Поверочный расчет конвективных поверхностей нагрева котла ТП–230
Характерной особенностью парогенераторов этой серии является наличие двух барабанов, соединенных по пару и воде между собой пароперепускными трубами. Начальная стадия отделения пара от воды происходит в основном в разделительном барабане меньшего диаметра. Последующее осушение пара происходит в основном барабане большего диаметра. Водоопускные трубы включены в основной барабан около его нижней… Читать ещё >
Поверочный расчет конвективных поверхностей нагрева котла ТП–230 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Курсовая работа Поверочный расчет конвективных поверхностей нагрева котла ТП-230
Самара 2013
Содержание Введение Задание
1. Описание конструкции котла
2. Расчетные характеристики топлива
3. Коэффициенты избытка воздуха
4. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц
5. Энтальпии продуктов сгорания
6. Тепловой расчет пароперегревателя I ступени (по ходу газов)
7. Конструктивный расчет пароперегревателя II ступени (по ходу газов)
8. Поверочный расчет воздухоподогревателя I ступени
9. Поверочный расчет водяного экономайзера I ступени
10. Поверочный расчет II ступени воздухоподогревателя
11. Конструктивный расчет водяного экономайзера II ступени
12. Расчет невязки теплового баланса котла Литература
Введение
Котельный агрегат является сложным теплообменным аппаратом, в котором происходит горение топлива, осуществляется процесс передачи тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева и от них к рабочему телу — котловой воде и пару. При постоянной нагрузке в каждой точке котла устанавливаются вполне определенные значения параметров воды, пара и греющих газов, коэффициентов теплопередачи.
Системы уравнений материальных и энергетических балансов связывают величины параметров рабочего тела и продуктов сгорания с величинами поверхностей нагрева, их конструктивными характеристиками.
Студенты кафедры «Тепловые электрические станции» по профилям «Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях» и «Тепловые электрические станции» выполняют курсовую работу и курсовой проект по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы» .
В практикуме по выполнению курсовой работы даются рекомендации по расчету топки котла и фестона, которые являются предметом курсовой работы. В данном учебном пособие приведены описания компоновки и конструкции парового котла ТП-230, физических процессов, происходящих в поверхностях нагрева, даны указания к проведению теплового расчета конвективных поверхностей нагрева этого котла, что является предметом курсового проекта по курсу «Котельные установки и парогенераторы» .
В курсовом проекте проводится конструктивно-поверочный расчет, который обязателен при проведении поверочного расчета котла при переводе его на сжигание топлива, элементный состав которого отличен от расчетного.
При поверочно-конструктивном расчете тепловой расчет обычно завершают на одной из конвективных поверхностей нагрева — чаще всего на второй ступени водяного экономайзера. Результатом такого расчета является определение величины ее поверхности нагрева.
Задание Произвести поверочный тепловой расчет отдельных поверхностей нагрева и свести тепловой баланс котла ТП-230.
Характеристика котла ТП-230
1. Номинальная паропроизводительность Dном=212 т/ч=58,9 кг/с.
2. Температура перегретого пара tпп=497є C.
3. Давление перегретого пара pпп=10,7 MПа.
4. Давление в барабане котла pбар=11,5 МПа.
5. Температура питательной воды tпв =192єС.
6. Давление питательной воды рпв=12,7 МПа.
7. Вид топлива: каменный уголь, месторождение Межреческое, марка ГЖ, класс Р.
8. Топка имеет металлическую наружную обшивку.
1. Описание конструкции котла По характеру движения рабочей среды парогенератор ТП-230 относится к агрегатам с естественной циркуляцией. Рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, состоящему из обогреваемых и не обогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами-коллекторами и барабанами. В обогреваемой части контура вода частично испаряется, образовавшийся пар отделяется от воды в барабанах и, пройдя через пароперегреватель, подается на турбину. Испарившаяся часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан.
Парогенератор ТП-230 выполнен по П-образной схеме. В одной его вертикальной шахте расположена топочная камера, в другой экономайзер и воздухоподогреватель, вверху в поворотном горизонтальном газоходе размещается конвективный пароперегреватель.
