Тепловий розрахунок парового котла

Вступ.

Тепловий розрахунок парового котла може бути конструктивним і повіреним. Перевірочний розрахунок котла або окремих його елементів виконується для існуючої конструкції з метою визначення показників його роботи при переході на інше паливо, при зміні навантаження або параметрів пари, а також після проведеної реконструкції поверхонь нагріву. У результаті перевірочного розрахунку котла визначають: коефіцієнт корисної дії котла, витрата палива, температуру відхідних газів, температуру робочого середовища за кожною поверхнею нагріву.

При перевірному розрахунку котла спочатку визначають обсяги та ентальпії повітря і продуктів згоряння, ККД і витрата палива, а потім виконують розрахунок теплообміну в котельній камері та в інших поверхнях у послідовності, що відповідає їх розташуванню по ходу продуктів згоряння.

Завдання.

Провести перевірочний тепловий розрахунок окремих поверхонь нагріву і звести тепловий баланс котла ТП-230:

Характеристика котла ТП-230.

1. Номінальна паропродуктивність.

Dном = 213 т / год = 59,2 кг / с;

2. Температура перегрітого пара tпп = 498 С;

3. Тиск перегрітої пари РПП = 10 МПа;

4. Тиск в барабані котла рбар = 10,8 МПа;

5. Температура живильної води tпв = 198 С;

6. Тиск живильної води РПВ = 11,5 МПа;

7. Вид палива: антрацит.

8. Топка має металеву зовнішню обшивку.

1. Опис конструкції котла.

За характером руху робочого середовища парогенератор ТП-230 відноситься до агрегатів з природною циркуляцією. Робоче середовище безперервно рухається по замкнутому контуру, що складається з обігріваються і не обігріваються труб, з'єднаних між собою проміжними камерами — колекторами і барабанами. У обігрівається частини контуру вода частково випаровується, що утворився пар відокремлюється від води в барабанах і, пройшовши через пароперегрівач, подається на турбіну. Випарувалася частина котлової води відшкодовується живильною водою, яка подається живильним насосом у водяний економайзер і далі в барабан.

Парогенератор ТП-230 виконаний за П — образної схемою. В одній його вертикальної шахті розташована топкова камера, в іншій економайзер і повітропідігрівників, вгорі в поворотному горизонтальному газоході розміщується конвективний пароперегрівник.

Характерною особливістю парогенераторів цієї серії є наявність двох барабанів, з'єднаних по парі і воді між собою пароперепускними трубами. Початкова стадія відділення пари від води відбувається в основному в роздільному барабані меншого діаметру. Подальше осушення пари відбувається в основному барабані більшого діаметра. Водоопускні труби включені в основний барабан біля його нижньої твірної.

Розміщення над топкової камерою двох барабанів добре компонується з конструкцією топкових екранів. Зверху топка обмежується стельовими трубами, які є продовженням труб фронтального екрану і включаються верхніми кінцями безпосередньо в розділовий барабан.

Димові гази виходять з топкової камери через розлучені (фестонірованние) в 4 ряди труби заднього екрана, також включені верхніми кінцями в розділовий барабан.

Підйомні труби працюють один з одним паралельно, проте їх конфігурація, довжина, освітленість факелом різна. Для забезпечення надійної циркуляції їх групують в окремі контури. У контур циркуляції включають підйомні труби, ідентичні за своїм гідравлічному опору і теплового навантаження. Кожен окремий контур має свої опускні труби. У котлі ТП-230 16 контурів циркуляції: по 3 контуру на бічних екранах і по 5 на фронтовому і задньому екранах.

Пароперегрівач чисто конвективного типу. Регулювання температури перегрітої пари виробляється двома пароохолоджувача поверхневого типу. Охолодження і часткова конденсація пари здійснюється за рахунок нагріву частини живильної води, що відводиться з цією метою з живильної лінії в пароохолоджувача.

Двоступінчастий економайзер, службовець для підігріву живильної води газами, що йдуть, складається з окремих пакетів змійовиків.

Трубчастий повітрепідігрівач, призначений для нагрівання дуттєвого повітря, що транспортує вугільний пил при спалюванні твердого палива і подається в зону горіння палива, складається з двох ступенів, між якими розміщується нижня частина (ступінь) економайзера.

2. Розрахунок обсягів продуктів згоряння, об'ємних часток трьохатомних газів і концентрацій золових частинок в газоходах котла.

2.1 Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння палива.

Розрахункові характеристики палива За табл. I [1], П4.1 визначаємо склад робочої маси палива,%:

— Вологість WP = 9,0;

— Зольність AP = 34,6;

— сірка колчедану = 0,35;

— сірка органічна = 0,35;

— вуглець CP = 46,8;

— водень HP = 2,9;

— азот Nр = 0,8;

— кисень OP = 5,2.

Нижча теплота згоряння = 18,3 МДж / кг.

