Расчет котлоагрегата ДКВР 10-23

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами , м·МПа

 

, (м×МПа) .

 

 

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, , м·МПа _, определяется по номограмме (рисунок 4.3) или по формуле:

 

 

,                             (4.13)

 

Где  парциальное давление трехатомных газов = , МПа;

Давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува p , принимается p = 0.1 МПа;

Объемная доля водяных паров r_H2O , берется из таблицы 2.1;

Температура газов на выходе из топки , К (равна принятой по предварительной оценке).

 

, (м·МПа) .

 

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами ,м·МПа , определяется по формуле:

 

  _,                              (4.14)

 

где , - содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

 

, (м·МПа) _.

 

 

 

 

Рисунок 4.3 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

 

 

 

 

 

 

5 Расчет конвективной поверхности нагрева

 

5.1 Расчет конвективного пучка котла

 

Тепловой расчет конвективной поверхности  служит для определения количества передаваемого тепла и сводится к решению системы двух уравнений – уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи.

Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях.

По конструктивным данным подсчитывается:

Поперечный шаг труб (по чертежу):S₁ = 110мм.

поперечный  σ₁:

 

σ1 = S1/d, 

 

σ₁ = 110/0,010 = 11 мм.

 

Продольный шаг труб (по чертежу):S₂ = 100 мм.

поперечный  σ₂:

 

σ2 = S2/d,

 

σ₁ = 100/0,010 = 10 мм.

 

Основными уравнениями  при расчете конвективного теплообмена  являются:

 

Уравнение теплопередачи,_,кВт, определяется по формуле:

 

_{,                                                            (5.1)}

 

Где коэффициент теплопередачи K, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м²·K);

Расчетный расход топлива Вр, кг/c; 

 Температурный напор Δt, ^оС.

 

 

 _кВт.

 

 

Теплота, отданная продуктами сгорания из уравнения теплового баланса, кВт, определяется по формуле:

 

_,                                             (5.2)

 

где H^/ и H^// - энтальпия газов до и после газохода, определяемая по H-J - диаграмме КДж/м³;

Коэффициент сохранения теплоты от наружного охлаждения φ , принимается из теплового баланса котла;

Количество теплоты , вносимое присасываемым в газоход воздухом, кДж/кг.

 

кВт.

 

Расчет  считается завершенным при выполнении равенства:

 

Q_т =Q_б

 

Температурный напор Δt, ⁰С, определяется по формуле:

 

Δt= – t_к,                                                 (5.3)

 

Где температура охлаждающей среды  t_к, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, ^оС.

       Расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе , ^оС .

 

Δt= 1000-760=190⁰С.

 

Расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе , (^оС), рассчитывается по формуле:

 

                                                                          

^{,                                                  (5.4)}

 

Где - средняя температура газов на входе в поверхность и на выходе из нее.

 

^оС.

 

Площадь поверхности  нагрева Н, расположенная в рассчитываемом газоходе, (м²), рассчитывается по формуле:

 

Н =πdln,                                                        (5.5)

 

Где n - число труб наружным диаметром d (м) в газоходе;

l - длина труб, соответствующая высоте газохода, м.

 

Н = 48.51м².

 

Коэффициент теплопередачи от газов к нагреваемой среде, Вт/(м²·K), подсчитывается из выражения:

 

k=ψα_1,     (5.6)

 

Где коэффициент теплопередачи от газов к стенке α₁ , Вт/(м²×K);

Коэффициент тепловой эффективности ψ, определяется по таблице 5.1.

 

k=0.65*106=68,9 Вт/(м²·K).

 

          Таблица 5.1

 

Коэффициент тепловой эффективности  ψ для конвективных поверхностей нагрева при сжигании  мазута и газа

 

Поверхность нагрева	Скорость продуктов сгорания, м/с	Значение ψ
При сжигании мазута
Первые и вторые ступени  экономайзеров	12-20	0,65-0,6
с очисткой поверхности нагрева  дробью	4-12	0,7-0,65
Пароперегреватели, расположенные в  конвективной шахте, при очистке  дробью, а также коридорные пароперегреватели  в горизонтальном газоходе, без очистки; котельные  пучки котлов малой мощности,	12-20	0,6
фестоны	4-12	0,65-0,6
Экономайзеры котлов малой мощности (при температуре воды на входе  100 оС и ниже)	4-12	0,55-0,5

 

 

 

 

Для определения  α_н и коэффициента с_г вычисляется температура загрязненной стенки t_3, ^оС, по выражению:

 

t₃ = t + Δt,     (5.7)

 

Где средняя температура охлаждающей среды t;

Δt  при  сжигании твердых и жидких топлив принимается равным 60^оС.

 

t₃ = 195.04 + 110 = 305.04^оС.

 

 

Средняя скорость газов в газоходе , м/с, определяется по формуле:

 

,     (5.8)

 

Где объем дымовых газов в газоходе V_г,  м³/кг  (таблице. 2.1),

Расчетный расход топлива Вр, кг/c. см формулу (3.12); 

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания F, м² ;

Средняя расчетная температура продуктов сгорания , ^оС.

 

м/с.

 

Эффективная толщина излучающего слоя S,для гладкотрубных пучков, м, определяется по формуле:

 

_,                     (5.9)

 

м.

 

Температурный напор Δt определяется для прямотока, перекрестного тока с числом ходов более четырех при постоянной температуре одной из сред, как средне логарифмическая разность температур, ^оС, определяется по таблице:

 

 ^оС                                            (5.10)

 

 

 

 

 

Рисунок 5.1 Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков

 

 

Рисунок 5.2 Коэффициент теплоотдачи излучением

 

                    1200

 

 800

 

 

 760                                                             660

 

               

 

 

 

Рисунок 5.3 Изменение температуры теплоносителей в конвективном пучке

 

5.2 Расчет водяного экономайзера

 

Водяные экономайзеры устанавливают  для снижения температуры уходящих газов, а следовательно, для повышения  коэффициента полезного действия котельной  установки.

В настоящее время изготавливают  только один тип водяных чугунных экономайзеров – водяные экономайзеры системы ВТИ. Их собирают из чугунных ребристых труб различной длины, соединяемых между собой специальными фасонными частями – калачами.

 

В таблице  5.2 приведены основные данные ребристых труб экономайзеров системы ВТИ.

 

Таблица 5.2

Конструктивные  характеристики труб чугунных экономайзеров

 

Длина трубы,  мм	Число ребер  на трубе	Масса одной трубы, кг	Поверхность нагрева с газовой  стороны, hэ, м2	Живое сечение для прохода газов, fэ, м2
1500	55	52,5	2,18	0,088
2000	75	67,7	2,95	0,12
2500	95	83,6	3,72	0,152
3000	115	99,3	4,49	0,184

 

Скорость  газов в экономайзере принимают в пределах 6…9 м/с, но не менее 3 м/с. Скорость воды в трубах может изменяться в пределах 0,3…1,5 м/с.

 

По известным энтальпиям газов  на входе в экономайзер ( ) и на выходе из него ( ) определяют тепловосприятие экономайзера по уравнению теплового баланса ,кВт, по формуле:

 

_,  (5.11)

 

Где энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер , определяется из таблицы 2.2 по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева, КДж/м³;

Энтальпия уходящих газов , определяется из таблицы 2.2 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов, КДж/м³;

Коэффициент сохранения теплоты , определяется по формуле (3.13);

Присос воздуха в экономайзер , принимается по таблице 2.3;

Энтальпия теоретического количества воздуха , определяется по формуле (3.6).

 

кВт.

 

           Энтальпия воды после водяного экономайзера , кДж/кг, определяется по формуле:

 

,                                            (5.12)

 

          Где энтальпия воды на входе в экономайзер , кДж/кг;

Паропроизводительность котла D , кг/c;

Расход продувочной воды D_пр, кг/c.

 

кДж/кг.

 

Действительная скорость газов в экономайзере , м/с, подсчитывается по выражению:

 

 

_, (5.13)

 

Где расчетный расход топлива , кг/c или м³/c;

Объем  продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха , определяется из таблицы 2.1;

Среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере , ^оС;

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания , м².

 

м/с.

 

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания ,

при установке чугунного  водяного экономайзера,м², определяется по формуле:

 

,                                              (5.14)

 

Где  площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы , берется из таблицы 5.1;

- число труб в ряду.

 

м².

 

          Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²). Для чугунных экономайзеров, определяется с помощью номограммы рисунок 5.1, по формуле:

 

,                                               (5.15)

 

       Вт/(м²).

 

            Температура загрязненной стенки водяного экономайзера , ^оС, определяется по формуле:

 

,                                              (5.16)

 

             Где средняя температура охлаждающей среды t, принимается равной полусумме температур воды на входе в экономайзер и на выходе из него, ^оС;

 – при температуре продуктов сгорания при слоевом сжигании твердого топлива принимается равным 60^оС.

 

=170^оС.

 

Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера ,м², определяется по формуле:

 

,                                               (5.17)

 

Где коэффициент теплопередачи k_э, определяется по рисунку 5.1.

 

 м².

 

 

 

 

 

 

Невязка теплового баланса Δ*, кДж/кг, определяется по формуле:

 

_,                           (5.18)

 

Где количество теплоты, восприняты лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками и экономайзером ,, ; в формулу подставляют значения из уравнения баланса .

 

кДж/кг.

 

 

 

 

Рисунок 5.1 Коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров

 

 

 

 

 

 

5.3 Расчет воздухоподогревателя

 

Этот расчет выполняется согласно рекомендации [1].

 

Водяные экономайзеры устанавливают  для снижения температуры уходящих газов, а следовательно, для повышения  коэффициента полезного действия котельной  установки.