Расчёт котла Е 25

Задание на проектирование.

Произвести тепловой расчет котельного агрегата Е–25М со следующими параметрами

Топливо	Паропроизводительность, т/ч	Давление в барабане, атм	Температура перегретого пара, 0 С	Температура питательной воды, 0 С	Температура холодного воздуха, 0 С	Температура уходящих газов, 0 С
Мазут сернистый	24	15	330	110	40	145

Оглавление

стр

1. Объем и энтальпия продуктов сгорания воздуха……………………….3

1.1. Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при α=1…………………………………………………………........3

1.2. Действительные объемы продуктов сгорании по газоходам при αср
>1 для всех видов топлива………………………………………………….4

1.3. Энтальпия продуктов сгорания по газоходам…………………..7

2. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия (к.п.д) и расход топлива котельного агрегата…………………………………………………...8

3. Тепловой расчет топочной камеры ………………………………………10

4. Расчет конвективных поверхностей нагрева…………………………….15

4.1 Расчет фестона……………………………………………………15

4.2. Расчет пароперегревателя………………………………………20

4.3 Расчет котельного пучка ………………………………………..25

5. Расчет воздухоподогревателя ……………………………………………30

6. Расчет водяного экономайзера …………………………………………..34

7. Составление прямого баланса…………………………………………….37

8. Литература ………………………………………………………………...38

1.ОББ
ЕМ И ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА

В учебном проекте все теоретические объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания при α=1 подсчитывают для рабочей массы топлива.

1.1. Объем теоретического количества воздуха и объемы продуктов сгорания при
α=1

Необходимый для расчета элементарный состав топлива выбирается из табл. 1,2[5].

Для жидкого топлива (нм3
/кг)

Теоретический объем азота (нм3
/кг)

Объем трехатомных газов

Теоретический объем водяных паров (нм3
/кг)

1.2. Действительные объемы продуктов сгорании по газоходам при αср
>1 для всех видов топлива

Объем сухих газов (нм3
/кг)

Т:

ПП:

КП:

ВП:

ВЭ:

Объем водяных газов (нм3
/кг)

Т:

ПП:

КП:

ВП:

ВЭ:

Полный объем дымовых газов (нм3
/кг)

Т:

ПП:

КП:

ВП:

ВЭ:

Объемные доли трехатомных газов и водяных паров

, ,

Т: ; ;

ПП: ;

КП: ; ;

ВП: ; ;

ВЭ: .

Суммарная объемная доля

,

Т: ;

ПП: ;

КП: ;

ВП: ;

ВЭ:

Масса дымовых газов

Т:

ПП:

КП:

ВП:

ВЭ:

Объемы рассчитанных газов, их масса, концентрация золы дымовых га­зов для различных участков газоходов заносятся в табл. 1 [5].

Таблица 1

Объемы газов, объемные доли трехатомных газов.

Величина	Газоходы
	топка и фестон	пароперегреватель	котельный пучок	воздухоподогреватель	водяной экономайзер
α	1,1
∆α	0,08	0,03	0,05	0,06	0,2
αвых	1,1	1,13	1,18	1,24	1,44
αср	1,1	1,115	1,155	1,21	1,34
	1,466	1,468	1,475	1,484	1,506
	12,344	12,502	12,928	13,512	14,893
	0,127	0,126	0,122	0,116	0,106
	0,119	0,117	0,114	0,11	0,101
	0,246	0,243	0,236	0,226	0,207
	16,019	16,223	16,77	17,521	19,296

1.3. Энтальпия продуктов сгорания по газоходам

Таблица 2. Энтальпия продуктов сгорания

0 С	I0 г	I0 в	ккал/кг
			топка и фестон		пароперегреватель		котельный пучок		воздухоподогреватель			водяной экономайзер
			I	∆I	I	∆I	I	∆I	I		∆I	I	∆I
100	372,057	330,378	493 500 503 505 517 527,6 522,4 530,5 533,5 535 544 541	481,5 494,5 504,3 511,5	478 486 500	451		461 472 487 498	517	528 541
200	752.560	664,938				912			1045
300	1143,152	1005,771				1384			1586
400	1545,8	1352,9				1789	1871
500	1959,3	1708,4				2267	2369
600	2379,8	2072,2				2649	2753
700	2812,5	2446,5				3130,5	3253
800	3258	2822,9				3540	3625
900	3713,4	3199,2				4033	4129,3
1000	4174,6	3586				4533
1100	4637,4	3983,4			5036
1200	5103,3	4380,6		5541
1300	5580,3	4777,9		6058
1400	6067	5185,7		6585,6
1500	6548,6	5593,4		7108
1600	7038,4	6001,2		7638,5
1700	7531,1	6408,9		8172
1800	8025,4	6816,6		8707
1900	8527,8	7234,9		9251
2000	9026,5	7653		9792
2100	9532	8071,3
2200	10039	8489,46

2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД) И РАСХОД ТОПЛИВА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Тепловой баланс составляется в расчете на 1кг сжигаемого топли­ва. Он определяет равенство между количеством тепла, поступившим в котлоагрегат , и суммой полезно использованного тепла Q
1
и тепловых по­терь Q
1
, Q
3
, Q
4
, Q
5
, Q
6
.

