Проект производственно-отопительной котельной мощностью 115,17 МВт

Расчет конвективных поверхностей котла ведем в следующей последовательности.

По чертежу котлоагрегата определяем следующие конструктивные характеристики газохода:

• площадь поверхности нагрева  Н=376 м²;
• поперечный шаг труб  S₁ = 120 мм;
• продольный шаг труб  S₂ = 120 мм;
• число труб в ряду  z₁ =  132 шт.;                         
• число рядов труб по ходу продуктов сгорания z₂ = 10 шт.;
• наружный диаметр и толщина стенки трубы 
• площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания  F = 2,9 м².

Подсчитываем относительный  шаг:

- поперечный  

• продольный 

Предварительно принимаем  два значения температуры продуктов  сгорания после рассчитываемого газохода: 

Весь дальнейший расчет ведем для двух предварительно принятых температур.

Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания по уравнению теплового баланса:

                                 , кДж/м³   (2.3.3.1)

где  – коэффициент сохранения теплоты;

           Н'– энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева; принимаем из расчета топочной камеры Н' = Н_т" = 22292,83 кДж/м³ при О_т"= 1260 ^оС;

           Н"– энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка, принимаем из таблицы 2.2.1 при:  О₁" = 500 ^оС   Н₁" = 8436,49 кДж/м³,

                        О₂" = 250 ^оС Н₂" = 4094,166 кДж/м³;

– присос воздуха в конвективном пучке;

Н^о_пр.в.– энтальпия присосанного воздуха при t_в = 30^оС,

Н^о_пр.в. = Н^о_х.в. = 380,93 кДж/м³;

                кДж/м³

               кДж/м³

Расчетную температуру  потока продуктов сгорания в конвективном газоходе определяем по формуле:

                                           , ^оС      (2.3.3.2)

                                    

                                    

Определяем температурный  напор:

                                                 ^оС              (2.3.3.3)

где t_к– температура охлаждающей среды: t_к=198,1 ^оС

                      

                                          

Подсчитываем среднюю  скорость продуктов сгорания в поверхности  нагрева:

                                        , м/с     (2.3.3.4)

 

      

 

      

Определяем коэффициент  теплоотдачи конвекцией от продуктов  сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков по формуле:

                                         , Вт/(м²К)    (2.3.3.5)

         где - коэффициент теплоотдачи: = 105 Вт/м²К [1];

      с_z– поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания:

с_z = 1,0 [1];

                 с_s– поправка на компоновку пучка: с_s = 1,0 [1];

                 с_ф– коэффициент, учитывающий влияние физических параметров потока: [1];

                                    

                                    

Вычисляем степень черноты  газового потока (а). При этом предварительно вычисляем суммарную оптическую толщину:

 

                                      (2.3.3.6)

        где s– толщина излучающего слоя: для гладкотрубных пучков определяем по  формуле:

                                          , м    (2.3.3.7)   

                                     

    к_зл.– коэффициент ослабления лучей золовыми частицами: принимаем при сжигании газа к_зл. = 0;

    - концентрация золовых частиц, принимаем ;

     р– давление в  газоходе: принимаем для котлов без надува равным 0,1МПа;

     к_г– коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяем по формуле:

                                         (2.3.3.8)

                   где ;

               ;

                

                

                           

                           

Определяем коэффициент  теплоотдачи  , учитывающий передачу теплоты излучением:

                                        , Вт/м²К                                 (2.3.3.9)

      где – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²К [1];

                 а – степень черноты продуктов сгорания: [1];

                с_г – коэффициент, учитывающий температуру стенки [1]

        Для определения   и с_г вычисляем температуру загрязненной стенки, ^оС:

                                                  , ^оС            (2.3.3.10)

        где t– средняя температура окружающей среды, принимаем для паровых котлов равной температуре насыщения t₁ = 198,1^оС  при  Р = 1,4Мпа;

   - при сжигании газа принимаем равной 25^оС [1];

                                          ^оС

 Тогда    Вт/м²К,

               Вт/м²К,

              Вт/м²К

                                  Вт/м²К

Подсчитываем суммарный  коэффициент теплоотдачи от продуктов  сгорания к поверхности нагрева:

