Поверочный расчет парового котла ДКВР-10

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание на курсовой проект

Введение

1. Краткое описание котла

2.Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания

2.1 Состав и теплота сгорания топлива

2.2 Присосы воздуха и коэффициенты избытка воздуха по отдельным газоходам

2.3 Объемы воздуха и продуктов сгорания

2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

3. Тепловой баланс котла и расход топлива

3.1 Тепловой баланс котла

3.2 Тепловые потери и КПД котла

4. Геометрические характеристики поверхности нагрева

4.1 Общие указания

4.2 Геометрические характеристики топочной камеры

4.2.1 Расчет площади поверхностей, ограждающих объем топочной камеры

4.2.2 Расчет лучевоспринимающей поверхности топочных экранов и выходного окна топки

4.3 Геометрические характеристики конвективного пучка

4.3.1 Общие указания

4.3.2 Расчет длины труб ряда пучка

4.3.3 Расчет конвективной поверхности нагрева участков конвективного пучка

4.3.4 Расчет живого сечения для прохода газов по участкам конвективных пучков

4.3.5 Характеристики конвективного пучка

5. Поверочный расчет теплообмена в топке

5.1 Общие указания

5.2 Радиационные свойства продуктов сгорания

5.3 Расчет суммарного теплообмена в топке

5.3.1 Полезное тепловыделение в топке

5.3.2 Расчет температуры газов на выходе из топки

5.3.3 Проверка точности расчета температуры продуктов сгорания на выходе из топки и расчета во втором приближении

5.3.4 Тепловосприятие топки

6. Поверочный расчет теплообмена в конвективном пучке

6.1 Общие указания

6.2 Тепловосприятие конвективного пучка по уравнению теплообмена

6.2.1 Расход и скорость газа

6.2.2 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке для гладкотрубного коридорного пучка при поперечном омывании

6.2.3 Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

6.2.4 Коэффициент теплопередачи конвективного пучка

6.2.5 Температурный напор

6.2.6 Тепловосприятие конвективного пучка по уравнению теплообмена

6.3 Проверка точности расчета тепловосприятия конвективного пучка и порядок его расчета во втором приближении

7. Тепловосприятие водяного экономайзера и невязка теплового баланса котла

8. Конструктивный расчет экономайзера

8.1 Общие указания

8.2 Геометрические характеристики экономайзера

8.3 Расчетные характеристики экономайзера

8.4 Расчет поверхности нагрева и количества рядов

8.4.1 Расчет скоростей газов и воды

8.4.2 Коэффициент теплопередачи экономайзера

8.4.3 Расчет температурного напора

8.4.4 Расчет высоты экономайзера

Список использованной литературы

Задание на курсовой проект

Паровой котел типа ДКВР-10

Паропроизводительность котла - 10,6 т/ч

Давление - 1,27 МПа (13 атм.)

Температура вырабатываемого пара - 190,5 °С

Температура питательной воды - 79 °С

Температура холодного воздуха - 30 °С

Температура уходящих газов - 160 °С

Доля непрерывной продувки - 3,4 %

Газопровод - Кулешовка-Самара

Введение

Целью данного курсового проекта является ознакомление с проектированием и расчетом котла, тепловыми, физическими и химическими процессами, которые протекают в котле при производстве тепловой энергии.

Для проектирования задан тип котла - ДКВР-10, а также тип топлива - природный газ Кулешовка - Самара.

В курсовом проекте в первую очередь определяется режим сжигания топлива в топке: сколько воздуха необходимо для полного химического сгорания и сколько соответственно продуктов сгорания и теплоты при этом выделяется.

Далее рассчитывается тепловой баланс котла, который состоит, собственно, в определении его эффективности (какая часть теплоты от сжигания газа идёт непосредственно на нагрев поверхностей теплопередачи), определении необходимого расхода топлива и КПД.

Определяются геометрические характеристики топки и конвективных пучков.

Проводится поверочный расчет теплообмена в топочной камере, поверочный расчет теплообмена в конвективном пучке.

Следующим шагом идёт определение невязки теплового баланса и конструктивный расчет экономайзера.

1. Краткое описание котла

ДКВР - двухбарабанный паровой котел, вертикально-водотрубный, реконструированный с естественной циркуляцией и уравновешенной тягой, предназначен для выработки насыщенного и перегретого пара.

Расположение барабанов продольное. Движение газов в котлах горизонтальное с несколькими поворотами или без поворотов, но с изменением сечения по ходу газов.

Котлы относятся к системе котлов горизонтальной ориентации, т.е. увеличение паропроизводительности идет за счет их развития в длину и ширину при сохранении высоты.

В данном курсовом проекте рассматривается паровой котел ДКВР-10, предназначенный для выработки насыщенного пара.

Данный котел работает на газообразном топливе (газ Кулешовка - Самара).

Котел ДКВР-10 выполняется с удлиненным верхним и коротким нижним барабаном.

Котел имеет 4 экрана: фронтовой, задний и два боковых. Боковые экраны одинаковые. Фронтовой экран отличается от заднего меньшим количеством труб (часть стены занята горелками) и схема питания. Задний экран установлен перед шамотной перегородкой.