Общее уравнение теплового баланса в абсолютных величинах (ккал/кг):

или в относительных величинах (процентах):

На основании теплового баланса определяется КПД котлоагрегата брут­то в %, расход (кг/ч, нм3
/ч)топлива В и Вр
.

Располагаемое тепло при сжигании мазута распыляемого паровыми или паромеханическими форсунками (ккал/кг)

где , ккал/кг – физическое тепло мазута, подогреваемого перед распылением до , ккал/кг○
С; - тепло вносимое в агрегат с паровым дутьем, ккал/кг.

Потеря тепла с уходящими газами, %, зависит от заданной температуры уходящих газов из котлоагрегата и определяется по формуле:

где I
ух
- энтальпия уходящих газов, ккал/кг, определяется по температуре уходящих газов по табл. 8[5]; - энтальпия холодного воздуха при задан­ной температуре t
хв
и определяется по табл. 8[5].

Потери тепла от химического недожога q3
и механического недожога q4
определяется по табл. 3,4 для данных типа топки и топлива.

Потеря тепла в окружающую среду q5
зависит от производительности котлоагрегата и принимается по номограмме 15 [5].

Коэффициент сохранения тепла

Сумма потерь тепла в котельном агрегате (%)

КПД котлоагрегата брутто определяется по обратному балансу:

Полезно использованное тепло котельного агрегата (ккал/кг):

Принимаем P=15 атм, tнас
=197,4 0
С, i
”
=741 ккал/кг, i
пв
=110,3 ккал/кг,

Pср =14.25

где D - заданная паропроизводительность (кг/ч) котлоагрегата по пару (пе­регретый или насыщенный);

- количество продувочной воды (кг/ч);

i
пр
=i
н
- энтальпия продувочной воды, принимается равной температуре насыщения при давлении в барабане котла, ккал/кг;

i
",i
пв
— энтальпия перегретого пара и питательной воды на входе в бара­бан котла или водяной экономайзер при заданном абсолютном давлении, температурах пара и питательной воды (ккал/кг).

Полный расход топлива (кг/ч; нм3
/ч).

Для мазута расчетный расход топлива (кг/ч) равен полному расходу топлива Вр
=В.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

Для расчета топки зададимся температурой газов на выходе

Полная поверхность стен топки F
ст
вычисляется суммированием всех боковых поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры и камеры сгорания.

м
2
;

м
2
;

м
2
;

м
2
;

м
2
.

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Нл
(м2
) рассчитыва­ется по формуле

м
2
,

м
2
.

где F
пл
X
- лучевоспринимающая поверхность экранов стены, м2
; F
пл
=bl
- площадь стены, занятой экранами. Определяется как произведение рас­стояния между осями крайних труб данного экрана b
(м), на освещенную длину экранных труб l
(м). Величина l
определяется в соответствии со схемами рис.1 [5].

При определении F
пл
исключаются не защищенные трубами участки стен, в том числе площадь горелок и сопл.

X
- угловой коэффициент облучения экрана, зависящий от относительного шага экранных труб S/d
и расстояния от оси экранных труб до стенки топки (номограмма 1 [5]).

Принимаем Х=0,94 при S/d=90/60=1,5

Степень экранирования камерной топки

Эффективная толщина излучающего слоя топки (м
)

Передача тепла в топке от продуктов сгорания к рабочему телу про­исходит в основном за счет излучения газов. Целью расчета теплооб­мена в топке является определение температуры газов на выходе из топки по номограмме 6. При этом необходимо предварительно определить следующие величины:

Параметр М
зависит от относительного положения максимальной температуры пламени по высоте топки Хт
.

Для камерных топок при горизонтальном расположении осей горелок и верхнем отводе газов из топки:

где hг
- высота расположения осей горелок от пода топки или от сере­дины холодной воронки; hт
- общая высота топки от пода или середины холодной воронки до середины выходного окна топки или ширм при полном заполнении ими верхней части топки, (рис.2 [5]).

При сжигании газа и мазута

При камерном сжигании твердых топлив максимальное значение М
принимается не более 0,5 независимо от Хт
.

Эффективная степень черноты факела aф
зависит от рода топлива и условий его сжигания.

При сжигании газообразного и жидкого топлив эффективная степень черноты факела

где m
- коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения то­почного объема; qV
– удельное тепловыделение на единицу объема топочной камеры.