Характерной особенностью парогенераторов этой серии является наличие двух барабанов, соединенных по пару и воде между собой пароперепускными трубами. Начальная стадия отделения пара от воды происходит в основном в разделительном барабане меньшего диаметра. Последующее осушение пара происходит в основном барабане большего диаметра. Водоопускные трубы включены в основной барабан около его нижней образующей.
Размещение над топочной камерой двух барабанов хорошо компонуется с конструкцией топочных экранов. Сверху топка ограничивается потолочными трубами, которые являются продолжением труб фронтального экрана и включаются верхними концами непосредственно в разделительный барабан.
Дымовые газы выходят из топочной камеры через разведенные (фестонированные) в 4 ряда трубы заднего экрана, также включенные верхними концами в разделительный барабан.
Подъемные трубы работают друг с другом параллельно, однако их конфигурация, длина, освещенность факелом различна. Для обеспечения надежной циркуляции их группируют в отдельные контуры. В контур циркуляции включают подъемные трубы, идентичные по своему гидравлическому сопротивлению и тепловой нагрузке. Каждый отдельный контур имеет свои опускные трубы. В котле ТП-230 16 контуров циркуляции; по 3 контура на боковых экранах и по 5 на фронтовом и заднем экранах Пароперегреватель чисто конвективного типа. Регулирование температуры перегретого пара производится двумя пароохладителями поверхностного типа. Охлаждение и частичная конденсация пара осуществляется за счет нагрева части питательной воды, отводимой с этой целью из питательной линии в пароохладитель.
Двухступенчатый экономайзер, служащий для подогрева питательной воды уходящими газами, состоит из отдельных пакетов змеевиков.
Трубчатый воздухоподогреватель, предназначенный для нагрева дутьевого воздуха, транспортирующего угольную пыль при сжигании твёрдого топлива и подаваемого в зону горения топлива, состоит из двух ступеней, между которыми размещается нижняя часть (ступень) экономайзера.
2. Расчетные характеристики топлива
— влажность Wp=11,0;
зольность Аp=22,3
сера колчеданная SPk=2,1
сера органическая SPop =1,0;
— углерод Сp=52;
водород Hp=3,7;
азот Np=1,1;
кислород Оp=6,8.
Низшая теплота сгорания Q p H =20,52 МДж/кг.
Приведенные характеристики, %, кг/МДж:
— влажность WП =2,24
— зольность АП =4,55
Коэффициент размолоспособности Кло=
Выход летучих на горючую массу VГЛ =44,0%.
3. Коэффициенты избытка воздуха Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерной топки с твердым удалением шлака принимаем по таблице 1.7 [1], б=1,2.
Присосы воздуха в газоходах котла (на выходе из газохода) принимаем по табл. 1.8 [1]:
— присосы воздуха в топку? бт=0,08;
присосы воздуха в фестон? б ф =0;
присосы воздуха в пароперегреватель II ст. ?б ппII =0,0l5;
присосы воздуха в пароперегреватель I ст. ?б ппI=0,015;
присосы воздуха в экономайзер II ст. ?б экII =0,02;
присосы воздуха в воздухоподогреватель II ст. ?б впII =0,03;
присосы воздуха в экономайзер I ст. ?б экI =0,02;
присосы воздуха в воздухоподогреватель I ст. ?б впI =0,03;
присосы воздуха в систему пылеприготовления? б пл =0,l.
4. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц Таблица 1. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц
Величина и расчетная формула | Газоход | |||||||
Топка, фестон | п/п I ст. | п/п II ст. | эк. II ст. | вп. II ст. | эк. I ст. | вп. I ст. | ||
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева б" =бт+??бi | 1,2 | 1,215 | 1,23 | 1,25 | 1,28 | 1,3 | 1,33 | |
2. Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева бср =(б'+б")/2 | 1,2 | 1,2075 | 1,2225 | 1,24 | 1,265 | 1,29 | 1,315 | |
3. Объем водяных паров, м3/кг | 0,566 | 0,567 | 0,568 | 0,570 | 0,572 | 0,574 | 0,576 | |
4. Полный объем газов, м3/кг | 6,620 | 6,660 | 6,738 | 6,830 | 6,962 | 7,093 | 7,224 | |
5. Объемная доля водяных паров | 0,085 | 0,085 | 0,084 | 0,083 | 0,082 | 0,0809 | 0,079 | |
6. Объемная доля трехатомных газов | 0,140 | 0,139 | 0,138 | 0,136 | 0,133 | 0,131 | 0,128 | |
7. Доля трехатомных газов и доля водяных паров. | 0,225 | 0,224 | 0,222 | 0,219 | 0,215 | 0,211 | 0,207 | |
8. Масса дымовых газов при сжигании твердого топлива, кг газов/кг сож. топл. | 8,780 | 8,827 | 8,928 | 9,05 | 9,219 | 9,388 | 9,553 | |
9. Безразмерная концентрация золовых частиц кг золы/кг газов | 0,0348 | 0,0346 | 0,0342 | 0,0338 | 0,3 318 | 0,0325 | 0,0320 | |
5. Энтальпии продуктов сгорания Таблица 2. Энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг (Н — таблица)
Поверхность нагрева | |||||||
Топочная камера, фестон | 3514,6 2473,4 2142,4 1817,8 1494,2 1170,4 | 24 354,6 22 664,4 20 160,6 17 683,2 15 243,6 12 835,7 10 493,2 | 768,4 668,6 573,8 484,2 368,9 234,6 | ||||
Пароперегреватель I ст. | 1494,2 1170,4 | 10 493,2 | 234,6 | ||||
Пароперегреватель II ст. | 1494,2 1170,4 859,2 560,4 | 10 493,2 5984,5 3888,5 | 234,6 171,3 110,1 | ||||
Экономайзер II ст | 1170,4 859,2 560,4 | 5984,5 3888,5 1396,7 | 234,6 171,3 110,1 51,7 | ||||
Воздухоподогреватель II ст. | 859,2 560,4 | 5984,5 3888,5 1396,7 | 171,3 110,1 51,7 | ||||
Экономайзер I ст | 859,2 560,4 136,4 | 5984,5 3888,5 1396,7 933,1 | 171,3 110,1 51,7 24,7 | ||||
Воздухоподогреватель I ст. | 560,4 136,4 | 3888,5 1396,7 933,1 | 110,1 51,7 24,7 | ||||
6. Тепловой расчет пароперегревателя I ступени (по ходу газов) котел топливо водяной экономайзер Исходные данные:
Наименование | Значение | |
Сталь | 15ХМ | |
Число змеевиков по ширине котла | ||
Наружный диаметр труб, dн | 42 мм | |
Живое сечение для прохода газов, fг | 40,3 м² | |
Живое сечение для прохода пара, fп | 0,087 м² | |
Поперечный шаг, S1 | 133 мм | |
Продольный шаг, S2 | 150 мм | |
Поверхность теплообмена, F | 620 м² | |
Расположение труб в пучке | коридорное | |
Направление движения среды | прямоток | |
Рис. 6.1.Расчетная схема пароперегревателя первой ступени.
Параметры пара на входе и выходе пароперегревателя I ступени Температуру и энтальпию газов на входе в пароперегреватель первой ступени принимаем равными температуре и энтальпии газов на выходе из фестона:
оС;
кДж/кг.
Принимаем температуру газов на выходе из пароперегревателя первой ступени: оС.
По принятой температуре, используя табл. 2.2. находим энтальпию газов на выходе из пароперегревателя первой ступени:
кДж/кг.
Количество теплоты, отданное дымовыми газами пароперегрева-телю первой ступени определяется по формуле (5.5) стр. 52. [1]:
(1)
где ц=0,99 — коэффициент сохранения теплоты (п. 3.7. [3]);
Дб — присосы воздуха в пароперегреватель первой ступени (табл. 1.8. стр. 19[1]);
— энтальпия присасываемого воздуха (п. 3.2. [3]), кДж/кг;
кДж/кг.
