Расчет котла ДЕ10-14ГМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные понятия. Общие сведения о теплогенерирующих установках

теплогенерирующий котел баланс

Теплогенерирующие установки, предназначены для выработки пара или горячей воды, соответственно называются паровыми или водогрейными котлами [4].

Паровой котёл представляет собой системы поверхностей нагрева для производства пара из непрерывно поступающей в него воды за счёт использования тепловой энергии, выделившейся при сжигании топлива подаваемого в топку вместе с необходимым количеством воздуха.

Водогрейный котёл представляет собой системы поверхностей нагрева для производства тепловой энергии в виде нагретой воды, непрерывно поступающей в него, за счёт использования тепловой энергии, выделившейся при сжигании топлива, подаваемого в топку вместе с необходимым количеством воздуха. Водогрейные колы - прямоточные котлы.

Под давлением парового котла понимается давление пара в барабане котла при производстве сухого насыщенного пара или давление в выходном коллекторе пароперегревателя при производстве перегретого пара.

Теплоносителем в теплогенерирующих установках являются продукты горения органического топлива, называемые дымовыми газами.

Рабочим телом называется вода и пар, которым продукты сгорания отдают свою энергию в поверхностях нагрева.

Поверхности нагрева - основные рабочие элемента котла, которые представляют собой металлические трубчатые поверхности, служащие для передачи тепла от горячих дымовых газов воде, пароводяной смеси, пару и воздуху [5].

Поверхности нагрева, получающие тепло преимущественно за счёт излучения называются радиационными.

Поверхности нагрева, в которых передача тепла происходит за счёт конвективного теплообмена, называются конвективными.

Радиационные поверхности нагрева расположенные в топке котла и воспринимающие тепло за счёт излучения называются топочными экранами.

Барабан котла предназначен для разделения пароводяной смеси, поступающей из парообразующих поверхностей нагрева, на пар и воду и для распределения воды по циркуляционным контурам.

Водным пространством парового котла называют часть объёма барабана, или верхнего барабана, если котёл многобарабанный, занятую водой.

Паровым пространством парового котла называют часть объёма барабана, или верхнего барабана, если котёл многобарабанный, занятую паром.

Водяным объёмом называют часть объёма барабана, заполненного водой.

Зеркалом испарения называют поверхность, разделяющую паровой и водяной объёмы барабана котла.

Топочное устройство (топка котла) предназначено для сжигания топлива наиболее экономичным образом и превращения химической энергии топлива в тепловую энергию.

Фестон - сильно разреженная часть испарительной поверхности заднего или бокового экранов, расположенная в газовом окне между топочным пространством и газоходом.

Пароперегреватель - поверхность нагрева котла, в которой происходит перегрев полученного в котле пара до заданной температуры.

Конвективный пучок - парообразующая поверхность нагрева котла, расположенная за топкой по ходу газов.

Водяной экономайзер - конвективная поверхность котла, в которой подогревается поступающая в него вода теплом уходящих из котла продуктов сгорания.

Воздухоподогреватель - конвективная поверхность котла, предназначенная для подогрева воздуха теплом уходящих газов перед его подачей в топку котла.

Горелочное устройство служат для приготовления топливо-воздушной смеси к воспламенению топлива и активному его горению в топке котла.

Коллектор (камера) - предназначен для распределения или сбора рабочего тела движущегося по отдельным элементам (трубам) котла.

Котельным агрегатом называется паровой котёл, включающий в себя топку и парообразующие поверхности нагрева, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель совместно с примыкающими к ним паропроводами, водопроводами, воздуховодами и газоходами и установленной на них арматурой.

Паровые котлы с естественной циркуляцией - это барабанные котлы, в которых непрерывное движение пароводяной смеси в парообразующих поверхностях нагрева происходит за счёт разности удельных весов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъёмных.

Паровые котлы с принудительной циркуляцией - это барабанные котлы, в которых непрерывное движение пароводяной смеси в парообразующих поверхностях нагрева происходит за счёт давления циркуляционных насосов, включенных в контуры циркуляции между опускными и подъёмными трубами испарительных поверхностей нагрева.

Тяго-дутьевые устройства включают в себя вентилятор(ы), дымосос(ы), газоходы и воздухопроводы, дымовую трубу, обеспечивающие подачу необходимого количество воздуха в топку котла, движение продуктов сгорания по газоходам и удаление их за пределы котельного агрегата.

Топливо - горючее вещество, сознательно сжигаемое для получения большого количества тепловой энергии.

Органическое топливо в зависимости от физического состояния подразделяется: на твердое, жидкое и газообразное.

Твердое топливо - дрова, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь, антрацит.

Жидкое топливо - продукты переработки нефти: бензин, керосин, печное топливо, различные масла, мазуты.

Газообразное топливо - природный газ, попутный нефтяной газ, отходы металлургического производства (коксовый, доменный газ), крекинговый газ.

Слоевое сжигание топлива - это, когда топливо горит в слое, лежащем на соответствующей опорной поверхности.

Факельное сжигание топлива - это, когда топливо сгорает в топочной камере во взвешенном мелкодисперсном состоянии.

Ступенчатое испарение - способ повышения концентрации солей в котловой воде без ухудшения качества вырабатываемого пара.