Для камерных топок при qV
≤350∙103
ккал/м3
ч:

m=0,55 для жидкого топлива;

В промежуточных значениях qV
величина m определяется ли­нейной интерполяцией.

aсв
, aг
– степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами. Величины aсв
и aг
определяются по формулам

где е -
основание натуральных логарифмов; Кг
- коэффициент ослабления лу­чей трехатомными газами, определяется по номограмме 3[5] с учетом тем­пературы на выходе из топки, способа размола и вида сжигания;

- суммарная объемная доля трехатомных газов (определяется по табл.7 [5]).

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами (1/м
2
кгс/см
2
)

где αт
- коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

Р - давление в топке, кгс/см2
; для котлов без наддува Р=1 кг/см2
;

S - эффективная толщина излучающего слоя, м.

.

Коэффициент ослабления лучей топочной средой (1/м кгс/см2
) рассчитывается по формуле

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами Кг
определяется по номограмме 3[5] с учетом температуры на выходе из топки . Кг
=1,05

Тепловыделение в топке на 1 м2
ограждающих ее поверхностей нагрева (ккал/м2
ч)

Полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива

где Q
в
- тепло (ккал/кг
), вносимое воздухом в топку (при наличии воздухо­подогревателя);

Принимаем , tгор. в-ха
=250○
С.

.

где ∆αт
- величина присоса в топке;

∆αпп
– величина присоса в пылеприготовительной системе (выбирается по табл. 5,6 [5]).

Энтальпии теоретически необходимого количества воздуха J0
в
в при температуре за воздухоподогревателем (предварительно принятой) и холод­ного воздуха J0
х.в
принимают по табл. 8 [5].

Температура горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя при камерном сжигании твердых топлив, газа и мазута - по табл. 15 [5].

Теоретическую температуру горения определяют по табл.8 [5] по найденному значению Q
Т
.

Q
Т
=10359 ккал/кг, задаемся

Коэффициент тепловой эффективности экранов

где X
- степень экранирования топки (определена в конструктивных харак­теристиках); ξ - условный коэффициент загрязнения экранов, принима­ется по табл.6.2.

Таблица 6.2.Условный коэффициент загрязнения экранов ξ

Тип экрана	Род топлива	ξ
Открытые гладкотрубные экраны Утепленные экраны то­пок с твердым шлако-удалением Экраны, закрытые ша­мотным кирпичом	Газообразное топливо Мазут Тощие угли, АШ, ЦА, каменные бурые угли, фрезерный торф. Экибастузский уголь при R90 =15% Бурые угли с WПР >14% при газовой сушке и прямом вдувании Горючие сланцы Все топлива при слоевом сжига­нии Все топлива Все топлива	0,65 0,55 0,45 0,35-0,40 0,55 0,25 0,60 0,20 0,10

Определив М, аф
, Bp
∙QТ
/Fст
, , Ψ, находят температуру газов на выходе из топки по номограмме 6 [5].

Если найденное значение отличается от предварительно принятого значения более, чем на ±100°С, следует повторить расчет, приняв новое значение и уточнить аф
.

При расхождениях в значениях менее чем на 100°С определенную по номограмме температуру газов на выходе из топки принимают как окон­чательную.

Тепло, переданное в топке излучением, (ккал/кг)

,

где φ - коэффициент сохранения тепла (из теплового баланса).

Энтальпию газов на выходе из топки находят по табл.8 [5] при αт
и . ккал/кг

Видимое тепловое напряжение топочного объема (ккал/м3
ч)

Величина q
V
не должна превышать значения, рекомендуемого для дан­ного типа топочного устройства (табл.3, 4 [5]). По таблице q
V
=250∙103

Значения и q
V
находятся в допустимых пределах.

4 РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

4.1. Расчет фестона

Из расчета топочной камеры t’=1070 0
C; I
’
=4885

Полная физическая поверхность нагрева (м
2
) фестона

где d
- наружный диаметр труб, м
; z
1
- число труб в ряду; z2
- число рядов труб (по ходу газов); l
- длина одной трубы в соответственном ряду, м
.

При выполнении поверочного расчета фестона оп­ределяют температуру газов за ними и количество тепла, отданного газами в пучке (ккал/кг
).

Основными уравнениями при расчете теплообмена в газоходах явля­ются:

а) уравнение теплового баланса

1) при 2) при

I
/
(1070)=4885 ккал/кг I
/
(1070)=4885 ккал/кг

I
//
(1020)=4633,6 ккал/кг I
//
(970)=4383 ккал/кг

где φ - коэффициент сохранения тепла (определен в тепловом балансе); J, J"- энтальпии газов на входе в поверхность нагрева и выходе из неё, ккал/кг; ∆α- величина присоса воздуха в пучке (табл.5 [5]); J0
х.в
- энтальпия холодного воздуха, ккал/кг;

1) 2)

1) 2)

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока (м3
/с
)

1) 2)

Площадь живого сечения для прохода газов Fг
определяется как разность между площадью сечения газохода в месте расположения пучка и площадью, занятой трубами (м2
):

где а
и b
- поперечные размеры газохода в свету, м; zx
- число труб в ряду, шт.; d
, l
— диаметр (наружный) и длина труб в ряду, м.