Количество теплоты, воспринятое паром в пароперегревателе первой ступени, определяется по формуле (5.7) стр. 52. 1]:
(2)
где — расход пара, кг/с;
— расчетный расход топлива с учетом механического недожога, кг/с;
— энтальпия пара на входе, кДж/кг;
— энтальпия пара на выходе, определяется по табл. XXV при оС и МПа, кДж/кг;
— теплота, получаемая поверхностью пароперегревателя первой ступени излучением из топки, кДж;
где — тепло, полученное фестоном излучением из топки (п. 5.3. 3]), кДж/кг;
— теплота излучением из топки на фестон (п. 5.3[3]), кДж/кг;
кДж/кг.
Т.к. можно выразить и найти :
кДж/кг.
По полученной энтальпии находим температуру пара на входе в пароперегреватель первой ступени:
оС.
Температурный напор в пароперегревателе первой ступени определяется по формуле:
; (3)
оС;
оС;
оС.
Средняя температура газов в этой ступени пароперегревателя:
оС.
Скорость газов определяем по формуле (6.7) стр. 121. [1]:
(4)
где — объем газов при сгорании 1 кг. топлива (табл. 2.1. [3]), м/кг3.
м/с.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке для гладкотрубных пучков принимаем по табл. 6.1. стр. 114. [1]:
(5)
где бН — коэффициент теплоотдачи конвекцией определяем по рис. 6.5. стр. 124. [1];
CZ — поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов;
CS — поправка на компоновку пучка;
СФ — поправка на влияние физических параметров среды;
Вт/(м2.гр).
Эффективная толщина излучающего слоя находится формуле (6.40). стр. 139. 1]:
; (6)
м.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами опре-деляется по рис. 6.12. стр. 138. [1]:
(7)
где — объемная доля трехатомных газов (табл. 2.1. [3]);
;
1/(м. МПа).
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами находится по рис. 6.13. стр. 140[1]:
1/(м. МПа).
Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания определяется по формуле (6.38). стр. 137. [1]:
kps=.(8)
где мЗЛ — безразмерная концентрация золовых частиц (табл.2.1. 3]);
.
Коэффициент теплового излучения газовой среды, определяется по формуле (4.37). стр. 42 [1]:
(9)
Средняя температура пара в этой ступени пароперегревателя:
оС.
Скорость пара определяется по формуле (6.23). стр. 128 [1]:
(10)
где V — средний удельный объем воды и пара находится по табл. XXV [2];
.
Коэффициент теплоотдачи от поверхности к пару определяем по формуле, принятой по табл. 6.1. стр. 116. [1]:
(11)
где — поправка на форму канала (рис. 6.7. 1]);
— коэффициент теплоотдачи конвекцией (рис. 6.7.стр.137. 1]), Вт/(м2. гр);
Вт/(м2. гр).
Температура загрязнения стенок труб пароперегревателя первой ступени определяется по формуле (6.14) стр. 141. [1]:
(12)
где е — коэффициент загрязнений определяется по рис. 6.15. [1], (м2.гр)/Вт;
оС.
Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания определяем по формуле, принятой по табл. 6.1. стр. 114. [1]:
(13)
где — коэффициент теплоотдачи излучением определяется по рис. 6.14 стр. 141. [1], Вт/(м2.гр);
Вт/(м2.гр).
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяется по формуле:
(14)
где — коэффициент использования поверхности;
Вт/(м2.гр).
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле, принятой по табл. 6.1. стр. 114. 1]:
(15)
где — коэффициент тепловой эффективности определяется по табл. 6.4. стр. 145. [1];
Вт/(м2. гр).
Тепло, воспринятое пароперегревателем первой ступени, определяем по уравнению теплопередачи (формула (6.1). стр. 113. [1]):
; (16)
кДж/кг.
