Теплогенератор (часть 1)

Оглавление
Введение
1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
1.1 Расчетное здание
1.2 Предварительный выбор хвостовых поверхностей нагрева. Определение температуры уходящих газов
1.3 Составление схемы парогенератора
2. ТОПЛИВО. ВОЗДУХ. ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ
2.1 Основные характеристики топлива
2.2 Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов в газоходах котельного агрегата
2.3 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания топлива
2.4 Энтальпия воздуха и продуктов сгорания
3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПАРОГЕНЕРАТОРА
4.РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ
4.1.Основные конструктивные и тепловые характеристики топки
4.2. Лучевоспринимающая поверхность топки
4.3.Расчет теплообмена в топке
4.3.1Полезное тепловыделение в топке.
4.3.2 Учет характера распределения температурыв топке
4.3.3 Степень черноты факела
4.3.4 Определение температуры газов на выходе из топки
4.3.5 Проверка правильности определения и ее соответствия условиям эксплуатации
5.1 РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
5.1. Определение конструктивных характеристик и расчетной скорости продуктов сгорания
5.2. Определение коэффициента теплопередачи
5.3 Определение температурного напора.
6. РАСЧЕТ ХВОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
6.1 Расчет водяного экономайзера
7. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА И РАСЧЕТНАЯ НЕВЯЗКА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
ЛИТЕРАТУРА

Теплогенератор (часть 1)

 
l
освещенная длина
2,4
4,8
4,6
м
Fпл i
площадь занятая
лучевоспринимающей
поверхностью
4,65
19,5
8,8
3,6 – 1 ряд кот.пучка
37,0
м2
d
наружный диаметр труб
51
51
51
51
мм
s
шаг труб
130
130
130
110
мм
e
расстояние от оси труб до стены
40
40
40
30
мм
s/d
отношение
2,55
2,55
2,55
2,17
 
e/d
отношение
0,79
0,79
0,79
0,59
 
x
угловой коэффициент
0,78
0,78
0,78
0,79
 
Hл i
площадь
лучевоспринимающей
поверхностью
3,63
15,21
6,86
2,84
м2
Hл т
суммарная площадь
лучевоспринимающей
поверхности
28,54
м2
X
степень экранирования
топки
0,41835
 