Наведені характеристики,% • кг / МДж:

— Вологість WП = 2,08;

— Зольність АП = 4,55.

Коефіцієнт размолоспособності Кло = 1,0.

Вихід летких на горючу масу = 28,0%.

Температура початку розм’якшення золи t2 = 1220 0С; початку рідкоплавкого стану золи t3 = 1360 0 С.

2.2 Теоретичний об'єм повітря.

Теоретичний об'єм повітря, м3 пов / кг, необхідний для спалювання 1 кг палива при б = 1 і нормальних фізичних умовах (t = 0 0С, р = 101 325 Па), визначаємо за формулою (4−02) [1], (2.1) [2]:

м3/кг.

2.3 Теоретичні обсяги продуктів згоряння.

Теоретичні обсяги продуктів згоряння, одержувані при повному спалюванні 1 кг палива з теоретичним кількістю повітря, м3/кг, визначаємо за формулами (4−04) (4−08) [1], (2,2) (2,5) [2].

/кг.

/кг.

2.4 Коефіцієнт надлишку повітря.

Коефіцієнт надлишку повітря на виході з топки для камерної топки з твердим видаленням шлаку приймаємо по таблиці XVII-XXI [1], 1.7 [2], бт= 1,2.

Присоси повітря у газоходах котла (на виходе з газоходу) приймаємо по табл. XVII [1], табл. 1.8 [2]:

? присоси повітря в топку т=0,08;

? присоси повітря в фестон Ф=0;

? присоси повітря в пароперегрівач I ст. ппI=0,015;

? присоси повітря в пароперегрівач II ст. ппII=0,015;

? присоси повітря в економайзер II ст. экII=0,02;

? присоси повітря в повітрепідігрівач II ст. впI =0,03;

? присоси повітря в економайзер I ст. экI=0,02;

? присоси повітря в повітрепідігрівач I ст. впI=0,03;

? присоси повітря в систему пилоприготування пл=0,1.

2.5 Обсяги продуктів згоряння.

Обсяги продуктів згоряння, об'ємні частки трьохатомних газів і концентрації золових частинок за газоходам котла представлені в табл. 2.1 (див. табл.4.1 [1], табл. 2.1 [2]).

Таблиця 2.1 — Обсяги продуктів згоряння, об'ємні частки трьохатомних газів і концентрації золових частинок.

2.6 Ентальпії теоретичних об'ємів повітря і продуктів згоряння.

Ентальпії теоретичних об'ємів повітря і продуктів згоряння і, визначаємо за табл. XV [1], табл. п. 4.2. Ентальпію продуктів згоряння НГ, кДж / кг.

Ентальпію золи НЗЛ, кДж / кг, визначаємо за формулою (4−24).

.

де (c)зл — ентальпія 1 кг золи, кДж / кг, визначається за табл. XIV.

Нзл можна розрахувати за формулою (2.19).

Результати розрахунку ентальпій продуктів згоряння при дійсних надлишках повітря в газоходах наведені в таблиці 2.2 (див. табл. 4.2 [1]; табл. 2.3 [2]).

Ентальпія продуктів згоряння, кДж / кг (H— таблиця) Таблиця 2.2.

Примітка. Ентальпії димових газів і повітря і (без урахування ентальпії золи) при = 1 і вологовмісту повітря 10 г / кг представлені в табл. XV [1], табл. П 4.2.

3. Тепловий баланс котельного агрегату і визначення витрат палива.

3.1 Тепловий баланс котельного агрегату.

Складання теплового балансу котельного агрегату полягає у встановленні рівності між надійшли в агрегат кількістю тепла, званим розташовуваним теплом, і сумою корисно використаного тепла і теплових втрат. На підставі теплового балансу обчислюються ККД котла і необхідна витрата палива.

Дану теплоту 1 кг палива, що спалюється, кДж / кг, визначаємо за формулою (3.4) [2].

=103 + + Qвнш+ Qпф? Qк, де — нижча теплота згоряння робочої маси палива, МДж / кг;

— фізична теплота палива, кДж / кг, враховується для рідких і сильно вологих твердих палив, коли WР1,6.Для Аркагалінского вугілля марки Д Р приймаємо = 0;

Qвнш — теплота, що підводиться до повітря від зовнішнього джерела, кДж / кг, Qвнш = 0;

Qпф — теплота, що вноситься в топку при розпиленні мазуту пором, кДж / кг, Qпф = 0;

Qк — теплота, що поглинається при спалюванні сланців, кДж / кг, Qк = 0.

= 103 = 18,3 103=18 300 кДж/кг.

3.2 Втрати теплоти від хімічного і механічного недопалювання.

Втрати теплоти від хімічного і механічного недопалювання палива q3 і q4 визначаються за табл. 4.6 або за табл. XVIII-XIX (див. п.п. 5−07, 5−08 [1]). Приймаємо для твердого палива q3 = 0, q4 = 1%.

3.3 Втрата теплоти з газами що йдуть.

