В.В.Назаревич Расчет котельной установки

10

Теплота, вносимая в топку с паровым дутьем:

Qф = Gф( iф −2510 ),

где Gф - расход пара, идущего на дутье или распыливание топлива,

кг/кг; для дутья Gф =0,7…0,8 кг/кг; для распыливания паровыми фор-

сунками – 0,35 кг/кг, паро-механическими – 0,03…0,035 кг/кг; iф - эн-

тальпия пара, кДж/кг.

Теплота, затраченная на разложение карбонатов:

Qк = 40,6K(CO2 )кр ,

где K - коэффициент разложения карбонатов.

Теплота, кДж/кг, полезно использованная в паровом котлоагрегате, определяется из следующего соотношения:

Q1 = DBпп [(iпп −iпв ) +100P (iкв −iпв )] + Dнп (iнп −iпв ) ,

где Dпп , Dнп – соответственно, расход перегретого и насыщенного па-

ра, кг/с; B – расход натурального топлива, кг/с; iпп,iнп,iпв,iкв – соответственно, энтальпии перегретого и насыщенного пара, питательной и

котловой воды, кДж/кг; P – величина непрерывной продувки, %. Для водогрейного котла используется формула

Q1 = GB (i′′ − i′) ,

где G - расход воды через котел, кг/с; i′,i′′ – соответственно, энтальпии воды на входе в котел и выходе из него, кДж/кг.

Процентная доля теплоты, (%), полезно использованная в котлоагрегате:

q1 = Q1р 100.

Qр

Потери теплоты, кДж/кг, с уходящими газами:

Q2 = ( J ух −αух Jхв ) (100 −q4 ),

100

где Jyx – энтальпия уходящих газов определяется по графику J-t по температуре уходящих газов tye и по линии, характеризующей последнюю

11

поверхность нагрева, кДж/кг; J хв – энтальпия холодного воздуха, кДж/кг:

J хв =V o C рхв tхв ,

где Cpхв – изобарная теплоемкость холодного воздуха, кДж/(м3·К); tхв – температура холодного воздуха, °С; αyx – избыток воздуха в

уходящих газах, численно равен избытку воздуха в продуктах сгорания в последнем газоходе, определяется как αi .

Или процентная доля :

	q2 =	Q2	100	=	J ух −αухJ хв	(100	− q4 ).
		Qрр			Qрр

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, кДж/кг, определяются содержанием в продуктах сгорания окиси углерода:

Q3 = 237 CO ( C р ++0,375Sлр ) , ( RO2 CO )

где CO – содержание оксида углерода в уходящих газах, %; RO2 – содержание сухих трехатомных газов в уходящих газах, %.

Или процентная доля: q3 = Q3р 100.

Qр

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, кДж/кг, складываются из трех составляющих:

Q4 =Q4шл + Q4пр + Q4ун ,

где Q4шл – потери теплоты топлива со шлаком, кДж/кг; Q4пр – потери

теплоты с провалом топлива под колосниковую решетку, кДж/кг; Q4ун-

потери теплоты с частичками топлива, уносимыми уходящими газами, кДж/кг.

Или процентная доля:

					12
			Q		327 Aр				Cшл+пр
q		=	4	100 =		( a				+
			Qрр		Qрр			100 −Cшл+пр
	4					шл+пр

+ aун 100C−унCун ),

где aшл+пр ,aун – доли золы в шлаке, провале и уносе от общего количества золы, введенного в топку с топливом, %; Cшл+пр ,C ун – со-

держание горючих в шлаке, провале и уносе, %.

Примечание. Если в задании на курсовой проект отсутствуют данные для определения указанных видов потерь теплоты, принять их процентную долю по табл.5.

Потери теплоты в окружающую среду Q5 зависят от размеров по-

верхности котлоагрегата, качества обмуровки и тепловой изоляции. В расчетах потери теплоты в окружающую среду принимаются по нормативным данным табл.6. При этом нормируется процентная доля потерь теплоты в окружающую среду:

q5 = Q5р 100.

Qр

Потери теплоты с физической теплотой шлака, кДж/кг:

Q6 = aшл Cшл tшл A р ,

100

где aшл – доля золы топлива в шлаке: для камерных топок aшл =1 − aун, для слоевых топок доля золы в шлаке включает долю зо-

лы топлива в провале; Cшл – теплоемкость шлака, кДж/кг; tшл – температура шлака, °С.

Или процентная доля: q6 = Q6р 100.

Qр

Процентная доля полезно использованной теплоты:

6

q1 =100 − ∑qi .

i=2

13

Коэффициент полезного действия:

ηђ = 100q1 или

Q1р =ηк. Qр

РАСЧЕТ ТОПКИ Расчет топки сводится к определению расхода топлива на один ко-

тел, определению основных размеров топки котла, расчету теплообмена в топке.

Расход топлива на один котел

Расход топлива на один котел можно определить из упрощенного выражения:

- для парового котла

	D(i −i	) +		p	(i −i	)
			100
B =	пп пв				кв пв		,
		Qрр ηк

где B – действительный расход топлива, кг/с; D – паропроизводительность котла, кг/с; iпп – энтальпия перегретого пара, определяемая по i-s диаграмме по давлению p и температуре tпп перегретого пара, кДж/кг; iпв – энтальпия питательной воды, определяемая из таблиц [4] по tпв и P, кДж/кг (численно примерно равна tпв, умноженной на 4,186); p – величина непрерывной продувки, %;

	-	для водогрейного котла			G(i′′−i′)
		B =	Nк	или B =			,
			Qрр ηк		Qрр ηк
где	Nк – расчетная мощность котла, кВт;G – расход воды в котле,
кг/с,		i′′ – энтальпия воды на выходе из водогрейного котла, кДж/кг;
i′	– энтальпия воды на входе в водогрейный котел, кДж/кг.

Так как объемы продуктов сгорания подсчитывались без учета механического недожога, то весь последующий тепловой расчет ведется на расчетный расход топлива ВP, кг/с:

BP =B(1−100q4 ).

14

Геометрические размеры топки

Размеры топки характеризуются величиной активного топочного объема, а при слоевом сжигании топлива также величиной активной площади зеркала горения.

Необходимая величина активного топочного объема (м3) определяется по формуле

Vт = QнрqVBр ,

где qV – видимое тепловое напряжение топочного объема, определяе-

мое из таблиц [2], кВт/м3, а активная площадь горения (м2) – по формуле

R = Qнр Bр , qf

где q f – тепловое напряжение зеркала горения, определяемое из таб-

лиц [2], кВт/м2.

Высота топочной камеры должна быть не менее 3 м и определяется из выражения (м)

h = VRТ ,

Зная активную площадь горения R, определяют ширину решетки из расчета, что глубина топки b ≥ 2,2 м:

R=ab ,

где a – ширина топки, м.

Расчет теплообмена в топке

держание горячего воздуха, поступающего в топку, которое определяется для температуры воздуха на выходе из воздухоподогревателя:

QГВ =αт V o CРГВ tГВ,

QХВ – количество теплоты, вносимое холодным воздухом присосов:

QХВ = ∆αт V o C рв tв.

15

ЗнаяJтеор, по диаграмме J −t определяем теоретическую темпе-

ратуру в топке t теор .

Температуру газов на выходе из топки принимают из расчета

′′

o

−(50...80)

C ,

tт = t1

где t =1000...1200oC – температура размягчения золы.

1

Зная tт′′

, определяем по диаграмме J −t

энтальпию газов на выхо-

де из топкиJт′′ .

Определяем количество теплоты (кДж/кг), передаваемое в топке от

газов поверхностям нагрева радиацией:

т

Qл =

′′

,

Jтеор − Jт

− Q5

где

Qт – потеря тепла от наружного охлаждения топки, кДж/кг:

5

q5 Q рр

Q5т = 0,5

.

100

Находим радиационную поверхность (м2) топки, воспринявшую

количество теплоты Qл:

ϕ B

р

Q

л

1

T

H р =

3

теор

−1)2 ,

′′

3

2

σо М ζ ε

M

ϑ′′

T

т ϑт Tтеор

т

ϑ′′

где

– теоретическая температура горения в топке, К;

–

теор

т

температура газов на выходе из топки, К; σо =5,67 10−8, Вт/(м2 К4) –

коэффициент излучения абсолютно черного тела; М – конструктивный параметр; М = 0,45 – для слоевых топок, для камерных – рассчитыва-

ется в зависимости от конструкции топки; εт– степень черноты топки

q

(задается в задании на курсовой проект); ϕ =1−1005 – коэффициент

сохранения теплоты;ζ =0,4...0,7 – коэффициент загрязнения поверхностей нагрева.

16

РАСЧЕТ ЭКРАНА

Величина найденной эффективной радиационной поверхности в топке Нр равна сумме величин радиационных поверхностей фронтово-

го H фр , заднего H рз и боковых экранов H бр.

Радиационная поверхность чаще всего выполняется в виде одно-

рядного	гладкотрубного экрана.	Обычно	при давлении	пара
P < 4,0	МПа экран выполняется	из труб	d =87/70 мм с	шагом

S =100 мм для сильно шлакующих, сжигаемых в виде пыли углей и S =150 мм для прочих углей.

РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

При тепловом расчете конвективных поверхностей нагрева барабанного котлоагрегата с естественной циркуляцией необходимо определить температуру газов за каждым элементом котлоагрегата и установить величину площади поверхностей нагрева.

