В руководстве изложена методика теплового расчета котлов типа ДКВР, не содержащих пароперегревателя. Некоторые величины, входящие в расчет (например, коэффициенты ослабления излучения дымовыми газами, коэффициенты теплоотдачи при обтекании конвективных пучков и др.), вычисляются с помощью программы «BoilerTools».
Задание по курсовому проекту должно содержать параметры пара на выходе из агрегата и его паропроизводительность, температуру питательной воды и состав топлива. Для выполнения теплового расчета понадобятся чертежи котлоагрегата и значения ряда параметров, характеризующих процессы в котельной установке. Эти материалы опубликованы на сайте кафедры. Рекомендуется так же использовать нормативный метод [1].
Объем и состав дымовых газов
Для твердого
и жидкого
топлива объемы воздуха и продуктов сгорания, отнесенные к одному килограмму топлива, вычисляются по приведенным ниже формулам.
По составу топлива определяется минимально необходимое количество воздуха V
вз
о
для полного сжигания топлива
V
вз
о
= 0,0889 (C
p
+ 0,375S
p
)+ 0,265H
p
− 0,0333O
p
В приведенной формуле H p
,C
p
,O
p
и S p
- состав рабочей массы топлива, выраженный в процентах.
В результате полного сжигания топлива в этом количестве воздуха образуются продукты сгорания, объем которых, отнесенный к килограмму топлива, равен: азот
N
p
o
V
N
2
= 0,79V
вз
+ 0,8 100
трехатомные газы
C
p
+ 0,375S
p
V
RO
2 = 1,866
100
водяные пары
V
H O
o
2
= 0,111H
p
+ 0,0124W
p
+ 0,0161V
вз
o
Здесь W p
- содержание влаги в рабочей массе топлива, выраженное в процентах.
Для газообразного
топлива аналогичные величины определяются по следующим формулам:
минимально необходимое количество воздуха для полного сжигания газа
V
вз
o
= 0,0476 0,⎡
⎢ 5CO
+ 0,5H
2
+1,5H S
2
+ ∑
⎛
⎜⎝m
+ n
4⎞
⎟⎠C H
m n
−O
2
⎦⎥⎤
⎣
содержание азота в продуктах сгорания
o
N
2
V
N
2 = 0,79V
вз
+
100
содержание трехатомных газов в продуктах сгорания
VRO
2
= 0,01[CO2
+CO + H S2
+∑mC Hm n
]
содержание водяных паров в продуктах сгорания
V
H Oo
2 = 0,01⎡⎢⎣H S H
2 + 2 +∑n
2 C H
m n
+ 0,124d
T
⎥⎦⎤+ 0,0161V
взo
Здесь C H
m n
,H
2
,CO
и др. – состав газообразного топлива, отнесенный к кубическому метру топлива, выраженный в процентах, d
T
- влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к кубическому метру топлива.
При избытке воздуха α>1объем водяных паров в продуктах сгорания равен
V
H O
2 =V
H Oo
2 + 0,0161(α−1)V
взo
Полный объем дымовых газов равен
V
Г
=V
RO
2 +V
N
2 +V
H O
2 + −(α 1)V
взo
It
–диаграмма продуктов сгорания
Задаются коэффициент избытка воздуха в топкеα
Т
и всеми присосами Δα по ходу дымовых газов.
Эти параметры приведены в таблицах ниже.
Коэффициент избытка воздуха
| топливо и способ сжигания | αT
|
| Топки для сжигания газов и мазута | 1,10 |
| Сжигание твердого топлива в слое | 1,30 – 1,50 |
Присосы воздуха в газоходах котла
| газоходы котла | Δα |
| Топочные камеры газомазутных котлов | 0,05 – 0,10 |
| Топочные камеры слоевых топок | 0,10 – 0,30 |
| Котельный пучок | 0,05 – 0,10 |
| Экономайзер чугунный | 0,10 – 0,20 |
Вычисляется действительное количество воздуха V
д
, подаваемого в топку
V
д
=αТ
V
взо
Выполняется расчет энтальпий продуктов сгорания для температур в диапазоне 100 – 2000 С. Для этого удобно вначале вычислить энтальпию продуктов сгорания при α=1.
I
Гo
= (ct
)N
2V
N
2 + (ct
)RO
2V
RO
2 + (ct
)H O H O
2 V
2
Здесь (ct
) - произведение средней теплоемкости газа в интервале температур 0 - t
и температуры газа t
.
Затем вычисляется энтальпия продуктов сгоранияI
Г
при заданной температуре и коэффициенте избытка воздуха α по формуле
I
Г
= I
Гo
+ (α−1)(ct
)вз вз
V
о
Коэффициент избытка воздуха возрастает по мере движения продуктов сгорания по тракту котлоагрегата вследствие присосов. Для коэффициента избытка воздуха в топке α
Т
энтальпия продуктов сгорания строится в диапазоне температур 1500 – 2000 С. На выходе из топки коэффициент избытка увеличивается на величину присосов Δα
Т
. Следует построить кривую для значения α=α
Т
+ Δα
Т
в диапазоне температур 700 – 1200 С. На выходе из конвективного пучка коэффициент избытка воздуха α=α
Т
+ Δα
Т
+ Δα
К
, где Δα
К
- присосы в конвективном пучке.
Для этого значения αследует построить кривую энтальпии продуктов сгорания для температур 300 – 700 С. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов равен
αух
=αТ
+ ΔαТ
+ ΔαК
+ ΔαЭ
где Δα
Э
- присосы в экономайзере. Кривая энтальпии для этого значения коэффициента избытка воздуха строится в температурном диапазоне 100 – 400 С.
Так выполняется построение It
-диаграмма дымовых газов.
Расход топлива
Вычисляется располагаемое тепло, отнесенное к единице топлива (килограмму или кубометру)
Q
РР
= Q
НР
+Q
ф
Здесь Q
Н
Р
- теплота сгорания топлива, Q
ф
= с
Т Т
t
- физическое тепло топлива, равное произведению теплоемкости топлива и его температуры. Теплоемкости топлива приведены в таблице
Теплоемкость топлив
| топливо | теплоемкость |
| Газ | 1,60 – 1,80 кДж/м3
С |
| Мазут | 1,75 – 1,85 кДж/кг С |
| Уголь | 0,95 – 1,10 кДж/кг С |
Задается температура уходящих газов t
ух
. Если не предполагается устанавливать экономайзер, то температура дымовых газов на выходе из котла принимается на 30 – 40 С выше температуры кипения воды в барабане котла, При использовании экономайзера - согласно таблице, приведенной ниже.
Для твердых
топлив температура уходящих газов выбирается по приведенной влажности топлива W П
. Она равна
W
П
= 4,19 10⋅ 3
W
Р
Q
Н
Р
где Q
Н
Р
- теплота сгорания топлива, кДж/кг (куб.м), W Р
- влажность рабочей массы топлива.
Температура уходящих газов
| топливо | t
ух , С |
| угли с W
П <= 3,0 и природный газ |
120 – 130 |
| угли с W
П = 3,0-20 |
140 – 150 |
| мазут | 150 - 160 |
Затем вычисляются потери тепла с уходящими газами
Q
2 = −I
ух
αух вз
I
о
где I
вз
о
- энтальпия минимально необходимого количества воздуха для полного сгорания топлива (α= 1) , отнесенная к температуре в котельной (температуру воздуха в котельной принять 30 С, при этой температуре (ct
)
вз
= 34,0 кДж/м3
). На It
–диаграмме продуктов сгорания для определения энтальпии уходящих газов используется кривая, соответствующая α
ух
.
Далее вычисляется значение q
2
, равное
Q
2
q
2
= P
⋅100% . Q
P
Затем задаются величины химического недожога топлива q
3
и механического уноса топлива q
4
.
Соответствующая информация приведена в таблице.
Потери с механическим уносом и химическим недожогом
| топливо и способ сжигания | q
3 , % |
q
4 , % |
| Сжигание мазута и газа | 0,5 | 0,0 |
| Сжигание твердого топлива в слое | 0,5 – 1,0 | 5,0 – 8,0 |
Потери тепла в окружающую среду q
5
находятся с помощью графика, представленного на рис.1. По оси абсцисс указана паропроизводительность котла. Кривая 1 относится к котлу с хвостовыми поверхностями, кривая 2 – собственно к котлу (без хвостовых поверхностей).