Непрерывная продувка - постоянное удаление из барабана котла некоторое количество котловой воды с накопившимися растворенными в ней солями без нарушения режимов его работы.

Периодическая продувка периодическое удаление из нижнего барабана котла или нижних коллекторов парообразующих поверхностей котловой воды с осевшим шламом.

Вода и полученный из неё пар широко используется в паросиловых установках и тепловых схемах котельных. В цикле котельных участвуют следующие потоки воды и пара.

- исходная вода (природная или водопроводная), получаемая от источников водоснабжения (река, артезианская скважина, водоём, городской водопровод), как правило подвергается обработке для получения добавочной и подпиточной воды соответствующего качества;

- добавочная вода - вода специально приготовляемая в установках химводоочистки, предназначенная для восполнения потерь теплоносителя в тепловой схеме котельной и потерь конденсата у промышленных потребителей;

- питательная вода - вода, подаваемая питательными насосами из деаэратора в паровые котлы, представляющая из себя смесь конденсата от теплообменников, возвратного конденсата от внешних потребителей с добавочной водой;

- котловая вода - вода, находящаяся в паровом котле;

- подпиточная вода - специально подготовленная вода в системе химводоочистки, направляемая на подпитку тепловой сети для компенсации потерь в ней теплоносителя, а при открытой системе теплоснабжения и на восполнение расхода воды на горячее водоснабжение;

- продувочная вода - вода, удаляемая из котла с непрерывной продувкой;

- конденсат - вода, полученная в результате конденсации пара в пароводяных теплообменниках и у промышленных потребителей пара;

- пар - теплоноситель, получающийся из воды путём её испарения;

- влажный пар - пар, содержащий мелкодисперсные капельки и имеющий степень сухости менее единицы;

- сухой насыщенный пар - пар, не содержащий влаги и имеющий степень сухости равную единице;

- перегретый пар - пар, имеющий температуру выше температуры кипения при данном давлении;

- редуцированный пар - пар после редукционно-охладительной установки (РОУ).

2. Паровые котлы типа Е (ДЕ)

2.1 Описание конструкции котлов

Паровой, двухбарабанный, вертикально-водотрубный котёл с естественной циркуляцией типа Е (ДЕ), предназначен для выработки насыщенного пара с температурой 194 с и перегретого с температурой - , с рабочим давлением пара 1,37 МПа имеет несколько типоразмеров, отличающихся между собой номинальной производительностью 4; 6,5; 10; 16; 25 т/ч. котлы обеспечивают тепловой энергией потребности технологических нужд, отопления, вентиляции, горячего водоснабжения [6,7].

Котлоагрегат представляет из себя моноблок, который смонтирован в заводских условиях на металлоконструкциях. На фронтовой поверхности топки котла размещено горелочное устройство (4). Слева от топки расположены друг над другом верхний (2) и нижний (3) барабаны, которые соединены между собой парообразующими поверхностями нагрева, расположенными под обшивкой котла. Между барабанами расположен люк (1), через который при необходимости обеспечивается доступ к конвективному пучку. Горелочное устройство представляет из себя газомазутную горелку, которая имеет подвод газа к котлу через штуцер (5) и подвод мазутопровода к форсунке (6)

Блок котла дополнительно компануется блочно монтируемыми заводом тягодутьевой установкой, экономайзером, деаэрационно питательной установкой, установкой сетевой воды, ХВО и т.д. На месте монтажа поставляемые блоки обвязываются трубопроводами.

В таблице 1 приведены основные габаритные характеристики котлов этого типа и вспомогательного оборудования, которым они компонуются.

Котлы специализированы на сжигание газа и мазута, что позволяет более полно реализовать преимущества использования высококалорийных топлив [6,7].

Характерной особенностью котлов этой серии является расположение топочной камеры (4) сбоку от конвективного пучка (см. рис. 1, 2), образованного вертикальными трубами 5), развальцованными в верхнем и нижнем барабанах.

Такое расположение топки предотвращает обогрев верхнего барабана и значительно уменьшает площадь ограждающих поверхностей [9,10]/

Котлы этой серии всех типоразмеров имеют единый поперечный профиль с одинаковой шириной топочной камеры по осям боковых экранов труб равной - 1790 мм.

Глубина топочной камеры изменяется в зависимости от номинальной паровой производительности котла. Средняя высота топки - 2500 мм.

Длины цилиндрической части верхнего и нижнего барабанов одинаковы в отличии от котлов типа ДКВР и КЕ.

В днищах барабанов имеются лазовые затворы (6) и (7) для внутреннего осмотра и очистки внутренних поверхностей барабанов котлов от отложений. Диаметр верхнего и нижнего барабанов составляет 1000 мм [4].

Топка котла полностью экранирована и отделена от конвективного пучка газоплотной перегородкой (8), образованной из труб диаметром Ф51х2,5 мм, установленных вплотную с шагом 55 мм и сваренных между собой. В задней части перегородки ниже верхнего барабана имеется окно для прохода топочных газов в конвективный пучок (9). В газовом окне расположен однорядный фестон.

Основными составными частями этих котлов являются: верхний и нижний барабаны, два конвективных пучка, фронтальный, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру [11,12].

Трубы левого бокового экрана, правого бокового экрана, образующего под и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны котла.