Втрату теплоти з газами, що q2,%, визначаємо за (5−06) — (5−07) [1], (3.2).

.

де — коефіцієнт надлишку повітря за повітрепідігрівачем;

— Ентальпія газів, що йдуть при коефіцієнті надлишку повітря ух і температурі газів, що йдуть tух;

— Ентальпія теоретично необхідної кількості холодного повітря на вході в повітряний тракт (перед калорифером або вентилятором), кДж / кг. Приймаються tхв = 30, якщо не задана інша величина;

— втрати теплоти з механічним недожогом палива,%.

За табл. 1.4 приймаємо tyx = 150.

Ентальпію газів, що йдуть при tyx = 150 визначаємо за табл. 2.2 цього розрахунку методом інтерполяції.

Н= кДж/кг.

Ентальпію холодного повітря визначаємо за формулою (3.3) [2], (см. (4−23) [1]).

кДж/кг, де tхв=30 С? температура холодного повітря, приймаємо за [1], стр. 29; табл. 1.5 [2]; (див. табл. II-5 [1]).

.

3.4 Втрата теплоти від зовнішнього охолодження.

Втрата теплоти q5 від зовнішнього охолодження через зовнішні поверхні котла при номінальній продуктивності котла Dном = 230 т/год = 63,9 кг/с визначаємо за формулою (3.11) [2], за рис. 5.1 або за формулою (5−10) [1]:

3.5 Втрата з теплом шлаків.

Втрата з фізичної теплотою видаляються шлаків q6 при камерному спалюванні з твердим шлаковидаленням враховується тільки для багато зольних палив, коли АР2,5, відповідно до п. (3.1) (див. також п. 5.10 [1]). Приймаються q6 = 0.

3.6 Коефіцієнт корисної дії котла.

Коефіцієнт корисної дії котла визначаємо за формулою (5 — 15) [1], (3.1).

3.7 Витрата палива.

Витрата палива B, кг / с, що подається в топковий камеру парового котла визначаємо за формулою (5−19) [1]; (3.14).

.

де Dпе = Dном — розрахункова паропродуктивність котла, кг / с;

— Ентальпія відповідно перегрітої пари, живильної води і киплячої води в барабані парового котла, кДж / кг;

— витрата вдруге перегрівається пари, кг / с, (Dвт = 0);

— Ентальпія вдруге перегрівається пара відповідно на вході і на виході з пароперегрівача, кДж / кг;

— витрата продувочної води з барабанного парового котла, кг / с.

Витрата продувочной води з барабана котла визначаємо за формулою (3.15).

Dпр= 0,01• p • Dпе = 0,01• 3 • 59,2 =1,775кг/c,.

де р = 3% - безперервна продування котла, приймається відповідно до п. 4.8.27 ПТЕ.

При тиску перегрітої пари рпп = 10 МПа і tпп = 498 по табл. XXV визначаємо hпп = 3359,55 кДж / кг.

При тиску живильної води рп.в. = 11,5 МПа і tп.в. = 198 по табл. XXIV визначаємо hп.в. = 843,43 кДж / кг.

При тиску в барабані котла рбар = 10,8МПа, tн =316,652, по табл. XXIII визначаємо hкіп=1420,16 кДж /кг.

Розраховуємо витрата палива.

кг / с.

Розрахункові витрати палива з урахуванням механічного недопалювання визначаємо за формулою (5−24) [1], (3.16) [2]:

кг / с.

Коефіцієнт збереження теплоти розраховуємо за формулою (5−11) [1], (4.24) [2]:

= 1?.

4. Розрахунок теплообміну в топці.

4.1 Геометричні характеристики топки.

Геометричні характеристики топки визначаємо за кресленням котла ТП-230, враховуючи рекомендації, викладені в п. 6-А [1]; § 4.1.

При розрахунку теплообміну в котельній камері її обсяг, м3, визначається за кресленнями котла. Межами обсягу є осьові площині екранних труб або звернені в топку поверхні захисного вогнетривкого шару, у місцях, не захищених екранами — стіни камери згоряння. У вихідному перерізі камери її обсяг обмежується площиною, що проходить через осі першого ряду труб ширм, фестона або котельного пучка. Нижньою межею об'єму топки є під. При наявності холодної воронки за нижню межу обсягу топки умовно приймається горизонтальна площина, що відокремлює її нижню половину (див. рис. 6.1 [1]).

1) Площі поверхонь стін:

а = (10,5 +5,25 / 2) • 10 = 131,25 м²;

м2;

в + (7,25 +4) • 1,89 / 2 = = (7,75 +4,25) • 2,25 / 2 +12,5 • 7,75 + (7,25 +4) • 1, 89 / 2 = 121 м;

м2,.

де площа відповідно задньої, фронтовий і бічної стіни, м2;

площа фестона (площина проходить через осі першого ряду труб фестона), м2;

м2 ширина топкової камери м2 глибина камери згоряння.

Повна поверхня стін:

м.