Расчетная скорость дымовых газов (м/с
)

1) 2)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб котельного пучка, (ккал/м2
ч0
С
)

где C
z
– поправка на число рядов труб по ходу газов;

C
ф
– поправка на парциальное давление водяных паров;

С
s
– поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется в зависимости от относительного поперечного и продольного шагов труб (номограмма 7 [5]).

1) 2)

;

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением ад предвари­тельно находят эффективную толщину излучающего слоя (м
)

Суммарная толщина запыленного газового потока:

1) 2)

1) 2)

Пользуясь полученным произведением K∙PП
∙S, по номограмме 2[5] на­ходят степень черноты продуктов сгорания а
.

1) а
=0,165 2) а
=0,166

По номограмме 11 [5] на

ходят значение αн
, поправку С
г
и подсчитывают ко­эффициент теплоотдачи излучением:

для незапыленного потока (ккал/м2
ч°С
)

1) αн
=165 ккал/м2
ч0
С
; Сг
=0,9975 2) αн
=160 ккал/м2
ч0
С
; Сг
=0,997

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2
ч°С
)

где αк
- коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/м ч°С
; αл
- коэффици­ент теплоотдачи излучением, ккал/м2
ч°С
;

1) 2)

Коэффициент теплопередачи для гладкотрубных (шахматных и кори­дорных) пучков и экономайзеров при сжигании газа и мазута
, а также для коридорных пучков и экономайзеров при сжигании твердых топлив
, опреде­ляется по формуле

где ψ - коэффициент тепловой эффективности, выбирается по табл.12,13[5].

1) 2)

Лучевоспринимающая поверхность нагрева (м
2
) фестона

где а, hср
– ширина и высота площади пучка, на которую падает излучение из топки, м (рис 3[5]); х/
- угловой коэффициент пучка

где х1
, х2
,..., хn
- угловые коэффициенты отдельных рядов труб.

Для однорядного фестона угловой коэффициент определяется по номо­грамме 1а [5, кривая 5]. Для фестонов с большим числом рядов по номограмме 1 г [5].

Расчетная поверхность (м2
)

Температура стенки труб принимается равной температуре наружного слоя золовых отложений, осевших на трубах (°С):

где tcp
=tн
- средняя температура среды (температура насыщения при давле­нии в барабане),°С.

Для фестонов, расположенных на выходе из топки, ∆t=800
C.

б) уравнение теплопередачи

1) 2)

1) 2)

Находим температуру

Проверим правильность значения температуры газов

I
/
(1070)=4885 ккал/кг I
//
(1016)=4613,5 ккал/кг

0
С

0
С

0
С

ккал/кг

Полученное по уравнению теплообмена значение QT
отличается от определенного по уравнению баланса Qб
более чем на 2%, расчет поверхности заканчивается. Окончательными принимаются температура, энтальпия вошедшие в уравнение баланса.

4.2 Расчет пароперегревателя.

Из расчета фестона, принимаем t
'
=1016 0
C, I
'
=4613,5ккал/кг

Для расчета пароперегревателя принимаем мм
, мм
, мм
, мм
,

шт

Поверхность нагрева пароперегревателя принимаем (м
2
)

Живое сечение для прохода пара (м
2
):

где d
вн
- внутренний диаметр трубы, м.

Скорость пара (м/с
):

где Д
- паропроизводительность котлоагрегата, кг/ч; - плотность пара при средней температуре, кг/м3
; f
- живое сечение для прохода пара, м
2
.

0
С
; кг/м
3

Живое сечение для прохода дымовых газов (м
2
):

где а,
b
- размеры газохода в расчетном сечении, м; l
1
- высота петли змееви­ка, м.

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока (м3
/с
):

где Вр
- расчетный расход топлива, кг/ч; VГ
- объем газов на 1 кг топлива рас­считываемого газохода при средней температуре дымовых газов (табл.7 [5]).

0
С

Расчетная скорость дымовых газов (м/с
):

Энтальпия влажного пара (ккал/кг
):

где i
//
- энтальпия сухого насыщенного пара, ккал/кг

r
- теплота парообразования воды, ккал/кг.

Тепловосприятие пароперегревателя по балансу (ккал/кг
):

где Д
- заданная паропроизводительность котла, кг/ч, Q
пп
л
- тепло, получен­ное прямым излучением из топки (учитывается, если перед пароперегревателем по ходу дымовых газов расположен фестон или котельный пучок).

где - тепловая нагрузка экранов топочной камеры, ккал/м ч
;

Н
л
- лучевоспринимающая поверхность топки, м
2
; Н
лв
- лучевоспринимающая поверхность пучка труб на выходе из топки, м
2
; х - угловой коэф­фициент этого пучка (посчитано в фестоне); у
- коэффициент неравномерности распре­деления тепла в топочной камере.