Рис. 1
Потери тепла в окружающую среду
Для твердых
топлив дополнительно оценивается величина потерь тепла в результате удаления шлаков q
6
.
Она равна
(1− a
ун
)(сt
)зл
A
p
q
6 = P
%
Q
P
Здесь a
ун
- доля золы топлива в уносе ( принять 0,1 ), (ct
)зл
- энтальпия золы ( принять 550 кДж/кг золы ),
Ap
- зольность рабочей массы твердого топлива (в процентах). Теперь можно оценить к.п.д. котлоагрегата
ηК
=100% − q
2
− q
3
− q
4
− q
5
− q
6
Расход топлива котлоагрегатом B
равен
D i
( ПП
− i
ПВ
) + G
пр
(i
′ − i
ПВ
)
B
= Р
100
ηК
Q
Р
Здесь D
и G
пр
- соответственно паропроизводительность котлоагрегата и расход продувки, i
ПП
- энтальпия перегретого пара (если пароперегреватель отсутствует, принимается i
ПП
= i
′′), i
′′и i
′- соответственно энтальпия сухого насыщенного пара и кипящей жидкости (параметры на линии насыщения при давлении в барабане котла), i
ПВ
- энтальпия питательной воды на входе в котел. Температуру питательной воды принять равной 100 С.
Адиабатная температура сгорания
Тепло, вносимое в топку Q
Т
, равно
Р
⎛100%− q
3 − q
4 ⎞⎟⎟+αТ вз
I
о
Q
Т
= Q
Р
⎜⎜ 100%− q
4 ⎠
⎝
где I
вз
о
- энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре воздуха в котельной.
С помощью It
–диаграммы продуктов сгорания по кривой, соответствующей α
Т
, определяется адиабатная температура сгорания так, как это показано на рисунке.
Температура дымовых газов на выходе из топки
По чертежам котлоагрегата вычисляется суммарная поверхность стен топки F
ст
. Затем вычисляются площади поверхностей топки, занятых экранами Экранов в топке может быть несколько. Например, фронтальный, задний, боковые и др. Площадь поверхности i
-ого настенного экрана обозначим. F
i
Э
. Она равна
F
i
Э
= [(т
−1)s
+ d H
] Э
Здесь m
- количество экранных труб на экранируемой поверхности, s
- шаг экранных труб, d
и H Э
- соответственно наружный диаметр и высота экранной трубы. Последняя величина определяется по чертежам котла.
Средняя тепловая эффективность экранов равна
∑ψi
F
iЭ
ψср
= i
.
F
ст
где ψ
i
= x
i
ξ
i
, x
i
- угловой коэффициент i
-ого экрана (определяется по номограмме), ξ
i
- коэффициент загрязнения этой экранной поверхности. Угловые коэффициенты однорядных гладкотрубных экранов определяются по графику, приведенному на рис.2
.На этом графике кривые 1 – 4 учитывают излучение обмуровки топки, кривая 5 - нет. При сжигании газа принятьξ= 0,65 , при сжигании мазута ξ= 0,55 и при сжигании углей в слое ξ= 0,60. По составу дымовых газов находятся объемные доли трехатомных газов
V
RO
V
H O
2
r
RO
2 =r
H O
2 =
ГГ
Здесь V
RO
2 и V
H O
2 - объемы трехатомных газов в продуктах сгорания, V
Г
- объем дымовых газов при значении коэффициента избытка воздуха на выходе из топки α=α
Т
+ Δα
Т
.
Далее вычисляется эффективная степень черноты факела a
ф
.