Поверхня стін, зайнята пальниками:

м, де м — діаметр вихідний амбразури пальника.

Поверхня стін, зайнята екранами:

м2 .

2) Обсяг топкової камери:

м3 .

3) Промінеспиймаючу поверхню стін визначаємо за формулою (6−06А).

.

де — площа i-ої стіни, зайнята екраном, м2;

— Кутовий коефіцієнт i-го екрана (див. номограму 1 [1]).

Кутовий коефіцієнт гладкотрубних екранів визначається в залежності від їх конструкції (див. п. 6−06 [1]).

Для фестона = 1. Для настінних топкових екранів кутовий коефіцієнт можна розрахувати за формулою (4.31). Діаметр і крок труб всіх екранів однакові. Томупромінесприймаючу поверхню екранів обчислюємо спільно по одному значенню кутового коефіцієнта. Діаметр екранних труб d = 76 мм, крок труб S = 95 мм, S/d = 1,25. Відносне відстань від труб до стіни / d = 57,5/ 76 0,8.

= 1 — 0,2 (S / d — 1) = 1 — 0,2 (95/76 — 1) = 0,95,.

де S / d — відносний крок труб настінного екрану;

3) Визначаємо ступінь екранування топки:

4) Ефективна товщина випромінюючого шару топки розраховується за формулою (6−07).

де — обсяг топкової камери, м3; Fст — повна поверхня стін топки, м2.

5) Розрахункову теплову напругу топкового обсягу визначаємо за формулою (4.8) [2]:

кВт/м3.

Допустиме теплову напругу топкового обсягу визначаємо за табл. XVIII [1]: = 175 кВт/м3, нормативна вимога виконується.

4.2 Коефіцієнт теплового випромінювання топкової камери.

Коефіцієнт теплового випромінювання топкової камери т введено замість застосовувалася раніше ступеня чорноти топки т. Він є радіаційної характеристикою випромінюючого тіла, і залежить тільки від його фізичних властивостей і температури. Здатність (ступінь чорноти) т характеризує ступінь поглинання падаючого випромінювання і додатково залежить від спектра цього випромінювання. Для сірих і чорних тіл ці два коефіцієнти т і т чисельно рівні. Для визначення температури газів на виході з топки розраховують коефіцієнт теплового випромінювання топки т. т визначається коефіцієнтом випромінювання газового факелуф, заповнює топковий обсяг, і теплової ефективністю екранних поверхонь ср. т розраховується за формулою (4.36).

де — коефіцієнт випромінювання газового факела;

— Коефіцієнт теплової ефективності екранних поверхонь.

Коефіцієнт випромінювання газового факелу ф залежить від температури газів на виході з топки (від абсолютної температури газів на виході з топки). При виконанні розрахунків спочатку задаються за табл. 4.7 (див. стор 38, 39 [2]), а потім розраховують її значення. Прийняте і розрахункове значення не повинні відрізнятися більш ніж на 100 .

1) Коефіцієнт випромінювання газового факела при спалюванні твердих палив визначаємо за формулою (4.37) [2], для газу та мазуту за формулою (4.42).

.

де — оптична товщина поглинання топкової середовища;

— Коефіцієнт ослаблення (поглинання) променів топкової середовищем, 1 / (м • МПа);

— Тиск газів в котельній камері, МПа, для топок, що працюють під розрідженням і з наддувом не більше 5 кПа, приймають р = 0,1 МПа;

S — ефективна товщина випромінюючого шару, м. (S = 6,62 м).

Коефіцієнт k 1 / (м • МПа), ослаблення променів топкової середовищем визначаємо за формулою (4.39) [2]:

.

де — коефіцієнт ослаблення променів триатомним газами, 1 / (м • МПа);

— Коефіцієнт ослаблення променів золовим частинками, 1 / (м • МПа);

— Коефіцієнт ослаблення променів палаючими коксовими частинками, за рекомендаціями, викладеними в стор 43, приймаємо = 1,0 1 / (м • МПа).

За формулою (6−13) або (4.40) визначаємо коефіцієнт ослаблення променів триатомним газами.

де — абсолютна температура газів на виході з топки, К;

— Об'ємна частка трьохатомних газів, приймається за табл. 2.1 цього розрахунку.

За рекомендаціями табл. 4.7 (див. стор 38−39) приймаємо температуру газів на виході з топки =1150 С.

1 / (м • МПа).

За формулою (4.41) визначаємо коефіцієнт ослаблення променів завислими в котельній середовищі частками летючої золи.

.

де — щільність димових газів при атмосферному тиску, г/м3, приймаємо г = 1300 г/м3 (1,3 кг/м3);

— Ефективний діаметр золових частинок, мкм (dзл визначається за рекомендаціями, викладеними в [2], див. стор 43). Для ШБМ приймаємо.

dзл = 13 мкм.

— Концентрація золових частинок в потоці газів, кг / кг. Приймається з табл. 2.1 цього розрахунку (див. формулу (4−11) [1]).

