14 (рис.2, стр.171[1]).

Коэффициент теплоотдачи излучением (рис.9, стр179[1])

Коэффициент тепловой эффективности ш=0,58 (рис.4, стр.183[1]).

Коэффициент теплоотдачи для коридорных пучков

Температурный напор на входе газов (противоток)

Температурный напор на выходе газов (противоток)

Средний температурный напор при противотоке

Величина

Величина

Параметр



Параметр

Отношение прямоточного участка к полной поверхности нагрева А=0,3.

Коэффициент пересчета от противоточной схемы Ш=0,995 (рис.11, стр.181[1]).

Средний температурный напор

Необходимая поверхность нагрева

Поверхность нагрева одного змеевика

Длина одного змеевика



Число рядов по ходу потока

Число петель

Прямоточная часть

Противоточная часть

Первая ступень воздухоподогревателя

Температура газов на выходе из воздухоподогревателя

??=?_ух=140 °С.

Энтальпия газов (по табл.2)

Температура воздуха на входе в 1-ую ступень воздухоподогревателя ?_в'=30 °С.

Энтальпия воздуха на входе в 1-ю ступень воздухоподогревателя (по табл.2)



Рис. П1-5. Эскиз первой ступени воздухоподогревателя

Отношение количества воздуха за 1-й ступенью воздухоподогревателя к теоретически необходимому

Доля воздуха рециркуляции

Принимаем ?_в''=150 °С.

Энтальпия воздуха

Тепловосприятие ступени по балансу

Средняя температура воздуха

Энтальпия газов на входе в 1-ю ступень воздухоподогревателя

где I°_прс=550,8 кДж/кг (по табл.2) - энтальпия присосов при средней температуре воздуха.

Температура газов на входе в 1-ю ступень воздухоподогревателя

Средняя температура газов

Объем газов на 1 кг топлива V_г=7,288 м³/кг (табл.1).

Объемная доля водяных паров r_H2O=0.088 (табл.1).

Скорость газов принимаем W_г=9 м/с.

Площадь живого сечения для прохода газов

Диаметр трубок воздухоподогревателя d=43 мм.

Площадь живого сечения одной трубы

Число всех труб в 1-й ступени



Скорость воздуха принимаем W_в=7,8 м/с.

Относительный поперечный шаг труб принимаем у₁=1,3.

Поперечный шаг труб s₁=d у₁=0,043·1,3=0,0559 м.

Число труб в 1-м ряду

где b_ш=5,206 м -ширина конвективного газохода.

Число рядов труб

Продольный шаг труб

где а_ш=1,69 м - глубина конвективного газохода.

Относительный продольный шаг труб

Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны (рис.8,стр.178[1])



Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны (рис.6,стр.174[1])

Коэффициент использования поверхности нагрева о=0,75 (табл.15, стр.164[1]).

Коэффициент теплопередачи

Температурный напор на входе газов

Температурный напор на выходе газов

Средний температурный напор

Необходимая поверхность нагрева



Высота первой ступени воздухоподогревателя

Секундный расход воздуха

Живое сечение для прохода воздуха

Число ходов воздухоподогревателя по воздуху

Первая ступень водяного экономайзера

Температура газов на выходе из водяного экономайзера ?''=219 °С (из расчета ВП 1-й ступени).

Энтальпия газов I''=2242,5 кДж/кг (из расчета ВП 1-й ступени).

Температура питательной воды t_пв=145°С.

Энтальпия питательной воды i_пв=613,4 кДж/кг(табл.10 при P_э=1,2·P_пе=1.2·3.9=4.7 МПа, стр. 158[1]).

Тепловосприятие ступени по балансу

Рис. П1-6. Эскиз первой ступени водяного экономайзера

Энтальпия воды на входе в 1-ю ступень водяного экономайзера

где

Температура воды на входе в 1-ю ступень водяного экономайзера t_в'=158 °С (табл.10, стр.158[1]).