ξ
коэффициент
загрязнения
0,8
 
ψср
среднее значение
коэффициента тепловой
эффективности
0,33468
 
4.3.Расчет теплообмена в топке
При поверочном расчете температуругазов на выходе из топки т//определяют по серии номограмм, представленных в нормативном методе. Для этого необходимо знать:
1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки т//=10500С.
2. Адиабатную температуру горения а .
3. Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки ψср.
4. Параметр М, характеризующий распределение температур в топке.
5. Тепловую нагрузку стен топки ВрQт/Fст (кВт/м2).
6. Степень черноты факела аф.
7. Параметр ρ = R/Fст.
4.3.1Полезное тепловыделение в топке.
Адиабатная температура горенияа. Полезное тепловыделение в топке QПТ, кДж/кг:
- располагаемая теплота топлива кДж/кг;
- количество теплоты, вносимой в топку воздухом,
при отсутствии воздухонагревателя
Значение присосов воздуха в топке (), пылеприготовительной установке (при пылеугольном сжигании) определяются по табл. XYI [1]. Энтальпия теоретически необходимого воздуха при температуре за воздухоподогревателем - на основание таблицы 2.3. Температура горячего воздуха tгв (за воздухоподогревателем) принимается предварительно (см. табл. 1.2) и уточняется расчетом воздухоподогревателя.
Адиабатная температура горения определяется по таблице 2.3,если за энтальпию принять полезное тепловыделение QПТ.
4.3.2 Учет характера распределения температуры в топке
Для учета распределения температуры служит параметр М.
М=0,54 - 0,2 Xт - при сжигании газа и мазута ;
М=0,59 - 0,5 Xт - при камерном сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех топлив
М=0,56 – 0,5 Xт - при камерном сжигании тощих углей и антрацитов, а также каменных углей с повышенной зольностью;
Xт – относительное положение в топке максимума температуры, выбирается в соответствии с рекомендациями страница 26-27 [1].
4.3.3 Степень черноты факела
При сжигании газового топлива и мазута – происходит частичное термическое разложение углеводов с образованием сажистых частиц. Суммарная излучательная способность газомазутного факела определяются излучательной способностью светящейся части пламени (раскаленные сажистые частицы и трехатомные газы).
Эффективная степень черноты газомазутного факела:
где и - степень черноты, какой обладал бы факел, при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися газами;
- коэффициент, учитывающий заполнение объема топки светящимся пламенем.
При кВт/м3, =0,1 для газа и =0,55 для жидкого топлива.
При кВт/м3, =0,6 для газа и =1,0 для мазута.
При 400< < 1200 значение находят линейной интерполяцией.
Степень черноты светящейся или несветящейся частей факела находят по формуле:
,
либо по графику страница 241 [1].
Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами рассчитывают, как и для твердого топлива , а коэффициент ослабления светящейся частью пламени
где - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
и - количество атомов углерода и водорода в топливе;
- коэффициент избытка воздуха;
- температура газов на выходе из топки.
4.3.4 Определение температуры газов на выходе из топки
Расчетная температура на выходе из топки определяется по номограммам 7 [1]. Последовательность определения обозначена на номограммах штриховой линией.
Расчет топки рекомендуется вести в табличной форме (таблица 4.2)
Таблица 4.2
Поверочный расчет теплообмена в топке
αт
коэффициент избытка воздуха
на выходе из топки
таблица 2.1
1,1
ϑ т"
ориентировочно
температура
на выходе из топки
Принимается по предварительному выбору
1050
0С
Т"т
ориентировочно
температура
на выходе из топки
vт"+273
1323
К
I″т
энтальпия газов
на выходе из топки
таблица 2.3
19492,4
кДж/кг
Iхв
энтальпия
воздуха в котельной
таблица 3.1
394,4
кДж/кг
Qв
количество теплоты,
вносимое воздухом
Формула
433,8
кДж/кг
Qpp
располагаемая теплота
таблица 3.1
37494,6
кДж/кг
q3
потеря теплоты
от хим. неполноты сгорания
таблица 3.1
0,5
%
Qпт
полезные тепловыделения
в топке
формула 1
37307,1
кДж/кг
ϑ а"
адиабатическая температура
горения
пункт 4.3.1
1839,2
0С
Та
адиабатическая температура
горения
vа"+273
2112,2
К
М
параметр, учитывающий распределение
температур в топке
пункт 4.3.2
0,46
Вр
расчетный расход
топлва
таблица 3.1
684,09
м3/ч
Vт
объем топки
расчитывается
исходя из данных таблицы 4.1
43,0
м3
qv
тепловое напряжение
топочного объема
Формула
596504,2
кДж/кг
m
коэффициент, учитывающий
заполнение объема топки
светящимся пламенем
расчитывается линейной интерполяцией
0,6
Fст.
площадь стен топки
таблица 4.1
68,22
м2
s
эффективеая толщина
излучающего слоя
3,6*Vт/Fст.
2,269
м
rH2O
Объемная доля
водяных паров
таблица 2.2
0,184
rRO2
Объемная доля
трехатомных газов
таблица 2.2
0,088
rп=p
Суммарная доля
трехатомных газов
таблица 2.2
0,272
k=kг*rп
коэффициент ослабления лучей
для трехатомных газов
рис.5.4 [2]
0,64*0,272=0,174
Ср/Нр
соотношение газов углерода и водорода
в рабочей массе топлива
формула 6-11 [1]
3,019
kс
коэффициент ослабления лучей
сажистыми частицами
формула 6-10
[1]
1,3179
асв
степень черноты, какой обладал бы
факел при заполнении всей топки
светящимся пламенем
формула 6-06а
[1]
0,602
аг
степень черноты, какой обладал бы
факел при заполнении всей топки
несветящимися трехатомными газами
формула 6-06б
[1]
0,102
аф
эффективная степень черноты факела
формула 6-07
[1]
0,402
VCср
средняя суммарная теплоемкость
продуктов сгорания 1 кг топлива
формула 6-32
[1]
22,573
кДж/кг *К
ψср
коэффициент тепловой эффективности
таблица 4.1
0,33468
ат
степень черноты камерных топок
формула 6-38
[1]
0,66762
φ
коэффициент
сохранения теплоты
таблица 3.1
0,9823
ϑ "т
действительная температура газов
на выходе из топки
формула 6-30
[1]
1000
0С
I″т
действительная энтальпия газов
на выходе из топки
таблица 2.2
18466,8
кДж/кг
Qл
общее тепловосприятие топки
формула 6-35
[1]
18506,8
кДж/кг
4.3.5 Проверка правильности определения и ее соответствия условиям эксплуатации
Если расчетная температура отличается от предварительно принятой не более чем на , то она принимается за действительную температуру на выходе из топки. Если отличие превышает , то найденную в результате расчета температуру следует принять за исходную.
К конвективным поверхностям нагрева следует отнести фестон, пароперегреватель, испарительные (котельные) пучки, хвостовые поверхности (воздухоподогреватель, водяной экономайзер). Расчет конвективных поверхностей осуществляется по законам конвективного теплообмена.