1 / (м • МПа).

Коефіцієнт ослаблення променів топкової середовищем.

1 / (м • МПа).

Коефіцієнт випромінювання факела (ступінь чорноти факела) визначається за формулою (4.37) (див. номограму 2 [2]).

.

2) теплосприйняття в топці оцінюється середнім коефіцієнтом теплової ефективності екранів ср. ср визначають за формулою (6−32) [1]; (4.32).

де — коефіцієнт теплової ефективності i-го ділянки екрану;

F1, F2, F3, F4, F5, F6 — поверхня i-го ділянки екрану (поверхні відповідно задньої, фронтовий, перший бічний, 2-ий бічної стіни, амбразур пальників і фестона).

— Умовний коефіцієнт забруднення поверхні, приймається за табл. 4.8 [2], = 0,5; для газу = 0,65;

— Кутовий коефіцієнт екрану, = 0,95, розраховується за формулою (4.31). (Див. п. 4.1 цього розрахунку).

Коефіцієнт теплового випромінювання топки дорівнює:

4.3 Розрахунок температури газів на виході з топки.

Адіабатична температура горіння, С, визначається за корисним тепловиділенням у топці, кДж/кг, при надлишку повітря у топуі т=1,2.

1) корисне виділення у топці (для розрахунку и V•cср) складається з даної теплоти топлива за виключенням топочних втрат и теплоти зовнішнього підігріву палива та повітря, парового дуття и теплоти рециркуляційних газів. Qт розраховується за формулою (6−28) [1], (4.17) [2]:

де — потрібне тепло палива, кДж/кг;

, - втрати тепла від хімічної та фізичної неповноти згорання палива та з теплом шлаку;

— тепло, що вноситься у топку паровим дуттям, кДж/кг, ();

— теплота, що вноситься повітрям у топку, кДж/кг, визначається за (6−29) [1]; (4.18) [2];

— теплота рециркуляційних газів, кДж/кг, (= 0).

.

де — ентальпія відповідно гарячого повітря та присосів холодного повітря із зовні за рекомендаціями, викладеними в табл. 1.6 приймаємо tг. в=300 С. Ентальпію гарячого повітря визначаємо за даними табл. 2.2 дійсного розрахунку методу інтерполяції.

кДж/кг;

кДж/кг.

Корисне тепловиділення у топці:

кДж/кг.

2) середню сумарну теплоємність продуктів згорання кДж/(кг•_С) визначаємо за формулою (7.7). Попередньо приймаємо температуру газів на виходе з топки =1150 С (см. стр. 38−39 [2]).

Для твердих палив температура газів на виходе з топки вибирається з умов попередження шлакованих наступних поверхонь нагріву (см. табл. II-1 [1], табл. 4.7. [2]). Крім того, для топок з твердим шлаковидаленням повинні бути згранульовані, розплавлені мікрокаплини шлаку до зустрічі їх з трубами на виходе з топки. Для цього температура топкових газів на входе з топки повинна бути нижче температури t2 початку розм’якшення золи [3, стр. 39] t2= 1220 С.

.

де — адіабатна температура горіння, С, відповідає умові, коли все корисне тепловиділення приймається продуктами згорання (при відсутності теплових втрат топки), визначається за даними табл. 2.2 дійсного розрахунку по відомими значеннями Qт. Приймаючи Hг = Qт=23 482,438 кДж/кг, отримуємо С;

— ентальпія продуктів згорання при (визначається по табл. 2.2 дійсного розрахунку).

кДж/кг.

3) коефіцієнт М розміщення горілок визначається (4.26) (коефіцієнт М враховує відносне положення ядра факела по висоті топки, що впливаає на; М залежить від виду палив та способу його спалюваннясм. стр. 39, 40 [2]).

При камерному спалювання твердих палив, М=0,56 — 0,5•Хт, де Хт — коефіцієнт, що характеризує відносну висоту положення зони максимума температур у топці, визначається за формулою (4.28).

де — висота розміщення пальників, hгор=3,5 м;

— розрахункова висота заповнюючого топку факела (від нижньої частини топеки до середини виходу газового вікна (см. рис. 4.2 [2]);

— поправка, при Dном? 110 кг/с приймаємо х = 0,1;

хт = 3,5/16+0,1 = 0,32.

М = 0,56? 0,5•0,32 = 0,4.

Максимальне значення М не перевищує 0,5.

4) дійсна температура газів на виходе з топки, С, визначається за формулою (6−35) [1], (7.6) [2]:

де — абсолютна адіабатична температура горіння.

;

— середній коефіцієнт теплової ефективності екранів;

— повна поверхня стен, включаючи площу горілок; м2;

— коефіцієнт теплового випромінювання топки;

 — коефіцієнт збереження тепла,.

=1? [q5/(к+q5)] = 0,99;

— розрахункові витрати палива (з розрахунком механічного недопалу), кг/с.