Трубы боковых экранов завальцованы в верхнем барабане. Нижние концы труб боковых экранов приварены к нижним коллекторам (камерам), которые расположены под выступающей частью верхнего барабана возле обмуровки боковых стен. Для создания циркуляционного контура передний конец каждого экранного коллектора соединен опускной не обогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец - перепускной (соединительный) трубой с нижним барабаном.

Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам и из нижнего барабана по перепускным трубам. Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы котла при понижении уровня воды в верхнем барабане и повышает кратность циркуляции.

Верхние концы труб заднего и бокового экранов завальцованы в верхний барабан, а нижние - в коллекторы. Фронтовой экран получает воду из верхнего барабана по отдельной не обогреваемой трубе, а задний экран - по перепускной трубе из нижнего барабана.

Циркуляция в кипятильных трубах конвективного пучка происходит за счет бурного испарения воды в передних рядах труб, так как они ближе расположены к топке и омываются более горячими газами, чем задние, вследствие чего в задних трубах, расположенных на выходе из котла, вода идет не вверх, а вниз.

Камера догорания отделяется от конвективного пучка шамотной перегородкой, устанавливаемой между первым и вторым рядами кипятильных труб, вследствие чего первый ряд конвективного пучка является одновременно и задним экраном камеры догорания.

Внутри конвективного пучка устанавливается поперечная чугунная перегородка, разделяющая его на 1 и 2 газоходы, по которым движутся дымовые газы, поперечно омывающие все кипятильные трубы. После этого они выходят из котла через специальное окно, расположенное с левой стороны в задней стенке.

Питательная вода подается в верхний барабан и в его водяном пространстве распределяется по перфорированной трубе.

Барабан оборудован устройствами для непрерывной продувки, предохранительными клапанами, водоуказательными приборами и сепарационными устройствами, состоящими из жалюзи и дырчатых листов.

Нижний барабан является шламоотстойником и из него по перфорированной трубе производится периодическая продувка. В нижнем барабане устанавливается труба для прогрева котла паром при растопке.

Рисунок 1 - Котел ДКВР-10

2. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания

2.1 Состав и теплота сгорания топлива

Топливом для проектируемого котла является природный газ. Расчетные характеристики газа на сухую массу приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Расчетные характеристики газообразного топлива

Газопровод	Состав газа по объему, %	Низшая теплота сгорания , кДж/м3	Плотность при 0°С и 101,3 кПа, кг/м3
	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	С6Н14	СО	CO2	N2	O2	H2S	H2
Кулешовка-Самар	58,0	17,2	7,4	2,0	0,50	-	-	0,80	13,6	-	0,50	-	41740	1,052

2.2 Присосы воздуха и коэффициенты избытка воздуха по отдельным газоходам

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для котлов небольшой мощности, в частности для котла ДКВР-10, принимается в пределах . Для котла ДКВР-10 принимаем .

Таблица 2.2 - Коэффициент избытка воздуха и присосы в газоходах котла

Показатель	Условное обозначение	Величина
1. Коэффициент избытка воздуха		1,1
2. Присосы
- в топку		0,1
- в конвективный пучок		0,05
- в водяной экономайзер и газоход		0,15

Присосы в газоходах за котлом оцениваем по ориентировочной длине газохода, которую для котла ДКВР-10 принимаем равной 5 м.

Таблица 2.3 - Избытки воздуха и присосы по газоходам котла

Наименование газохода
1. Топка	1,1	0,1	1,1
2. Конвективный пучок	1,15	0,05	1,13
3. Экономайзер и газоход	1,3	0,15	1,23

Пояснения к таблице 2.3

Коэффициент избытка воздуха в сечении за поверхностью нагрева газового тракта котла с уравновешенной тягой определяется суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами в газоходах котла , расположенных между топкой и рассматриваемой поверхностью нагрева.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из поверхности является коэффициентом избытка воздуха на входе в следующую поверхность нагрева .

Средний избыток воздуха в газоходе котла

и т.д.

2.3 Объемы воздуха и продуктов сгорания

Объемы воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 м³ газообразного топлива при нормальных условиях (0 °С и 101,3 кПа).

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания заданного топлива при полном его сгорании () приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания

Наименование величины	Условное обозначение	Величина, м3/м3
1. Теоретический объем воздуха		10,99
2. Теоретические объемы продуктов сгорания:
- трехатомных газов;		1,26
- азота;		8,82
- водяных паров		2,28

Объемы газов при полном сгорании топлива и >1 определяются для каждого газохода по формулам, приведенным в таблице 2.5. Данные расчетов занесены в эту же таблицу.

Таблица 2.5 - Действительные объемы газов (м³/м³) и их объемные доли при >1

Величина	Поверхность нагрева
	топка	конвек-тивный пучок	эконо-майзер
1.	1,1	1,13	1,23
2.	2,30	2,30	2,32
3.	13,48	13,81	14,93
4.	0,17	0,17	0,16
5.	0,09	0,09	0,08
6.	0,26	0,26	0,24
7.	16,85	17,28	18,72

Пояснения к таблице 2.5

Коэффициент избытка воздуха принимаем по таблице 2.3.

