Тепловой и аэродинамический расчеты котельной установки (тип котла - барабанный, с естественной циркуляцией, паропроизводительность = 130 т/ч)

газах μ по газоходам котельного агрегата (топка, пароперегреватель, 2-я  

      ступень водяного экономайзера, 2-я ступень воздухоподогревателя, 1-я     

      ступень водяного экономайзера, 1-я ступень воздухоподогревателя)

      рассчитываются по средним значениям коэффициента избытка воздуха   

      αпо формулам, приведённым в табл. Результаты расчётов    

      сводятся в табл. 1.

Расчёт энтальпии продуктов сгорания

 Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха α>1 рассчитывается по формуле:

          I=I+(α–1) I.

Результаты расчётов сводятся в табл. 2

Тепловой баланс котлоагрегата

1. Располагаемое тепло топлива. Для большинства видов достаточно сухих и

    малозольных топлив и газового топлива принимается:

          Q=Q=8670;

2. Температура уходящих газов:                   _ух =120°С;

3. Энтальпия уходящих газов:            I_ух=637,68;

4. Температура холодного воздуха:    t_ух=30°С;

5. Энтальпия холодного воздуха:        I=99;

6. Потери тепла от химического недожога:  q=0%;

7. Потери тепла от механического недожога:  q=0,5%;

8. Потери тепла с уходящими газами:

          q₂=5,864%;

9. Потери тепла от наружного охлаждения: q= 0,55%;

10. Потери с теплом шлака:                       

      (учитывается при A>2,5Q, где Q[]);

11. Сумма тепловых потерь:

          %;

12. КПД котлоагрегата “брутто”: =100–6,924=93,076%;

13. Коэффициент сохранения тепла:

          ;

14. Температура перегретого пара:  t_пе= 425°С (по заданию);

15. Давление перегретого пара: Р_пе= 3,5МПа (по заданию);

16. Теплосодержание перегретого пара: i_пе= 3279,5;

17. Температура питательной воды t_пв= 145°C;

18. Энтальпия питательной воды: i_пв= 613,05 

      (при P=1,2∙Р_пе=1,2∙3,5=4,2МПа);

19. Энтальпия продувочной воды i_кип= 1076,5

      (при P_б=1,1∙Р_пе=3,85МПа);

20. Непрерывная продувка: D_пр=0,01р∙D_пе=0,01∙3∙36,111=1,0833, где

      р=3% - процент продувки (по заданию);

21. Полезно использованное тепло:

          Q_ка=D_пе∙(i_пе–i_пв)+ D_пр∙(i_кип– i_пв)=

               =36,111∙(3279,5–613,05)+1,0833∙(1076,5–613,05)=96790,231кВт;

22. Полный расход топлива: B= ;

23. Расчётный расход топлива: B_p= .

Таблица 1

Объёмы продуктов сгорания по газоходам котла

V=2,474;          V=0,649;          V=0,471;          V=1,962;          V=3,082.
Наименование	Топка, фестон	ПП	Экономайзер	ВП
Коэффициент избытка воздуха за газоходом, α	1,2	1,23	1,25	1,28
Среднее значение коэффициента избытка воздуха в газоходе, αср	1,2	1,215	1,24	1,265
Объём водяных паров в газоходе V=V+0,0161(α-1)V,	0,657	0,6576	0,6586	0,6596
Объём дымовых газов V=V+1,0161(α-1)V,	3,5848	3,6225	3,6853	3,7482
Объёмная доля трёхатомных газов r=	0,1314	0,13	0,1278	0,1257
Объёмная доля водяных паров r=	0,181	0,1792	0,1761	0,1731
Объёмная доля трёхатомных газов и водяных паров r= r+ r	0,3124	0,3092	0,3039	0,2988
Концентрация золовых частиц μ=, где масса дымовых газов G=1-,  (см. табл. 8 Приложение 1).	0,0636	0,0629	0,0618	0,0608

Таблица 2

Энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата

	I	I	I        ∆I=
			топка		ПП		2-й В.Э		2-й ВП		1-й В.Э		1-й ВП
			I	∆I	I	∆I	I	∆I	I	∆I	I	∆I	I	∆I
100	866	768,5											1242,5
														1242,6
200	1732	1537							2285,3		2399,3		2485,1
										1501,7		1274,2
300	2647,5	2332					3370,4		3487		3673,5
								1094,6		1201,7		1265,3
400	3563	3127			4282,2		4532,3		4688,7		4938,8
						1158,1		1154,4		1266,2
500	4530	3958			5440,3		5756,9		5954,9
						1158,1		1224,6
600	5497	4789			6598,4		6981,5
						1213,3
700	6511,5	5653			7811,7
						1213,2
800	7526	6517	8829,4		9024,9
				1227,8		1254,4
900	8576	7406	10057,2		10279,3
				1227,8		1254,5
1000	9626	8295	11285		11533,8
				1263
1100	10706,5	9207,5	12548
				1263
1200	11787	10120	13811
				1290,8
1300	12891,5	11051,5	15101,8
				1291,2
1400	13996	11983	16393
				1310,3
1500	15118	12925,5	17703,3
				1310,3
1600	16240	13868	19013,6
				1317,4
1700	17377	14772	20331,4
				1317,8
1800	18514	15676	21649,2
				1348,3
1900	19661	16684,5	22997,5
				1349,1
2000	20808	17693	24346,6
				1350,9
2100	21965	18663	25697,5
				1350,9
2200	23122	19632	27048,4

Примечание:

          Определение энтальпии газов: I=

          определение температуры газов:

          где I- энтальпия газов при температуре ; I- энтальпия газов при температуре          ближайшей меньшей по данной таблице; - ближайшее меньшее значение           температуры газов.

Тепловой расчет котлоагрегата

Топка

1. Диаметр экранных труб d=83мм (по чертежу).

2. Шаг экранных труб s=100мм (по чертежу).

3. Суммарная поверхность топочной камеры

F_ст=F_ф+2F_б+F_з=143,7+2∙66,0+128,7=404,4 м².

4. Неэкранированная поверхность стен, занятая горелками (из чертежа)

5. Поверхность стен топки, занятая экранами

F_экр=F_ст-F_фест-F_гор=404,4-38,5-1,5=364,4 м².

6. Угловой коэффициент гладкотрубных экранов

7. Лучевоспринимающая поверхность экранов

H_лэ=F_экр=0,959∙364,4=349,46 м².

8. Угловой коэффициент фестона χ_ф=1.

9. Лучевоспринимающая поверхность фестона

Н_лф= χ_фF_фест=1∙38,5=38,5 м².

10. Суммарная лучевоспринимающая поверхность топки

Н_лт= H_лэ + Н_лф=349,46+38,5=387,96 м².

11. Степень экранирования топки

χ=

12. Объем топочной камеры

V_т=F_бb=66∙7,85=518,1 м³

13. Эффективная толщина излучающего слоя

S===4,612 м

14. Присосы воздуха в систему пылеприготовления (табл.7,с.155).

15. Температура горячего воздуха ^оС (по заданию).

16. Энтальпия горячего воздуха I^o_гв =966,45 кДж/кг (по табл. энтальпии продуктов сгорания).

17. Тепло вносимое воздухом в топку

(1,2-0,05-0,04)∙966,45+(0,05+0,04)∙99=

=1072,76+8,91=1081,67кДж/кг

18. Полезное тепловыделение в топки

 кДж/кг

19. Адиабатная температура горения  ^oС (табл. 2).

20. Относительное положение максимума температур

21. Коэффициент учитывающий положение максимума температуры

М=0,59-0,5X_т =0,437

22. Температура газов на выходе из топки  ^oС

23. Энтальпия газов на выходе из топки I_T^”=6236,3 кДж/кг (табл. 2).

24. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п=0,3124(табл. 1).

25. Концентрация золовых частиц  (табл. 1).

26. Суммарная поглощающая способность трехатомных газов (где P=0,1МПа-давление газов в топочной камере)

P_nS=r_nPS=0,3124∙0,1∙4,612=0,1441м∙МПа.

27.  Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами
k_г=4,3 1/(м·МПа).