Энтальпия воды на выходе из 1-й ступени водяного экономайзера

Температура воды на выходе t_в''=198 °С (табл.10, стр.158[1]).

Энтальпия газов на входе в 1-ю ступень экономайзера



Температура газов на входе в 1-ю ступень экономайзера

Средняя температура газов

Средняя температура воды

Диаметр труб d=38 мм.

Относительные шаги: поперечный у₁=2;продольный у₂=2.

Шаг труб :поперечный s₁=d у₁=38·2=76 мм; продольный s₂= d у₂=38·2=76 мм.

Число труб в одном ряду

где а_ш=1,6 м.

Площадь живого сечения для прохода газов (а_ш=1,6 м и b_ш=4,4 м - глубина и ширина конвективной шахты)

где

Объем газов на 1 кг топлива V_г=6,98 м³/кг (табл.1).

Скорость газов

Объемная доля водяных паров r_H2O=0,091 (табл.1).

Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п=0,21 (табл.1).

Концентрация золовых частиц µ_зл=0,029 (табл.1).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией (рис.6, стр.174[1])

Эффективная толщина излучающего слоя

Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами k_г=44 1/(м·МПа) (по рис.3, стр.172[1]).

Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами k_зл=158 1/(м·МПа) (по рис.3).

Оптическая толщина



Степень черноты продуктов сгорания =0,14 (рис.2, стр.171[1]).

Температура загрязненной стенки

Коэффициент теплоотдачи излучением (рис.9, стр179[1])

Температурный напор на входе газов

Температурный напор на выходе газов

Средний температурный напор

Коэффициент использования поверхности нагрева о=1.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

Коэффициент тепловой эффективности ш=0,78 (рис.14, стр.183[1]).

Коэффициент теплопередачи

Необходимая поверхность нагрева

Длина одного змеевика

Число рядов по ходу потока

Число петель

Шаг одной петли

Высота пакета экономайзера



Вторая ступень воздухоподогревателя

Температура газов на выходе из 2-й ступени воздухоподогревателя ?''=321 °С (из расчета ВЭ 1-й ступени).

Энтальпия газов I''=3213,3 кДж/кг (из расчета ВЭ 1-й ступени).

Температура воздуха на входе во 2-ую ступень воздухоподогревателя ?_в'=150 °С (из расчета ВП 1-й ступени).

Энтальпия воздуха =923 кДж/кг (из расчета ВП 1-й ступени).

Температура горячего воздуха ?_в''=?_гв=320 °С.

Энтальпия воздуха (по табл.2)

Отношение количества воздуха за 2-й ступенью воздухоподогревателя к теоретически необходимому

Тепловосприятие ступени по балансу

Рис. П1-7. Эскиз второй ступени воздухоподогревателя

Средняя температура воздуха

1. Энтальпия газов на входе во 2-ю ступень воздухоподогревателя

где кДж/кг (по табл.2) - энтальпия присосов при средней температуре воздуха.

Температура газов на входе во 2-ю ступень воздухоподогревателя

Средняя температура газов

Объем газов на 1 кг топлива V_г=6,676 м³/кг (табл.1).

Скорость газов принимаем W_г=9 м/с.

Площадь живого сечения для прохода газов

Диаметр трубок воздухоподогревателя d=43 мм.

Площадь живого сечения одной трубы



Число всех труб во 2-й ступени

Скорость воздуха принимаем

.

Относительный поперечный шаг труб принимаем у₁=1,5.

Поперечный шаг труб s₁=d у₁=0,043·1,5=0,0645 м.

Число труб в одном ряду

где b_ш=5,206 м - ширина конвективного газохода.

Число рядов труб

Продольный шаг труб

где а_ш=1,69 м - глубина конвективного газохода.

Относительный продольный шаг труб

Объемная доля водяных паров r_H2O=0,094 (табл.1).

Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п=0,22 (табл.1).

Концентрация золовых частиц µ_зл=0,03 (табл.1).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией с газовой стороны (рис.8,стр.178[1])

Эффективная толщина излучающего слоя

Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами k_г=80 1/(м·МПа) (по рис.3, стр.172[1]).

Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами k_зл=140 1/(м·МПа) (по рис.3).

Оптическая толщина

Степень черноты продуктов сгорания =0,1 (рис.2, стр.171[1]).

Температура стенки труб воздухоподогревателя 2-й ступени



Коэффициент теплоотдачи излучением (рис.9, стр179[1])

Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны

Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны (рис.6,стр.174[1])

Коэффициент использования поверхности нагрева о=0,75 (табл.15, стр.164[1]).

Коэффициент теплопередачи

Температурный напор на входе газов

Температурный напор на выходе газов



Средний температурный напор

Необходимая поверхность нагрева

Высота 2-й ступени воздухоподогревателя

Секундный расход воздух

Живое сечение для прохода воздуха

Высота одного хода

Число ходов воздухоподогревателя по воздуху



Вторая ступень водяного экономайзера

Температура газов на выходе из 2-й ступени водяного экономайзера ?''=412 °С (из расчета ВП 2-й ступени).

Энтальпия газов I''=3977,95 кДж/кг (из расчета ВП 2-й ступени).

Температура воды на входе во 2-ю ступень водяного экономайзера t_в'=198 °С (из расчета ВЭ 1-й ступени).

Энтальпия воды i_в'=844 кДж/кг (из расчета ВЭ 1-й ступени).

Температура газов на входе во 2-ю ступень водяного экономайзера ?'=568,7 °С (из расчета пароперегревателя).

Энтальпия газов на входе I'=6134,2 кДж/кг (из расчета пароперегревателя).

Рис. П1-8. Эскиз второй ступени водяного экономайзера

Тепловосприятие ступени



Энтальпия воды на выходе из 2-й ступени водяного экономайзера

Температура воды на выходе t_в''=240 °С (табл.10, стр.158[1]).

Средняя температура газов

Средняя температура воды

Диаметр труб d=38 мм.

Число труб в одном ряду Z₁=20 шт.

Шаг труб (из расчета ВЭ 1-й ступени) :поперечный s₁=76 мм;продольный s₂=76 мм.

Относительные шаги (из расчета ВЭ 1-й ступени):поперечный у₁=2,0;продольный у₂=2,0.

Объем газов на 1 кг топлива V_г=6,37 м³/кг (табл.1).

Площадь, занятая трубами

Площадь живого сечения для прохода газов (а_ш=1,6 м и b_ш=4,4 м - глубина и ширина конвективной шахты)

Скорость газов

Объемная доля водяных паров =0,097 (табл.1).

Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п=0,229 (табл.1).

Концентрация золовых частиц µ_зл=0,03 (табл.1).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией (рис.6, стр.174[1])

Эффективная толщина излучающего слоя

Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами k_г=13 1/(м·МПа) (по рис.3, стр.172[1]).

Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами k_зл=120 1/(м·МПа) (по рис.3).

Оптическая толщина

Степень черноты продуктов сгорания =0,11 (рис.2, стр.171[1]).

Температура загрязненной стенки

Коэффициент теплоотдачи излучением (рис.9, стр179[1])

Температурный напор на входе газов

Температурный напор на выходе газов

Средний температурный напор

Коэффициент использования поверхности нагрева о=1.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

Коэффициент тепловой эффективности ш=0,7 (рис.14, стр.183[1]).

Коэффициент теплопередачи

Необходимая поверхность нагрева

Длина одного змеевика

Число рядов по ходу потока

Число петель

Шаг одной петли

Высота пакета экономайзера

Невязка баланса

Относительная невязка

Аэродинамический расчет

Расчет тяги (газовый тракт)

Газовый тракт котлоагрегата

Топка

Разрежение в конце топки

Фестон

Сопротивление пучка (рис.17, стр.186 [1])

Пароперегреватель

Сопротивление пучка (коридорный пучок)

,

где: - коэффициент сопротивления пучка (рис.18, стр.188 [1]);

- динамический напор, Па (рис.18, стр.188 [1]).