При сжигании газообразных и жидких
топлив указанная степень черноты вычисляется по формуле
aф
= maсв
+ (1− m a) г
При сжигании газа m
= 0,1 , при сжигании мазута m
= 0,55. В приведенной формуле a
св
- степень черноты
светящегося пламени, a
г
- степень черноты несветящегося пламени. Они определяются по формулам a
св
= 1− exp( (− k r
г г
+ k
c
)ps
) a
г
= 1− exp(−k r ps
г г
)
Здесь k
г
- коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, k
c
- коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, r
г
= r
RO
2 + r
H O
2 - объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания, p
- давление в топке ( p
= 1 атм), s
- эффективная толщина излучающего слоя в топке. Она равна
V
F
Здесь V
Рис.2
кривая 1 – e > 1,4d кривая 2 - e = 0,8d кривая 3 - e = 0,5d кривая 4 - e = 0 кривая 5 – e > 0,5d Коэффициенты ослабления лучей трехатомными газами и сажистыми частицами можно вычислить с помощью программы. Коэффициент k
C
= 0,12 C H
Левое отношение действительно для мазутов, правое – для газов. При сжигании твердых топлив
где k
Коэффициент ослабления лучей равен k
Здесь k
Коэффициент k
После определения a
a
a
где ρ=
Fст
Расчетный расход топлива равен q
B
100 Далее вычисляется критерий Больцмана Bo
–8 2 4
Здесь σ= 5,73 10 Вт/м К , ϕ= (1− ) - коэффициент сохранения тепла, (Vc
теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от t
(Vc
где t
Кривая 1 на рисунке соответствует α
Теперь вычисляется отношение температур T
T
= 0,6 0,6T
Здесь коэффициент M
M
а при сжигании твердых
В обеих формулах x
С помощью It
Если значение t
Количество тепла, воспринятое в топке за счет излучения, отнесенное к единице топлива, равно Q
Задается температура продуктов сгорания на выходе из пучка кипятильных труб t
энтальпия продуктов сгорания за конвективным пучком I
Здесь I
Исходя из конструктивных размеров котлоагрегата, необходимо определить минимальное живое сечение для прохода дымовых газов в пучке кипятильных труб. С помощью программы определяется коэффициент теплоотдачи α
k
Здесь ψ- коэффициент тепловой эффективности (ψ= 0,60 – 0,65). Величину коэффициента теплоотдачи излучением α
Далее с помощью уравнения теплопередачи оценивается тепловосприятие пучка кипятильных труб Q
B
Здесь F
ln Δt
где Δt
Если величины Q
Тепло, расходуемое котлом на генерацию пара, определяется по формуле D i
Q
B
Здесь i
QK
Q
Если величина Q
I
где I
Если I
Расчет чугунного экономайзера ВТИ
Энтальпия воды i
i
D
По величине i
Температуры дымовых газов на входе t
диаграммы продуктов сгорания (см. рисунок ниже). На рисунке кривая 1 соответствуетα=αТ
Средняя температура продуктов сгорания в экономайзере равна t
Далее определяется объем дымовых газов V
0 ср
V
Среднюю скорость продуктов сгорания в экономайзере следует принять равной w
V
S
Выбирается трубы экономайзера (см. таблицу ниже), и вычисляется количество труб в одном ряду поперек потока газов. S
z
s
где s
Если z
V
S
S
С помощью программы вычисляется коэффициент теплопередачи k
F
В этом выражении логарифмический напор вычисляется по формуле Δ t
где Δt
Предварительно вычисляются две разности температур: для дымовых газов υ′−υ′′ и для воды t
P
Если число ходов больше четырех принимается ψ = 1,0 . Количество рядов труб по ходу потока дымовых газов равно F
z
Литература
1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод), «Энергия», Москва, 1973 г., 300 стр. Рис. 3
Рис. 4
s
= 3.6
ст
T
- объем топки в кубических метрах.
Угловые коэффициенты экранов
c
, в частности, зависит от соотношения содержания в топливе углерода и водорода, определяемого как
Р
m
Р
∑ m
n
H n
эффективная степень черноты факела рассчитывается по формуле
aф
=1−exp(−kps)
- коэффициент ослабления лучей топочной средой, p
- давление в топке ( p
= 1 атм), s
- эффективная толщина излучающего слоя в топке (см. выше).