При наличии пароохладителя расчет пароперегревателя ведется с уче­том его включения. Пароохладитель рассчитывается на съем тепла ∆i
по
=25÷30 ккал/кг пара при номинальной нагрузке. Тогда энтальпия на входе в пароперегреватель

где i//
x
- энтальпия пара на выходе из барабана котла, ккал/кг

Энтальпия газов на выходе из пароперегревателя (ккал/кг
)

где I
"- энтальпия газов на входе в пароперегреватель, ккал/кг; φ - коэффи­циент сохранения тепла; ∆αпп
- присосы воздуха на участке пароперегрева­теля; I
°х.в
- энтальпия холодного воздуха.

По табл. 8 [5] находят температуру газов на выходе из пароперегревателя , соответствующую I
". 0
C

По известным температурам газов и пара на входе и выходе и принятой схеме движения потоков находят среднюю логарифмическую разность температур

для противоточной схемы: для прямоточной схемы:

где ∆tб
- разность температур сред в том конце поверхности нагрева, где она больше, °С; ∆tм
- разность температур на другом конце поверхности нагрева.

Средняя разность температур для совмещенной схемы (○
С):

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением ад предвари­тельно находят эффективную толщину излучающего слоя (м
)

Суммарная толщина запыленного газового потока:

Для котлов без наддува Р=1 атм.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами КГ
определяется по номограмме 3 [5] в зависимости от парциального давления водяных паров в рассматриваемом газоходе (табл.7[5]), средней температуры дымовых газов и произведения PП
S (РП
- парциальное давление водяных паров находит­ся по табл.7[5]).

КГ
=2,6 1/м∙кгс/см2

Пользуясь полученным произведением K∙PП
∙S, по номограмме 2[5] на­ходят степень черноты продуктов сгорания а
.

а
=0,14

По номограмме 11 [5] находят значение αн
, поправку С
г
и подсчитывают ко­эффициент теплоотдачи излучением: αн
=122 ккал/м2
ч0
С
; Сг
=0,98

для незапыленного потока (ккал/м2
ч°С
)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пароперегревателя (ккал/м2
ч°С
)

где Cz
- поправка на число рядов труб по ходу газов; Сф
- поправка на парциальное давление водяных паров; Cs
- поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется в зависимости от относительного попереч­ного и продольного шагов труб (номограмма 7 [5]). Сz
=0,9; Сф
=0,98; Сs
=1; αн
=47,5.

;

где S1
- поперечный шаг труб, S2
- продольный шаг труб, м
;

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2
ч°С
)

где αк
- коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/м ч°С
; αл
- коэффици­ент теплоотдачи излучением, ккал/м2
ч°С
;

Коэффициент теплопередачи перегревателей с коридорным пучком при сжигании любых топлив, а также с шахматным пучком, при сжигании газа и мазута (ккал/м2
ч°С
)

где ψ - коэффициент тепловой эффективности (выбирается по табл. 12, 13 [5]); α2
- коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару (номограмма 10 [5]);

Для коридорных и шахматных перегревателей при сжигании жидкого топлива ε=0,003; для коридорных перегревателей при сжигании твердых то­плив ε=0,005; при сжигании природных газов ε=0.

Температуру стенки перегревателей tст
принимают равной средней температуре наружного слоя осевших на трубе золовых отложений (°С
):

где ε - коэффициент загрязнения, ккал/м2
ч°С; α2
- коэффициент теплоот­дачи от стенки трубы к пару, ккал/м2
ч°С; Нпп
- предварительно принятая поверхность пароперегревателя, м2
; tcp
- средняя температура пара, °С
.

По найденным значениям Qб
, К, ∆tср
определяют расчетную поверх­ность нагрева пароперегревателя (м2
) по формуле

Нпп
не находиться в допустимых пределах по отношению к пред­варительно принятой величине.

Принимаем Нпп
=166,7

0
С

По номограмме 11 [5] находят значение αн
, поправку С
г
и подсчитывают ко­эффициент теплоотдачи излучением: αн
=120 ккал/м2
ч0
С
; Сг
=0,975

для незапыленного потока (ккал/м2
ч°С
)

ккал/м2
ч
0
С

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2
ч°С
)

ккал/м2
ч
0
С

Коэффициент теплопередачи перегревателей с шахматным пучком, при сжигании газа и мазута (ккал/м2
ч°С
)

ккал/м2
ч
0
С

По найденным значениям Qб
, К, ∆tср
определяют расчетную поверх­ность нагрева пароперегревателя (м2
) по формуле

м2

Нпп
находиться в допустимых пределах по отношению к пред­варительно принятой величине

Далее определяют конструктивные размеры пароперегревателя. При­нимается количество параллельных труб Z1
. Их число можно вычислить от­ношением ширины газохода b
на выбранный поперечный шаг труб S1
(шт
.) по формуле

Затем находим длину (м
) одной трубы (змеевика) по выражению

где d
- средний наружный диаметр труб пароперегревателя, м
.