Поворот за пароперегревателем

где: - средний динамический напор, который определяется по скорости газов в пароперегревателе и водяном экономайзере 2-й ступени.

Коэффициент сопротивления поворота (стр.70 [1]).Сопротивления поворота

Общее сопротивление пароперегревателя с учетом поправочного коэффициента (стр.73 [1])

Водяной экономайзер (2-я ступень)

Сопротивление пучка (рис.17, стр.186 [1])

Сопротивление ступени с учетом поправочного коэффициента (стр.73 [1])

Воздухоподогреватель (2-я ступень)

Сопротивление трения (рис.19, стр.190 [1])

где С_ш - коэффициент, учитывающий шероховатость труб (определяется по абсолютной шероховатости труб К=0,2 мм).Соотношение живого сечения труб к площади газохода

Коэффициент сопротивления входа и выхода (рис.20, стр.191 [1])

Динамический напор (рис.16, стр.185 [1]).Сопротивление ступени с учетом поправочного коэффициента (стр.74 [1])

Водяной экономайзер (1-я ступень)

Сопротивление пучка (рис.17, стр.186 [1])

Сопротивление ступени с учетом поправочного коэффициента (стр.73 [1])



Воздухоподогреватель (1-я ступень)

Сопротивление трения (рис.19, стр.190 [1])

Соотношение живого сечения труб к площади газохода

Коэффициент сопротивления входа и выхода (рис.20, стр.191 [1])

Динамический напор (рис.16, стр.185 [1]).Сопротивление ступени с учетом поправочного коэффициента (стр.74 [1])

Общее сопротивление газового тракта котельного агрегата

1. Газовый тракт от 1-ой ступени воздухоподогревателя до золоуловителя

Сечение конвективной шахты



где а_ш и b_ш - глубина и ширина конвективной шахты.

Принимаем скорость газа в газоходе равной W_г=12 м/с. Сечение газохода

Отношение сечений Коэффициент сопротивления поворота - конфузора на 90° (рис.29,30, стр.196 [1] при a/b=b_ш/a_ш)

Коэффициент В=1 (стр.69 [1])

Сопротивление поворота - конфузора

Сопротивление участка двух поворотов (по рис. П1-1)

где - коэффициент сопротивления колена с закругленными кромками (стр.76 [1]).

Золоуловитель

Выбираем золоуловитель - батарейный циклон БЦ-287 (табл.19, стр.167 [1]). Количество элементов батарейного циклона n=112 шт. (табл.19, стр.167 [1]). Коэффициент сопротивления батарейного циклона с элементами, имеющими лопаточный закручивающий аппарат типа «розетка» (стр.77 [1]).Суммарная площадь сечений всех циклонных элементов

где d=250 мм - диаметр элемента циклона. Присосы воздуха в циклоне Дб_ц =0,05 (стр.74 [1]).

Присосы воздуха в газоходах (стальные газоходы) Дб =0,001 (табл.7, стр.155[1]).

При длине участка L₁ = 17 + 3 = 20 м (рис. П1-1, стр.95 [1]).

Температура газов в циклоне

Объем дымовых газов в циклоне

где

Теоретический объем дымовых газов =5,1 (по табл.1).Расчетная скорость газов в циклоне



Сопротивление батарейного циклона

где h_д=8,8 (определяется по скорости газов в циклоне).Общее сопротивление тракта

Участок от золоуловителя до выхода из дымовой трубыКоэффициент сопротивления колена 90°С с закругленными кромками (стр.76 [1]).Сопротивление участка с учетом трех поворотов (рис. П1-1)

Динамическое сопротивление определяется при и скорости газа 12 м/с.

