Тепловой баланс котельного агрегата. Расчет теплообмена в топке. Основные формулы для расчета теплообмена

Тепловой баланс котельного агрегата

Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом qp^p, и суммой полезно использованного тепла Qi и тепловых потерь.

Располагаемое тепло

Qp^p = qh^p + !тл   [ кДж/кг ] , где   qh^p - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, i™ - физическое тепло топлива,

i™ = С™ • т™ . кДж/кг,

С™ - теплоемкость рабочего топлива, кДж/(м²⁰С), t™ - температура топлива, 1тл = 199 кДж/кг

Потери тепла с уходящими газами определяются как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из котельного агрегата и холодного воздуха.

^ = ау -«fc Э**     . _[00 Q_f

где   Jy- энтальпия уходящих газов при соответствующих избытке воздуха аух и температуре^*, кДж/кг.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата

Л = 100 - Zq , %.

Расчет теплообмена в топке.

Особенностью теплообмена в топке является применение в дымогарных трубах вставок в виде витых лент для интенсификации процесса теплообмена при турбулентном режиме течения. Теплообмен в трубах для данного режима течения описывается выражением:

Множитель F, учитывающий ребра, который является отношением полного потока теплоты к потоку теплоты, передаваемой только стенками, можно оценить из расчетов теплопроводности. Изотермические коэффициенты трения определяются следующим выражением:

f = 0,046 (у)'⁰'⁰⁴⁶ • (Ree)'⁰'¹

Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата был проведен на ЭВМ по программе, разработанной фирмой НТТФ «Экология - Энергетика». Суть программы состоит в том, что первоначально вводятся данные для расчета котла, такие как:

1.  Мощность котла - 1 МВт;

2.  Длина топки, м   - 2,49 м;

3.  Диаметр топки, м - 0,8 м;

4.  Коэффициент избытка воздуха - 1,1.

Далее ЭВМ проводит тепловой расчет топки и выдает полученные данные.

Сравнив различные варианты, вводимые в ЭВМ, были подобраны габаритные размеры котла (см. выше).

Для аэродинамического расчета котла необходимо вводить следующие данные:

1.  Мощность котла, МВт - 1,0 МВт

2.  Температура газов на выходе - 700°С

3.  Температура газов на выходе из котла - 200°С

4.  Внутренний диаметр дымогарных труб - 0,05 м

5.  Относительный шаг шнека ( Н/Д) - 3,5

6.  Количество дымогарных трубок - 85 шт.

7.  Толщина шнека, м - 0,002 м

8.  Коэффициент избытка воздуха - 1,2.

После ввода данных ЭВМ выдает окончательный результат аэродинамического расчета котла. Изменяя вводимые данные, добиваемся оптимальных показателей.

Судить об окончании и правильности расчета можно по определенным заданным и рассчитанным показателям.

Основные формулы для расчета теплообмена в

топке.

Температура газов на выходе из топки: Т = 2200 • At [0,89525+0,04482 • Бхр(-4,2252 • А)] = 688°С, где А - отношение энтальпий.

Коэффициент излучения Сиз = 3,05 Дт/а_воз = 2,2 , где Дт - диаметр топки, м;

а_воз - коэффициент избытка воздуха.

Теоретическая температура горения:

Тгор = 2032 • а_воз t (-0,783) = 1886 °С

Скорость газов по поверхности топки и™ = 3,433 Б - 5 N [11,1+10,07 (а - 1)](Тгор+273) = 0,45 м/с, где N - мощность котла, МВт;

Тгор - теоретическая температура горения, °С.

Коэффициент кинематической вязкости увяз =  (0,017326 Тгор • 1,328 + 13 Бхр(0 - (Тгор/600) t2) = 0,000391 м²/с

Критерий Рейнольдса по поверхности топки

Re = игаз • Дтоп / увяз = 929,3 , где увяз - коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Энтальпия газов при температуре стенки Эгго = (41219 (108/2200) t (1,114 - 0,080332 Бхр(0 -0,0358) = 1822 кДж/кГ

Энтальпия газов на выходе из топки

_ък»т.

X? = 8910 - (8910 - газ) / (1+0,0159 • Re t 0,7/Сиз) = 12186 кДж/кг

Максимальная энтальпия тах= [41219+3399,7 • 9,91(авоз - 1)] / 4,1868 = 44622 кДж/кг

Отношение энтальпий

f^r А = -^1— = 0,4081639

Аэродинамическийрасчет

Аэродинамический расчет, как говорилось выше, производится на ЭВМ.