Невязка теплового баланса:
.
Невязка теплового баланса не превышает 3%, результат можно считать окончательным.
7. Конструктивный расчет пароперегревателя II ступени (по ходу газов) Исходные данные:
Наименование | Значение | |
Сталь | Сталь 20 | |
Число змеевиков по ширине котла | ||
Наружный диаметр труб, dн | 38 мм | |
Живое сечение для прохода газов, fг | 23,3 м² | |
Живое сечение для прохода пара, fп | 0,098 м² | |
Поперечный шаг, S1 | 95 мм | |
Продольный шаг, S2 | 75 мм | |
Поверхность теплообмена, F | 780 — 1169 м² | |
Расположение труб в пучке | коридорное | |
Направление движения среды | противоток | |
Рис. 7.1.Расчетная схема пароперегревателя второй ступени.
Параметры пара на входе и выходе пароперегревателя II ступени Температуру пара на выходе из II-й ступени принимаем равной температуре на входе во I-ю ступень, принятую равной 380 °C. .
Энтальпия пара на выходе из II-й ступени при и давлении пара на выходе р = 10,7 МПа:
.
Температура пара на входе во II ступень принимаем равной температуре насыщения при давлении в барабане котла (рб= 10,7 МПа): .
Энтальпия пара на входе в ступень при и давлении пара на входе р = 10,2 МПа:
.
Тепловосприятие по тепловому балансу Теплота, воспринимаемая паром от обогреваемой среды (балансовая) определяется по формуле (5.7) [1]:
.
Температура газов на входе в ступень
.
Энтальпия дымовых газов на выходе из пароперегревателя второй ступени определяем из формулы (1):
;
;
кДж/кг.
По найденной энтальпии, используя табл.2.2. 3], находим температуру дымовых газов на выходе из пароперегревателя второй ступени: оС.
Температурный напор в пароперегревателе второй ступени определяется по формуле (3):
;
оС;
оС;
оС.
Средняя температура газов:
оС.
Скорость газов определяем по формуле (4):
;
м/с.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке для гладкотрубных пучков принимаем по табл. 6.1. стр. 114. [1]:
;
Вт/(м2.гр).
Эффективная толщина излучающего слоя находится по формуле:
м.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяется по рис. 6.12. стр. 125. [1]:
;
;
1/(м. МПа).
Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания определяется по формуле (8):
kps=.
.
Коэффициент теплового излучения газовой среды определяем по формуле (9):
Средняя температура пара:
оС.
Скорость пара определяется по формуле (10):
;
.
Коэффициент теплоотдачи от поверхности к пару определяем по формуле (11):
;
Вт/(м2. гр).
Температура загрязнения стенки труб пароперегревателя второй ступени определяется по формуле (12):
;
оС.
Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке определяем по формуле (13):
;
Вт/(м2.гр).
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяется по формуле (14):
;
Вт/(м2.гр).
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле (15):
;
Вт/(м2. гр).
Необходимая площадь поверхности нагрева пароперегревателя второй ступени определяется из формулы (16):
;
;
м2.
Поскольку размер поверхности отличается от принятого ранее менее чем на 7%, расчет считается законченным.
8. Поверочный расчет воздухоподогревателя I ступени Исходные данные:
Наименование | Значение | |
Наружный диаметр труб, dн | 40 мм | |
Живое сечение для прохода газов, fг | 11,8 м² | |
Живое сечение для прохода пара, fв | 11,8 м² | |
Поперечный шаг, S1 | 60 мм | |
Продольный шаг, S2 | 42 мм | |
Поверхность теплообмена, F | 5050 м² | |
Расположение труб в пучке | шахматное | |
Рис. 8.1. Расчетная схема воздухоподогревателя первой ступени.
Параметры воздуха и газов Температура воздуха перед воздухоподогревателем:
.
Энтальпия воздуха перед воздухоподогревателем:
.
Температура газов за воздухоподогревателем I ступени:
.
Энтальпия газов за воздухоподогревателем I ступени:
.
Все коэффициенты избытка воздуха в газовом тракте и присосы рассчитаны в разделе топки.
;
Принимаем температуру воздуха после І-й ступени воздухоподогревателя 180 °C. .
.
.
Энтальпию газов на входе в в/п I ступени найдем из уравнения теплового баланса:
.
.
Температура газов перед в/п I ступени по полученному значению энтальпии:
.
Определяем температурный напор.
где ?tпрм, ?tпрт — средние температурные напоры.
Температурные напоры рассчитываются по конечным температурам сред для всей поверхности при движении сред относительно друг друга по прямотоку и противотоку.
?tпрт= єС;
?tпрм= єС.
Температурный напор єС.
Средняя температура газов:
.
Скорость газов:
;
Средняя температура воздуха:
.
Скорость воздуха:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде.
бн — коэффициент теплоотдачи конвенцией, который определяется по рис. П5, 6.5. Для dн=40мм и щв=5 м/с бн= 59 Вт/м2· К
.
.
Относительные продольный и поперечный шаги труб:
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности
где — коэффициент теплоотдачи (см. рис. 6.6. стр. 130. 1]), Вт/(м2. К);
— поправка на физические характеристики (см. рис. 6.6. стр. 130. [1]);
— поправка на относительную длину канала.
Для dн=40мм и щг=8.5 м/с, = 26 Вт/(м2. К), =1,15
Вт/(м2. К).
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке.
=31 Вт/(м2).
Коэффициент теплопередачи излучением продуктов сгорания для воздухоподогревателя первой ступени принимается бл= 0
Коэффициент теплопередачи определяем по формуле из табл. 6.1.
где коэффициент использования (табл. 6.6 [1], П3[3]);
Коэффициент теплопередачи:
.
Тепло воспринятое воздухоподогревателем I-й ступени по условию теплопередачи:
.
Невязка баланса теплот
% = % < 3%.
Невязка теплового баланса не превышает 3%, результат можно считать окончательным.
9. Поверочный расчет водяного экономайзера I ступени Исходные данные:
Наименование | Значение | |
Наружный диаметр труб, dн | 38 мм | |
Живое сечение для прохода газов, fг | 17 м² | |
Поперечный шаг, S1 | 105 мм | |
Продольный шаг, S2 | 75 мм | |
Поверхность теплообмена, F | 940 м² | |
Расположение труб в пучке | шахматное | |
Параметры воды Температура воды на входе в в/эк I ст.:
0С Энтальпия питательной воды при температуре tпв = 192 °C и давлении рпв = 12,7 МПа:
.
Температурой воды на выходе из в/эк I ст. зададимся: .
Энтальпия питательной воды на выходе из в/эк I ст. при температуре и давлении рпв = 12,7 МПа:
.
Рис. 9.1. Расчетная схема водяного экономайзера первой ступени.
Количество теплоты воспринятой питательной водой в В/ЭК I ступени по балансу
где Dпр = 1,767 кг/с? расход продувочной воды.
.
Параметры ГАЗОВ.
Температура газов за в/эк I ступени равна температуре газов на входе в в/п I ступени: .
Энтальпия газов за в/эк I ступени равна энтальпии газов на входе в в/п I ступени:
Энтальпию газов на входе в в/эк I ст. найдем из уравнения теплового баланса:
кДж/кг.
Температура газов до в/эк I ст.:
.
Тепловосприятие по условиям теплопередачи Определяем температурный напор.
.
.
0С Средняя температура стенки трубы водяного экономайзера tср= 2310С Коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания.
где бн — коэффициент теплопередачи, определяется по рис. П5 [3], получается бн =38 Вт/(м2К);
a — степень черноты газового потока, который определяется по суммарной оптической толщине продуктов сгорания (рис. П7 [3]),
a = 0,12
Эффективная толщина излучающего слоя находится по формуле:
;
м2.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:
— коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п.7−36 [1]).
По рис. П 2 [3]
1/(м. МПа).
Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания:
;
.
Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания:
Вт/(м2.гр).