Число рядов труб по ходу газов Z2
(шт
) рассчитывают, взяв из чертежа среднюю высоту змеевиков пароперегревателя h, по формуле

Выбрав продольный шаг труб S2
, определяют длину пакета пароперегрева­теля (м
):

4.3. Расчет котельного пучка

Из расчета пароперегревателя t'=649 0
C; I
'
=2884,66 ккал/кг

Для расчета котельного пучка принимаем dн
=60 мм
; S1
=110 мм
;

S2
=100 мм;
tн
=197,4 0
C; z2
=16 шт.

Поверхность нагрева (м
2
) котельного пучка

где d
- наружный диаметр труб, м
; z
1
- число труб в ряду; z2
- число рядов труб (по ходу газов); l
- длина одной трубы в соответственном ряду, м
.

м
2

м
2

м
2

м
2

м
2

м
2

м
2

м
2

м
2

При выполнении поверочного расчета котельного пучка оп­ределяют температуру газов за ними и количество тепла, отданного газами в пучке (ккал/кг
).

Основными уравнениями при расчете теплообмена в газоходах явля­ются:

а) уравнение теплового баланса:

где φ - коэффициент сохранения тепла (определен в тепловом балансе); J, J"- энтальпии газов на входе в поверхность нагрева и выходе из неё, ккал/кг(нм3
); ∆α- величина присоса воздуха в пучке (табл.5 [5]); J0
х.в
- энтальпия холодного воздуха, ккал/кг;

1) при 2) при

I
/
(649)=2884,66 ккал/кг I
/
(649)=2884,66 ккал/кг

I
//
(549)=2505,14 ккал/кг I
//
(449)=2023,22 ккал/кг

1) 2)

Средняя температура газового потока (0
С):

1) 2)

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока (м3
/с
)

1) 2)

Площадь живого сечения для прохода газов Fкп
определяется как разность между площадью сечения газохода в месте расположения пучка и площадью, занятой трубами (м2
):

где а
и b
- поперечные размеры газохода в свету, м; z1
- число труб в ряду, шт.; d
, l
— диаметр (наружный) и длина труб в ряду, м.

Расчетная скорость дымовых газов (м/с
)

1) 2)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб котельного пучка, (ккал/м2
ч0
С
)

где C
z
– поправка на число рядов труб по ходу газов;

C
ф
– поправка на парциальное давление водяных паров;

С
s
– поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется в зависимости от относительного поперечного и продольного шагов труб (номограмма 7 [5]).

1) 2)

;

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением предвари­тельно находят эффективную толщину излучающего слоя (м
)

Суммарная толщина запыленного газового потока:

1) 2)

1) 2)

Пользуясь полученным произведением K∙PП
∙S, по номограмме 2[5] на­ходят степень черноты продуктов сгорания а
.

1) а
=0,11 2) а
=0,11

По номограмме 11 [5] находят значение αн
, поправку С
г
и подсчитывают ко­эффициент теплоотдачи излучением:

для незапыленного потока (ккал/м2
ч°С
)

1) αн
=64 ккал/м2
ч0
С
; Сг
=0,98 2) αн
=58 ккал/м2
ч0
С
; Сг
=0,96

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2
ч°С
)

где αк
- коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/м ч°С
; αл
- коэффици­ент теплоотдачи излучением, ккал/м2
ч°С
;

1) 2)

Коэффициент теплопередачи с шахматных пучков при сжигании газообразного топлива

где ψ - коэффициент тепловой эффективности, выбирается по табл.12,13[5].

1) 2)

Лучевоспринимающая поверхность нагрева (м
2
) котельного пучка

Расчетная поверхность (м2
)

Температура стенки труб принимается равной температуре наружного слоя золовых отложений, осевших на трубах (°С):

где tcp
=tн
- средняя температура среды (температура насыщения при давле­нии в барабане),°С.

Для ко­тельных пучков малой мощности при температуре газов на входе в поверх­ность °С ∆t=60°C.

б) уравнение теплопередачи (ккал/кг)

1) 2)

1) 2)

Находим температуру

Проверим правильность значения температуры газов

I
/
(649)=2884,66 ккал/кг I
//
(400)=1789 ккал/кг

Средняя температура газового потока, ()

ккал/кг

Полученное по уравнению теплообмена значение QT
не отличается от определенного по уравнению баланса Qб
более чем на 2%, расчет поверхности заканчивается. Окончательными принимаются температура, энтальпия вошедшие в уравнение баланса.

5. РАСЧЕТ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

В результате конструктивного расчета необходимо найти температуру газов на входе в воздухоподогреватель и его расчетную поверхность, обеспе­чивающую подогрев воздуха до принятой температуры.

Из предыдущих расчетов t'=400 0
C; I
'
=1789 ккал/кг; Iг.в
=834 ккал/кг; I
x
ол.в
=132 ккал/кг

Количество тепла, воспринимаемого воздухом в воздухоподогревателе (ккал/кг)

где β"гв
- отношение количества воздуха на выходе из воздухоподогревателя к теоретически необходимому, ,

где αт
- принятый коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

∆αст
,∆αпп
- присосы воздуха в топке и системе пылеприготовления (табл. 5,6[5]);

I0
гв
, I0
хол.в
- энтальпии горячего и холодного воздуха, теоретически необходи­мого для сгорания топлива при соответственных температурах на выходе и на входе воздуха в воздухоподогреватель, ккал/кг.

Из уравнения теплового баланса по газовой стороне и найденной вели­чине Qвп
находят энтальпию газов на входе в воздухоподогреватель (ккал/кг)

; t=226 0
С

где I//
ух.г
– энтальпия уходящих газов, ккал/кг; φ – коэффициент сохранения тепла (см. раздел 5); ∆αвп
– присос воздуха в воздухоподогревателе (табл. 5 [5]); I0
пр
– энтальпия присосанного воздуха, ккал/кг

Значение I0
пр
определяется по табл. 8[5] при температуре присосанного воздуха (0
С)

; I0
пр
=548 ккал/кг

где tхол.в
, tг.в
- температура холодного и горячего воздуха на входе и на выхо­де из воздухоподогревателя.

Принимаем диаметр труб 40 мм., скорости газов Wг
принимаются 11 м/с, а скорости воздуха Wв
=5 м/с, при относительном поперечном шаге труб S1
/d =1,2 и продольном S2
/d =1,05. S1
=48; S2
=42

Для принятой скорости газов рассчитывают живое сечение для прохода га­ зов (м
2
) по формуле

где Vг
- объем газов при αвп
(табл.7[5]); Вр
- расчетный расход топлива, кг/ч.

Температура газового потока (0
С)

По принятым значениям наружного диаметра труб d, относительного поперечного шага S1
d, скоростей газов Wг
и воздуха Wв
находят число труб по ширине шахты (шт):

Полное число труб воздухоподогревателя (шт )

где Vг
- объем газов при αвп
, нм3
/кг; Вр
- расчетный расход топлива, кг/с. Затем определяется число рядов труб (шт ) по глубине конвективной шахты (по ходу воздуха) по формуле

Глубина шахты (м
)

Температурный напор (°С
) в трубчатых воздухоподогревателях с перекре­стным током газов и воздуха при числе ходов воздуха не более четырех (пред­варительно число ходов принимается с последующим уточнением) определяется по формуле

где ψ - коэффициент перехода от противоточной схемы к сложной (опреде­ляется по номограмме 13[5]); ∆tпрот
- средняя разность температур для слу­чая противотока.

Для определения ψ предварительно вычисляют безразмерные параметры

и

где ' и t' - температура греющей и нагреваемой сред на входе в воздухопо-догреватель,°С; τб
- перепад температур той среды, у которой он больше, °С; τм
- перепад второй среды, °С.

0
С

0
С

Далее определяется коэффициент теплопередачи по формуле

где α1
- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (ккал/м2
ч°С
), определя­ется по номограмме 9[5] (продольное омывание); α1
=28 при Wг
=11 м/с

α2
- коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху (шахматное расположение), ккал/м2
ч °С (номограмма 8[5]); α2
=49 при Wв
=5

ξ - коэффициент использования воздухоподогревателя, учитывающий совместное влияние загрязненных труб, неполноты омывания поверхности газами и воздухом, и перетоков воздуха в трубных решетках, принимается по табл. 8.1.

Таблица 8.1

Вид топлива	коэффициент использования воздухоподогревателей ξ
	трубчатых без промежуточных трубных досок		чугунных ребристых
	нижние степени	верхние ступени
АШ, фрезерный торф Мазут и древесное топливо Все остальные топлива	0,8 0,8 0,85	0,75 0,85 0,85	0,75 0,7 0,8

Температура стенки труб принимается равной полусумме средних зна­чений температур газов и воздуха (°С):

Эквивалентный диаметр труб при продольном омывании (м
)

где a, b - поперечные размеры газохода, м; dвн
- внутренний диаметр труб, м.

Расчетная поверхность воздухоподогревателя (м
2
)

Полная высота труб воздухоподогревателя (м)

где , d, dвн
- наружный и внутренний диаметры труб, м.

Сечение прохода для воздуха (м
2
) определяется, исходя из принятой скорости воздуха Wв
по формуле

где t
ср
- средняя температура воздуха, °С, Вр
- расчетный расход топлива, кг/ч.

Высота (м) проходного сечения для воздуха (высота одного хода)

Число ходов воздуха

6. РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

Водяные экономайзеры устанавливаются для снижения температуры уходящих газов и предварительного подогрева питательной воды перед по­ступлением ее в барабан котла.