Фронтовой экран котлов производительностью 4; 6,5 и 10 т/ч подсоединяется к верхнему и нижнему коллекторам диаметром Ф159х6 мм. Фронтальный экран аналогичен заднему экрану и отличается от него лишь отсутствием части труб в местах расположения амбразуры горелок, лаза и совмещенного с ним взрывного клапана.

На котлах большей производительности 16 и 25 т/ч фронтальный экран образован четырьмя трубами, подсоединенными непосредственно к нижнему и верхнему барабанам.

Плотное экранирование боковых стен топки, пода и потолка с относительным шагом труб s/d=1,03 позволяет на котлах этого типа применить лёгкую изоляцию в 2-3 слоя изоляционных плит толщиной 100 мм, которые укладываются на слой шамотобетона толщиной 15-20 мм.

На фронтальной стене топки котлов производительностью 4; 6,5 и 10 т/ч установлено по одной газомазутной горелке типов ГМ - 2,5; ГМ - 4,5; ГМ -7 тепловой мощностью соответственно: 2,9 МВт (2,5 Гкал/ч); 5,22 МВт (4,5 Гкал/ч); 8,12 МВт (7 Гкал/ч). На котле ДЕ-16 установлена горелка типа ГМ-10 с цилиндрической амбразурой тепловой мощностью 11,6 МВт (10 Гкал/ч), а на котле ДЕ-25 - камера двухступенчатого сжигания с горелкой ГМ-16 тепловой мощностью 18,56 МВт (16 Гкал/ч).

Конвективный пучок котлов выполнен из коридорно-расположенных вертикальных труб диаметром Ф51х2,5 мм, которые развальцованы в верхнем и нижнем барабанах котла. Продольный шаг труб вдоль барабана 90 мм, поперечный - 110 мм.

Пароперегреватель котлов производительностью 4; 6,5; 10 т/час выполнен в виде змеевика (рисунок 4) из труб диаметром 32х3 мм. Пароперегреватель в котлах большей производительности (16 и 25 т/час) выполнен из двух рядов вертикальных труб диаметром Ф51/2,5 мм.

В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба (3 рисунок 2) и труба для ввода фосфатов (2 рисунок 3).

В нижнем барабане размещают перфорированные трубы для продувки (12 рисунок 2), а также устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды.

На котлах производительностью 4 - 10 т/час через патрубок для слива воды осуществляется периодическая и непрерывная продувки. На котлах большей производительности (16 и 25 т/час) через эту трубу осуществляется только периодическая продувка, а непрерывная производится из солёного отсека верхнего барабана котлов [13,14].

В верхнем барабане котлов расположены сепарационные устройства. В первой ступени испарения в качестве сепарационных устройств используются щитки и козырьки, направляющую из экранных труб пароводяную смесь на уровень воды. Сепарационные устройства второй ступени испарения выполнены из продольных щитов, направляющих движение пароводяной смеси на торец барабана и затем вдоль него к поперечной перегородке, разделяющей отсеки.

Для выравнивания скоростей пара внутри барабана по его длине выше сепарационных устройств в барабане котла располагается дырчатый пароприёмный потолок.

Перед пароприёмным потолком устанавливается горизонтальный жалюзийный сепаратор кроме котла производительностью 4 т/час.

Чистый и соленый отсеки сообщены между собой по пару и через подпиточную трубу по воде.

На всех котлах осуществляется внутри котловая обработка воды. [15,16]. По трубопроводу 2 (рисунок 2) в верхний барабан вводится водный раствор 3-натрийфосфата, который вступает в реакцию с растворёнными в котловой воде солями и переводит их в нерастворенное состояние с образованием шлама. Шлам по опускным трубам опускается в нижний барабан и выводится из котла периодической продувкой.

Питательная вода после водяного экономайзера вводится в верхний барабан через трубу 3 (рисунок 2).

Опускными трубами в контурах циркуляции являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка.

Для снижения температуры уходящих газов и повышения коэффициента полезного действия котлы оснащаются индивидуальными чугунными водяными экономайзерами. Экономайзеры устанавливаются в котельной рядом с паровыми котлами и присоединяются к ним с помощью газоходов.

Чугунные экономайзеры собираются из отдельных типовых элементов - ребристых труб длиной 1500, 2000, 2500 или 3000 мм, которые соединяются между собой фасонными изделиями, называемыми калачами. В зависимости от количества труб экономайзеры монтируются на месте и обкладываются кирпичной кладкой или поставляются в виде отдельных блоков, которые собираются на заводе.

При монтаже на месте собирают горизонтальную группу из не более, чем восьми труб в ряду и собирают колонку из четырёх рядов труб по высоте. Количество рядов по высоте ограничиваются возможностями обдувочных аппаратов, встраиваемых в блоки экономайзера.

Скорость воды в трубах экономайзера составляет от 0,3 - 1,5 м/сек. Вода движется снизу вверх, чтобы воздух, выделяющийся их воды при её нагревании, лучше удалялся. Продукты сгорания обычно направляют по схеме противотока по отношению к направлению движения воды.

Котлы серии ДЕ имеют высокую степень заводской готовности, что повышает эффективность их монтажа.

3. Общие сведения о тепловом расчёте котельного агрегата

3.1 Основные понятия и определения

Тепловой расчёт котельного агрегата в зависимости от целей стоящих перед ним различается на поверочный и конструктивный.