Средняя температура газов:
.
Скорость газов:
;
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности
где бн — коэффициент теплоотдачи конвенцией, определяется по рис. П6 [3],
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
;
Вт/(м2.гр).
Коэффициент теплопередачи через стенку
Ш определяем по таблице П2[3] (Ш=0,76).
Тепло, воспринятое в/эк i ступени по условию теплопередачи.
.
Невязка баланса
% = % < 3%.
Расчет закончен.
10. Поверочный расчет II ступени воздухоподогревателя Исходные данные:
Наименование | Значение | |
Наружный диаметр труб, dн | 51 мм | |
Живое сечение для прохода газов, fг | 9,3 м² | |
Живое сечение для прохода воздуха, fв | 11,2 м² | |
Поперечный шаг, S1 | 80 мм | |
Продольный шаг, S2 | 52,5 мм | |
Поверхность теплообмена, F | 6060 м² | |
Расположение труб в пучке | шахматное | |
Параметры воздуха Температура на входе в воздухоподогреватель II ступени равна температуре на выходе из I ступени воздухоподогревателя:
.
Энтальпия воздуха на входе во II ступень в/п:
.
Температура воздуха на выходе из в/п II ст. согласно рекомендациям на стр. 17 и расчету I ступени в/подогревателя: .
Энтальпия воздуха на выходе из II ступени в/п:
.
Количество теплоты, воспринятой воздухом по балансу
.
Теплота отданная газами:
где — энтальпия определяемая по таблице по температуре присасываемого воздуха
=1874 кДж/кг.
Рис. 10.1. Расчетная схема воздухоподогревателя второй ступени.
Параметры газов По энтальпии продуктов сгорания находится температура газов на входе в воздухоподогреватель:.
Энтальпия газов на выходе из в/п II ст:
.
Температура газов до в/п II ступени:
.
Тепловосприятие по условиям теплопередачи Количество тепла, передаваемое по условию теплопередачи:
где F = 6060 м2.
Определяем температурный напор.
где Дtпрм и Дtпрт — средние температурные напоры, рассчитанные по конечным температурам сред для всей поверхности при движении по прямотоку и противотоку.
Определяем средние температурные напоры:
Дtпрм =
Дtпрт =
Температурный напор Средняя температура газов:
Скорость газов:
;
Средняя температура воздуха:
.
Скорость воздуха:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде.
Температура стенки поверхности воздухоподогревателя определяется как полусумма средних температур газов и воздуха (п. 8−54 [1]):
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде:
где — коэффициент теплоотдачи (рис.П5[ 3]),
— поправка на влияние физических параметров среды (С'ф=0,94);
— поправка на число поперечных рядов;
Вт/(м2. К).
Коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания:
где бн — коэффициент теплоотдачи (рис. П5[ 3]), получается бн = 41 Вт/(м2. К);
окоэффициент излучения газов, определяется по рис. П7[ 3])
Вт/(м2.К).
Эффективная толщина излучающего слоя находится по формуле:
;
м2.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:
— коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п.7−36 [1]);
— находим произведение
;
;
По рис. П2[ 3] 1/(м. МПа).
Суммарная оптическая величина продуктов сгорания:
;
.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности
где бнкоэффициент теплоотдачи конвекцией, определяется по рис. П6[ 3].
Для dн=51мм и щг=13,9 м/с бн=36 Вт/(м2.К).
.
.
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
;
б1 =37+3, 3=40 Вт/(м2.К).
Коэффициент теплопередачи
где коэффициент использования поверхности воздухоподогревателя, определяется по табл. П3().
Тепло, воспринятое воздухоподогревателем II-й ступени по условию теплопередачи:
.
Проверка правильности выполнения расчета осуществляется по соотношению
% = >2%
Для обеспечения заданной температуры воздуха за воздухоподогревателем необходимо произвести конструктивный расчет. Из формулы выражаем F
11. Конструктивный расчет водяного экономайзера II ступени Исходные данные:
Наименование | Значение | |
Наружный диаметр труб, dн | 38 мм | |
Проходное сечение для прохода газов, fг | 17,9 м² | |
Поперечный шаг, S1 | 105 мм | |
Продольный шаг, S2 | 75 мм | |
Расположение труб в пучке | шахматное | |
Рис. 11.1. Расчетная схема водяного экономайзера второй ступени.
Параметры воды Температура воды на входе в в/эк II ст. равна температуре воды на выходе из в/эк I ст.: .
Энтальпия воды на входе в в/эк II ст. равна энтальпии воды на выходе из в/эк I ст.:
.
Параметры газов.
Температура газов за в/эк II ступени равна температуре газов на входе в в/п II ступени: .
Энтальпия газов за в/эк II ступени равна энтальпии газов на входе в в/п II ступени:
.
Температура газов на входе в в/эк II ст. равна температуре газов за пароперегревателем I ступени: .
Энтальпия газов на входе в в/эк II ст. равна энтальпии газов за пароперегревателем I ступени
.
Количество тепла, отданное газами по балансу Найдем энтальпию воды после в/эк II ст.:
По энтальпии определяется температура воды после в/эк II ступени: .
Определяем температурный напор в водяном экономайзере II ступени.
.
Средняя температура воды
t ср. в=(220+242,8)/2=231,40С Средняя температура стенки поверхности (п. 7−39 [1])
t ср= t ср. в +60=231,4+60=291,40С
Коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания излучением определяется по температуре стенки поверхности трубы бл =бн· a,
где а=0,141 — коэффициент излучения газов;
бн= 66 Вт/(м2.К) — определяется по средней температуре газов (рис. П5 [3]).
.
Коэффициент теплоотдачи излучением бл =66· 0,141=9,3 Вт/(м2.К) Эффективная толщина излучающего слоя:
;
м.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:
.
По рис. П2 [3]) определяется коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания, 1/(м. МПа).
Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания определяется по формуле:
;
.
Скорость газов:
;
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к поверхности:
где бН — коэффициент теплоотдачи конвекцией определяем по рис. П5[3]
Для dн=38мм и щг=8,7 м/с бн=83 Вт/(м2.К).
Вт/(м2.К).
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:
.
Находим коэффициент теплопередачи через стенку.
где Ш — определяется по табл. П3,Ш= 0,68
k= 0,68· 90,64=61,64 Вт/(м2.К).
Тепло воспринятое в/э II ступени по условию теплопередачи
>
Полагаем, что
Поверхность нагрева В/ЭК II ступени
.
Сводная таблица расчетных данных по конвективным поверхностям котла.
Поверхности | t | h | t | Дt | k | ||||
фестон | 12 367,2 | 11 547,3 | 803,5 | 93,8 | |||||
ППI | 11 547,3 | 9339,1 | 512,7 | 54,34 | 2184,6 | 2132,5 | |||
ППII | 9339,1 | 704,3 | 5533,8 | 431,8 | 3301,6 | 3301,6 | |||
ЭКII | 704,3 | 5533,8 | 4113,8 | 250,2 | 61,64 | 1401,7 | 1401,7 | ||
ВПII | 4113,8 | 3024,7 | |||||||
ЭКI | 3024,7 | 312,2 | 2275,1 | 749,1 | |||||
ВПI | 312,2 | 2275,1 | 18,63 | 1363,5 | 1348,5 | ||||
12. Расчет невязки теплового баланса котла
где ;
для фестона;
.
.
.
Невязка теплового баланса котла не превышает 0,5%. Нормативное требование выполняется.
Расчет закончен.
1. Липов Ю. М., Самойлов Ю. Ф., Виленский Т. В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. М.: Энергоатомиздат, 1988. 208 с.
2. Александров А. А., Григорьев Б. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. ГСССД Р-776−98 — М.: Издательство МЭИ. 1999. — 168 с.
3. Салов А. Г. Компоновка и тепловой расчет поверхностей нагрева барабанного котла ТП-230. 2012 — 72 с.