Кафедра промышленной теплоэнергетики

ТЕПЛОВОЙ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ

РАСЧЕТЫ

КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Выполнил

Проверил

Санкт-Петербург

Исходные данные для расчета:

Тип котла - барабанный, с естественной циркуляцией.

Паропроизводительность D_пе , кг/с.

Давление перегретого пара Р_пе , бар.

Температура перегретого пара t_пе , °С.

Состав топлива (выбирается по табл. 3, с.148):

- месторождение и марка топлива;

- влажность , %;

- зольность А^r , %;

- сера колчеданная , %;

- сера органическая , %;

- углерод С^r , %;

- водород Н^r , %;

- азот N^r , %;

- кислород О^r, %;

- низшая теплота сгорания Q^r_i, МДж/кг;

- приведенная влажность W^r_пр , (% · кг)/МДж;

- приведенная зольность А^r_пр , (% · кг)/МДж;

- выход летучих на горючую массу V^daf, %.

Способ сжигания топлива - камерный, с твердым шлакоудалением.

Температура питательной воды после регенеративного подогрева t_пв ,°С.

Непрерывная продувка р, %.

Доля рециркуляции газов в топку - отсутствует.

Температура уходящих газов, J_ух , °С (выбирается по табл. 5, с.154).

Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель J'_в, °С (см. с. 11).

Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя J_гв , °С (выбирается по табл. 6, с.154).

Компоновка конвективных поверхностей нагрева выбирается: одноступенчатая или двухступенчатая.

Тип углеразмольной мельницы (см. с.9).

Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

Коэффициенты избытка воздуха по газоходам котлоагрегата

(величина присосов ∆a выбирается по табл. 7, с.155)

Топка на выходе (табл. 8, с.156) a_т

Фестон a_ф = a_т

Пароперегреватель a_пе = a_т + Da_пе

2-я ступень водяного экономайзера a_вэ2 = a_пе + Da_вэ

2-я ступень воздухоподогревателя a_вп2 = a_вэ2 + Da_вп

1-я ступень водяного экономайзера a_вэ1 = a_вп2 + Da_вэ

1-я ступень воздухоподогревателя a_вп1 = a_вэ1 + Da_вп

Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

1. Теоретически необходимое количество воздуха

, м³/кг.

2. Теоретический объем азота
, м³/кг.

3. Объем трехатомных газов
, м³/кг.

4. Теоретический объем водяных паров

, м³/кг.

5. Теоретический объем газов

.

6. Действительный объем водяных паров и дымовых газов V_г ; объемные доли: водяных паров - , трехатомных газов - , сумма водяных паров и трехатомных газов - r_п ; концентрация золы в дымовых газах μ_зл по газоходам котельного агрегата (топка, пароперегреватель, 2-я ступень водяного экономайзера, 2-я ступень воздухоподогревателя, 1-я ступень водяного экономайзера, 1-я ступень воздухоподогревателя) рассчитываются по средним значениям коэффициента избытка воздуха α_ср по формулам, приведенным в табл.1, с.146. Результаты расчетов сводятся в табл. 1.

Расчет энтальпий продуктов сгорания

Теоретические энтальпии газов и воздуха для сжигаемого топлива выбираем из табл. 4, с.150. Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха α > 1 рассчитывается по формуле

I_г = I^о_г + (α – 1)I^о_в.

Результаты расчетов сводятся в табл. 2, с.147.

Тепловой баланс котлоагрегата

1. Располагаемое тепло топлива. Для большинства видов достаточно сухих и малозольных топлив и газового топлива принимается

= , кДж/кг.

2. Температура уходящих газов J_ух , °С (по заданию).

3. Энтальпия уходящих газов I_ух , кДж/кг (табл. 2).

4. Температура холодного воздуха (принимаем) t_хв=30 °С.

5. Энтальпия холодного воздуха I^о_хв , кДж/кг (табл. 2).

6. Потери тепла от химического недожога q₃, % (табл. 8, с.156).

7. Потери тепла от механического недожога q₄, % (табл. 8).

8. Потери тепла с уходящими газами

, %.

9. Потери тепла от наружного охлаждения q₅, % (рис. 5, с.173).

10. Потери с теплом шлака q₆ = 0

(учитываются при А^r > 2,5 , где [МДж/кг]).

11. Сумма тепловых потерь

Sq = q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆, %.

12. КПД котлоагрегата «брутто» h_ка = 100 – Sq, %.

13. Коэффициент сохранения тепла

.

14. Температура перегретого пара t_пе , °С (по заданию).