При установившемся тепловом состоянии количество теплоты, отданное греющим теплоносителем (газами) QГ равно количеству теплоты, воспринятому нагреваемым теплоносителем (водой, воздухом) QT .
Тепло, отданное продуктами сгорания, определяется уравнением теплового баланса
где - коэффициент сохранения теплоты,
, - энтальпия газов на входе в рассчитываемую поверхность нагрева и на выходе
- присос воздуха на рассчитываемом участке газохода,
- энтальпия присасываемого воздуха, определяется по диаграмме I- при температуре присасываемого воздуха (30 0С) или по формуле:
= .
Тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью, определяется уравнением теплопередачи
где - коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К
- расчетная площадь поверхности нагрева, м2 ,
- средний температурный напор, 0С,
- расчетный расход топлива, кг/с.
Расчет конвективных поверхностей может быть конструктивным и поверочным. Поверочный является более общим и выполняется для определения температур по тракту продуктов сгорания. В результате конструктивного расчета определяется величина поверхности нагрева и выполняются ее конструктивные элементы.
Ниже излагается рекомендуемая последовательность расчета конвективных поверхностей нагрева.
5.1. Определение конструктивных характеристик и расчетной скорости продуктов сгорания
1. Выполняется эскиз рассчитываемой конвективной поверхности нагрева и описывается ее конструкция: характер расположения труб (коридорный, шахматный), способ омывания (продольный, поперечный), диаметр и количество труб, продольный S1 и поперечный S2 шаги, число труб в ряду z1 число рядов труб по ходу газов z2, и т.д.
2. Рассчитывается площадь поверхности нагрева, м2
где - наружный диаметр труб, м,
- средняя длина труб, м,
- общее число труб, расположенных в газоходе.
3. Площадь живого сечения F (м2), равную разности между полной площадью поперечного сечения газохода в свету и частью этой площади, занятой трубами, рассчитывают по формуле:
при поперечном омывании гладкотрубных пучков
где а и в – поперечные размеры газохода (между его внутренними стенами), м;
- количество труб в одном ряду (поперек хода газов);
, - наружный и внутренний диаметры труб, м;
- омываемая длина труб, м.
4. Расчетная скорость (м/с) рабочего тела определяется по формуле
где F – площадь живого сечения (м2);
Vc – средний объемный секундный расход среды (м3/с),
определяемый:
а) для продуктов сгорания
где - расчетный расход топлива, кг/с;
- объем газов в пределах рассчитываемого участка, определяемый по среднему значению коэффициента избытка воздуха, м3/кг (м3/м3);
- средняя температура газов и воздуха в рассчитываемом участке, вычисляется как среднеарифметическая величина в начале и в конце участке.
5.2. Определение коэффициента теплопередачи
Коэффициент теплопередачи К , (Вт/м2 К), определяется по следующим формуле: в коридорных пучках при сжигании твердых топлив, во всех гладкотрубных пучках (шахматных и коридорных) при сжигании газа и мазута, а также во всех гладкотрубных продольно-омываемых пучках при сжигании всех видов топлив
где ε – коэффициент загрязнения (м2 К/Вт), рассчитывается по формуле
где - исходный коэффициент загрязнения, определяемый по графику страница 49 [1];
- поправка на диаметр труб, рисунок 7.11 [1];
- коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева, изменяется от 0,5 до 0,85 в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и характеристики поверхности нагрева пункт 7-53, таблица 7.1 [1].
Определение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке
где - коэффициент использования конвективного пучка, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами. Для поперечного омывания = 1, для смешанного = 0,95;
- коэффициент теплоотдачи конвекцией, (Вт/м2 К), определяется по номограммам [1, § 7-Б-б] в зависимости от конструкции пучков, способа омывания, скорости газового потока и от физических свойств теплоносителя при поперечном омывании шахматных и коридорных гладкотрубных пучков
- номинальный коэффициент теплоотдачи, определяемый по скорости потока W и диаметру труб пучка номограмма 12 [1];
- поправка на геометрию пучка, зависящая от относительного продольного σ1 и поперечного σ2 шагов;
- поправка на количество рядов труб (z2) по ходу газов;
- поправка на относительную длину пучка;
- поправка на физические характеристики потока при изменении температуры и состава теплоносителя.
При определении принимается среднеарифметическая температура потока в пределах рассчитываемой поверхности.
- коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, учитывается при температуре газового потока выше 3500С глава 7-б,в [1]. Рассчитывается по формуле:
- при слоевом, а также при сжигании газа и мазута;
Значение входящих в формулу величин определяются по номограммам нормативного метода номограмма 19 [1] в зависимости от температуры стенки и средней (арифметической) температуры газового потока.
- температурный перепад между температурой загрязненной стенки и температурой среды в трубе 0С, значение которого зависит от вида сжигаемого топлива, типа поверхности нагрева.
Степень черноты излучающей среды определяется как и для топки
,
где
- коэффициент ослабления трехатомными газами;
- коэффициент ослабления золовыми частицами, учитывается при сжигании пылевидного топлива, во всех остальных случаях =0;
S – толщина излучаемого слоя в межтрубном пространстве, для гладкотрубных пучков
5.3 Определение температурного напора.
Температурный напор – есть средняя по всей поверхности нагрева разность температур сред, участвующих в теплообмене. Для прямотока и противотока, а также при постоянстве температуры одной из сред температурный напор определяется
где - разность температуры продуктов сгорания и нагреваемой жидкости на том конце поверхности нагрева, где она наибольшая, 0С;
- разность температур сред на том конце поверхности нагрева, где она наименьшая, 0С;
Расчет рекомендуется вести в табличной форме (таблица 5.1)
Таблица 5.1
Расчет конвективных поверхностей нагрева
ϑ"
температура газов
на выходе
принимается в соответствии с рекомендациями
500
300
0С
I"
энтальпия на выходе
из КП
таблица 2.3
8850,6
5175,3