Для котельных агрегатов, работающих с давлением до 24 ата, устанавли­вают чугунные экономайзеры, составленные из отдельных типовых элемен­тов ребристых труб, соединенных между собой специальными фасонными частями-калачами.

Таблица 9.1 Основные характеристики ребристых труб экономайзера

Характеристика одного элемента (трубы)	Единица измерения	Экономайзер ВТИ
Длина	мм	1500	2000	2500	3000
Поверхность нагрева с газовой стороны Fтр	м2	2,18	2,95	3,72	4,49
Живое сечение для прохода газов fтр	м2	0,088	0,120	0,152	0,184
Вес одной трубы	кг	52,5	67,9	86,3	99,3
Число ребер	шт	63,8	85,0	105,3	137,5

Дополнительные материалы по конструкции и компоновке чугунных экономайзеров см. в [2,3].

Тепловой расчет водяного экономайзера проводится конструкторским расчетом. Для расчета экономайзера известны энтальпия и температура газов на входе в экономайзер (из расчета пароперегревателя либо кипятильного пучка, расположенных по ходу газов перед водяным экономайзером), а также энтальпия и температура газов на выходе из экономайзера I"вэ
и (из рас­чета воздухоподогревателя).

Из расчета воздухоподогревателя t
=226 0
C; I
=1032 ккал/кг
; I
'
=755ккал/кг
;

Количество тепла (ккал/кг), передаваемого газами в водяном экономай­зере,

где φ - коэффициент сохранения тепла; I', I'' - энтальпия газов на входе и выходе из водяного экономайзера, ккал/кг; ∆αвэ
- величина присоса воздуха в водяном экономайзере (табл.5[5]).

Расчетное тепловосприятие экономайзера, как замыкающей поверхности пароводяного тракта, можно определить также из уравнения баланса тепла (ккал/кг
):

где Qл
, Qф
, Qпп
, Qкп
- количество тепла (ккал/кг) сжигаемого топлива, вос­принятое лучевоспринимающими поверхностями топки, фестоном, паропе­регревателем, котельными пучками.

По величине Qэк
находят энтальпию (ккал/кг) и температуру воды на выходе из водяного экономайзера

где i
'пв
- энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, ккал/кг; Dэк
-расход воды через экономайзер, кг/ч.

где D- паропроизводительность котлоагрегата, кг/ч; Dпр
- величина непре­рывной продувки, кг/ч.

Уточним температуру уходящих газов:

Приняв количество труб в горизонтальном ряду т
(m
=10) чугунного экономай­зера, определяют живое сечение для прохода газов и воды с таким расчетом, чтобы скорость газов была в пределах 6-9 м/с, а скорость воды 0,3 - 1,5 м/с.

Живое сечение для прохода газов (м
2
)

где fтр
- живое сечение для проходов газов одной трубы, м (табл. 9.1).

Средняя скорость газов (м/с
)

где Vг
- объем газов в водяном экономайзере (табл. 7[5]); - средняя тем­пература газов в экономайзере, 0
С
. 0
С

Скорость воды в водяном экономайзере (м/с)

где - удельный объем воды(м3
/кг) при средней температуре (определяется по таблицам [4]); fвэ
- живое сечение для прохода воды (м
2
)

Коэффициенты теплопередачи для ребристых экономайзеров ВТИ находят по номограмме 12[5].

ккал/м2
ч0
С

Поверхность нагрева водяного экономайзера (м
2
)

Общее число змеевиков в.э. (шт
.) определяется

Количество труб в горизонтальном ряду (шт.
)

7. СОСТАВЛЕНИЕ ПРЯМОГО БАЛАНСА

Расчетная невязка теплового баланса (ккал/кг)

где Qл
- тепловосприятие поверхностей нагрева в топке, ккал/кг; Qф
- тепло­восприятие фестона, ккал/кг; Qпп
- тепловосприятие пароперегревателя, ккал/кг; ΣQкп
— сумма тепловосприятий всех конвективных испарительных поверхностей нагрева, ккал/кг; Qвэ
- тепловосприятие водяного экономайзера, ккал/кг.

ккал/кг

Относительная величина невязки

не превышет 0,5 % .

8. ЛИТЕРАТУРА

1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод)/ Под ред. Н.В. Кузнецова. М.: Энергия, 1973.

2. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парогенератора. М.: Энергия, 1988.

3. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. Л.: Энергия, 1974.

4. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплотехнические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия, 1980.

5. Справочно-нормативные данные. Метод, указания/ КГТУ. Красноярск, 1999.

Федеральное Агентство по Образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

КГТУ

Кафедра: «ТЭС»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

НА ТЕМУ:

Реконструкция котла Е 25-М с переводом

на мазут сернистый

Пояснительная записка.

Выполнил:
ст-т гр. 73-2

Шергин Е.С.

Проверил:

Криволуцкий Д.Е.

Красноярск 2005