1120,485 _С.

Отримане значення =1120,485 З порівнюємо з попередньо прийнятим значенням = 1150. Розбіжність не перевищує 100. Нормативне вимога виконується (див. стор 104 [1], стор 157 [2]).

Температуру газів на виході з топки можна визначити за номограмі 4 [1], (див. рис. 4.4 [2]). Для цього попередньо потрібно розрахувати: 1) адіабатичних (теоретичну) температуру горіння газів С; 2) коефіцієнт випромінювання газового факелу; 3) середній коефіцієнт теплової ефективності екранів; 4) емпіричний коефіцієнт М, враховує розташування ядра факела (М = 0,4); 5) визначити значення кВт / м2. По номограмі отримуємо =1120 С.

Приймаються температуру газів на виході з топки =1120 С.

Розраховуємо ентальпію газів на виході з топки:

кДж/кг.

5) Кількість тепла сприйнятого в топці:

кДж/кг.

Тут коефіцієнт збереження теплоти (див. п. 3.7 цього розрахунку);

корисне тепловиділення в топці (див. п. 4.3 цього розрахунку).

6) Середня теплове навантаження промінесприймаючої поверхні нагрівання:

кВт/м2.

Розрахункове теплове напруження топкового об'єму (підраховано раніше, див. п. 4.1 цього розрахунку):

кВт / м.

5. Розрахунок фестона.

5.1 Загальні відомості.

Повірений тепловий розрахунок фестона зводиться до визначення кількості тепла, сприйманого фестонів. Кількість теплоти, що сприймається фестонів, розраховується за рівнянням теплового балансу і по рівнянню теплопередачі. Результати розрахунків порівнюються, якщо розбіжність результатів розрахунків за рівнянням теплового балансу і по рівнянню теплопередачі не перевищує 5%, то розрахунок вважається виконаним.

Конструктивно фестони складається з труб заднього екрана, але розміщених з збільшеним поперечним.

S1 = 200 ч 300 мм і подовжнім S2 = 250 ч 400 мм кроками. При цьому труби фестона розводяться в кілька рядів Z2. Іноді фестони виконується з труб більшого діаметра (близько 100 мм), розташованих в один ряд (S1 = 400 ч 800 мм).

З розрахунку топки для попередньої поверхні нагрівання відомими є температура і ентальпія газів перед фестонів. Температура газів за фестонів приймається з подальшою перевіркою та уточненням її. Крім цього, вона повинна бути ув’язана з умовами забезпечення надійної роботи пароперегрівача. Згідно з охолодження димових газів в фестони можна попередньо прийняти для однорядних фестонів (z2 = 1) 7−10_С, для дворядних — 15−20 _С, для трирядових фестонів — 30−40 _С і для чотирирядний — 50 — 60 _С (менше значення для вологого палива, більше — для сухого). Кількість рядів по ходу газів в фестони Z2 приймається з креслення котла.

Температура обігрівається середовища постійна і дорівнює температурі кипіння при тиску в барабані котла, температурний напір визначається за формулою.

.

де = 0,5() — середня температура газів в фестони _С,; tн — температура кипіння при тиску в барабані.

Середня швидкість газів у фестони, величина, яка необхідна для визначення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією, визначається з виразу (6.7). Обсяг газів на одиницю палива Vг визначається по надлишку повітря на виході з топки.

Площа живого перетину для проходу газів визначається з креслення з використанням рис. 5.1.

Рис. 5.1 — До розрахунку живого перерізу фестону.

fг = ?ф (а? Z1d),.

де? ф — висота газового вікна, де розміщений фестони, м; а — ширина котла по фронту, м; d-діаметр труб (визначається з креслення); Z1-число труб в одному ряду.

Якщо відстань від крайньої труби фестона одно поперечним кроку S1, то.

Z1 = а/S1 — 1.

Якщо зазначена відстані дорівнює S1 / 2, то.

Z1 = а/S1.

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією при поперечному обтіканні визначається в залежності від форми пучка (коридорний або шаховий) за номограммам 7, 8 або за рис. 6.4, 6.5. При косому обтіканні коридорних пучків з кутом між напрямком потоку і осями труб <80 _ С отримана з номограми величина множиться на 1,07.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням визначається за формулами (6.35), (6.37) або номограмі 18 [1], див. рис. 6.14.

Ефективна товщина випромінюючого шару визначається за формулою.

S = 0,9.

Кроки труб визначаються по дійсному відстані між осями труб з креслення. При конструкторському розрахунку згідно рекомендуються наступні кроки труб фестона S1? 300, S2? 200 мм.

Випромінювання газових обсягів на фестони не враховується. Температура забрудненої стінки обчислюється за формулою.

t3 = tн + Дt,.

де Дt = 80 _ С.

При розрахунку коефіцієнта теплопередачі для фестонів не враховується коефіцієнт тепловіддачі від стінки до пароводяної суміші, так як він багато більше, і тому термічним опором 1 / можна знехтувати.