28.  Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами (рис. 3)
k_зл=70 1/(м·МПа) .

29.  Коэффициент поглощения лучей частицами кокса k_кокс при камерном сжигании топлива:

        - для каменных и бурых углей, торфа, сланцев 

          k_кокс=0,5 [1/(м·МПа)].

30.  Оптическая толщина

kPS=(k_г r_n  + k_зл m_зл  + k_кокс) РS=(4,3∙0,3124+70∙0,0636+0,5)∙0,1∙4,612=2,903

31.  Степень черноты факела  ф=0,95 (рис.2,с.171)

32.  Условный коэффициент загрязнения экранов  x=0,45 (табл. 16, с.165).

33.  Коэффициент тепловой эффективности экранов y = xc=0,45∙0,959=0,432.

34.  Степень черноты топочной камеры  =0,98.

35.  Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

               кДж/(кг· °С).

36.  Действительная температура газов на выходе из топки

°С

При расхождении температуры   с ранее принятой более, чем    на 50 ^оС необходимо повторить расчет с п.22, задавшись новым значением температуры.

37.  Энтальпия газов на выходе из топки  I_т''=6160,976 кДж/кг.

38.  Количество тепла, воспринятого в топке,

                =  j (Q_т  – I_т'')=0,994(9750,8-6160,976)=3568,285 кДж/кг.

39.  Cредняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности

               ,кВт/м².

40. Теплонапряжение топочного объема

                  ,кВт/м³ .

                   Рис. П1-2. Эскиз топочной камеры

Фестон

Рис. П1-3. Эскиз фестона

1. Диаметр труб d = 83мм   (по чертежу).

2. Расположение  труб  -  шахматное.

3. Число рядов труб  Z=4 шт.  (по чертежу).

4. Шаг труб (по чертежу):

поперечный   s₁ = 400 мм

продольный  s₂  = 250 мм.

5. Число труб в каждом ряду  (по чертежу):

     n₁ =n₂ =n₃ =n₄=20 шт.

6. Длина каждого:

l₁=l_ф=4,92м;

l₂=5,82м;

l₃= 5,91м;

l₄=6,06м.

7. Поверхность нагрева фестона

 H_ф  =pd(l₁n₁ + l₂n₂ + … + l_nn_n)=3,14∙0,083∙(4,92∙20+5,82∙20+5,91∙20+6,06∙20)=118,374м²

8. Живое сечение для прохода газов (среднее), где h=4,5м - высота окна (по чертежу)

 F_жc  = F_ок – F_з = h (b – n₁d)=4,5∙(7,85-20∙0,083)=27,855м² .

9. Относительные шаги:

поперечный        σ₁ = s₁/d=;

продольный        σ₂ = s₂/d=.

10. Эффективная толщина излучающего слоя

     м.

11. Угловой коэффициент фестона χ_ф = 0,67(рис.1, с.171).

12.  Лучевоспринимающая поверхность фестона:

    Н_лф = b l_ср χ_ф = 7,85∙5,678∙0,67=29,863м².

13.  Расчетная поверхность нагрева

    H_p = H_ф – H_лф  = 118,374–29,863=88,511м² .

14.  Температура газов перед фестоном J' = °С (из расчета топки).

15.  Энтальпия газов перед фестоном I' =6160,976 кДж/кг (из расчета топки).

16.  Температура газов за фестоном  J'' =1016°С (уточнённое значение).

17.  Энтальпия газов за фестоном I" =,кДж/кг.

18.  Тепловосприятие фестона по балансу

     Q_б = φ (I' – I") = 0,994∙(6160,976-5709,032)=449,232 кДж/кг .

19.  Температура кипения в барабане  t_н =248,15 °С  (табл. 9 при Р_б = 1,1Р_пе = =1,1∙3,5=3,85МПа).

20.  Средняя температура газов

        °С. 

21. Объем газов на 1 кг топлива V_г =3,5848 м³/кг.

22. Объемная доля водяных паров  = 0,181 (табл. 1).

23.  Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_n = 0,3124 (табл.1).

24.  Концентрация золовых частиц  m_зл = 0,0636 (табл. 1).