A. Расчет пароперегревателя

Из уравнения теплового баланса пароперегревателя определяется теплосодержание газов за пароперегревателем J ′ПП′ , а затем по диа-

грамме J −t – соответствующая ему температура газов tпп′′ за паропе-

регревателем:

B( J ′ПП − J ′′ПП +QПРИСПП −Q5ПП ) = D( iпп −iн ),

гдеJ ′ПП - энтальпия газов перед пароперегревателем, соответствующая tпп′ , кДж/кг; J ′ПП′ – энтальпия газов после пароперегревателя,

кДж/кг; QПРИСПП = ∆αппV оCРхв tхв – количество теплоты, внесенное холодным воздухом присосов пароперегревателя, кДж/кг;

Q5ПП =	q5 − q5т	Qнр	– потери теплоты в окружающую среду паро-
	100 n

перегревателем, кДж/кг; n – число конвективных поверхностей нагре-

17

ва, шт.; iн – энтальпия насыщенного пара (при давлении в барабане),

кДж/кг.

Из уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность нагрева пароперегревателя НПП , м2:

HПП = D( iпп∆−iн ) ,

КПП tср

где КПП – коэффициент теплопередачи пароперегревателя (задается в задании на курсовой проект), Вт/(м2К); ∆tср – средний температурный напор, оС:

∆tср = ∆tб − ∆tм , ln ∆tб

∆tм

где ∆tб, ∆tм – большая и меньшая разница температур греющего и

нагреваемого теплоносителей, оС, в зависимости от используемой схемы теплообмена в поверхности нагрева (рис. 3).

Рис.3. Схемы теплообмена в поверхностях нагрева: а – прямоток, б – противоток;

(индексами 1 обозначены параметры греющего теплоносителя, 2-нагреваемого; параметры с одним штрихом – на входе в поверхность нагрева, с двумя штрихами – на выходе)

Если ∆tб ≥1,7, температурный напор определяется по формуле

∆tм

18

∆tср = ∆tб +2 ∆tм .

Поверхность нагрева пароперегревателя набирается из гладких труб с наружным диаметром d =28…42 мм, расположение труб – коридорное.

Количество труб в поверхности нагрева пароперегревателя n определяется по формуле

n = HπdlПП ,

где d – наружный диаметр труб, принятых к установке в пароперегре-

вателе, м; l – обогреваемая длина труб пароперегревателя, м. Обычно конвективный пароперегреватель размещают в горизон-

тальном газоходе, упрощенная схема которого показана на рис.4.

Рис. 4. Упрощенная схема установки труб пароперегревателя в горизонтальном газоходе

На схеме: a – ширина газохода, во многих котлах равная ширине топки; h1 – высота газохода; S1 – шаг установки труб по ширине газо-

хода; S2 – шаг установки труб по глубине газохода.

Количество труб по ширине газохода определяется соотношением:

n1 = a −s12d .

Количество рядов труб по глубине газохода:

19

n2 = n . n1

Примечание: ряды труб любой поверхности нагрева должны быть равны по наполнению трубами, т.е. иметь одинаковое число труб при коридорном порядке установки или с разницей в одну трубу – при шахматном. Для выполнения этого условия принимают шаг установки труб в ряду – S =( 2...3 )d . Скорость газового потока в пароперегрева-

теле должна быть в пределах 6…14 м/с. При скорости газов меньше 6 м/с возможны золовые отложения на трубах пароперегревателя, что ведет к пережогу труб; при скорости газов более 14 м/с возможен повышенный износ труб золовыми частицами.

Скорость движения газов, м/с, в пароперегревателе определяют по формуле

w = B VГ (tГ + 273) , F 273

где tГ - средняя температура газового потока в поверхности нагрева, оС;

F – живое сечение поверхности нагрева, предназначенное для прохода газов, м2:

F = a h1 − n1 d l .

Для достижения требуемой скорости газового потока в пароперегревателе изменяют живое сечение газохода путем варьирования количества труб в ряду и диаметра труб пароперегревателя.

Б. Расчет водяного экономайзера

Из уравнения теплового баланса определяется JЭК′′ , а по ней tЭК′′ - температура газов после экономайзера:

						′	′′	ЭК	ЭК	′′	′
		QЭК = B(JЭК −JЭК +QПРИС −Q5								) = DЭ(iЭК −iЭК) ,
	где	DЭ = D(1+		P	)	– расход воды через экономайзер, кг/с; P – вели-
			100

чина непрерывной продувки, %; iЭК′′ – энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера, iЭК′′ 4,19 tЭК′′ в , кДж/кг; tЭК′′ в – температура питательной воды на выходе из экономайзера, оС; iЭК′ – энтальпия пи-