Поверочный расчёт котла проводится для оценки показателей экономичности и надёжности его работы на конкретном виде топлива, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных данных для проведения аэродинамического и гидравлического расчётов, оценки интенсивности золового износа поверхностей нагрева при сжигании твердого топлива, коррозии и т.д. [25].

При проведении поверочного расчёта должны быть известны: тип котельного агрегата, компоновка и размеры его поверхностей нагрева, вид сжигаемого топлива и способ его приготовления к сжиганию, нагрузка и параметры пара, температуры питательной воды и перегретого пара, величины непрерывной продувки, данные по расчёту пылесистемы при работе котла на твердом топливе.

При конструкторском (конструктивном) расчёте известны все параметры воды, пара и продуктов сгорания на входе и выходе из каждой поверхности нагрева, а также конструктивная схема котла [25].

При конструктивном расчёте определяются размеры топки и поверхностей нагрева отдельных элементов котла, необходимые для обеспечения принятой номинальной производительности.

При поверочно-конструктивном расчёте часть поверхностей нагрева рассчитывается поверочным расчётом, в результате которого определяются их тепловосприятия (например, конвективные пучки), а часть поверхностей (водяной экономайзер) - конструктивным расчётом. В результате конструктивного расчёта определяется необходимая площадь поверхности нагрева водяного экономайзера.

Такой расчёт обычно проводится при переводе котла на сжигание того вида топлива, который не предусматривался для сжигания данным типом котла при его проектировании. Например, котел был спроектирован для сжигания твёрдого топлива, а его в процессе эксплуатации перевели на сжигание газообразного топлива.

3.2 Рекомендации по тепловому расчёту котла

Тепловой расчёт котла начинается с определения объёмов теоретически необходимого количества воздуха и объёмов продуктов сгорания для заданного вида топлива и его расчётных характеристик. Затем рассчитываются действительный объём воздуха и продуктов сгорания в топке и газоходах котла в соответствии с выбранными избытком воздуха в топке и присосами по газоходам котла. Определяются энтальпии продуктов сгорания и воздуха, тепловые потери котельного агрегата. Составляется тепловой баланс котла, рассчитываются коэффициент полезного действия и расход топлива [26].

Рекомендации по проведению теплового расчета топки и конвективных поверхностей нагрева сформулированы на основании общих положений методик расчёта котлов малой и средней производительности.

1. Тепловой расчет топки осуществляется методом последовательных приближений. В начале теплового расчёта топки котла задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из неё. Затем по этой температуре рассчитываются параметры и , которые используются далее для расчёта температуры на выходе из топки. Полученное значение температуры на выходе из топки сравнивается с температурой, принятой для определения и . Если принятое и расчетное значения отличаются более чем на 100 С, то расчёт необходимо повторить, задавшись новым значением температуры.

Если принятое и расчетное значения отличаются менее, чем на 100 С, то расчёт считается законченным, расчетным значением температуры на выходе из топки считается значение полученное на основании расчёта и оно используется далее при проведении расчета конвективных поверхностей нагрева.

2. Газоход котла, в котором расположены конвективные пучки, отделён от топки котла однорядным фестоном (рисунок 2). В соответствии с рекомендациями нормативного метода [26] при размещении в газовом объёме фестонов с числом рядов z 3 тепловой расчёт этой поверхности (фестона) не проводится, а сама поверхность включается в поверхность стен топки.

3. При поверочном расчёте конвективных поверхностей нагрева предварительно задаются температурой одной из сред - продуктов сгорания или нагреваемой среды (пара, пароводяной смеси или воды).

Дальнейший расчёт состоит из двух этапов:

- на первом этапе по принятому значению температуры рассчитывается энтальпия этой среды. Затем по уравнению баланса по принятой температуре определяют тепловосприятие этой поверхности нагрева и рассчитывают конечную энтальпию второй среды.

- на втором этапе рассчитывается величина тепловосприятия этой поверхности по уравнению теплообмена.

Если тепловосприятие по уравнению теплопередачи будет отличаться от определённого тепловосприятия по балансу менее чем на 2%, расчёт не уточняется. Полагается, что расчёт закончен и окончательными считаются температура и тепловосприятие, принятые при расчёте теплового баланса.

При большем расхождении необходимо принять новое значение температуры и повторить расчёт.

При первом приближении величина тепловосприятия по уравнению теплопередачи может оказаться выше величины тепловосприятия по балансу.

В этом случае необходимо принять такую температуру газов на выходе из поверхности нагрева, при которой разница между температурами продуктов сгорании на входе и выходе из поверхности нагрева была бы больше, чем при первом приближении и наоборот.

4. Для второго приближения целесообразно принимать значение температуры, которое отличается от первоначально принятого при первом приближении расчёта не более чем на 50 С.

В этом случае коэффициент теплопередачи пересчитывать не надо. Необходимо пересчитать только температурный напор и тепловосприятие излучением, если таковое имеет место и заново решить уравнения баланса и теплопередачи.

5. Если при втором приближении расхождение между величинами тепловосприятия по уравнению теплопередачи и тепловосприятия по балансу окажется более 2%, то истинную температуру можно найти одним из двух следующих способов [28]:

- путем линейной интерполяции графически, нанеся на миллиметровую бумагу в масштабе значения принятых температур и расчетных значений тепловосприятий по уравнениям баланса и теплопередачи (рисунок 16), тогда точка пересечения построенных двух прямых даст нам значение расчётной температуры;

- путём аналитической интерполяции по нижеприведённой формуле:

(9)

в формуле индексы I и II относятся соответственно к первому и второму приближениям.

Полученное значение температуры принимается за расчётное значение.

Для завершения расчета необходимо только рассчитать тепловосприятие продуктов сгорания для определённой температуры и тепловосприятие поверхности нагрева по балансу.

6. При тепловом расчёте конвективного пучка следует учитывать, что температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла. При этих условиях температурный напор рассчитывается по следующему соотношению [25],

(10)

где - большая разность температур сред;

- меньшая разность температур сред.

В тех случаях, когда / 1,7, температурный напор можно с достаточной точностью определить как среднеарифметическую разность температур по формуле

. (11)

7. При тепловом расчёте второго конвективного пучка и водяного экономайзера коэффициент теплоотдачи излучением не учитывается, если средняя температура продуктов сгорания в них меньше 300С.

8. Водяной экономайзер рассчитывается конструктивно. В результате расчёта определяется поверхность нагрева водяного экономайзера.

В расчёте экономайзера используется фактический расход воды через него с учетом продувки.

9. Температура загрязненной стенки поверхности водяного экономайзера рассчитывается по соотношению

, (12)

где - средняя температура воды в поверхности нагрева, для всех поверхностей нагрева при сжигании газа принимается по таблице П11.

10. После расчёта экономайзера определяется расчетная невязка теплового баланса теплогенерирующей установки по следующему соотношению:

, (13)

где - тепловосприятия поверхностей нагрева: топки, котельных пучков и водяного экономайзера.

В формулу подставляются значения, определённые из уравнений теплового баланса.

При правильном выполнении расчёта величина невязки не должна превышать 0,5% от величины располагаемого тепла.

Если расчётная невязка теплового баланса теплогенерирующей установки будет превышать 0,5% то необходимо повторить тепловой расчёт котла, задаваясь в каждой поверхности другими значениями температур с тем, чтобы получить меньшие расхождения между тепловосприятиями по балансу и по уравнению теплопередачи.

4. Тепловой расчёт котла

Формулы для расчёта физических величин приводятся далее по тексту, при необходимости даётся их расшифровка.

4.1 Задание на проектирование

Провести поверочно-конструктивный тепловой расчет парового котла ДЕ-10-14ГМ, служащего для выработки насыщенного пара.

Варианты заданий на выполнение поверочно-конструктивного теплового расчета котла приведены в таблице 3.

Характеристика котла ДЕ-10-14ГМ.

1. Номинальная паровая производительность

2. Температура питательной воды

3. Давление питательной воды

4. Топливо - природный газ.

Характеристики топлива:

5. Низшая теплота сгорания

6. Процент продувки 8%.

7. Топка имеет металлическую наружную обшивку.

4.2 Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов

Объёмы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 м³ сухого газообразного топлива при нормальных условиях (0 ^оС и 101,3 кПа). На эти условия указывает верхний индекс «н» в обозначениях величин объёмов [1].

Теоретический объем воздуха

Теоретическое количество воздуха , необходимого для сжигания 1 м³ сухого газообразного топлива при , определяем по формуле (4-13) [2], (2.9) [3]:

(14)

Состав газообразного топлива

Варианты	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	Н2S	N2 и редкие газы	Плот. по возд.	КДж/нм3	Tп.в.	% непрер. продув.
1	88,1	1,5	0,6	0,2	0,06	0,04	-	9,5	0,637	33238	90	5
2	84,8	3,6	1,0	0,5	0,05	0,05	-	10,0	0,63	33250	103	8
3.	75,4	5.0	1,7	1,3	1,2	0,8	0,6	14,0	0,669	34560	78	5
4	71,9	4,8	1,6	0,8	-	0,5	0,4	20,0	0,71	28335	103	10
5	82,7	1,4	0,6	0,3	-	0,9	0,1	14,0	0,647	31560	103	10
6	81,8	5,5	1,6	0,5	0,8	0,2	0,1	9,5	0,701	36273	103	5
7	67,7	2,0	0,2	0,1	0,1	1,2	0,7	28,0	0,698	26210	90	8
8	77,2	5,0	0,5	0,4	-	0,5	0,4	16,0	0,663	31970	78	8
9	52,9	4,0	1,2	0,6	0,8	0,2	0,3	40,0	0,778	24734	103	10
10	80,2	5,5	1,7	1,2	0,2	0,1	0,1	11,0	0,626	35273	78	8
11	58,8	7,0	1,2	0,8	0,2	-	-	32,0	0,747	27930	78	5
12	95,1	2,3	0,7	0,4	0,8	0,2	-	0,5	0,597	37992	78	10
13	89,7	3,0	2,0	0,8	0,5	1,0	-	3,0	0,63	37740	103	7
14	98,5	0,3	0,1	След.	След.	След.	-	1,1	0,585	35626	90	8
15	96,8	1,2	0,5	-	0,1	0,1	-	1,8	0,578	36127	78	5
16	85	0,5	3,0	0,2	-	0,11	-	4,0	0,7	33922	90	10
17	96	0,2	0,1	0,1	-	0,1	-	0,5	0,58	34790	103	10
18	90	4,0	1,1	1,0	-	1,3	0,1	4,0	0,6	35596	103	10
19	97	1,3	0,1	0,5	-	0,5	0,1	2,0	0,6	36373	78	8
20	92,9	5,9	0,5	-	0,5	0,1	-	0,1	0,595	38386	90	5
21	88	6,0	2,2	1,2	1,8	0,3	-	0,5	0,663	41780	103	10
22	98,6	0,5	0,4	0,2	0,1	0,1	-	0,1	0,564	36479	90	5