25.  Скорость газов в фестоне

    м/с .

26.  Коэффициент теплоотдачи конвекцией

     a_к = a_н C_z C_s C_ф  ,= 54∙0,9∙0,975∙0,925 =43,831 Вт/м² К .

27. Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

       P_nS = r_nРS = 0,3124∙0,1∙1,307 = 0,041 м·МПа  ,

        где Р = 0,1 МПа  - давление газа в газоходах.

28. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами
       k_г   =7,8 1/(м·МПа).

29. Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами

  k_зл =71 1/(м·МПа).

30. Оптическая толщина

       kPS = (k_г r_n  + k_зл m_зл)РS = (7,8∙0,3124 +71∙0,0636)∙0,1∙1,307= 0,909.

31. Степень черноты продуктов сгорания a = 0,6.

32.  Температура  загрязненной  стенки  трубы

        (принимается на 80 °С  выше температуры кипения)

              t_ст = t_н + 80 = 248,15 + 80 = 328,15 °С .

33. Коэффициент теплоотдачи излучением

              a_л = a_н a = 0,6∙210 =126 Вт/(м² ·K) .

34. Коэффициент тепловой эффективности  Ψ = 0,435.

35. Коэффициент теплопередачи

k = y (a_к + a_л) = 0,435∙(43,831+ 126)=73,876 Вт/(м² ·K) .

36. Средний температурный напор    Dt = J  – t_н = 1052–248,15=803,85°С .

37. Тепловосприятие фестона

               кДж/кг .

38. Невязка

               %.

        Если невязка баланса > 5%, необходимо уточнить температуру газов за фестоном.

39. Энтальпия газов за фестоном

              кДж/кг  .

40. Температура газов за фестоном  J"=°С табл. 2.

Котельный пучок

1. Диаметр труб d = 83мм   (по чертежу).

2. Расположение  труб  -  коридорное.

3. Число рядов труб  Z=3 шт.  (по чертежу).

4. Шаг труб (по чертежу):

поперечный   s₁ = 190 мм

продольный  s₂  = 250 мм.

5. Число труб в каждом ряду  (по чертежу):

     n₁ =n₂ =n₃ =n₄=42 шт.

6. Длина каждого:

l₁=4,86м;

l₂=5,28м;

l₃= 5,25м;

7. Поверхность нагрева котельного пучка

 H_ф  =pd(l₁n₁ + l₂n₂ + … + l_nn_n)=3,14∙0,083∙(4,86∙42+5,28∙42+5,25∙42)=168,46м²

8. Живое сечение для прохода газов (среднее), где h=4,5м - высота окна (по чертежу)

 F_жc  = F_ок – F_з = h∙(b – n₁d)=4,5∙(7,85-42∙0,083)=19,638 м².

9. Относительные шаги:

поперечный        σ₁ = s₁/d=;

продольный        σ₂ = s₂/d=.

10. Эффективная толщина излучающего слоя

     м.

11. Угловой коэффициент пучка χ_ф = 0,82(рис.1, с.171).

12. Лучевоспринимающая поверхность пучка:

    Н_лф = b l_ср χ_ф = 7,85∙5,13∙0,82=33,022 м².

13. Расчетная поверхность нагрева

    H_p = H_ф – H_лф  = 168,46–33,022=135,438 м².

14. Температура газов перед пучком J' = °С (из расчета фестона).

15. Энтальпия газов перед пучком I' =5709,032 кДж/кг (из расчета фестона).

16. Температура газов за пучком  J'' =934°С (уточнённое значение).

17. Энтальпия газов за пучком I" =,кДж/кг.

18. Тепловосприятие пучка по балансу

     Q_б = φ (I' – I") = 0,994∙(5709,032-5202,634)=503,36кДж/кг .

19. Температура кипения в барабане  t_н =248,15 °С  (табл. 9 при Р_б = 1,1Р_пе = =1,1∙3,5=3,85МПа).

20. Средняя температура газов

        °С. 

21. Объем газов на 1 кг топлива V_г =3,5848 м³/кг.

22. Объемная доля водяных паров  = 0,181 (табл. 1).

23. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_n = 0,3124 (табл