15. Давление перегретого пара P_пе , МПа (по заданию).

16. Теплосодержание перегретого пара i_пе , кДж/кг (табл. 11, с.160).

17. Температура питательной воды t_пв , °С (по заданию).

18. Энтальпия питательной воды i_пв , кДж/кг

(табл. 10 при Р_э=1,2Р_пе, с.158).

19. Энтальпия продувочной воды i_кип , кДж/кг

(табл. 9 при Р_б=1,1Р_пе, с.157).

20. Непрерывная продувка

D_пр = 0,01р D_пе, кг/с,

где р - процент продувки (по заданию).

21. Полезно использованное тепло

Q_ка = D_пе (i_пе ‑ i_пв) + D_пр (i_кип ‑ i_пв), кВт.

22. Полный расход топлива

, кг/с.

23. Расчетный расход топлива

, кг/с.

Тепловой расчет котлоагрегата

Топка

1. Диаметр экранных труб d, мм (по чертежу).

2. Шаг экранных труб s, мм (по чертежу).

3. Суммарная поверхность топочной камеры (рис. П1-2, с.100)

F_ст = F_ф + 2F_б + F_з , м².

4. Неэкранированная поверхность стен, занятая горелками

F_гор, м² (из чертежа).

5. Поверхность стен топки, занятая экранами,

F_экр = F_ст – F_фест – F_гор , м².

6. Угловой коэффициент гладкотрубных экранов

c_э = .

7. Лучевоспринимающая поверхность экранов

H_лэ = c_э F_экр , м².

8. Угловой коэффициент фестона c_ф = 1.

9. Лучевоспринимающая поверхность фестона

H_лф = c_ф F_фест , м².

10. Суммарная лучевоспринимающая поверхность топки

H_лт = H_лэ + H_лф , м².

11. Степень экранирования топки

.

12. Объем топочной камеры

V_т = F_б · b, м³.

13. Эффективная толщина излучающего слоя

, м.

14. Присосы воздуха в систему пылеприготовления Da_пл (табл.7, с.155).

15. Температура горячего воздуха J_гв , °С (по заданию).

Рис. П1-2. Эскиз топочной камеры

16. Энтальпия горячего воздуха I^о_гв , кДж/кг (табл. 2, с.147).

17. Тепло, вносимое воздухом в топку

Q_в = (a_т – Da_т – Da_пл) I^о_гв + (Da_т + Da_пл) I^о_хв, кДж/кг,

где Da_т – присосы в топке (табл. 7, с.155).

18. Полезное тепловыделение в топки

, кДж/кг.

19. Адиабатная температура горения J_а, °С (табл. 2).

20. Относительное положение максимума температур (рис.П1-2, с.100)

.

21. Коэффициент учитывающий положение максимума температуры

М = 0,59 – 0,5 Х_т ;

М = 0,56 – 0,5Х_т (для углей А, ПА, Т).

22. Температура газов на выходе из топки J_т'', °С (принимаем по

табл. 12, с.163).

23. Энтальпия газов на выходе из топки I_т'', кДж/кг (табл. 2).

24. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п (табл.1, с.146).

25. Концентрация золовых частиц μ_зл (табл. 1).

26. Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

(где Р = 0,1МПа – давление газов в топочной камере)

P_n S = r_n Р S, (м·МПа).

27. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами (рис.3, с.172)
k_г, 1/(м·МПа).

28. Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами (рис. 3)
k_зл, 1/(м·МПа).

29. Коэффициент поглощения лучей частицами кокса k_кокс

при камерном сжигании топлива:

- для углей марки А, ПА, Т: k_кокс = 1,0 [1/(м·МПа)];

- для каменных и бурых углей, торфа, сланцев

k_кокс = 0,5[1/(м·МПа)].

30. Оптическая толщина

kPS = (k_г r_n + k_зл m_зл + k_кокс) РS.

31. Степень черноты факела ф (рис. 2, с.171).

32. Условный коэффициент загрязнения экранов x (табл. 16, с.165).

33. Коэффициент тепловой эффективности экранов y = xc.

34. Степень черноты топочной камеры т (рис. 4, с.173).

35. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

, кДж/(кг· °С).

36. Действительная температура газов на выходе из топки

, °С.

При расхождении температуры с ранее принятой более, чем на 50 ^оС необходимо повторить расчет с п.22, с.101, задавшись новым значением температуры.

37. Энтальпия газов на выходе из топки I_т'', кДж/кг (табл. 2, с.147).

38. Количество тепла, воспринятого в топке,

= j (Q_т – I_т''), кДж/кг.

39. Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности

, кВт/м².

40. Теплонапряжение топочного объема

, кВт/м³ .

Фестон

Рис. П1-3. Эскиз фестона

1. Диаметр труб d, мм (по чертежу).

2. Расположение труб - шахматное.

3. Число рядов труб Z, шт (по чертежу).

4. Шаг труб (по чертежу):

поперечный s₁ = Zs, мм (s – шаг труб заднего экрана топки);
продольный s₂, мм.

5. Число труб в каждом ряду (по чертежу):
n₁, шт;

n₂, шт;

.

.
n_n, шт.

6. Длина каждого ряда (по чертежу):
l₁, м;
l₂, м;

.

.
l_n, м.

7. Поверхность нагрева фестона

H_ф = pd (l₁n₁ + l₂n₂ + … + l_nn_n), м².

8. Живое сечение для прохода газов (среднее), где h - высота окна (по чертежу)

F_жc = F_ок – F_з = h (b – n₁d), м².

9. Относительные шаги:
поперечный σ₁ = s₁/d;
продольный σ₂ = s₂/d.

10. Эффективная толщина излучающего слоя

, м.

11. Угловой коэффициент фестона χ_ф (рис.1, с.171).

12. Лучевоспринимающая поверхность фестона H_лф , м

Н_лф = b l_срχ_ф.

13. Расчетная поверхность нагрева

H_p = H_ф – H_лф , м².

14. Температура газов перед фестоном J', °С (из расчета топки).

15. Энтальпия газов перед фестоном I', кДж/кг (из расчета топки).

16. Температура газов за фестоном J'', °С (принимаем).

17. Энтальпия газов за фестоном I", кДж/кг (табл. 2, с.147).

18. Тепловосприятие фестона по балансу

Q_б = φ (I' – I"), кДж/кг.

19. Температура кипения в барабане t_н, °С (табл. 9 при Р_б = 1,1Р_пе,

с.157).

20. Средняя температура газов

, °С.

21. Объем газов на 1 кг топлива V_г, м³/кг (табл. 1, с.146).

22. Объемная доля водяных паров (табл. 1).

23. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_n (табл. 1).

24. Концентрация золовых частиц m_зл (табл. 1).

25. Скорость газов в фестоне

, м/с.

26. Коэффициент теплоотдачи конвекцией (рис. 6, с.174)

a_к = a_н C_z C_s C_ф, Вт/м² К.

27. Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

P_nS = r_nРS, м ·МПа,

где Р = 0,1 МПа - давление газа в газоходах.

28. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами (рис.3, с.172)
k_г , 1/(м·МПа).

29. Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами (рис. 3)

k_зл, 1/(м·МПа).

30. Оптическая толщина

kPS = (k_г r_n + k_зл m_зл)РS.

31. Степень черноты продуктов сгорания a (рис. 2, с.171).

32. Температура загрязненной стенки трубы

(принимается на 80 °С выше температуры кипения)

t_ст = t_н + 80, °С.

33. Коэффициент теплоотдачи излучением (рис. 9, с.179)

a_л = a_н a, Вт/(м² ·K).

34. Коэффициент тепловой эффективности Ψ (рис. 14, с.183).

35. Коэффициент теплопередачи

k = y (a_к + a_л), Вт/(м² ·K).

36. Средний температурный напор Dt = J – t_н, °С.

37. Тепловосприятие фестона

, кДж/кг.

38. Невязка

, %.

Если невязка баланса > 5%, необходимо уточнить температуру газов за фестоном.

39. Энтальпия газов за фестоном

, кДж/кг.

40. Температура газов за фестоном J", °С (табл. 2, с.147).

По уточненному значению температуры газов за фестоном J" необходимо провести расчет заново, начиная с п.16, с.104.

Пароперегреватель

1. Температура газов на входе в пароперегреватель J ', °С (из расчета фестона).

2. Теплосодержание газов на входе I', кДж/кг (из расчета фестона).

3. Температура насыщенного пара на входе в пароперегреватель

t' = t_н, °С (табл. 9 при Р_б = 1,1Р_пе, с.157).

4. Теплосодержание насыщенного пара на входе в пароперегреватель

i' = i_нп, кДж/кг (табл. 9).

5. Температура пара за пароперегревателем t" = t_пе , °С (по заданию).

6. Теплосодержание перегретого пара на выходе из пароперегревателя i''= i_пе, кДж/кг (табл. 11 по давлению Р_пе и температуре t_пе перегретого пара, с.160).

Рис. П1-4. Эскиз пароперегревателя

7. Тепловосприятие пароперегревателя по балансу ( = 63 кДж/кг – тепловосприятие в пароохладителе)

, кДж/кг.

8. Теплосодержание газов за пароперегревателем

, кДж/кг.

9. Температура газов на выходе J", °С (табл. 2, с.147).

10. Средняя температура газов

, °С.

11. Средняя температура пара

, °С.

12. Диаметр труб d, мм принимаем 28 42 мм с толщиной стенки

δ = 4-7 мм по сортаменту.

13. Расположение труб принимаем коридорное.

14. Относительные шаги труб пароперегревателя принимаем:
поперечный s₁ = 1,8 ÷ 3,5;

продольный s₂ = 2,0.

15. Шаги труб:
поперечный s₁ = d s₁, мм;
продольный s₂ = d s₂, мм.

16. Количество параллельно включенных в коллектор змеевиков

, шт.

17. Площадь, занятая трубами (h_ср – высота газохода в среднем

cечении, по чертежу),

F_з = Z₁d h_ср , м².

18. Площадь поперечного сечения газохода (окна)

F_ок = h_ср b, м².

19. Площадь живого сечения для прохода газов

F_жc = F_ок – F_з, м².

20. Объем газов на 1 кг топлива V_г, м³/кг (табл. 1, с.146).

21. Объемная доля водяных паров (табл. 1).

22. Объемная доля трехатомных газов и водяных паров r_п (табл. 1).

23. Концентрация золовых частиц m_зл (табл. 1).

24. Средняя скорость газов

, м/с.

Полученная скорость W_г должна быть не выше предельно допустимой (табл. 13, с.163), но не ниже 6 м/с. Для увеличения (снижения) скорости газов надо изменить шаг труб σ₁.

25. Живое сечение для прохода пара параллельно включенных

змеевиков (m - число труб в змеевике, принимаем m = 1)

, м².

26. Удельный объем пара, при средних значениях давления и темпе-

ратуры пара в пароперегревателе , м³/кг (табл. 11, с.160).

27. Средняя скорость пара

, м/с.

(при скорости пара > 25 м/с принять m = 2 и уточнить

скорость пара).

28. Коэффициент теплоотдачи конвекцией (рис. 7, с.176)

a_к = a_н C_z C_s C_ф, Вт/(м² ·K).

29. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару (рис. 10, с.180)

a₂ = C_d a_н, Вт/(м² ·К).

30. Коэффициент загрязнения

для коридорных пучков труб e = 0,0043, (м² ·К)/Вт.

31. Температура загрязненной стенки (предварительно задаемся

значением = (20÷30)10³ Вт/м²)

, °С.

32. Эффективная толщина излучающего слоя

, м.

33. Суммарная поглощающая способность трехатомных газов

P_n S = r_n Р S, м·Мпа.

34. Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами k_г ,1/(м·МПа)

(рис. 3, с.172).

35. Коэффициент поглощения лучей золовыми частицами k_зл , 1/(м·МПа)

(рис. 3).

36. Оптическая толщина

kPS = (k_г r_n + k_зл m_зл)РS.

37. Степень черноты продуктов сгорания (рис. 2, с.171).

38. Коэффициент теплоотдачи излучением (рис. 9, с.179)

α_л = α_н а , Вт/(м² ·K).

39. Коэффициент тепловой эффективности y (рис. 14, с.183).

40. Коэффициент теплопередачи

для коридорных пучков:

, Вт/(м² ·K);

41. Температурный напор на входе газов (противоток)

Dt₁ = J' – t", °С.

42. Температурный напор на выходе газов (противоток)

Dt₂ = J'' – t', °С.

43. Средний температурный напор при противотоке

, °С.

44. Величина t₁ = J' – J'', °С.

45. Величина t₂ = t" – t', °С.

46. Параметр .

47. Параметр .

48. Отношение прямоточного участка к полной поверхности

нагрева A=0,3(принимается).

49. Коэффициент пересчета от противоточной схемы y (рис. 11, с.181).

50. Средний температурный напор Dt = y Dt_прт, °С.

51. Необходимая поверхность нагрева

, м².

52. Поверхность нагрева одного змеевика

, м² .

53. Длина одного змеевика

, м.

54. Число рядов по ходу потока (округлить до целого числа)

, шт.

55. Число петель (округлить до целого числа кратного 2).

56. Прямоточная часть Z_прм = АZ, шт.

57. Противоточная часть Z_прт = Z – Z_прм, шт.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: