РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ

Топочная камера котла объемом144 м³ рассчитана на сжи­гание жидкого и газообразного топлив. Топка полностью экранирована трубами диаметром 70x6 мм. Верхняя часть заднего экрана разведена в четырехрядный фестон. По чертежам парового котла со­стовляем расчетную схему топки.

В соответствии с рекомендациями /2/ определяем активный объем и тепловое напряжение объема топки q_V. Расчетное значение не должно превышать допустимого. Расчеты сводим в таблицы.

Таблица 8 - Расчёт конструктивных характеристик топки

Величина	Единица Измерения	Расчёт
Наименование	Обозна-чение	Расчётная формула или способ определения
Активный объем топочной камеры	Vт	По конструктивным размерам	м3
Расчетное тепловое напря­жение объема топки	qV	BQнр/Vт	кВт/ м3	0.34*116308.6/144= 274.6
Допустимое тепловое напря­жение объема топки	qV	По рекомендациям, табл. 4–3/1/	кВт/ м3
Количество горелок	N	/1/	шт.
Теплопроизводи­тельность горелки	Qг		МВт	1.25*0.34*116308.6/(6*1000)=8.24

Таблица 9. - Расчёт полной площади поверхности стен топкиF_ст и

лучеваспринимающейповерхности топки H_л

Наименование	Обозна-чение	Еди- ница	Фр. и свод	Боко-вые	Зад-няя	Вых. окно	å
Общая площадь стены и выходного окна		м2	58,438	59,365	45,235	13,026	176,06
Расстояние между осями крайних труб		м		3,465			-
Освещенная длина труб		м	11,238	-	8,7	2,502	-
Площадь, занятая луче-воспринимающей пове-рхностью: полная покрытая торкретом   открытая		м2 м2   м2	56,19 -   56,19	55,696 -   55,696	43,5 -   43,5	12,51 -   12,51	167,896 -   167,896
Наружный диаметр экранных труб		мм					-
Шаг экранных труб		мм					-
Расстояние от оси экранных труб до кладки		Мм				-	-
Отношение		–	0,959	1,045	0,959	2,767	-
Отношение		–	1,37	1,493	1,37	-	-
Угловой коэффициент экрана		–	0,91	0.98	0,91		-
Пл-дьлучевос. пов-ти открытых экранов		м2	55,63	55,139	43,065	12,51	166,35
Пл-дьлучевос. пов-ти экранов, покры-тых торкретом		м2	-	-	-	-	-

Целью поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки. По конструктивным размерам топки рассчитываем полную площадь ее стен и площадь лучеваспринимающей поверхности топки. Результаты расчета сводим в таблицу. Если полученная в результате расчета температура газов на выходе из топки отличается от предварительно принятой менее чем на ±25°С, пересчета теплообмена не требуется. Расчет теплообмена в топке сводим в таблицу.

Таблица 10. - Поверочный расчет теплообмена в топке

Наименование	Обозначение	Расчетная формула или способ определения	Едини- ца измерения	Результат
Суммарная площадь лучевос-принимающей поверхности		По конструктивным размерам	м2	167.896
Полная площадь стен топочной камеры		То же	м2	176,06
Коэффициент тепловой эффек-тивностилучевоспринимающей поверхности	yср		–	0.45*166.35/176.06= 0.425
Эффективная толщина излучающего слоя			м	3.6*144/ 176.06=3.067
Полная высота топки		По конструктивным размерам	м
Высота расположения горелок		То же	м	1,85
Относительный уровень расположения горелок			––	1.85/8= 0.231
Параметр забаластированности топочных газов на выходе			––	36.888/(24.16+3.8)= 1.32
Коэффициент	М0	Принимаетсяпо [1]	––	0.4
Параметр, учитывающий характер распределения температуры в топке			—	0.4*(1-0.4*0.231)*sqrt3(1.32)= 0.4
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки	aт	Принят ранее	—	1.1
Присосы воздуха в топке	Daт	Принят ранее	—	0.05
Присосы воздуха в системе пылеприготовления	Daплу	Принимаетсяпо [1]	—
Температура горячего воздуха		По предварительному выбору	ºC
Энтальпия горячего воздуха		По IJ–таблице	кДж/кг	10229.681
Энтальпия присосов воздуха		То же	кДж/кг	1009.206
Количество теплоты, вносимое в топку с воздухом			кДж/кг	(1.1-0.05)* 10229.681+0.05*1009.206= 10791.63
Полезное тепловыделение в топке			кДж/кг	116308.6*(100-0.5)/100+ 10791.63= 126518.69
Адиабатическая температура горения		По I-q-таблице или диаграмме	ºC
Температура газов на выходе из топки		По предварительному выбору	ºC
Энтальпия газов на выходе из топки		По I-q-таблице	кДж/кг	59475.35
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания			кДж/кг	(126518.69-59475.35)/(2194-1100)=61.28
Объемная доля: водяных паров   трехатомных газов		Рассчитано ранее   То же	––   ––	0.159   0.103
Суммарная объемная доля 3-хатомных газов			––	0.159+0.103= 0.262
Коэффициент ослабления лучей   - 3-хатомными газами   - золовыми частицами   - частицами кокса		По [1]	1/мМПа   1/мМПа   1/мМПа	1.4     0.024
Коэффициент поглощения лучей частицами сажи			1/мМПа	1.2/(1+1.1^2)*(84.8/11.2)^0.4*(1.6*2.467-0.5)=4.2
Тепловая доля газа в смеси	q2	1 - q1	––	1-0,35= 0,65
Параметр	m	Принимаем по [1]	––	0,2
То же (для смеси жидкого и газообразного топлив)			1/мМПа	2.6+0.2*3.67*0.65+0.2*3.37769*(1-0.65)=2.24
Критерий Бугера	Bu		––	0.69
Эффективное значение критерия Бугера			––	1.6*ln((1.4*0.69^2+0.69+2)/(1.4*0.69^2-0.69+2)=0.85
Температура газов на выходе из топки			ºC
Энтальпия газов на выходе из топки		По I-q-таблице	кДж/кг
Общее тепловосприятие топки			кДж/кг	0.99*(126518.69-57821)= 68010.7
Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей топки			кВт/м2	70582.71*0.359/167.896= 137.73

РАСЧЕТ ФЕСТОНА

Фестон конструктивно представляет собой ряд труб с наружным диаметром около 70 мм, с поперечным шагом около мм, являющимися продолжением заднего экрана. По чертежам и техническим характеристикам котла составляем расчётную схему и таблицу конструктив­ных размеров фестона.

Таблица 11. - Конструктивные размеры и характеристики поверхностей нагрева фестона

Величина	Размерность	Значение
Наименование	Обозначение
Наружный диаметр труб	d	м	0.06
Количество рядов труб по ходу газов	z2	шт.
Количество труб в ряду	z1	шт.
Общее количество труб в рассчитываемом участке	z	шт.
Средняя длина труб	lср	м	1.78
Расчетная площадь поверхности нагрева	H	м2	23.14
Расположение труб	-	-	Шахматное
Шаг труб поперек движения газов	s1	мм	0.21
Шаг труб вдоль движения газов	s2	мм	0.21
Относительный поперечный шаг труб		-	3.5
Относительный продольный шаг труб		-	3.5
Размеры сечения газохода поперек движения газов	А´В	м	2.5*5.2=13
Площадь живого сечения для прохода газов	F	м2	9.55

Задачей расчёта фестона является определе­ние его тепловосприятия и температуры газов за фестоном. Расчёт выполня­ется путём совместного решения уравнений теплового баланса и теплопере­дачи.

Уравнения теплового баланса и теплопере­дачи с двумя неизвестными, поэтому расчет ведется методом последовательных приближений. В начале расчета предварительно выбирают температуру газов за расчитываемой поверхностью, уточняя ее в процессе расчета. Результаты расчёта зано­сим в таблицу.

Таблица 12. - Поверочный расчёт фестона

Величина	Единица измерения	Расчёт
Наименование	Обозна-чение	Расчётная формула или способ определения
Полная площадь поверхности нагрева	Н+Ндоп	По конструктивным размерам	м2	23.14
Диаметр труб	d	По конструктивным размерам	м	0.06
Шаг труб поперек движения газов	s1	По конструктивным размерам	мм	0.21
Шаг труб вдоль движения газов	s2	По конструктивным размерам	мм	0.21
Количество рядов труб по ходу	Z1	По конструктивным размерам	Шт
Количество рядов труб по перек	Z2	По конструктивным размерам	шт
Площадь живого сечения для про­хода газов	F	По конструктивным размерам	м2	9.55
Эффективная толщина излу­чающего слоя	s		м	0.9*((4*0.21*0.21)/(3.14*0.06*0.06)-1)*0.06=0.7886
Температура га­зов перед фесто­ном		Из расчёта топки	°С
Энтальпия газов перед фестоном		Из расчёта топки	кДж/ кг
Температура га­зов за фестоном		По предваритель­ному выбору	°С
Энтальпия газов за фестоном		По IJ–таблице	кДж/ кг	56030.4
Количество теп­лоты, отданное фестону			кДж/ кг	0.99*(57821-56030.4)=1772.69
Температура ки­пения при давле­нии в барабане рб=4,4 Мпа		По таблице /1/	°С
Средняя темпера­тура газов			°С	0.5*(1072+1042)=1057
Средний темпе­ратурный напор			°С	1057-260 =797
Средняя скорость газов			м/с	0.34*36.888( +273)/(6.1*273)=
Коэффициент те­плоотдачи кон­векцией		По формуле aк=aнСsСzСф и номограмме /1/		73*1*0.94*0.95=65.12
Суммарная поглощательная способность трёхатомных га­зов			м×Мпа	0.1*0.262*0.7886= 0.02
Коэф. Ослабления лучей 3-хатомными газам			1/мМП а	11.37
Суммарная опти­ческая толщина запылённого га­зового потока			-	11.37*0.1*0.7886 =0.9
Степень черноты излучающей среды			-	1-e^(-0.9)=0.59
Температура за­грязнённой стенки трубы			°С	260+797 =1057
Коэффициент те­плоотдачи излу­чением		По формуле aл=aн а и номограмме /1/		55*0.21=11.55
Коэффициент ис­пользования по­верхности на­грева		По рекомендациям, § 6–2 /1/	-
Коэффициент те­плоотдачи от га­зов к стенке				65.12+11.55 =76.67
Коэффициент те­плопередачи	k	k=yср		0.425*76.67= 32.58
Тепловосприятие фестона по урав­нению теплопе­редачи			кДж/ м3	32.58*23.14* 797/340 =1767.23
Расхождение рас­четных тепловос­приятий			%	(1767.23-1772.69)/ 1772.69*100= -0.3

РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ

Перед началом расчета составляем расчётную схему пароперегревательного тракта котла

Пароперегреватель горизонтальный конвективный, одноступенчатый, включен по сложной схеме с пароохладите­лем, установленным “в рассечку”. Обе ступени совмещены и имеют корридорное расположение труб. Температура пара регулируется поверхностным пароохладителем. Движение пара в первой ступени осуществляется по противотоку, а во второй по противотоку току. По чертежам и характеристикам парового котла определяем основные конструктивные размеры элементов пароперегревателя и заносим в таблицу.

Таблица 13. - Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

Конструктивный параметр	Единица	Значение
Наименование	Обозначение	Расчетная формула
Диаметр труб		По конструктивным размерам	мм	32/26= 1.23
Кол-во труб в ряду (поперёк газохода)		По конструктивным размерам	шт.
Кол-во рядов труб (походу газов)		По конструктивным размерам	шт.
Поперечный средний шаг труб	s1	По конструктивным размерам	мм
Продольный средний шаг труб	s2	По конструктивным размерам	мм
Расположение труб в пучке	—	По конструктивным размерам	—	шахматное
Характер омывания	—	По конструктивным размерам	—	Поперечное
Полная площадь по-верхности нагрева			м2	273,17
Средняя площадь живого сечения газохода			м2	5,495
Площадь живого сечения для прохода пара			М2	0.0355

Целью поверочного расчёта ступеней является определение тепловосприятия в ней, приращения энтальпии пара и температуры газов за ступенью.

Расчёт пароперегревателя производим по общепринятой методике с использованием уравнений тепловых балансов и теплопередачи. Если невязка баланса будет превышать 2% то выполненим конструктивным расчетом определим требуемую площадь поверхности нагрева.

Таблица14. - Расчёт пароперегревателя

Величина	Единица измерения	Расчёт
Наименование	Обозна-чение	Расчётная формула или способ определения
Диаметр труб		По конструктивным размерам	мм	1.23
Площадь поверхности нагрева		По конструктивным размерам	м2	273.17
Температура пара на выходе из ступени		По заданию	ºС
Температура пара на входе в ступень		По предварительному выбору	ºС
Давление пара на выходе из ступени		По заданию	МПа
Давление пара на входе в ступень		По выбору	МПа	4.4
Удельная энтальпия пара на выходе из ступени		По таблице VI–8 /1/	кДж/кг
Степень сухости пара на входе в ступень	х	принято	-	0.985
Удельные энтальпиикипящей воды сухого насыщенного пара	i/   i’’	По /1/	кДж/кг   кДж/кг	1115.5   2797.2
Удельная энтальпия пара на входе в ступень		i’’x+i’(1-x)	КДж/кг	2797.2*0.985+1115.5*(1-0.985)=2772
Тепловосприятие пароохладителя	Diпо	принято	КДж/кг
Суммарное тепловосприятие ступени	Q		КДж/кг	49*1000/(3600*0.34)*(3331-2772+70)= 25180.55
Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимаю-щих поверхностей		Из расчёта топки (табл. 10)	КВт/м2	137.73
Коэффициенты распределения тепловой нагрузкипо высоте		По /1/	—	0.6
Коэффициенты распределения тепловой нагрузки между стенами		По рекомендациям,/1/	—
Удельное лучистое тепловосприятие выходного окна топки			КВт/м2	0.6*1*137.73= 82.64
Угловойкоэффи-циент фестона		По рис. 5–1 /1/	—	0.95
Площадь попе-речногосечения газохода перед ступенью			м2	5.495
Лучистое тепловосприятие ступени			кДж/кг	82.64/0.34*(1-0.95)*5.495= 66.78
Конвективное Тепловосприятие ступени			кДж/ кг	25180.55-66.78= 25113.77
Температура газов перед ступенью		Из расчёта фестона	ºС
Энтальпия газов на входе в ступень		Из расчёта фестона	кДж/ кг	56030.4
Энтальпия газов на выходе из ступени			кДж/ кг	56030.4-25113.77/0.99+0.05*1009.206= 30713.41
Температура газов на выходе из ступени		По IJ–таблице (табл. 6)	ºС
Средняя температура газов			ºС	0.5*(1042+627)= 834.5
Средняя скорость газов в ступени			М/с	0.34*38.44 (273+834.5)/(273*5.495)=9.65
Коэффициент те­плоотдачи кон­векцией и номограмме рис. 6–5 /1/		aк=aнСsСzСф и номограмме рис. 6–5 /1/		98*1*0.78* 0.95=72.62
Средняя температура пара			ºС	0.5*(450+256)=
Объём пара при средней температуре		По таблице VI–8 /1/	м3/кг	0.063
Средняя скорость Пара			м/с	49*1000*0.063/(3600*0.0355)= 24.16
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару		По формуле a2=aнСd и номограмме рис. 6–8 /1/		1.05*1400=
Толщина излучающего слоя	s		м	0.9*(4*0.075*0.056/(3.14*0.026^2)-1)*0.026 =0.162
Суммарная поглощательная способность трёхатомных га­зов			м×МПа1	0.1*0.162*0.252= 0.0041
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами				33.1
Суммарная опти­ческая толщина запылённого га­зового потока			-	33.1*0.1*0.162= 0.54
Степень черноты излучающей среды			-	0.42
Температура за­грязнённой стенки трубы			°С	353+(0.0051+1/1470)*(0.34/273.17)* 25180.55*1000=
Коэффициент те­плоотдачи излу­чением		По формуле aл=aн а и номограмме рис. 6–12 /1/		0.42*130= 54.6
Коэффициент ис­пользования по­верхности на­грева		По рекомендациям, § 6–2 /1/	-
Коэффициент те­плоотдачи от га­зов к стенке				1*(72.62+54.6)= 127.2
Коэффициент тепловой эффективности		По рекомендациям, табл. 6–2 /1/	—	0.6
Коэффициент те­плопередачи				0.6*127.2*1470/(127.2+1470 )=70.2
Наибольшая разность температур между газами и паром			ºС	1042-450=592
Наименьшая разность температур между газами и паром			ºС	627-256=371
Температурный напор при Противотоке			ºС	(592-371)/(ln(592/371)=473
Полный перепад температур газов			ºС	1042-627=415
Полный перепад температур пара			ºС	450-256=194
Параметр	P		—	194/(1042-256)= 0.25
Параметр	R		—	415/194=2.1
Коэффициент перехода к сложной схеме		По номограмме /1/	—	0.985
Температурный перепад			ºС	0.985*473=465.9
Расчетная поверхность теплообмена пароперегревателя	Нр	103	М2	25180.55*0.34 *1000/ (70.2*465.9) =261.8

Таким образом необходимо уменьшить поверхность пароперегревателя с 273

До 261.8 м²

РАСЧЕТ ХВОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Конструктивные размеры и характеристики хвостовых поверхностей

В соответствии с рекомендациями /1/ состовляем расчетную схему хвостовых поверхностей нагрева парового котла и указываем на ней известные до начала расчета параметры газов, воды и воздуха. Обозначение участков производят по ходу движения нагреваемого теплоносителя. Используя чертежи и техническую документацию парового котла, составляем таблицы конструктивных размеров и характеристик его экономайзера и воздухоподогревателя.

Таблица 15. - Конструктивные размеры и характеристики водяного экономайзера

Величина	Размерность	Ступень
Наименование	Обозначение
Наружный диаметр труб	d	мм
Внутренний диаметр труб	dвн	мм
Количество труб в горизонтальном ряду		шт.
Количество горизонтальных рядов труб		шт.
Расчетная площадь поверхности нагрева	H	м2
Шаг труб поперек движения газов (по ширине)	s1	мм
Шаг труб вдоль движения газов (по высоте)	s2	мм
Относительный поперечный шаг труб		-	2.5
Относительный продольный шаг труб		-	1.79
Расположение труб	-	-	шахматное
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	5.886
Площадь живого сечения для прохода воды		м2	0,0186

Таблица 15. - Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: