Тепловой расчет котла

1−3;р — давление в газоходе, для котлов без наддува принимается равным 0,1 МПа. где: рП = rПр=0,126*0,1=0,0126-парциальное давление трехатомных газов, МПа;rП=0,126-среднее значение для обоих конветивных пучков.

р — давление в газоходе котла (для котлов, работающих без наддува, принимается р = 0,1 МПа);- объемная доля водяных паров, берется из табл. 1−3; - среднее значение для обоих конветивных пучков. — абсолютная температура на выходе после газоходов, К (принята предварительно).S=1,34(мМПа)-1,(мМПа)-1.kps1= kГ1rПps=45,75*0,0126*0,1*1,34=0,077,kps2= kГ2rПps=46,8*0,0126*0,1*1,34=0,079. Рис. 1−7. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных, гладкотрубных пучков.Рис.

1−8. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков.Рис. 1−10. Коэффициент теплоотдачи излучением.

9. Определяется коэффициент теплоотдачи Л, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, (Втм2/К): — для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива), Л1 = Н1ас

Г1=70*0,19*0,97=12,9Втм2/К;Л2 = Н2ас

Г2=65*0,19*0,965=11,9Втм2/К;Где:Н — коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис. 1−10, Н1=70 (Втм2/К), Н2=65 (Втм2/К)а — степень черноты;

а=0,19 — коэффициент, определяется по рис. 6.

4.=0,97; =0,965Для определения и коэффициента вычисляется температура загрязненной стенки (°С)tЗ = t + t=119,6+60=179,6где t — средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, °С;t=119,6 °С.t — при сжигании твердых и жидких топлив принимается равной 60 °C, 10. Подсчитывается суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности, нагрева,(Втм2/К), 1 = (К + Л);11 = (К + Л1)=132,3+12,9=145,2 Втм2/К;12 = (К + Л2)=132,3+11,9=144,2 Втм2/К;где: — коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного смывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимается = 1.

11. Вычисляется коэффициент теплопередачи, (Вт/м2К):K = 1;K1 = 11=0,65*145,2=94,4 Вт/м2К;K2= 12=0,65*144,2=93,7 Вт/м2К;где — коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл. 1−7 в зависимости от вида сжигаемого топлива.

12. Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемоготоплива,(кДж/к):;Температурный напор t определяется для прямотока, перекрестного тока с числом ходов более четырех при постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверхности нагрева) как среднелогарифмическая разность температур (°С),=980−167=793 0С,=250−167=63 0С,=200−167=13 0С,.Таблица 1−7Коэффициент тепловой эффективности для конвективныхповерхностей нагрева при сжигании природного газа. Поверхность нагрева

Скорость продуктов сгорания, м/сЗначение При сжигании природного газа:

Первые и вторые ступени экономайзеров с очисткой поверхности нагрева дробью12…

204…

120,65…0,60,7…0,65Котельные пучки котлов малой мощности, фестоны4…

120,65…0,6Экономайзеры котлов малой мощности (при температуре воды на входе 100 °C и ниже)

4…120,55…0,5Примечание: Большие значения коэффициента тепловой эффективности принимаются для меньшей скорости;.Рис. 1−11. Графическое определение расчетной температуры.

13. По принятым двум значениям температуры / и //и полученным двум значениям QБ и QТ производится графическая интерполиция для определения фактической температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Q = f (//), показанная на рис. 1−11. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания //Р=1760С, которую следовало бы принять при расчете. Так как значение //Р отличается от одного из принятых предварительно значений /Р и //Рне более чем на 50 °C, то расчёт будет завершен повторно определив QТ, сохранив прежний коэф. теплопередачи,=7930С,=176−167=90С,.Расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С),°С.

14. Оценим эффективность работы поверхностей нагрева котлоагрегата по величине, называемой тепловым напряжением поверхности нагрева, кВт/м2,qH=Q/H;qHК=Q/HК=(QтВр)/ HК=(10 900*0,12)/67=19,5 кВт/м2, (- значение тепловых напряжений конвективных поверхностей, обычно составляют 5…20 кВт/м2).

10. Конструктивный расчет экономайзера

Конструктивный тепловой расчет выполняется с целью определения требуемой поверхности нагрева экономайзера для известных температур и энтальпий продуктов сгорания до и после экономайзера. По полученной поверхности нагрева устанавливают конструктивные характеристики экономайзера: число труб, число колонок и число рядов труб. Эти данные используются при компоновке чугунного водяного экономайзера. В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные экономайзеры. Проводим расчет водяного чугунного экономайзера по следующей последовательности:

1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты (кДж/кг), которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов: QБ = (I /ЭК — I //ЭК + ЭКI0ЭК), где I /ЭК — энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева, I /ЭК=3638 кДж/кг, при //Р=176 0С ;I //ЭК — энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 1−4 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов, I //ЭК =3111 кДж/кг, при tух=150 0С;- коэффициент сохранения теплоты, определённый при расчёте топки;=0,97ЭК — присос воздуха в экономайзер, I0ЭК — энтальпия теоретического количества воздуха, определяется по формуле: I0ЭК=39,8V0=39,8*10,51=418,3 кДж/кг.QБ =0,97(3638−3111+0,1*418,3)=551,8 кДж/кг.

2. Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в экономайзере, определить энтальпию воды после экономайзера (кДж/кг), где: i/ЭК — энтальпия воды на входе в экономайзер, i/ЭК= iпв=80*4,2=336 кДж/кг;D — паропроизводительность котла, D=6,5т/ч=1,8 кг/с;DПР — расход продувочной воды, DПР= D*0,05=0,09 кг/с. кДж/кг.По энтальпии воды после экономайзера и ее давлению из таблиц для воды и водяного пара определить температуру воды после экономайзера t //ЭК:t //ЭК=(1000)/4200=(371*1000)/4200=880С.

3. В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определить температурный напор по уравнению :150 150 176,=176−150=26 0С,=150−80=700С, Т804. Выбираю число труб в ряду экономайзера с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной паропроизводительности котла. Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров ВТИ приведены в табл. 1−9. Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть не менее 3 и не более 10. Таблица 1−9Конструктивные характеристики труб чугунного экономайзера ВТИ: Характеристика одной трубы

Экономайзер ВТИДлина, мм1500

Площадь поверхности наг-рева с газовой стороны, м22,18Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м20,0885

Определить действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере (м/с), где: BР — расчетный расход топлива, кг/с;VГ — объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха, определяется из табл. 1−3;VГ =15,09 м3/кг ЭК — среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономай-зере, ЭК=(176+150)/2=163 °С;FЭК — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания: FЭК = z1FТР =6*0,088=0,528 м², где:FТР — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, берется из табл. 1−9;z1 — число труб в ряду, принимаемz1=6;6. Определить коэффициент теплопередачи. Для чугунных экономайзеров коэффициент теплопередачи К =КНс=25*1,02=25,5 Вт/м2К, определяется с помощью номограммы рис. 1−12.

7. Определить площадь поверхности нагрева водяного экономайзера (м2):.

8. По полученной поверхности нагрева экономайзера из таблиц 9.1,9.2[4] выбираем ближайшую большую поверхность заводского экономайзера и окончательно устанавливаются его конструктивные характеристики:

экономайзер ЭП2−94:

9. Определить невязку теплового баланса (кДж/кг):Q = QРРк — (QЛ + QК П + QЭК) (1- q4), где, QК, QЭК — количества теплоты, воспринятые лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками и экономайзером; в формулу подставляют значения, определенные из уравнения теплового баланса. QЛ=Qт*=38 428*0,65=24 978 кДж/кг, Q = 38 144,5*0,91 — (24 978 + 10 900 + 551,8) (1- 0)= -1718,3 кДж/кг, При правильном расчете невязка не должна превышать 5%:.Pис. 1−12. Коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеровPис. 1−13. Труба чугунного экономайзера:

Рис. 1−14. Чугунные экономайзеры:

а) блочный двухколонковый экономайзер с металлической обшивкой; б) блочный двухколонковый экономайзер с кирпичными стенами:

1 — трубы чугунные; 2 — металлическая обшивка; 3 — плиты теплоизоляционные; 4 — обдувочный аппарат; 5 — металлическая рама; 6 — калачи; 7 — манометр; 8 — термометр; 9 — предохранительный клапан; 10 — трубопровод питательный; 11 — газовая перегородка.

10. Разработать схему движения воды в соответствии с полученными данными и рис. 1−15. При разработке схемы учесть следующие требования:

подвод питательной воды к экономайзеру осуществляется к его менее нагретой, нижней части. При двухколонковом экономайзере — ко второй колонке. При этом организуется противоточная схема движения теплоносителей.

11. Толщину боковых стен изоляции принять 100 мм

Рис. 1−15. Схема движения воды в экономайзерах:

а) — одноколонковый экономайзер; б) двухколонковый экономайзер

Список литературы

Сомов В. В. Котельные установки / ВИСИ.

СПб., 1996

Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособие.

Л.: Энергоатомиздат, 1989. 280 с. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. — М.:Энергия, 1973. ;

295 с. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под ред. К. Ф. Роддатиса. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 488 с. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства: Отраслевой каталог 15−83. М.: НИИЭИнформэнергомаш, 1983.

— 226 с. Урушев М. В. Теплофизические свойства рабочих тел и материалов / ЛВВИСУ.

СПб., 1978