Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13

 

Уравнение теплопередачи:

.

Уравнение теплового  баланса:

 

.

В уравнении теплопередачи  коэффициент теплопередачи K является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся  так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей. Например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер – после конвективной поверхности нагрева, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.

Уравнение теплового  баланса показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания пару через конвективную поверхность нагрева. Количество теплоты Q_б, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой паром.

Расчет конвективной поверхности нагрева представлен  в таблице 6.1.

 

Таблица 6.1.

Наименование величины	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или источник определения	Расчет
1	2	3	4	5	6
1. Поверхность нагрева  конвективного пучка		м2	Из таблицы 2.1 (таблица 1.4 [1])	118
2. Диаметр труб	d	мм	Из таблицы 2.1	51
3. Шаги труб:
поперечный	s1	мм	Из таблицы 2.1	110
продольный	s2	мм	Из таблицы 2.1	100
относительный поперечный		-
относительный продольный		-
4. Живое сечение для  прохода газа		м2	Из таблицы 2.1	0,73
5. Температура  продуктов сгорания на выходе  из пучка		оС	Предварительно  задаемся	200	400
6. Энтальпия продуктов  сгорания за пучком		кДж/м3	По принятой температуре на выходе из топки по Iθ - диаграмме	3340,5	6839,7
7. Температура продуктов  сгорания на входе в пучок		оС		974
8. Энтальпия продуктов  сгорания на входе в пучок		кДж/м3	Из таблицы 4.1 – п.28	17218,6
9. Тепловосприятие пучка по уравнению теплового баланса		кДж/м3
10. Средняя температура  потока продуктов сгорания в  газоходе		оС
11. Температурный напор  в пучке		оС
Температура насыщения		оС	По  таблице II-II [5]	191,6

 

 

1	2	3	4	5	6
12. Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе		м/с
13. Коэффициент теплоотдачи  конвекцией от продуктов сгорания  к поверхности нагрева
Коэффициент теплоотдачи			Зависит от и d , определяется по номограмме рис.6.1 [1]	42,5	41
Поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания		-	Рисунок 6.1 [1]	1	1
Поправка на компоновку пучка, определяется при поперечном омывании коридорных пучков		-	Рисунок 6.1 [1]	1	1
Коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется при поперечном омывании коридорных пучков труб		-	Зависит от и , определяется по рисунку 6.1 [1]	1,07	1,05
14. Степень черноты газового потока
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
Толщина излучающего  слоя	s	м
15. Коэффициент теплоотдачи  излучением от продуктов сгорания  к поверхности конвективных пучков
Коэффициент теплоотдачи  излучением			Зависит от и , определяется по рисунку 6.4 [1]	69		88
Температура загрязнения  стенки  (Δt=25 оС – для газа)		оС
Степень черноты продуктов  сгорания	а	-	Зависит от kps, определяется по таблице 5.6 [1]	0,18		0,172
Поправка по температуре		-	Зависит от и , определяется по рисунку 6.4 [1]	0,965		0,975
16. Суммарный коэффициент  теплоотдачи от продуктов сгорания  к поверхности нагрева
Коэффициент использования			Для поперечно омываемых  пучков (п.10 стр. 39 [1])	1

 

1	2	3	4	5	6
17. Коэффициент теплопередачи	К
Коэффициент тепловой эффективности		-	По таблице 6.2 [1] в зависимости  от вида сжигаемого топлива	0,85
18. Средний температурный  напор		оС
19. Количество теплоты,  воспринятое поверхностью нагрева		кДж/м3
20. Действительная температура продуктов сгорания за КП		оС	По рисунку 1	295
21. Энтальпия  продуктов сгорания на выходе  из топки		кДж/ м3	По действительной температуре продуктов сгорания на выходе из конвективного пучка из Iθ – диаграммы (интерполируя)	5145,5
22. Количество  тепла, выделенного в топке		кДж/ м3

 

 

 

Рисунок 6.1 – Графическое определение расчетной температуры продуктов сгорания за пучком.

 

 

 

7 Расчет водяного экономайзера

 

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего  применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — стальные.

При этом в котельных агрегатах  горизонтальной ориентации производительностью  до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель.

Для рассматриваемого котельного агрегата принимаем экономайзер типа ЭП1-94 с трубами системы ВТИ длиной 2 м. Характеристику труб приводится в таблице 7.1.

 

Таблица 7.1 – Характеристика труб водяного экономайзера ЭП1-94.

 

№ п/п	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Источник определения	Расчёт
1	Поверхность нагрева  одной трубы		м2	Стр. 318 [2]	2,95
2	Живое сечение труб		м2		0,12
3	Количество труб в  ряду		шт.		2

 

Весь тепловой расчет водяного экономайзера сводим в таблицу 9.

7 НЕВЯЗКА  ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

 

 

Таблица 7.1 – Расчет невязки теплового баланса

Наименование  величины	Обозначение	Размерность	Формула или источник определения	Расчет
1. Невязка теплового  баланса	-
2. Невязка теплового  баланса

 

 

 

8 Аэродинамический расчет котельного агрегата

8 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

 

Движение продуктов сгорания и воздуха, рассматриваемое как  движение вязких жидкостей, имеет турбулентный характер и происходит при изменяющейся температуре, так как продукты сгорания охлаждаются. При движении продуктов сгорания, обладающих вязкостью, возникают сопротивления, препятствующие движению. На преодоление этих сопротивлений затрачивается часть энергии, которой обладает движущийся поток жидкости. Сопротивления обусловлены силами трения движущегося потока о стенки канала и возрастанием внутреннего трения в потоке при появлении на его пути различных препятствий. Для преодоления сопротивлений движущийся поток должен обладать определенным избыточным напором, который по мере продвижения по тракту будет падать.

Таким образом, при выборе газовоздушного тракта котельной установки  серьезное внимание должно уделяться  рациональной компоновке и трассировке  газовоздухопроводов. Схема газового и воздушного тракта должна быть простой  и способствовать повышению надежности и экономичности работы установки. В связи с этим даже в установках малой мощности рекомендуется применять индивидуальную компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без отводных газоходов и соединительных коллекторов.

Схема и расположение газовоздухопроводов  должны выбираться так, чтобы сопротивление  тракта было минимальным при оптимальных  скоростях потока. Как преимущественные на протяженных прямых участках рекомендуются  газовоздухопроводы круглого сечения, так как на их изготовление расходуется меньше металла и изоляции по сравнению с газовоздухопроводами квадратного, и особенно прямоугольного, сечения. Газоходы паровых и водогрейных котлов, работающих на взрывоопасных топливах (торф, мазут, природный газ), не должны иметь участков, в которых возможны отложения несгоревших частиц или сажи, а также застойных, плохо вентилируемых зон. Такими участками чаще всего являются соединительные короба и перемычки, лежащие вне основного потока. При устройстве обходных газоходов, направляющих продукты сгорания мимо поверхности нагрева, золоуловителя или особенно дымососа, рекомендуется последовательная установка двух плотных шиберов на прямых участках с возможно меньшей скоростью потока.

В местах резких поворотов  потока для частичного улавливания золы иногда устраивают бункера (например, под хвостовыми поверхностями нагрева). Однако это приводит к усложнению условий эксплуатации и не обеспечивает эффективного улавливания летучей золы. Поэтому установка бункеров под резкими поворотами не рекомендуется.

 

Целью аэродинамического  расчёта котельной установки  является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе определения тяговой и дутьевой систем и перепада давлений в газовом тракте. Расчет сопротивлений газового тракта паровых котлов производится в соответствии с нормативным методом, разработанным ЦКТИ («Аэродинамический расчет котельных установок», изд. 3-е, Л.: Энергия, 1977/1961).

Расчет, выполненный ниже, учитывает сопротивления конвективного  пучка труб, местные сопротивления  при движении продуктов сгорания, сопротивление водяного экономайзера. Сопротивления газоходов, дымовой трубы, подводов к дымососу и других местных сопротивлений, а также самотягу дымовой трубы данный расчет не  учитывает, в связи с отсутствием исходных данных по компоновке котельной а также сведений о экологических условиях места размещения котельной.