Расчёт газоводяного теплообменника. Расчет выбросов вредных веществ

ГЛАВА 4. РАСЧЁТ ГАЗОВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА (ГВТ).

4.1. Объемы воздуха и продуктов сгорания

Расчёт производится по методике [5].

4.1.1. Расчетные характеристики топлива поступающего наНТЭЦ-4

 (Кузнецкий уголь СС, Т)

Элементный состав топлива :

Влажность рабочая, W^P                   – 8,85%

Зольность рабочая, A^P                     – 18,116%

Содержание углерода, C^P                          –  64,37%

Содержание водорода, H^P               – 3,3%

Содержание азота, N^P                      – 1,5%

Содержание кислорода, O^P              – 3,476%

Содержание серы, S^P                       – 0,4%

Низшая теплота сгорания,        – 23,9 МДж/кг(5706 ккал/кг)

Выход летучих,V^г                           – 27,18%

4.1.2. Определение объёма дымовых газов

Теоретический объем воздуха для полного сгорания топлива , м³/кг,

, где C^P, S^P, H^Р, О^Р – содержание углерода, серы, водорода, кислорода на рабочую массу топлива, %.

.

Объем дымовых газов, нм³/кг ,

, где α_ух- коэффициент избытка воздуха за последней поверхностью нагрева.

.

4.1.2. Тепловой баланс котельного агрегата ТП-170

Расчёт производится по методике [5].

Располагаемое тепло  на 1 кг топлива, ккал/кг,

,                                     (4.1)

где - низкая теплота сгорания рабочей массы топлива, ккал/кг;

i_тп – физическое тепло, внесенное с поступающим в котельный агрегат воздухом, при подогреве последнего вне агрегата, ккал/кг, не учитывается, так как , Q^P_P =5706 ккал/кг.

Потери тепла от механического недожёга ,%

,      (4.2)  где , – доли золы топлива в шлаке , провале, уносе,  %;

, - содержание горючих в шлаке, провале, уносе, %;

Потери тепла в котле с уходящими газами, % ,

,                     (4.3)

где I_ух – энтальпия уходящих газов при избытке воздуха α_ух=1,61 и температуре уходящих газов =161^оC;

- энтальпия холодного воздуха при температуре t_хв=30^оC;

q₄ – потери от механической неполноты сгорания, % ,

Потеря тепла от наружного охлаждения q₅ = 0,4% [2].

Потеря с теплом шлака q₆, %,

,                                   (4.4)

где α_шл=1 – α_ун, α_шл= 1 – 0,95=0,05;

- энтальпия золы, КДж/кг;

%

Коэффициент полезного действия котельного агрегата, %,

,                  (4.5)    

%

Тепло, полезно отданное в котельном агрегате, ккал/с,

,              (4.6)

где D_п.п. – расход перегретого пара, кг/с;

i_п.п. – энтальпия перегретого пара, ккал/кг;

i_п.в. – энтальпия питательной воды, ккал/кг;

i_п.р. – энтальпия продувки, ккал/кг.

ккал/с

Расход топлива, подаваемого в топку, кг/с,

,                                    (4.7)

 .

Расчетный расход топлива, кг/с,

 ,                                     (4.8)

.

4.2. Конструкторско-поверочный расчёт ГВТ

Для уменьшения потерь котла ТП-170 с уходящими газами , а также для увеличения теплофикационной мощности 2 очереди во время пиковых нагрузок, предлагается установить на выходе дымовых газов из воздухоподогревателей котлов № 5,6,7,8  теплообменники для догрева сырой воды, идущей в хим.цех, байпасируя им теплообменники №7,8,9.

Теплообменник устанавливается под горизонтальным газоходом уходящих газов . Предусматривается возможность отключения ГВТ от газового тракта котла отсекающими шиберами , в этом случае уходящие газы движутся по горизонтальному газоходу, как это было до модернизации.

Конструктивные размеры ГВТ сведены в таблицу 4.1.  Исходные данные для расчёта представлены в таблице 4.2.

Расчет выполняется по методике [6].

Таблица 4.1

Конструктивные размеры

  Таблица 4.2                                

Исходные данные для расчета

4.2.1. Теповой баланс по рабочему телу  

Энтальпию и температуру воды после ГВТ определим из уравнений теплового баланса по рабочему телу (дымовым газам и воде),ккал/кг,

;(4.9)

;                                     (4.10)

Решаем уравнение теплового баланса относительно ,

,

.

4.2.2.Определение исходных площадей живых сечений для прохода газов

         и воды, скоростей рабочих сред, поверхности нагрева

Суммарная глубина газовых объёмов до пучков,м ,

;                                       (4.11)

где - соответственно глубины газовых объемов до , за пакетами;

.

Поперечный шаг (в ряду) труб  для всего ГВТ одинаков; средний продольный шаг,м,

,                                          (4.12)

.

Площадь живого сечения для прохода газов в ГВТ при поперечном омывании его газами, м²,

,                                       (4.13)

где - длина проекции ряда труб на плоскость сечения.

.

Площадь живого сечения для прохода воды, м²,

,                                         (4.14)

Расположение труб – шахматное, характер взаимного движения сред – противоток.

Скорость продуктов горения на входе в ГВТ, м/с,

,                           (4.15)

        При сжигании твёрдых топлив проверим скорость продуктов горения на входе в ГВТ, которая не должна превышать 14 м/с (по условиям золового уноса труб)(таблица 3.3[7]),

.

Скорость воды на входе в ГВТ, м/с,

,                                           (4.16)

Для смывания пузырьков воздуха и газов с внутренней поверхности труб необходимо, чтобы скорость воды на входе в ГВТ была  ([7]),                                                   

.                          

Поверхность нагрева ГВТ , м²,

,                                             (4.17)

где l – длина змеевика, определённая с использованием длины горизонтальной части одной петли , м,

,

4.2.3. Коэффициент теплопередачи для ГВТ

Расчёт производится по методике [7].

(в целом определяется по средним значениям необходимых величин)

,                            (4.18)

где ;

 - коэффициент теплоотдачи конвекцией;

 - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке;  - коэффициент использования поверхности нагрева;

Для подсчёта средней скорости газов в экономайзере необходимо знать их среднюю температуру, ⁰ С,

,                                   (4.19)

.

Для определения  рассчитаем среднюю скорость газового потока в каждой поверхности нагрева , м/с,

                                  (4.20)

.

По номограмме 13 [7, стр. 19] определим значение

. Значение поправок: , , .

.

По номограмме 19 [7, стр. 24] определим значение коэффициента теплоотдачи излучением .

Толщина излучающего слоя газового потока для гладкотрубных пучков,

                                       (4.21)

Суммарная оптическая толщина излучающего слоя газового потока для гладкотрубных пучков,

                                       (4.22)

где  - коэффициент ослабленя лучей трехатомными газами, определен по номограммам 3 [3, стр. 15, 16];

 -коэффициент ослабления дымовых газов золовыми частицами, определен по номограммам 3 [3, стр. 15, 16];

Степень черноты потока,

,                                    (4.23)

Температура загрязнённой стенки, ⁰С,

,                       (4.24)

.

Введём поправку на наличие газового объёма, увеличивающего передачу тепла излучением, ,

,                 (4.25)   где - Т_к температура газов в объёме камеры ,К;

А=0,4 – при сжигании каменных углей;

.

Коэффициент загрязнения, ,

, где  - рис. 1-2 [7, стр. 10],  - поправка для топлив, дающих сыпучие отложения (все каменные угли