= k r
г г
+ k
зл
μзл
+κ1κ2
зл
- коэффициент ослабления лучей зольными частицами, μ
зл
- безразмерная концентрация золы в дымовых газах, κ
1
и κ
2
- коэффициенты, зависящие от рода топлива и способа его сжигания. Так при сжигании бурых и каменных углей κ
1
= 0,5 . При слоевом сжигании твердого топливаκ
2
= 0,03.
г
определяется так же, как при сжигании газа или мазута (см. выше). Для вычисления k
зл
с помощью программы нужно, в частности, знать содержание золы в топливе AP
, средний диаметр частиц золы и величину ее уноса. При слоевом сжигании этот диаметр равен 20 мкм, а унос составляет 10%. Объем воздуха, подаваемого в топку, принять равным V
д
(см. выше).
ф
следует вычислить степень черноты топки a
Т
по формуле, приведенной ниже
ф
Т
=
1− (1− a
ф
)(1−ψср
)(1−ρ)
R
- отношение площадей зеркала горения слоя топлива R
к полной поверхности стен топки F
ст
.
4
P
= B
(1− )
ϕB
P
(Vc
)ср
= 3
σψср
F
ст
T
а
q
5
)ср
- средняя ηK
+ q
5
′′до t
a
. Последняя величина оценивается как
Q
T
− I
′′ t
a
− t
′′
)ср
=
a
и t
′′ - соответственно адиабатная температура и температура дымовых газов на выходе из топки (в градусах Цельсия), I
′′ - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки. Последняя величина является целью расчета настоящего раздела. Поэтому необходимо предварительно задать величину t
′′ ( диапазон ожидаемых значений этой температуры 800 – 1100 С) и далее действовать согласно рисунку
Т
, кривая 2 – значению α=α
Т
+ Δα
Т
.
′′и T
a
(температуры в градусах Кельвина) по следующей формуле
′′ Bo
0,6
a
M a
T
+ Bo
при сжигании газа и мазута
равен
= 0,54 − 0,2 x
T
топлив
M
= 0,59 − 0,5x
T
T
есть отношение высоты расположения горелки от пода топки к высоте топки. При сжигании твердого
топлива в тонком слое x
T
= 0, а при сжигании в толстом слое x
T
= 0,14.
–диаграммы дымовых газов (кривая α=α
Т
+ Δα
Т
) по величине T
′′или t
′′ = T
′′ - 273 определяется значение I
′′ (см. рисунок выше).
′′будет сильно отличаться от величины этой температуры, принятой при расчете средней теплоемкости дымовых газов (Vc
)
ср
(см. выше в этом разделе), то выполняют коррекцию принятого значения, и расчет повторяют.
л
=ϕ(Q
T
− I
′′)
Расчет пучка кипятильных труб
K
′′ . С помощью этой температуры и кривой на It
–диаграмме, соответствующей значению α=α
Т
+ Δα
Т
+ Δα
К
, находится
K
′′ . И далее определяется тепловосприятие пучка кипятильных труб Q
K
′ по формуле теплового баланса
Q
K
′ = I
K
′ − I
K
′′ + ΔαK
I
взо
K
′ - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки ( I
K
′ = I
′′).
K
со стороны продуктов сгорания для коридорного пучка труб при поперечном обтекании его газами с температурой t
ср
= 0,5(t
K
′ + t
K
′′ ), где t
K
′ температура дымовых газов на выходе из топки. Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к пароводяной смеси в кипятильных трубах равен
K
=ψ(αK
+αл
)
л
так же следует вычислить с помощью программы. Температура стенок труб пучка принимается равной t
w
= t
нс
+ Δt
, где t
нс
- температура нагреваемой среды. Для котельного пучка она равна температуре кипения воды в барабане котла. При сжигании твердого
или жидкого
топлива Δ =t
60C
, при сжигании газа
Δ =t
25C
.
K
′′k F
K K
Δt
лог
Q
K
′′ =
P
K
- площадь поверхности теплообмена кипятильного пучка (принимается согласно конструктивным размерам котлоагрегата), Δt
лог
- температурный напор. Он вычисляется по следующей формуле.