,, , берем из таблицы 2.4, м³/м³;

- объем водяных паров при >1, м³/кг;

- объем дымовых газов при >1, м³/кг;

- объемная доля водяных паров;

- объемная доля трехатомных газов;

- объемная доля водяных паров и трехатомных газов;

- масса дымовых газов,

, кг/м³,

где - плотность сухого газа при нормальных условиях, кг/м³; принимается по таблице 2.1.

=10 г/м³ - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1м³ сухого газа.

2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания считаются для каждого значения коэффициента избытка воздуха в области, перекрывающей ожидаемый диапазон температур в газоходе.

Таблица 2.6 - Энтальпии воздуха и продуктов сгорания при >1

Поверхности нагрева	, °С
		кДж/м3
Топка	2000	41243	33705	3371	44614	-
	1800	36661	30033	3003	39664	4949
	1600	32120	26417	2642	34762	4903
	1400	27660	22820	2282	29942	4820
	1200	23343	19282	1928	25271	4671
	1000	19064	15808	1581	20645	4626
	800	14896	12411	1241	16137	4508
Конвективный пучок	1000	19064	15808	2371	21435	-
	800	14896	12411	1862	16758	4678
	600	10896	9124	1369	12265	4493
	400	7077	5058	759	7836	4429
	200	3452	2935	440	3892	3943
Экономайзер и газоход	400	7077	5058	1517	8594	-
	200	3452	2935	881	4333	4262
	100	1708	1459	438	2146	2187

Пояснения к таблице 2.6

Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха =1 и температуре газов , °С принимается по таблице XVI Приложения [11].

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания газа при температуре t, °С принимается по таблице XVI Приложения [11].

Энтальпия действительного объема дымовых газов на 1 м³ топлива при температуре , °С рассчитывается по формуле и заносится в таблицу 2.6.

, кДж/м³(2.1)

Изменение энтальпии газов

(2.2)

где - расчетное значение энтальпии, кДж/м³;

- предыдущее по отношению к расчетному значение энтальпии кДж/м³.

По таблице 2.6 определяются энтальпия по известной температуре или температура по известной энтальпии. Расчеты ведутся методом интерполяции:

- энтальпия по заданной температуре :

, кДж/м³(2.3)

- температура по заданной энтальпии

, °С(2.4)

где энтальпии газов принимаются по графе, а энтальпии - по графе таблицы 2.6.

По условию температура уходящих газов составляет 160 °С.

Энтальпия газов при этой температуре составит

, кДж/м³

Энтальпия воздуха при этой температуре составит

, кДж/м³

3. Тепловой баланс котла и расход топлива

3.1 Тепловой баланс котла

Составление теплового баланса заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемого располагаемым теплом и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь . На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг (м³) топлива при температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа.

Общее уравнение теплового баланса

, кДж/м³

где - располагаемое тепло топлива, кДж/м³;

- тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/м³;

- тепло, внесенное в топку паровым дутьем, кДж/м³;

- полезно использованное тепло, кДж/м³;

- потеря тепла с уходящими газами, кДж/м³;

- потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/м³;

- потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/м³;

- потеря тепла от наружного охлаждения, кДж/м³;

- потеря с теплом шлака, кДж/м³.

В условиях курсового проектирования при сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины , , и равны нулю, потому уравнение теплового баланса примет вид

, кДж/м³(3.1)

Располагаемое тепло 1 м³ газообразного топлива

, кДж/м³(3.2)

где - низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³;

- физическое тепло топлива, кДж/м³ ( в условиях курсового принимается равным нулю).

В условиях курсового проектирования =0, следовательно

, кДж/м³(3.3)

, кДж/м³

3.2 Тепловые потери и КПД

Потери тепла выражаются в процентах от располагаемого тепла топлива

; (3.4)

Потеря тепла с уходящими газами в окружающую среду определяется по следующей формуле

, (3.5)

где - энтальпия уходящих газов, кДж/м³. Определяется интерполяцией по данным таблицы 2.7 по заданной температуре уходящих газов , °С.

, кДж/м³(3.6)

- коэффициент избытка воздуха за экономайзером;

- энтальпия холодного воздуха,

, кДж/м³(3.7)

где =39,8 кДж/м³ - энтальпия 1 м³ холодного воздуха при =30 °С;

- теоретический объем воздуха, м³/м³.

Энтальпия уходящих газов

, кДж/м³

Энтальпия холодного воздуха

, кДж/м³

Потеря тепла с уходящими газами в окружающую среду

%

Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах. Для проектируемого котла =0,5%.

Потеря тепла от наружного охлаждения % принимается в зависимости от паропроизводительности котла D, кг/с.

, кг/с(3.8)

, кг/с

Паропроизводительность котда ДКВР-10 составляет 10,6 т/ч или 2,94 кг/с, следовательно =1,68%.