У всіх випадках коефіцієнт тепловіддачі для фестона визначається за формулою.

К =.

де — коефіцієнт теплової ефективності.

Для фестонів котлів великої потужності і розвинених котелень пучків котлів малої потужності в залежності від роду палива приймаються в діапазоні 0,5 ч 0,7 за таблицею 7.4, 7.5 [1], табл. 6.4.

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки для фестона визначається за формулою.

.

де о — коефіцієнт використання поверхні.

Повна теплообмінна поверхню фестона.

Fф = Z1Z2d? ф.

Для розрахунку кількості теплоти, що передається від газів до фестони за рахунок конвективного теплообміну Qт, за формулою (6.1) в якості розрахункової поверхні нагрівання приймається повна теплообмінна поверхню фестона.

При перевірному розрахунку по рівнянню теплопередачі визначається кількість теплоти, передане поверхні фестона Qт, і порівнюється з величиною теплосприйняття фестона Qф, яка складається з двох складових: теплоти, безпосередньо відданої газами при їх охолодженні від до теплоти, отриманої фестонів випромінюванням з топки.

Q=.

Якщо розбіжність між Qт и Qф не перевищує ± 5%, то розрахунок не уточнюється.

5.2 Геометричні параметри фестона.

Геометричні параметри фестона приймаються за паспортними даними котла:

— Зовнішній діаметр труб dH = 76 мм;

— Число рядів труб по ходу руху газів Z2 = 4;

— Поперечний крок труб S1 = 380 мм;

— Поздовжній крок труб S2 = 400 мм;

— Розташування труб — шахове;

— Розмір поверхні нагрівання Fф = 164 м²;

— Живий перетин для проходу газів f = 50,3 м².

5.3 Розрахунок ентальпії димових газів на виході з фестона.

Температуру димових газів перед фестонів приймаємо рівною температурі газів на виході з топки.

==1120 С, = =11 128,7 кДж/кг.

Температуру димових газів за фестонів визначаємо за формулою:

= -ф=1120?70=1050 С, де приймаємо =70 С — охолодження газів в фестони.

приймається відповідно до табл. II-1 [1], див. табл. 4.7.

Ентальпія димових газів на виході з фестона:

кДж / кг.

5.4 Розрахунок теплоти, яка сприймається фестонів, на рівнянням теплового балансу.

Теплота, що сприймається фестонів, складається з двох складових:

Qф = Qб. ф + Qл.ф.

1) Теплота, віддане газами Qб. ф, кДж / кг, розраховується за формулою (5.5) по (рівнянню теплового балансу) де — коефіцієнт збереження теплоти, враховує втрати теплоти поверхнею нагріву в навколишнє середовище, = 0,99;

— Ентальпія газів відповідно на вході в фестони і на виході з фестона, кДж / кг;

— Зміна коефіцієнта надлишку повітря в поверхні охолодження (фестона), = 0;

— Ентальпія присмоктуються повітря, кДж / кг.

кДж / кг.

2) Теплота Qл. ф, кДж / кг, отримана фестонів випромінюванням з топки, визначається за наступною формулою де — кутовий коефіцієнт трубного пучка, враховує те, що не все тепло, випромінюване з топки, сприймається фестонів. визначається за рис. 5.19. При S1/d = 380/76 = 5 для шахового розташування труб приймаємо Xф = 0,74;

— Теплота випромінювання з топки на фестони, кДж / кг.

Теплоту випромінювання з топки на фестони визначаємо за формулою (5.24) [2]:

.

де — коефіцієнт розподілу теплового навантаження по висоті топки, визначається за табл. 4.10 [2], приймаємо = 0,8;

— Середнє теплову напругу поверхні нагрівання топкових екранів, кВт/м2 (див. п. 4.3 цього к / пр. або (4.49) [2]);

— Промінесприймаюча поверхня фестона, .

.

Середнє теплову напругу поверхні нагрівання, кВт/м2, топкових екранів визначаємо за формулою (4.49) [2]:

.

де — питоме теплосприйняття топки, кДж / кг, визначається за формулою (4.23) [2]:

кДж/кг;

кВт/м;

кДж/кг.

Тепло, отримане фестонів випромінюванням з топки:

кДж/кг;

кДж/кг.

5.5 Розрахунок теплоти, яка сприймається фестоном, теплопередачею.

котел паливо топка фестон Кількість тепла, кДж / кг, що передається фестони за умовою теплопередачі визначаємо за формулою (6.1) [2]:

.

де — розрахункова теплообмінна поверхню фестона, м2;

— Коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м2 К);

— Усереднений по всій теплообмінної поверхні температурний напір, 0С;

— Розрахункова витрата палива, кг / с.

1) Усереднений температурний напір визначаємо за рекомендаціями, викладеними в (див. стор 148), при незмінній температурі однієї із середовищ. Температуру пароводяної суміші в фестони визначаємо за табл. XXIII як температуру насичення при тиску в барабані котла рбар = 11МПа, tф = 318,04 0С:

_ С;

_ С.

Усереднений температурний напір визначаємо за формулою (6.47) [2]:

_С.

2) Розрахункову швидкість м / с, газів в фестони визначаємо за формулою (6.7) [2]:

.

де — повний об'єм газів при спалюванні 1 кг палива при 0,1 МПа і 0 0С, визначається за середнім надлишку повітря в газоході, м3/кг, (табл. 2.1 цього розрахунку);

— Середня температура димових газів в газоході, 0С, (визначається як півсума температур газів на вході в поверхню нагріву і на виході з неї);

— Живий перетин фестона (перетин для проходу газів), м2.

_С.

м/с.

3) Коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м К), визначаємо за наступною формулою (див. табл. 6.1 [2]):

.

де — коефіцієнт теплової ефективності, приймається за табл. 6.4 [2], = 0,65;

— Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки, Вт / (м К).

4) визначається за формулою (6.5) [2]:

.

де — коефіцієнт використання поверхні нагріву, враховує нерівномірне омивання поверхні газами (див. стор 119 [2]), приймаємо = 1;

— Коефіцієнт тепловіддачі конвенцій від газів до поверхні нагрівання, Вт / (м2* К);

— Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням продуктів згоряння, Вт / (м2 К).

5) Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(мК), для шахових гладко трубних пучків визначаємо за формулою (6.10) [2], за даними стор 125 або по номограмі 8 [1]:

.

Або.

.

де — коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(мК), визначається за рис. 6.5 стор 124 (для шахових трубних пучків при поперечному омивання);

— Поправка на число поперечних рядів труб по ходу газів, при Z210, С = 1 (див. стор 125 [2]);

— Поправка на компонування пучка, визначається в залежності від відносних кроків 1 и 2 труб пучка. розраховується за однією з формул, наведених на стор 125, 126 або визначається за рис. 6.5.

Сф — поправка на фізичні характеристики потоку, (див. рис. 6.5 [2]).

Відносні кроки труб фестона розраховуємо за формулами:

;

;

визначаємо за рис 6.5 [2], приймаємо = 0,9.

При Z2 10 и 1 3,0.

Сф визначаємо по малюнку 6.5 [2]:

при, приймаємо Сф=0,95;

при приймаємо =47,5 Вт/(мК).

Вт/(мК).

6) Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням Вт/(мК), продуктів згоряння визначаємо за формулою:

.

де коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, Вт / (м2 К), визначається за номограмі 18 [1], за рис. 6.14 [2]; за відомою температурі стінки фестона і середній температурі газів;

— Коефіцієнт теплового випромінювання газового середовища (ступінь чорноти продуктів згоряння для запиленого потоку), визначається по температурі димових газів за формулою (4.37). Для газу і мазуту за формулою (4.42).

.

Тут — сумарна оптична товщина продуктів згоряння, визначається за формулою (6.38) [2].

.

Ефективну товщину S випромінюючого шару для гладко трубних пучків визначаємо за формулою (6.40).

м.

р = 0,1 МПа — тиск в котельній камері.

Коефіцієнт ослаблення променів триатомним газами визначаємо за формулою (4.40) при; ;

К.

.

Коефіцієнт ослаблення променів частинками золи визначаємо за формулою (4.41) при = 0,0131 (див. табл. 2.1 цього розрахунку) Коефіцієнт теплового випромінювання (ступінь чорноти) газового потоку.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням продуктів згоряння дорівнює:

Вт/(мК).

Тут = 250 Вт / (м2 • К) визначається за рис. 6.14 при середній температурі газів в фестоні хср = 1125 °C і температурі забрудненої стінки труб фестона t3 = tн + Дt = 314 +80 = 394 ° С.

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки визначаємо за формулою:

.

де о — коефіцієнт використання поверхні, о = 1.

Вт/(мК).

Коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою:

;

Вт/(мК).

Кількість тепла, що передається фестони за умовою теплопередачі визначаємо за формулою:

кДж / кг.

5.6 Нев`язка балансу теплоти.

Нев`язка балансу теплот для фестона розраховується за формулою:

Нев`язка теплового балансу для фестона не перевищує допустимого значення ± 5%, розрахунок фестона вважається закінченим.

Література.

1. Тепловий розрахунок котлів (нормативний метод). М.: НПО ЦКТІ 1998. 297 с.

2. Липов Ю. М., Самойлов Ю. Ф., Віленський Т. В. Компоновка і тепловий розрахунок парового котла. М.: Вища школа, 1988. 208 с.

3. Ковальов О. П., Лелеев Н. С., Віленський Т. В. Парогенератори: Підручник для вузів. — М.: Вища школа, 1985. 376 с.

4. Кудінов А. О. Короткий курс теорії горіння органічних палив. Самара: CамГТУ, 2004. 108 с.