Δt
′ − Δt
′′ Δt
лог
= Δt
′
′′
′ = t
K
′ − t
S
, Δt
′′ = t
K
′′ − t
S
, t
S
- температура кипения воды в барабане котла.
K
′ и Q
K
′′ сильно различаются (более, чем на 5%), то необходимо скорректировать энтальпию продуктов сгорания I
K
′′ . Так, если Q
K
′ > Q
K
′′ , то I
K
′′ или t
K
′′ следует увеличить, и наоборот.
( ПП
− i
В
) + G
пр
(i
′ − i
ПВ
)
KA
=
P
ПB
- энтальпия питательной воды на входе в котел. Если пароперегреватель отсутствует, то на выходе из котла пар – насыщенный и его энтальпия принимается равной i
ПП
= i
′′. Принимая далее
≅ Q
K
′ ≅ Q
K
′′ , определяем тепло, расходуемое на подогрев питательной воды в экономайзере
Э
= Q
КА
− Q
л
−Q
K
Э
близка к нулю, то экономайзер не нужен, в противном случае вычисляется энтальпия дымовых газов за экономайзером по формуле
Э
′′ = I
Э
′ − Q
Э
+ ΔαЭ вз
I
о
Э
′ и I
Э
′′ - энтальпия дымовых газов соответственно на входе и выходе из экономайзера, Δα
Э
- присосы в экономайзере. Очевидно, что I
Э
′ = I
K
′′ .
Э
′′ и энтальпия дымовых газов на выходе из котла I
ух
, принятая ранее (см. раздел «Расход топлива»), примерно одинаковы (с точностью до 5%), то приступают к расчету экономайзера. В противном случае корректируется значение температуры уходящих газовt
ух
, и расчет повторяется, начиная с пункта «Расход топлива».
В
на выходе из экономайзера составляет
B Q
P Э
B
= i
ПВ
+
+ G
пр
В
и давлению питательной воды, равному давлению в барабане котла, определяется температура воды на выходе из экономайзера t
B
.
Э
′ и выходе из экономайзера t
Э
′′ определяются с помощью It –
+ ΔαТ
+ ΔαК
, кривая 2 - αух
=αТ
+ ΔαТ
+ ΔαК
+ ΔαЭ
.
ср
= 0,5(t
Э
′ + t
Э
′′)
Э
, поступающий в экономайзер
273+ t
273
Э
= 0,5(α α+ ух
)V B
вз P
Э
= 7 – 8 м/сек. Тогда площадь живого сечения для прохода газов равна
Э
Э
= w
Э
Э
Э
=
тр
тр
- живое сечение для прохода газов одной трубы.
Э
не целое число, то выполняется округление до целого значения, и корректируются величины S
Э
и wЭ
.
Э
Э
= z s
Э тр
w
Э
=
Э
Размеры трубы чугунного экономайзера
Характеристика одной трубы
Размерность
Экономайзер ВТИ
Экономайзер ЦККБ
длина
мм
1,50
2,00
2,50
3,00
1990
поверхность нагрева с газовой стороны
кв.м
2,18
2,95
3,72
4,40
5,50
живое сечение для прохода газов
кв.м
0,088
0,120
0,152
0,184
0,210
Э
экономайзера. Величина поверхности теплообмена экономайзера равна
Q B
Э P
Э
= k
Э
Ψ Δt
лог
Δt
1 − Δt
2
лог
=
Δt
ln Δt
2
1
= t
Э
′ − t
B
и Δt
2
= t
Э
′′ − t
ПВ
. Коэффициент пересчета ψот противоточной схемы к более сложной определяется по номограмме, приведенной на рис.3. Эта номограмма применима для теплообменников, схема течения теплоносителей в которых организована так, как это указано на рис. 4.
′′− t
′. Большая из этих разностей – это τ
б
, меньшая обозначена как τ
м
. Далее вычисляются величины P
и R
, равные соответственно
τм τб
= R
=υ′ − t
′ τм
Э
=
f z
Э Э
Коэффициент ψ для перекрестного тока.
Схемы течения теплоносителей
Название реферата: Тепловой расчет котлов ДКВР
| Слов: | 4169 |
| Символов: | 33739 |
| Размер: | 65.90 Кб. |