Дымосос

Величина присосов в газоходах на участке котел - дымосос

Температура газов



Расход газов у дымососа

где

По расходу газов у дымососа выбираем предварительно дымосос ДН-15, n=740 об/мин (рис.24,25, стр.194,195 [1]).Сечение диффузора за дымососом (табл.21,22, стр.168,169 [1]).Для определения сопротивления за дымососом принимаем: отношение выходного сечения к входному ;относительная длина диффузора Коэффициент сопротивления диффузора (рис.21, стр.191 [1]).Скорость газов во входном сечении

Сопротивление диффузора

Скорость газов в выходном сечении

Коэффициент сопротивления при входе в дымовую трубу (стр.76 [1]).Сопротивление входа в дымовую трубу

Динамическое давление определяется по скорости газов в выходном сечении диффузора.

Дымовая труба

Высота дымовой трубы Н_тр=30 м (табл.20, стр.168 [1]).Экономическая скорость в устье трубы W_эк=13 м/с (рис.22, стр.192 [1]).Внутренний диаметр устья трубы

Выбираем внутренний диаметр устья трубы d_вн=1.5 м (рис.28, стр.195 [1]).Скорость газов в устье трубы

где

Потери на сопротивление трения в дымовой трубе и на выходе из нее

где i=0.02 - средний уклон внутренних стенок трубы (стр.78 [1]); - коэффициент сопротивления выхода (стр.78 [1]).Динамическое давление определяется по скорости газа в устье трубы W_г, м/с и температуре газов , .

Суммарное сопротивление тракта

Самотяга

Расчетная высота опускной шахты Н_ш=18.31 м (рис. П1-1),4.51(вп1)+0.800+4.56(вэ1)+0.800+2.36(вп2)+0.800+1.22(вэ2)+1.500=18,31 м.

Средняя температура в шахте

Величина самотяги на 1 м высоты =7 Па/м (рис.23, стр.192 [1]).

Самотяга опускной шахты

Самотяга на 1 м высоты дымовой трубы =3,8 при ,°С (рис.23, стр.192 [1]).Расчетная высота дымовой трубы (рис.П1-1)

Самотяга дымовой трубы

Перепад полных давлений по газовому тракту

Суммарное сопротивление всего газового тракта

Суммарное сопротивление с учетом поправки на плотность дымовых газов

где =1 - поправка на плотность дымовых газов (рис.23, стр.192 [1]).

Перепад полных давлений

Выбор дымососа

Расчетная производительность дымососа

где - коэффициент запаса по производительности (стр.87 [1]).

Расчетное сопротивление

где - коэффициент запаса по напору (стр.87 [1]).

Поправочный коэффициент



где (рис.23, стр.192 [1]); (табл.21,22, стр.168,169 [1]).

Приведенный напор

Тип дымососа ДН-15 (рис.24,25, стр.193,194; табл.21,22, стр.168,169 [1]).

Число оборотов n=980 об/мин (табл.21,22, стр168,169 [1]).

Производительность на исходном режиме Q_исх=13,9 м³/с (табл.21,22, стр168,169[1]).

Относительная глубина регулирования Q_р/Q_исх=14,7/13,9=1,06.КПД регулирования =1 (рис.27, стр.195 [1]).

Эксплуатационный КПД машины

где - КПД машины на исходном режиме определяется по графикам аэродинамических характеристик Q-H тягодутьевых установок (Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод). КПД принимаю равным 0,84 (табл.21,22, стр.168,169 [1]).Необходимая мощность электродвигателя

где - коэффициент запаса мощности электродвигателя (стр.91 [1]).

Расчет дутья

Коэффициент избытка воздуха по воздушному тракту

Основные данные для расчета сводятся в табл.4.

Тракт холодного воздуха

Расход холодного воздуха V_в=10,7 м³/с.

Скорость воздуха в шахте (принимается) W_в=9 м/с.Сечение всасывающей шахты

.

Коэффициент сопротивления патрубка для забора воздуха с заслонкой .

Коэффициент сопротивления поворота на 90°С (рис. П1-1)

,

где =0.8 - коэффициент сопротивления поворота с учетом шероховатости стенок (рис.29, стр196 [1]); В - коэффициент, зависящий от угла поворота (стр.69 [1]); С - коэффициент, зависящий от формы сечения (рис.30, стр.196 [1]). Принимаем отношение r/b=0.1; a/b=1.3.

