Котельные установки и их эксплуатация

IО.хв. = (сθ)в VОН     = 39,8 9,72=386,86  , кДж/м3

где (сθ)в = 39.8 кДж/м3 — энтальпия 1 м3 холодного воздуха при tXB = 30 °С;

VОН  =9,72-теоретический объем воздуха, м3/м3 (табл. 2.4).

Таким образом, потеря тепла с уходящими газами:

 

Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, q3, %, обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах (СО, Н2, СН4 и др.).

Для проектируемого котла примем q3 = 0,5%.

Потеря тепла от наружного охлаждения q5, %, принимается по табл. 3.1 в зависимости от паропроизводительности котла D, кг/с:

,

где  D,т/ч , из исходных данных задания.

 

Таким образом, потеря тепла от наружного охлаждения:

q5 = 1,25 %,

Суммарная потеря теплоты в котле:

Σq = q2 + q3 + q5,  %

Σq = 7,25 + 0,5 + 1,25= 9 %

Коэффициент полезного действия котла (брутто)

,  %

 

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле,

,

где Dne = 6,94 - количество выработанного перегретого пара, кг/с; iпе =2791 - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; определяется по давлению и температуре перегретого пара ([7]Рпе=1,37, МПа; tпе=195. °С - исходные данные) по таблице XXV Приложения интерполяцией.

Например, Рпе= 1,36 МПа; tпе = 214 °С .

 iп.в. – энтальпия питательной воды, кДж/кг,

iп.в. =Сп.в.· tп.в

iп.в.=4,19*110=460,9 кДж/(кг°С)

где Сп.в 4,19 кДж/(кг°С) - теплоемкость воды;

tп.в. =110 - температура питательной воды, °С (исходные данные);

i's = iкип = i´=825,6 - энтальпия кипящей воды. кДж/кг; определяется по табл. 3.2 по давлению перегретого пара Рпе=1,37 МПа (Рп.е. - исходные данные);

Dпр. -  расход воды на продувку котла, кг/с,

,

где αпр =3% - доля непрерывной продувки, % (исходные данные);

D =6,94- паропроизводительность котла, кг/с.

 

Таким образом, полное количество теплоты, полезно использованной в котле,

 

Расход топлива, подаваемого в топку котла,

,  м3/с

где QK= - полезно использованная теплота в котле, кВт; Qp = 36590 - располагаемое тепло 1 м3 газообразного топлива, кДж/ м3; ηк =91 - коэффициент полезного действия котла, %.

 

Расчет топки

 

Целью 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, производят 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 [6].

Первое приближение.

Задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топки:

θ´´т.з. = 1100 °С.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки:

,     кДж/м3

где все максимальные и минимальные величины принимаются по табл. 2.7 по принятой в первом приближении температуре продуктов сгорания.

,

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO2, Н2О):

,    1/(м3·МПа)

где - коэффициент, который определяется по номограмме 2 Приложения.

Для определения показателя необходимо определить:

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

r  - табл. 2.5, строка 4 - для топки;

rп =0,267– табл. 2.5 , строка 6 - для топки;

Рп =Р rп = 0,1* 0,267=0,0267 МПа;

S – эффективная толщина излучающего слоя в топке, м

, м

где  – объем топочной камеры, м3;

64 м2 , (согласно задания)– площадь стен топки (поверхности топки).

Активный объем топочной камеры для котлов ДЕ:

 Fф.ст. ·а, м3

где Fф.ст.=6,96*2,4=16,7– площадь фронтовой стены, м2 (согласно задания);

а , м =1,79– ширина топки (согласно задания);

 16,7 ·1,79=29,9, м3

Таким образом, эффективная толщина излучающего слоя в топке, м

=1,68, м

Рп Ѕ = 0,1 rп Ѕ = 0,0267 *1,68=0,044   м·МПа;

10Рп Ѕ = 10*0,068   =0,44,   м·МПа;

    θ´´т.з.=1100С -  температура газов на выходе из топки, которой задались.

По величинам r  , 10Рп Ѕ ,    θт.з. номограмме 2 Приложения определяется= 7,2 (1/(м·МПа)).

Таким образом, коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания:

,  ( 1/(м3·МПа))

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

,  1/м·МПа

где αТ =1,17- коэффициент избытка воздуха на выходе из топки (табл. 2.3, строка 1);

 т,п- количества атомов углерода и водорода в соединении соответственно; CmHn- содержание углерода и водорода в сухой массе топлива (состав топлива-табл. 2.1);

Т"Т.З. =  θ´´т.з. + 273 =1100+273=1373К - температура газов на выходе из топки, К,

где    θ´´т.з.=1100С - задана в начале раздела.

 

Коэффициент поглощения топочной среды:

 

где Кг =- коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания; m – коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем (частицами) сажи, при сжигании газа m = 0,1;

Критерий поглощательной способности (критерий Бугера) :

Bu =КРЅ=  *0,1*1,68=0,35, 

где К - коэффициент поглощения топочной среды,

 Р = 0,1 МПа - давление в топочной камере,

Ѕ=1,68, м- эффективная толщина излучающего слоя

Эффективное значение критерия Бугера:

 

Проектируемый котел не имеет воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

,      кДж/м3    

где αТ =1,17- коэффициент избытка воздуха в топке (табл. 2.2, строка I);

 IО.хв. =386,86-энтальпия холодного воздуха, кДж/м3 .

 кДж/м3

Полезное тепловыделение в топке :

,           

, 

где Qр = Qd i=36590 - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3 ,;

q3=0,5 - потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, % 

 

Адиабатическая температура горения топлива θа  находится по табл. 2.7 по полезному тепловыделению в топке, которое равно к энтальпии продуктов сгорания (газов) в начале топки, QT = Ia, кДж/м3.

       

                    ta= θа +273=1859,1+273=2132,1K.

Коэффициент сохранения тепла:

,       

где q5=1,25 - потери тепла от наружного охлаждения. % (п. 3.2, табл. 3.1);

ηк=91 - КПД котла, %.

 

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м3 топлива:

(Vc.)ср.,      ,кДж/(м3·К)

где  Iа= - энтальпия продуктов сгорания в начале топки, кДж/м3 ;

  = - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, кДж/м3 , =1859,1 адиабатическая температура горения, °С,

= 1100 °С - температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры.

(Vc.)ср.

Расчет среднего коэффициента тепловой эффективности экранов Ψср заполним табл. 4.1. Для примера приведем расчет фронтового экрана топки.

х= 0,95 - угловой коэффициент экранов (согласно задания);

ξ - коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытия изоляцией. Для настенных гладкотрубных и мембранных цельносварных (газоплотных) экранов при сжигании газообразного топлива

 ξ = 0,65;

Ψ=х·ξ- коэффициент тепловой эффективности экранов.

Ψ=0,95*0,65=0,62

Для неэкранированных участков топочных стен Ψ = 0;

Fпл.=16,7 - площадь стены, занятой экраном, м2 . (согласно задания).

 

Таблица 4.1- Коэффициент тепловой эффективности экранов

Наименование элемента котла	х	ξ	Ψ	Fпл.	Ψi Fпл.i
1	2	3	4	5	6
1. Фронтовой экран топки	0,95	0,65	0,62	16,7	10,354
2. Задний экран топки	0,75	0,65	0,49	16,7	8,183
3. Задний экран камеры  догорания	0,75	0,65	0,49	12	5,88
4. Левый боковой экран  топочной камеры	0,95	0,65	0,62	16,7	10,354
5. Правый боковой экран  топочной камеры	0,95	0,65	0,62	4,3	2,666
6. Выходное окно топочной  камеры	1	0,65	0,65	1,6	1,04
7.                       Итого ∑ Ψi Fпл.i	-	-	-	-	38,477

 

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов

,     

где ∑ Ψi Fпл.i , м2  -табл. 4.1, строка 7, графа 6;

∑ Fст.i _ площадь стен топочной камеры, м2 (согласно задания)

Параметр забалластированности топочных газов:

rv,    

где – по табл. 2.5 (строка 3); – по табл. 2.4 (строка 3); – по табл. 2.4 (строка 2).

rv

Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена в камерных топках относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов [9]:

,

где М0 - коэффициент для газо-мазутных топок при настенном расположении горелок М0 = 0,4; - относительная высота расположения горелок (согласно задания); , - параметр забалластированности топочных газов.

