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

Таблица 2

Энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата

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