Суммарная потеря теплоты в котле

, %(3.9)

, %

Коэффициент полезного действия

, %(3.10)

, %

3.3 Полезная мощность котла и расход топлива

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле

, кВт,(3.11)

где - количество выработанного пара, кг/с;

- энтальпия выработанного пара, кДж/кг;

- энтальпия питательной воды, кДж/кг;

, кДж/кг(3.12)

- энтальпия кипения воды, кДж/кг;

- расход воды на продувку котла, кг/с.

(3.13)

- доля непрерывной продувки;

- паропроизводительность котла, кг/с.

Энтальпия питательной воды

, кДж/кг

Энтальпия кипящей воды

Р=1,27 МПа, кДж/кг.

Расход воды на продувку котла

, кг/с

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле

, кВт,

Расход топлива, подаваемого в топку котла

, м³/с(3.14)

где - полезно использованная теплота в котле, Вт;

- располагаемое тепло 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³;

- коэффициент полезного действия, %.

, м³/с

4. Геометрические характеристики поверхностей нагрева

4.1 Общие указания

Для теплового расчета котла необходимы геометрические характеристики топочной камеры, пароперегревателя, конвективных пучков, низкотемпературных поверхностей нагрева, которые определяются по размерам на чертежах однотипных котлов.

4.2 Геометрические характеристики топочной камеры

4.2.1 Расчет площади поверхностей, ограждающих объем топочной камеры

Границами объема топочной камеры являются осевые плоскости экранных труб или обращенные в топку поверхности защитного огнеупорного слоя, а в местах, не защищенных экранами, - стены топочной камеры и поверхность барабана, обращенная в топку. В выходном сечении топки и камеры догорания объем топочной камеры ограничивается плоскостью, проходящей через ось задних экранов.

Расчет поверхностей котла типа ДКВР-10 с удлиненным верхним барабаном и высокой компоновкой.

Рисунок 4.1 - Котел ДКВР-10 с удлиненным верхним барабаном и высокой компоновкой

а₁=2,73 м;а₅=3,045 м;h₃=0,75 м;h₇=0,74 м;

а₂=2,90 м;а₆=0,812 м; h₄=0,48 м; h=5,23 м;

а₃=3,445 м; h₁=2,05 м;h₅=2,22 м; b=2,81 м;

а₄=3,245 м; h₂=1,95 м;h₆=1,73 м;

Площадь боковых стен

, м²

, м²

Площадь фронтовой стены

, м²

, м²

Площадь задней стены топки

, м²

, м²

Площадь двух стен камеры догорания

, м²

, м²

Площадь пода топки и камеры догорания

, м²

, м²

Площадь потолка топки и камеры догорания

, м²

, м²

Общая площадь ограждающих поверхностей

, м² (4.1)

, м²

4.2.2 Расчет лучевоспринимающей поверхности топочных экранов и выходного окна топки

Таблица 4.1 - Геометрические характеристики топочных экранов и выходного окна топки

Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин	Фронтовой экран	Задний	Боковой	Экран боковых стен камеры догорания	Выходное окно топки
		Топки	Камеры догорания	Левый	Правый	Левый	Правый
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. Наружный диаметр труб б, мм	51	51	51	51	51	51	51	-
2. Шаг экранных труб S, мм	130	130	110	80	80	80	80	-
3. Относительный шаг экранных труб у	2,549	2,549	2,157	1,569	1,569	1,569	1,569	-
4. Расстояние от оси экранной трубы до обмуровки е	100	26	30	40	40	40	40	-
5. Относительное расстояние от оси экранной трубы до обмуровки з	1,961	0,51	0,588	0,784	0,784	0,784	0,784	-
6. Угловой коэффициент х	0,8	0,71	0,79	0,94	0,94	0,94	0,94	1
7. Расчётная ширина экрана bэ, мм	2550	2550	2590	2135	2135	652	652	-
8. Число труб экрана z, шт.	21	21	25	28	28	10	10	-
9. Средняя освещённая длина труб экрана lэср, мм	2450	2330	1730	3500	3500	1200	1200	-
10. Площадь стены Fпл, занятой экраном, м2	6,25	1,11	4,48	11,32	11,32	0,78	0,78	-
11.Лучевоспр.поверхность экрана Нэ, м2	5	7,88	3,54	10,64	10,64	0,73	0,73	-

Пояснения к таблице 4.1

- диаметр и шаг экранных труб, мм; принимается по таблице 1 Приложения [11];

- относительный шаг экранный труб;

у = 130/51 = 2,549

у = 110/51 = 2,157

у = 80/51 = 1,569

- расстояние от оси экранной трубы до обмуровки, мм. Для котла ДКВР-10 принимаем равной 40 мм;

- относительное расстояние от оси трубы до обмуровки;

з = 100/51 = 1,961

з = 26/51 = 0,51

з = 30/51 = 0,588

з = 40/51 = 0,784

- угловой коэффициент гладкотрубных однорядных настенных экранов котла;

- расчетная ширина экрана - это расстояние между осями крайних труб экрана.

мм;

где - ширина стены в свету, мм;

bэ = 2810-2·130 = 2550

bэ = 2810-2·130 = 2550

bэ = 2810-2·110 = 2590

bэ = 2135-2·80 = 1975

bэ = 812-2·80 = 657

e и S - расстояние от оси экранной трубы до обмуровки и шаг, соответственно, мм;

- ширина стены на которой расположен экран, мм

z - число труб экрана, шт.; берется на исходных чертежах. Иногда на чертежах не указывается количество труб каждого экрана. Тогда z можно рассчитать по формуле: , шт.

z = 2590/110 + 1 = 25

z = 2135/80 + 1 = 28

z = 652/80 + 1 = 10

b_в.о = b_{г.к ,} где b_г.к - ширина газового коридора.

- средняя освещенная длина трубы экрана, мм; определяется измерением по чертежу конфигурации трубы.

Площадь стены, занятой экраном

, м²

Fпл = 2550·2450·10-6 = 6,25

Fпл = 2550·4350·10-6 = 11,1

Fпл = 2590·1730·10-6 = 4,42

Fпл = 2135·5300·10-6 = 11,32

Fпл = 652·1200·10-6 = 0,78

Лучевоспринимающая поверхность экранов и выходного окна топочной камеры

, м²

Нэ = 6,25·0,8 = 5

Нэ = 11,1·0,71 = 7,88

Нэ = 4,48·0,79 = 3,54

Нэ = 11,32·0,94 = 10,64

Нэ = 0,78·0,94 = 0,73



Рисунок 4.2 - К определению размеров

Таблица 4.2 - Геометрические характеристики топочной камеры

Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин	Значения
1. Площадь стен топки , м2	93,51
2. Лучевоспринимающая поверхность топки , м2	38,43
3. Высота топки , м	4,34
4. Высота расположения горелок , м	1,00
5. Относительная высота расположения горелок	0,23
6. Активный объем топочной камеры , м3	45,13
7. Степень экранирования топки	0,41
8. Эффективная толщина излучающего слоя , м	1,74

Площадь стен топки , м² принимается по формуле (4.1).

Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры

, м²

, м²

Высота расположения горелок , м - это расстояние от пода до оси горелок, принимается по чертежам.

Относительная высота расположения горелок

Активный объем топочной камеры

, м³

где - площадь боковых стен, м²;

- ширина топки, м.

, м³

Степень экранирования топочной камеры

Эффективная толщина излучающего слоя в топке

4.3 Геометрические характеристики конвективного пучка

4.3.1 Общие указания

Проектируемые котлы типа ДКВР имеют один конвективный пучок с двумя газоходами или одним газоходом, но имеющим разное сечение по ходу газов. Расположение труб конвективного пучка - коридорное.

Конвективные пучки проектируемых котлов имеют сложный характер омывания, связанный с поворотами движения газа и изменением сечения по ходу газов. Кроме этого в первом газоходе к первому барабану подшивается п/п, имеющий в основном другие диаметры труб и шаги, нежели трубы конвективного пучка.

В зависимости от характера омывания газами поверхности нагрева пучка, она разделяется на отдельные участки, расчет которых ведется отдельно. Затем определяются средние показатели, по которым будет производиться расчет теплообмена в конвективном пучке.

4.3.2 Расчет длины труб ряда пучка

Ряды располагаются поперек оси барабана, трубы ряда изогнутые и поэтому имеют разную длину. Длину трубы надо замерять по ее оси от верхнего до нижнего барабана. Для котлов с поперечной перегородкой в газоходе конвективного пучка потребуется в расчетах проекция трубы на продольное сечение газохода по оси барабана.

Котлы типа ДКВР имеют симметричный характер левой и правой частей труб ряда, поэтому можно считать длину половины трубы.

Таблица 4.3 Освещенная длина труб и проекция длины труб ряда конвективного пучка

Наименование, условное обозначение, ед. измерения	Номер трубы
	Y стены	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Освещенная длина трубы lтр , мм	3800	3200	3000	2700	2400	2200	2100	2000	1900	1800	1760
Проекция освещенной длины трубы ln ,мм	2640	2520	2380	2260	2140	2030	1950	1880	1820	1780	1760

4.3.3 Расчет конвективной поверхности нагрева участков конвективного пучка

В первую очередь, необходимо разбить пучки на отдельные участки и в соответствии с их количеством заполнить таблицу.

Таблица 4.4 - Геометрические характеристики участков конвективных пучков

Наименование, условное обозначение, единицы измерения	Участки
	1	2	3	4	5
1.Наружний диаметр труб dн, мм	51	51	51	51	51
2.Поперечный шаг труб s1, мм	110	100	110	100	110
3.Продольный шаг труб s2, мм	100	110	100	110	100
4.Относительный поперечный шаг труб	2,16	1,96	2,16	1,96	2,16
5.Относительный продольный шаг труб	1,96	2,16	1,96	2,16	1,96
6.Количество труб в ряду n, шт	7	9	6	9	7
7.Количество рядов труб пучка z, шт	16	16	27	11	11
8.Средняя освещенная длина труб lсртр, мм	2600	1891,1	2700	1891,1	2600
9.Средняя проекция освещен. длины труб lсрп, мм	2213,3	1825,6	2266	1825,6	2213,3
10.Конвективная поверхность нагрева одного ряда труб пучка Hp, м2	2,915	2,726	2,634	2,726	2,915
11.Конвективная поверхность нагрева труб пучка на участке Hп.у, м2	46,67	43,616	70,038	29,986	32,065
12.Поверхность нагрева экрана участка Нэ.у, м2	3,591	-	6,224	-	2,394
13.Общаяконвективная поверхность нагрева участка пучка Нк.у, м2	50,231	43,616	76,262	29,986	34,459

Рисунок 4.4 - Расчетные участки конвективных пучков котла

Относительные шаги:

= ; = ;

n, z - количество труб в ряду и количество рядов соответственно, шт; принимаются по плану конвективного пучка с размещением в нем пароперегревателем;

, мм

где - средняя освещенная длина труб участка, мм; (без учета трубы у стены)

- средняя проекция длины трубы, мм считается аналогично расчетам средней освещенной длины.

lтр^ср

lтр^ср

lтр^ср

lтр^ср

lтр^ср

Средняя проекция освещенной длины трубы в частях газохода.

lтр^ср

lтр^ср

lтр^ср

lтр^ср

lтр^ср

Конвективная поверхность нагрева труб одного ряда:

, м²

Нр = 3,14 * 51 * 2600 * 10-6 * 7 = 2,915 м²

Нр = 3,14 * 51 * 1891,1 * 10-6 *9 = 2,726 м²

Нр = 3,14 * 51 * 2700 * 10-6 *6 = 2,594 м²

онвективная поверхность нагрева труб участка пучка (без учета трубы у стены):

, м2

=2,915*16=46,64 м²

=2,726*16=43,616 м²

=2,594*27=70,038 м²

=2,726*11=29,986 м²

=2,915*11=32,065 м²

Конвективная поверхность нагрева экрана участка - это поверхность ряда, примыкающего к стене:

, м²

где - освещенная длина трубы экрана конвективного пучка, мм (труба у стены);

- ширина экрана, для котлов с поперечной перегородкой:

- угловой коэффициент экрана. Находим по номограмме 1а Приложения по .

Нэ.у = 3800*1500*0,63*10-6=3,591 м² bэ = 100*(16 - 1 )= 1500 мм

Нэ.у = 3800*2600*0,63*10-6=6,224 м² bэ = 100*(27 - 1) = 2600 мм

Нэ.у = 3800*1000*0,63*10-6=2,394 м² bэ = 100*(11 - 1) = 1000 мм

Общая конвективная поверхность нагрева участка

, м²

Нк.у = 46,64+3,591=50,231, м²

Нк.у = 43,616, м²

Нк.у = 70,038+6,224=76,262, м²

Нк.у = 29,986, м²

Нк.у = 32,065+2,394=34,459, м²

4.3.4 Расчет живого сечения для прохода газов по участкам конвективных пучков

На участках конвективных пучков с плавным изменением сечения газохода для расчета среднего живого сечения для прохода газов необходимо знать живое сечение на входе и выходе из участка.

Таблица 4.5 - Живое сечение для прохода газов на входе и выходе из участка

Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин	Участки пучка
	1	2	3	4	5
	вход	выход	вход	выход	вход	выход	вход	выход	вход	выход
1. Ширина газохода , м	0,9	1,5	1,5	1,5	1,5	1,0	1,0	1,0	1,0	0,9
2. Средняя высота газохода , м	3,1	3,1	3,1	3,1	3,1	3,1	3,1	3,1	3,1	3,1
3. Площадь сечения газохода , м	2,79	4,65	4,65	4,65	4,65	3,1	3,1	3,1	3,1	2,79
4. Площадь сечения газохода, занятая трубами , м2	0,93	1,59	0,9	1,66	1,66	1,14	1,14	1,09	1,09	0,93
5. Площадь живого сечения для прохода газов , м2	1,86	3,06	3,06	2,99	2,99	1,96	1,96	2,01	2,01	1,86

Пояснения к таблице 4.5

Площадь сечения участка газохода

, м²

Площадь сечения участка газохода, занятого трубами пучка или пароперегревателя

, м²

Площадь живого сечения участка для прохода газов

, м²

При плавном изменении сечения живое сечение для прохода газов по каждому участку определяются по формуле

, м²(4.2)

, м²

, м²

, м²

, м²

, м²

4.3.5 Характеристики конвективного пучка

Конвективная поверхность нагрева конвективного пучка с пароперегревателем

, м²(4.3)

, м²

Средний поперечный шаг

, мм(4.4)

, мм

Средний продольный шаг

, мм(4.5)

, мм

Средние относительные поперечный и продольный шаги

; (4.6)

(4.7)

Средняя площадь живого сечения для прохода газов в конвективном пучке

, мм(4.8)

, мм

Эффективная толщина излучающего слоя

, м(4.9)

, м

5. Поверочный расчет теплообмена в топке

5.1 Общие указания

Целью поверочного расчета является определение тепловосприятия и параметров дымовых газов на выходе из топки. Расчеты ведутся методом приближения. Для этого предварительно задаются температурой газов на выходе из топки, производится расчет ряда величин, по которым находят температуру на выходе из топки. Если найденная температура отличается от принятой более чем на ± 100 °С, то задаются новой температурой и повторяют расчет.

5.2 Радиационные свойства продуктов сгорания

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера)

Bu = kps,

где k- коэффициент поглощения топочной среды;

р - давление в топочной камере;

s- эффективная толщина излучающего слоя.

Коэффициент k рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается при сжигании газа излучение трехатомных газов (RO и HO).

Расчеты ведутся в нижеуказанном порядке.

Задаемся в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного или попутного газа = 1100°С.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки

, кДж/м³(5.1)

, кДж/м³

Где все максимальные и минимальные величины принимаются по таблице 2.6 по принятой в первом приближении температуре продуктов сгорания.

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO₂и H₂O).

k= kr, 1 / (м·МПа),(5.2)

где k - коэффициент, который определяется по номограмме 2 Приложения.

При использовании номограммы сначала надо выписать и подсчитать все необходимые величины для определения показателя.

Р = 0,1 МПа - давление в топочной камере

r = 0,17

r = 0,26

Р = рrп = 0,1 rп , МПа;

Р = 0,1 * 0,26= 0,026 МПа;

s, m = 1,74

р s = 0,1r s, м * МПа;

р s = 0,1 • 0,26 * 1,74 = 0,045 МПа;

10р s = r s, м * МПа;

10р s = 0,26 * 1,74 = 0,45 м • МПа;

? - температура газов на выходе из топки, которой задались в начале расчетов.

? = 1050 °С

По величинам r , 10р s, ? по номограмме 2 приложения определяется k k = 7,5

k= 7,5·0,26= 1,95 / (м·МПа)

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи

k=(0,12С_mН_n)(1,65)[1/(м·МПа)],(5.3)

где б - 1,1; m, n - количество атомов углерода и водорода в соединении соответственно;

СH - содержание углерода и водорода в сухой массе топлива;

Т = ж + 273 = 1050+273 = 1323 К - температура газов на выходе из топки

k= ·(0,12(58,2 +17,2 +7,4+2,0 +0,50))·

(1,6·101323 - 0,5)=1,34, 1/(м·МПа)

Коэффициент поглощения топочной среды

k = k + mk, 1/(м·МПа),(5.4)

где k_г - коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания;

m - коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем (частицами сажи); при сжигании газа m = 0,1;

k_с - коэффициент поглощения лучей частицами сажи

k = 1,95 + 0,1 · 1,34 =2,084, 1/(м·МПа)

Критерий поглощательной способности (критерий Бугера)

Bu = kps,(5.5)

где k - коэффициент поглощения топочной камеры;

р = 0,1 МПа - давление в топочной камере;

s, м - эффективная толщина излучающего слоя.

Bu = 2,084· 0,1 · 1,74=0,36

Эффективное значение критерия Бугера

Вu = 1,6·ln()(5.6)

Вu = 1,6·ln() = 0,53

5.3 Расчет суммарного теплообмена в топке

5.3.1 Полезное тепловыделение в топке

Полезное тепловыделение в топке Q зависит от располагаемого тепла топлива Q, потерь тепла q и тепла, вносимого в топку воздухом Q.

Проектируемые котлы не имеют воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

Q= бІ, кДж/м,(5.7)

где б - коэффициент избытка воздуха в топке;

І - энтальпия холодного воздуха, кДж/м.

Q= 1,1 · 437,4 = 481,14 кДж/м

Полезное тепловыделение в топке

Q= Q + Q, кДж/м,(5.8)

где Q = Q- низшая теплота сгорания топлива, кДж/м;

q - потери тепла от химической неполноты сгорания топлива, %;

Q_в - тепло вносимое в топку воздухом, кДж/м.

Q= 41740· + 481,14 =42012,44 кДж/м

5.3.2 Расчет температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки ж зависит от адиабатической температуры горения топлива ж = жЅ_т критерия Бугера Вu,теплового напряжения стен топочной камеры q, коэффициента тепловой эффективности экранов ш, уровня расположения горелок х и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива, ж_а находится в таблице по полезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгорания (газов) в начале топки, Q = I, кДж/м.

, кДж/м(5.9)

, К

, кДж/м

, К

Коэффициент сохранения тепла (точность расчета - не менее трех знаков после запятой)

ц = 1 - ,(5.10)

где q - потери тепла от наружного охлаждения, %;

з_к - КПД котла, %;

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1м топлива

(Vс)_ср =, кДж/(м·К)(5.11)

где H - энтальпия продуктов сгорания в начале топки, кДж/м;

H - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, кДж/м;

ж_а - адиабатическая температура горения, °С;

ж - температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, °С

(Vс)_ср = кДж/(м·К),

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов

ш=,(5.12)

где УF= F,м

ш= = 0,24

Параметры забалластированности топочных газов

r=, м / м,(5.13)

r= м/м,

Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена в камерных топках относительно уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов,

М = М(1 - 0,4х),(5.14)

М = 0,4·(1 - 0,4·0,23)

М = 0,4

где М - коэффициент газомазутных топок при настенном расположении горелок; М = 0,4;

х- относительная высота расположения горелок;

r- параметр забалластированности топочных газов.

ж=(5.15)

ж =, °C

5.3.3 Проверка точности расчета температуры продуктов сгорания на выходе из топки ж и расчета во втором приближении

Разница между температуройж , полученной расчетов по формуле, и температурой ж, которой задавались в начале расчета, не должно быть больше ± 100°С:

?ж ж = ж-? ± 100°С.

?ж= 1060 - 1100 =-67 °С ? ± 100°С.

т.к. разница ?ж меньше ± 100°С, то температура ж= 1060 °С принимается за окончательную температуру газов на выходе из топочной камеры и по ней находится энтальпия по таблице 2.7.

, кДж/м³(5.16)

, кДж/м³

5.3.4 Тепловосприятие топки

Количество тепла, воспринятого в топке излучением на 1 м газообразного топлива,

Q= ц(Q- І), кДж/м,(5.17)

Q= 0,98·(42012,44 - 22032,8) = 19580 кДж/м

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры

q=, кВт/м,(5.18)

где q- должно быть меньше допустимого теплового напряжения объема топочной камеры q:

q= кВт/м

q<q = 400 ч 650 кВт/м.

Удельное тепловое напряжение стен топочной камеры

q= , кВт/м(5.19)

q= кВт/м

6. Поверочный расчет теплообмена в конвективном пучке

6.1 Общие указания

Теплообмен в конвективном пучке происходит путем теплопередачи конвекцией и излучением.

Процесс теплопередачи конвекцией от греющей среды к обогреваемой происходит через стенку труб и зависит от скоростей движения и температур сред, состава дымовых газов, диаметра, шагов и количества труб, степени загрязнения труб и других факторов.

Процесс теплопередачи конвекцией происходит последовательно от греющей среды (дымовые газы) к стенке и оценивается: коэффициентом теплоотдачи к стенке; через стенку - коэффициентом теплопроводности металла стенки трубы; от стенки к обогреваемой среде (пароводяная смесь) - коэффициентом теплоотдачи от стенки.

6.2 Тепловосприятие конвективного пучка по уравнению теплообмена

Необходимо задаться в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из конвективного пучка.

Если рассчитывать один конвективный пучок, то температурой газов на выходе из котла задаются на уровне = 300 ч 350°С.

Задаемся = 300°С

Для заданной температуры ж определяется энтальпия газов на выходе из конвективного пучка:

І= (ж - ж) + І, кДж/м

І= (300 - 200) + 3892 =5864 кДж/м

Q = ц(І- І + ?бІ), кДж/м

Q = 0,98 · (22032,8- 5864 + 0,05·437,4) = 15866,9 кДж/м

6.2.1 Расход и скорость газов

Средняя температура газов

, °С(6.1)

, °С

Средний секундный расход газов

, м³/с(6.2)

, м³/с

Средняя скорость газов

, м/с(6.3)

, м/с

6.2.2 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке для гладкотрубного коридорного пучка при поперечном омывании

зависит от многих факторов, которые учитываются коэффициентами , , , .Коэффициент, учитывающий скорость газов и наружный диаметр труб, . =24,5 Вт/(м²·К).

Коэффициент, учитывающий число рядов труб, . =1, Вт/(м²·К).

Коэффициент, учитывающий шаги труб, . =1, Вт/(м²·К).

Коэффициент, учитывающий температуру и состав газов, . =1,01, Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

, Вт/(м²·К)(6.4)

, Вт/(м²·К)

6.2.3 Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

Температура загрязненной стенки

, °С(6.5)

где - температура насыщенного пара, определяется по давлению перегретого пара Р_пе=Р_б;

=25 °С - увеличение температуры стенки за счет загрязнения при сжигании газообразного топлива.

, °С

Суммарная оптическая толщина незапыленного газового тракта

, (6.6)

где - коэффициент,

=0,1 МПа - давление в котле;

, м·МПа

, м·МПа

Степень черноты потока газов по формула (5.12). =0,13.

Коэффициент, зависящий от температуры газового потока и температуры загрязнения стенки, определяется по номограмме 18 Приложения. =83.

Поправочный коэффициент на газообразное топливо .=0,97.

Коэффициент теплоотдачи излучением для незапыленного газового потока

, Вт/(м²·К)(6.7)

, Вт/(м²·К)

6.2.4 Коэффициент теплопередачи конвективного пучка

, Вт/(м²·К)(6.8)

где - коэффициент эффективности гладкотрубных котельных пучков при сжигании газообразного топлива;

- коэффициент использования поверхности нагрева при смешанном омывании пучков.

, Вт/(м²·К)

6.2.5 Температурный напор

Температурный напор - это усредненная по всей поверхности нагрева разность температур греющей и обогреваемой сред и зависящая от взаимного направления их движения.

, К (°С)(6.9)

где - исх...