Расчет производится по формулам:

Длина трубки дымогарной

L = Qeocnp • £ / (3,14 d_BH n k H ) = 2,49 м , где Qeocnp - воспринимаемое тепло, кДж/кг; б - расход топлива, кг/ч; den - внутренний диаметр трубки, м; n - количество трубок, шт.; k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²⁰С; Н - температурный напор, °С.

Аэродинамическое сопротивление пучка

Зпучка = 5д.пучка L Рдин / с1экв = 12,47687 ММ ВОД.СТ.

где 5д.пучка - действительный коэффициент сопротивления;

L - длина дымогарной трубки;

Рдин - динамическое давление, мм вод.ст.;

сЬкв - эквивалентный диаметр трубки, м.

Энтальпия газов на входе Xt= 41219 (твх(2200) t (1Д14 - 0,086322 • Ехр(-0,0056)) =

20811 кДж/кг, где твх - температура газов на выходе из топки, °С.

Энтальпия газов на выходе .= (41219 (твх.котел/2200Т (1,114 - 0,086322 • Бхр(-0,0054))=

3272 кДж/кг, где твх.котел - температура газов на выходе из котла, °С.

Воспринятое тепло Рвоспр = 0,98 ( 3/„ - Jinx ) = 16081 кДж/кг

Живое сечение пучка

f пучка = П / 3,14 С1²вн(4 - с!вн Ишнека) = 0,1583 М²,

где п - количество трубок, шт.;

den - внутренний диаметр трубок, м; Ьшнека - толщина шнека, м.

Температурный напор

Н = (Тв«х - t««.K)/USI/(tiBX - 83)(Твых.к- 83) = 361 °С

Температура газов т™ = Н + 83 = 444 °С

Скорость газов игаз = G(11,1 > 10,07(а - 1)( tr«.+ 273)79828,05 = 6,4 м/с, где & - расход топлива;

а - коэффициент избытка воздуха;

тгаз - температура газов, °С.

Коэффициент кинематической вязкости ц = (0,617326 т™ 1 1,328 н- 13 Ехр(-(1таз t 2/360000) = = 0,0000643 м²/с

Коэффициент теплопроводности К - (0,0227 + 8,7 Е - 5 тгаз)/1,163 = 0,061325 Вт/м²⁰С

Критерий ТТрандтля Рг = 0,678 - 9,881 Е - 5 т™ = 0,63413

Эквивалентный диаметр трубки

С1экв = 4 fпучка/(п/3,14 den + 2 de_H) = 0,029 М

Критерий Рейнольдса Re = игаз сЬкв / ц = 2886,7

Число п п = 0,2 (1 + 1,7(Н/Д) t(- 0,5)) = 0,382 , где Н/Д - относительный шаг шнека.

Коэффициент трения Ра = (0,046 + 2Д(Н/Д - 0,5) t (- 1,2) Re t (-n)) = 0,029

Сомножитель A A = Re.Pr/(l+700d3K_B.Fa. Prt 0,73/(Re« Fa» n)) = 919,1

Сомножитель В В = 50,9/ (Re« Н/Д. FatO,5) + 0,023 d_BH «<1эк.Т(- 1) = 0,0411

Критерий Нуссельта Nu = А-В = 37,83

Коэффициент теплопередачи k = 0,85 Nu */diH = 39,4 Вт/м²⁰С , где Nu - критерий Нуссельта;

X - коэффициент теплопроводности; - внутренний диаметр трубки.

Динамическое давление

Рдин = 18,018 Ura3t²/(tra3+273) = 1,03 ММ ВОД.СТ. ,

где игаз - скорость газов; тгаз - температура газов.

Коэффициент сопротивления при Н/Д = 5 fconp = 2,56 Ret (- 0,414) = 0,0945

Коэффициент сопротивления при Н/Д = 3,5 fconp = 3,15 Ret (- 0,39) = 0,141

Коэффициент сопротивления при Н/Д = 7 fconp = 1,797 Ret (- 0,404) = 0,072

Коэффициент сопротивления при Н/Д = 7 fconp = 0,901 Ret (- 0,344) = 0,058122

Действительный коэффициент сопротивления fcon_P*^e"^CTB = 1Р(Н/Д - 3>0,0945.fconp) = 0,1408491

Проверка

fconp = ЩИ/Ц < 3,5(«ERR»), 1Р(Н/Д < = 5, / Н/Д - /Н/Д L/Д)

На этом расчет тепла заканчивается.