Сопротивление участка воздухопровода до вентилятора

По расходу воздуха за вентилятором (табл.4) предварительно выбираем вентилятор ВДН-15, n=740 об/мин (рис.26, стр.194 [1]).

Сечение диффузора за вентилятором (табл.22, стр.169 [1]).

.

Скорость воздуха во входном сечении

Для определения сопротивления диффузора за вентилятором принимаем: отношение выходного сечения к входному ;относительная длина диффузора Коэффициент сопротивления диффузора (рис.21, стр.191 [1]).

Сопротивление диффузора

Скорость воздуха в выходном сечении



Коэффициент сопротивления поворота за диффузором на 90° (рис.П1-1) за диффузором (рис.29,30, стр.196 [1])

.

Сопротивление поворота

Сопротивление поворота - диффузора на 90° (рис.П1-1)

Отношение сечений

,

где F₁=0.42·3=1.26 м² - сечение воздухопровода за диффузором; F₂=h₁b_ш=1,017·5.206=5,29 м²; h₁ - высота одного хода воздухоподогревателя 1-ой ступени (из теплового расчета), b_ш - ширина конвективной шахты.

Коэффициент сопротивления поворота при отсутствии стабилизационного участка (рис.29,30, стр.196 [1])

.

Сопротивление поворота диффузора

Динамический напор h_д=48 Па определяется по скорости в выходном сечении диффузора за вентилятором.

Суммарное сопротивление тракта до воздухоподогревателя

Воздухоподогреватель

1-я ступень

Сопротивление пучка (рис.17,стр.186 [1])

Поворот на 180°.

Площадь сечений

F₁=h₁b_ш=1,3·5.206=6,76 м²; F₂=а_вb_ш=1.69·5.206=8.798 м²,

где h₁ - высота одного хода воздухоподогревателя 1-ой ступени (из теплового расчета), b_ш - ширина конвективной шахты; а_в - глубина воздухопровода между пакетами воздухоподогревателя.

Среднее сечение воздуховода

.

Скорость в среднем сечении(V_в=13.31 м/с (табл.4))

Коэффициент сопротивления поворота (стр.83 [1]).

Сопротивление поворота

Перепускной канал между 1-й и 2-й ступенью

Два поворота на 90° во втором перепускном канале (рис.П1-1).

Площадь сечений

F₁=h₁b_ш=1,3·5.206=6,76 м²; F₂=а_вb_ш=1.69·5.206=8.798 м²,

где а_в - глубина перепускного канала между 1-й и 2-й ступенью воздухоподогревателя.

Среднее сечение воздуховода

.

Скорость в среднем сечении(V_в=12,3 м/с (табл.4))

Коэффициент сопротивления поворота на 90° (стр.83 [1]).

Сопротивление двух поворотов

2-я ступень

Сопротивление пучка (рис.17,стр.186 [1])

Поворот на 180°.

Площадь сечений

F₁=h₁b_ш=1.1·5.206=6.14 м²; F₂=а_вb_ш=1.69·5.206=8.798 м²,

где h₁ - высота одного хода воздухоподогревателя 2-ой ступени (из теплового расчета).

Среднее сечение воздуховода

.

Скорость в среднем сечении(V_в=17.69 м/с (табл.4))

Коэффициент сопротивления поворота (стр.83 [1]).

Сопротивление поворота

Общее сопротивление воздухоподогревателя с учетом поправочного коэффициента k



Тракт горячего воздуха

Сопротивление конфузора - поворота на 90° на выходе из воздухоподогревателя (рис.П1-1).

Скорость воздуха в воздухопроводе принимаем W=12 м/с.

Сечение воздухопровода горячего воздуха (V_в=20.24 м/с (табл.4))

.

Отношение выходного сечения к входному

,

где F₁=h₁b_ш=1.1·5.206=6.14 м².

Коэффициент сопротивления конфузора - поворота на 90° (рис.29,30, стр.196 [1])

.

Коэффициент сопротивления поворота на 90° (рис.П1-1) без изменения сечения (стр.69 [1])

.

Сопротивление участка до разветвления коробов



Динамическое давление определяется по температуре горячего воздуха ?_гв=320°С и W_в=12 м/с.

Сопротивление раздающего тройника

Отношение скоростей в основном канале и воздухопроводе вторичного воздуха принимаем .

Коэффициент сопротивления тройника (рис.31, стр.197 [1]).

Сопротивление тройника

Сопротивление раздающего короба вторичного воздуха на горелки

Сечение подводящего канала

,

где W_в=12 м/с - скорость воздуха в воздухопроводе вторичного воздуха.

Суммарное сечение в отводах на горелки, при скорости воздуха в отводах W_отв=16 м/с

.

Коэффициент сопротивления раздающего короба

.

Сопротивление раздающего короба

Сопротивление короба, идущего на мельницу, учитывается при расчете системы пылеприготовления согласно «Нормам расчета и проектирования пылеприготовительных установок»

Коэффициент сопротивления горелок для прямоточных горелок (стр.85 [1]).

Скорость вторичного воздуха принимаем W₂=24 м/с.

Сопротивление горелок

Сопротивление тракта горячего воздуха

Общее сопротивление воздушного тракта

Расчет самотяги

Высота воздухоподогревателей Н_вп=13.03 м (рис.П1-1).

4.51(вп1)+0.800+4.56(вэ1)+0.800+2.36(вп2)=13.03м

Средняя температура воздуха в воздухоподогревателе



Самотяга на 1 м высоты воздухоподогревателя =4 Па/м (рис.23, стр.192 [1]).

Самотяга в воздухоподогревателях

Расчетная высота воздухопровода горячего воздуха Н_впр=13.03-5.31=7.72 м (рис.П1-1).

Самотяга на 1 м высоты воздухопровода горячего воздуха =6Па/м (рис.23, стр.192 [1]).

Самотяга в воздухопроводе горячего воздуха

Перепад полных давлений

Расстояние между сечениями ввода воздуха в топку и выхода газов из топки Н₁=11.24 м (рис.П1-1). 4.56(вэ1)+0.800+2,36(вп2)+0.800+1.22(вэ2)+1.500=11.24 м

Разрежение в топке на уровне ввода воздуха

Перепад полных давлений

Выбор вентилятора

Расчетная производительность

где - коэффициент запаса по производительности (стр.87 [1]); V_в=11.51 м³/с - расход воздуха за вентилятором (табл.4).Расчетный напоргде - коэффициент запаса по напору (стр.87 [1]).Поправочный коэффициент

,

где (табл.21,22, стр.168,169 [1]).

Приведенный напор

Тип вентилятора ВДН-15 (рис.26, стр.194; табл.22, стр.169 [1]).Число оборотов n=740 об/мин (табл.21,22, стр168,169 [1]).Производительность на исходном режиме Q_исх=10.6 м³/с (табл.22, стр.169[1]).Относительная глубина регулирования

Q_р/Q_исх=12.09/10.6=1.14

КПД регулирования =1 (рис.27, стр.195 [1]).Эксплуатационный КПД машины



где =0,84 - КПД машины исходном режиме (22, стр.169 [1]).Необходимая мощность электродвигателя

где - коэффициент запаса мощности электродвигателя (стр.91 [1]).

Литература

котельный установка тепловой баланс

1. Смородин С.Н., Иванов А.Н. Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок: учеб. пособие. - 3-е изд./ ГОУ ВПО СПбГТУРП. СПб., 2008. 200с., ил.41.

2. Смородин С.Н., Иванов А.Н., Белоусов В.Н. Котельные установки и парогенераторы: учеб. пособие/ ГОУ ВПО СПбГТУРП. СПб., 2009. 186с., ил.103.

Размещено на Allbest.ru

...