 

асчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

,

где = , 

 

Разница между температурой , полученной расчётом, и температурой θ´´т.з.=1100, которой задавались в начале расчёта больше ± 100 °С:

 

 

Поэтому необходимо второе приближение.

Перезадаемся температурой газов на выходе из топочной камеры  θ´´т.з.. Разница θ´´т. плюсовая, то во втором приближении задаются большей температурой.

Пусть θ´´т.з..=1200С.

Далее пересчитываются все величины, зависящие от температуры газов на выходе из топки θ´´т.з. , , , Кг , Кс , К, Bu, ".

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки принимается по табл. 2.7 по принятой во втором приближении температуре продуктов сгорания.

,

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO2, Н2О):

,    1/(м3·МПа)

где - коэффициент, который определяется по номограмме 2 Приложения.

Для определения показателя необходимо взять из первого приближения: r , 10Рп Ѕ = =0,44,   м·МПа;

По величинам r  , 10Рп Ѕ,    θт.з. номограмме 2 Приложения определяется= 6,8 (1/(м·МПа)).

Таким образом, коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания:

,  ( 1/(м3·МПа))

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

,  1/м·МПа

где αТ =1,17- коэффициент избытка воздуха на выходе из топки (табл.  2.3, строка 1);

 т,п- количества атомов углерода и водорода в соединении соответственно; CmHn- содержание углерода и водорода в сухой массе топлива (состав топлива-табл. 2.1);

Т"Т.З. =  θ´´т.з. + 273 =1200+273=1473К - температура газов на выходе из топки, К,

где    θ´´т.з.=1200С -  задана в начале раздела.

 

Коэффициент поглощения топочной среды:

 

где Кг =- коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания; m – коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем (частицами) сажи, при сжигании газа m = 0,1;

Критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

Bu =КРЅ=  *0,1*1,68=0,33, 

где К - коэффициент поглощения топочной среды,  Р = 0,1 МПа - давление в топочной камере, Ѕ=1,68, м- эффективная толщина излучающего слоя.

Эффективное значение критерия Бугера:

 

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м3 топлива:

(Vc.)ср.,      ,кДж/(м3·К)

где  Iа= - энтальпия продуктов сгорания в начале топки, кДж/м3 ;

= - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, кДж/м3 , =1859,1 адиабатическая температура горения, °С,

= 1200 °С - температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры.

(Vc.)ср.

Величины Та, М, Fст. , φ, Ψ  СР. , В принимаются из первого расчета, так как они не зависят от температуры  θ´´т.з..

асчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

,

где = , 

 

Во втором приближении разница , меньше ± 100 °С, поэтому для последующих расчетов:

 принимаем за окончательную температуру газов на выходе из топочной камеры и по ней находим энтальпия по табл. 2.7:

,   кДж/м3

      кДж/м3                 

Количество тепла, воспринятого в топке излучением на 1 м3 газообразного топлива:

, кДж/м3        

где – коэффициент сохранения тепла;

 – полезное тепловыделение в топке;

.

 

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры:

,  кВт/м3     

где В, м3 /с -  расход топлива, подаваемого в топку котла

, кДж/м3 – низшая теплота сгорания топлива

 м3 - объем топочной камеры

 

 должно быть меньше допустимого теплового напряжения объема топочной камеры :

qv < = 400 650 кВт/м3.

<

Удельное тепловое напряжение стен топочной камеры:

,  кВт/м2   

где φ- коэффициент сохранения тепла , В,м3 /с -  расход топлива, подаваемого в топку котла,  – полезное тепловыделение в топке; Fст. – площадь стен топки, м2  (согласно задания).

 кВт/м2.

Расчет конвективных поверхностей нагрева

 

Расчет конвективных поверхностей нагрева сведем в табл. 4.2., 4.3.