Теоретические объемы продуктов сгорания

Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (б = 1) определяется по следующим формулам:

- теоретический объем азота:

(15)

- объем трехатомных газов:

(16)

- теоретический объем водяных паров:

(17)

где - влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1м³ сухого воздуха, г/м³, принимаем равное 0.

Теоретический объём продуктов сгорания

результаты расчёта заносятся в таблицу 4.

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерной топки принимаем по таблице П 1.

Значение величины присосов воздуха в газоходах котла ДЕ 10-14 определяется по таблице П 2.

При сжигании газообразного топлива:

- коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерных топок при сжигании газообразного топлива (табл. П 1.)

- величина присосов воздуха в топке для камерных газомазутных котлов с обмуровкой и металлической обшивкой принимаем по табл. П 2.

- величина присосов воздуха по конвективным поверхностям нагрева:

Коэффициент избытка воздуха на входе в топку:

(18)

Коэффициенты избытка воздуха за поверхностями нагрева:

- за первым конвективным пучком

(19)

Объёма газов, объёмные доли трехатомных газов

Величина и расчетная формула	Газоход
	топка	1 кон. пучок	2 кон. пучок.	экономайзер
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева =т+ УДi	1,1	1,15	1,25	1,35
2. Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева ср=(+)/2	1,065	(1,1+1,15) /2=1,125	(1,15++1,25)/2= =1,2	(1,25++1,35)/2= =1,3
3. Объём водяных паров, м3/м3 = +0,0161 (ср-1)•	1,878	1,886	1,896	1,91
4. Полный объём газов, м3/м3 VГ= +(ср-1)•	10,045	10,551	11,182	12,025
5. Объёмная доля водяных паров =/VГ	0,186	0,178	0,169	0,158
6. Объёмная доля трехатомных газов =/VГ	0,091	0,086	0,081	0,076
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП= +	0,277	0,264	0,25	0,234

- за вторым конвективным пучком

(20)

- за водяным экономайзером

(21)

Определяем средние коэффициенты избытка воздуха по газоходу для каждой поверхности нагрева, по формуле:

, (22)

для топочной камеры

, (23)

для 1 конвективного пучка

, (24)

для 2 конвективного пучка

, (25)

для водяного экономайзера

. (26)

В таблице приведены основные характеристики котла [3].

Основные характеристики поверхностей нагрева котла ДЕ-10-14ГМ

Параметры	Обозначение	Для котла ДЕ-10-14ГМ
Размеры топочной камеры по осям труб, м: глубина ширина средняя высота		4,3 1,75 2,4
Объем топки с камерой догорания, м3	VT	18,1
Поверхность нагрева, м2
· лучевоспринимающая	Нл	39,9
· конвективная	Нк	131,6
Наружный диаметр и толщина труб, мм
· экрана	dэ	51Ч2,5
· конвективного пучка	dкп	61Ч2,5
· экономайзера	dэк	76Ч8 с ребрами 150Ч150
Шаг труб, мм
· экранов	Sэ	50
· конвективного пучка, продольный	S1	90
· конвективного пучка, поперечный	S2	110

Объёмы продуктов сгорания

Энтальпии теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха определяется по соотношению:

(27)

где - теплоёмкость воздуха при соответствующей температуре, определяется по таблице П3, - по таблице 4.

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания , определяем по формуле:

, (28)

где ,, - объёмы продуктов сгорания, берутся из таблицы 5;

,, - теплоёмкости соответственно трехатомных газов, водяных паров и азота при постоянном давлении, кДж/(м³ К), берутся из таблицы П3.

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов по газоходам котла представлены в табл. 4.

Энтальпию продуктов сгорания Н_Г, кДж/м³, при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле (4-21) [26], (2.18) [28].

(29)

Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания при действительных избытках воздуха в газоходах приведены в таблице 6.

Строим для удобства проведения расчётов на миллиметровой бумаге Н-и диаграмму.

Энтальпии продуктов сгорания, кДж/м³ (H- - таблица)

Поверхность нагрева
Топочная камера	2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800	35157,32 31564,2 28094,8 24619,04 21212,38 17883,02 14581,62 11374,58	28637,3 25781,1 22899,7 20153,1 17457 14811,5 12174,4 9537,3	2856,2 2881,4 2746,6 2696,1 2645,5 2637,1 2637,1	38021,05 34142,31 30380,77 26634,35 22958,08 19364,17 15799,06 12328,31	3878,74 3757,54 3750,42 3676,27 3593,91 3565,11 3470,75
1-й конвективный пучок	1000 800 600 400 200	14581,62 11374,58 8322,14 5416,81 2644,03	12174,4 9537,3 7001,3 4566,5 2241,1	2637,1 2536 2434,8 2325,4	16407,78 12805,18 9372,34 6101,79 2980,19	3602,6 3432,84 3270,55 3121,6
2-й конвективный пучок	800 600 400 200	11374,58 8322,14 5416,81 2644,03	9537,3 7001,3 4566,5 2241,1	2536 2434,8 2325,4	13758,91 10072,47 6558,44 3204,31	3686,44 3514,03 3354,13
Водяной экономайзер	600 400 200 125 100	8322,14 5416,81 2644,03 1638,2 1306,69	7001,3 4566,5 2241,1 1392,8 1112,1	2434,8 2325,4 848,3 280,7	10772,6 7015,09 3428,42 2125,68 1695,93	3757,51 3586,67 1302,74 429,75

4.3 Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива

Тепловой баланс котельного агрегата

Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива.

Располагаемое тепло на 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³, для котла ДЕ 10-14ГМ определяется по формуле:

(30)

Расчёт потерь тепла с уходящими газами

Потеря тепла с уходящими газами , определяется по формуле:

, (31)

где энтальпия уходящих газов, кДж/м³, при соответствующем коэффициенте избытка воздуха

Температуру уходящих газов принимаем равной по таблице П4.

Энтальпию уходящих газов определяем по таблице 6.

.

Энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха, кДж/м³, определяется по таблице 4.3:

.

- потеря тепла от механической неполноты сгорания, равна нулю для газообразного топлива.

Потеря тепла с уходящими газами

(32)

Расчёт потерь тепла от химической неполноты сгорания и наружного охлаждения

Для газообразного топлива потеря теплоты от химической неполноты сгорания q₃, %, принимаем равной 0,3% по таблице П5.

Потерю теплоты от наружного охлаждения для номинальной нагрузке котла определяем по рисунку П1,

Коэффициент полезного действия котла

Коэффициент полезного действия котла определяется по формуле:

(33)

Коэффициент сохранения тепла ц находится по формуле:

. (34)

Расход топлива

Расход топлива B, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового котла определяем по формуле (5-19) [26]; (3.14) [28].

, (35)

где - количество выработанного насыщенного пара, отданного помимо пароперегревателя с энтальпией ;

- энтальпия насыщенного пара, определяемая по давлению в барабане котла по таблице П6.

- энтальпия котловой воды, определяется по таблице П6 при давлении в барабане котла,

- энтальпия питательной воды на входе в водяной экономайзер, определяется по таблице П7 при температуре 100 С,

- расход воды на продувку котла, кг/с, определяется по соотношению:

где - непрерывная продувка котла (по заданию).

Рассчитываем расход топлива на котёл.

(36)

4.4 Расчет теплообмена в топке

Проводим поверочный тепловой расчет топки, заключающийся в определении температуры газов на выходе из топки для существующей конструкции топки котла.

Характеристики топочной камеры принимаем из таблицы 5.

Температура газов на выходе из топки определяется по формуле

Рассчитываем параметры, входящие в формулу для расчёта температуры на выходе из топки. Некоторые из этих параметров зависят от температуры на выходе из топки. Поэтому в начале расчёта задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топки , а затем рассчитывают её значение. Принятое и расчётное значение не должны отличаться более чем на .

Расчёт параметров, входящих в формулу для расчета температуры газов на выходе их топки котла.

Определение адиабатической температуры горения

Адиабатическая температура горения , С определяется по полезному тепловыделению в топке , при избытке воздуха на выходе из топки

Полезное тепловыделение в топке (для расчета и ) складывается из располагаемой теплоты топлива за вычетом топочных потерь и теплоты воздуха:

(37)

где - располагаемое тепло топлива, кДж/м³;

, ,  - потери тепла от химической и физической неполноты сгорания топлива и с теплом шлака;

- теплота, вносимая воздухом в топку, кДж/м³, определяется по соотношению

,

где - энтальпия воздуха и присосов холодного воздуха извне.

При сжигании газа потери тепла от физической неполноты сгорания топлива и с теплом шлака равны нулю.

Полезное тепловыделение в топке:

(38)

По вычисленному значению , по таблице 6 интерполяцией определяем .

Адиабатическая температура горения определится по формуле

. (39)

Предварительно принимаем температуру газов на выходе из топки

Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания определяем по формуле (7.7) [3].

(40)

где - адиабатическая температура горения, соответствует условию, что все полезное тепловыделение воспринимается продуктами сгорания (отсутствуют тепловых потерь топки),

- энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, соответствующая принятой выше температуре равной определяется из таблицы 6

(41)

Определение параметра М.

Параметр М определяется в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки .

Он зависит от вида топлива и способа его сжигания. Для случая сжигания газа параметр М определяется по формуле [12]

(42)

где - отношение высоты расположения осей горелок (от пола топки) к общей высоте (от пола топки до середины выходного окна из топки):

.

Параметр М равен

Коэффициент теплового излучения топочной камеры

Коэффициент теплового излучения топочной камеры _т введен вместо применявшейся ранее степени черноты топки _т. Он является радиационной характеристикой излучающего тела и зависит только от его физических свойств и температуры.

Поглощательная способность (степень черноты) _т характеризует степень поглощения падающего излучения и дополнительно зависит от спектра этого излучения. Для серых и черных тел эти два коэффициента _т и _т численно равны. Для определения температуры газов на выходе из топки рассчитывают коэффициент теплового излучения топки _т, который определяется коэффициентом излучения газового факела _ф, заполняющего топочный объем и тепловой эффективностью экранных поверхностей _ср.

Поглощательная способность рассчитывается по формуле (4.36) [27].

 (43)

где - коэффициент излучения газового факела;

- коэффициент тепловой эффективности экранных поверхностей.

Коэффициент излучения газового факела _ф зависит от температуры газов на выходе из топки (от абсолютной температуры газов на выходе из топки). Коэффициент теплового излучения газового факела определяется по формуле (4.42) [3].

, (42)

где , - коэффициента теплового излучения светящейся части факела и несветящихся газов;

- коэффициент, определяющий долю топочного объёма, заполненного светящимся пламенем, находится по таблице П8,

Коэффициент находим по соотношению

(45)

где - оптическая толщина поглощения топочной среды;

- коэффициент ослабления (поглощения) лучей топочной средой, 1/(м •МПа);

- давление газов в топочной камере, МПа, для топок, работающих под разрежением и с наддувом не более 5 кПа, принимают

- эффективная толщина излучающего слоя продуктов сгорания, рассчитывается по формуле (6-07) [1].

 (46)

где - объём топочной камеры, м³;

? полная поверхность окружающих стен топки, м², определяется по конструктивным данным котла.

По формуле (6-13) [2] или (4.40) [3] определяем коэффициент ослабления лучей трехатомными газами.

(47)

где - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

- объемная доля трехатомных газов, принимается по табл. 4.2 настоящего расчета.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

(48)

Коэффициент равен

(49)

Коэффициент определяется также по соотношению

(50)

в этой формуле полагается, что

, (51)

где - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, образующимися в ядре факела при сжигании газа, который определяется по соотношению

, (52)

где соотношение между содержанием углерода и водорода в рабочей массе топлива, определяется по соотношению:

(53)

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами равен:

(54)

(55)

Коэффициент равен:

(56)

Коэффициент теплового излучения газового факела

(57)

Коэффициент тепловой эффективности экранов топки определяется как произведение условного коэффициента загрязнения на угловой коэффициент экрана:

(58)

где- условный коэффициент загрязнения поверхности нагрева, определяется по таблице П9,

- угловой коэффициент экрана, определяется по формуле:

. (59)

Коэффициент тепловой эффективности экранов топки равен:

(60)

Степень черноты топки

(61)

Действительная температура газов на выходе из топки

(62)

Полученное значение сравниваем с предварительно принятым значением . Расхождение не превышает

Принимаем температуру газов на выходе из топки .

Рассчитываем энтальпию газов на выходе из топки, используя данные таб. 6:

(63)

Количество тепла воспринятого в топке:

(64)

Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:

(65)

Расчетное тепловое напряжение топочного объема:

(66)

Тепловой расчёт топки закончен.

4.5 Тепловой расчет 1-го конвективного пучка

Поверочный тепловой расчёт конвективного пучка сводится к определению количества тепла, воспринимаемого пучком. Количество теплоты, воспринимаемое конвективным пучком, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает 5%, то расчёт считается выполненным.

Из справочной литературы и с чертежа парового котла в таблицу 7 заносятся основные конструктивные характеристики газохода. [8,10].

Из расчета топки известными являются температура и энтальпия газов перед первым конвективным пучком.

Температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла.

Конвективная поверхность котла состоит из двух газоходов. Сначала выполняется расчет первого газохода, затем по аналогии - второго газохода.

При расчете конвективной поверхности котла предварительно принимают два значения температуры на выходе из газохода.

При расчете первого конвективного пучка принимаем для газохода температуру газов на выходе из него - и

Два варианта расчёта ведём параллельно.

После проведения расчетов действительную температуру продуктов сгорания за газоходом определяем графическим путем по величинам тепловосприятия, рассчитанных по уравнениям теплового баланса и теплопередачи при двух ранее принятых температурах или по формуле (см. раздел 3).

Основные характеристики конвективных пучков котла ДЕ-10-14ГМ

Параметры	Обозначение	Для котла ДЕ-10-14ГМ
		1-й кон. пуч.	2-й кон. пуч.
Поверхность нагрева 1-го газохода, м2		58,84	58,84
Число труб по ходу газов		40	40
Живое сечение для прохода газов, м2		0,72	0,43
Наружный диаметр труб, мм		51	51
Шаг труб, мм
· конвективного пучка, продольный		90	90
· конвективного пучка, поперечный		110	110
Расположение труб	Коридорное

Температура газов на входе в 1-й конвективный пучок - (из расчёта топки).

Энтальпия продуктов сгорания на входе в 1-й конвективный пучок -

Температура газов на выходе из 1-го конвективного пучка:

- 1-й вариант

- 2-й вариант

Энтальпия, соответствующая этим температурам:

- 1-й вариант -

- 2-й вариант -

Теплота, отданная дымовыми газами в 1-м конвективном пучке, определяется по соотношению

, (67)

где - коэффициент сохранения теплоты равен 0,982 (определён в разделе 5).

где - присосы воздуха в поверхности. По таблице 5, ;

- энтальпия присасываемого воздуха, определяется по табл. 6 по температуре холодного воздуха энтальпия холодного воздуха

- 1-й вариант:

(68)

- 2-й вариант:

(69)

Температу...