                                           , Вт/м²К                     (2.3.3.11)

        где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева, принимаем [1]

                           Вт/м²К

                           Вт/м²К

Определяем коэффициент теплопередачи:

                                                , Вт/м²К           (2.3.3.12)  

где - коэффициент тепловой эффективности: [1]

                           Вт/м²К

                                     Вт/м²К

Определяем  количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева:

                   , кДж/м³           (2.3.3.13)

        где  - температурный напор для конвективной поверхности нагрева, определяем по формуле:

                                             ,^оС            (2.3.3.14)

где t_кип = t₁ = 198,1^оС  при Р₁ = 1,4Мпа;

                                   ^оС

                                  ^оС

          кДж/м³

                               кДж/м³

По принятым двум значениям  температуры и и полученным двум значениям Q_б и Q_т строим график зависимости Q = f (О").

    

Рис.2.3.3.1. Графическое определение расчетной температуры  

                                                   

Так как полученное значение =281,2^оС отличается от одного из принятых предварительно значений не более чем на 50^оС, то пересчёт не производим.

                                    кДж/м³

 

 

2.3.4. Расчет водяного экономайзера

 

В связи с тем, что в качестве вида топлива принят природный газ и паровой котел работает при Р_раб. = 1,4МПа, то в соответствии с рекомендацией ЦКТИ принимаем к установке чугунный экономайзер.

Расчет экономайзера проводим в  следующей последовательности.

По уравнению теплового баланса  определяем количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов:

                             , кДж/м³                      (2.3.4.1)

        где Н'_эк– энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер,

           Н'_эк = Н_к" = 4976,96 кДж/м³ при О_к" = 281,2^оС;

    - энтальпия уходящих газов, принимаем по принятой О_ух = 150^оС,

,  кДж/м³;

     - присос воздуха в экономайзере;

     = 380,93 кДж/м³ – энтальпия теоретического количества воздуха;

      - коэффициент сохранения теплоты;

        кДж/м³

Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды после водяного экономайзера:

                            , кДж/кг    (2.3.4.2)

        где h'_эк – энтальпия воды на входе в экономайзер, принимаем из исходных данных h'_эк = 437 кДж/кг;

     Д– паропроизводительность котла: Д = 50 т/ч = 13,89 кг/с;

     Д_пр– расход продувочной воды, принимаем из расчета схемы котельной для 1-го котла:  Д_пр  = 1,38 т/ч =0,383 кг/с;

                                    кДж/кг

При кДж/кг ^оС [2]

Так как температура воды после экономайзера (198,1 – 145,1 = 53 20^оС), то принимаем к установке чугунный экономайзер типа ЭБ1– 808И с трубами ВТИ.

Определяем температурный напор в экономайзере:

                                          , ^оС             (2.3.4.3)

                                   ^оС

Выбираем конструктивные характеристики принятого к установке  экономайзера:

• длина трубки l_тр = 3000 мм;
• внутренний диаметр трубки и толщина стенки  мм;
• количество труб в ряду  z₁ = 9 шт.;
• площадь живого сечения прохода продуктов сгорания  F_тр. = 0,283 м²;
• площадь поверхности нагрева  F_н = 4,878 м².

Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере:

                            , м/с                        (2.3.4.4)                                  где F_эк – площадь живого сечения для проходов продуктов сгорания:

                            м²

               О_эк– среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере:

                          ^оС

                              м/с

Определяем коэффициент  теплопередачи [1]:

                                                                                                         (2.3.4.5)

             Вт/м²К,  с_v = 1,021,

                               Вт/м²К.

Определяем площадь поверхности экономайзера:

                                    , м²              (2.3.4.6)

                             м²

По полученной поверхности  нагрева экономайзера окончательно устанавливаем его конструктивные характеристики:

- общее число труб   шт.;                       (2.3.4.7)

- число рядов   шт.                                   (2.3.4.8)

 

2.3.5. Проверка теплового баланса

 

Расчет считается верным если выполняется следующее условие [1]: