Расчет поворотной камеры

 

1. Температура продуктов сгорания на входе в поворотную камеру равна темпе­ратуре продуктов сгорания на выходе из предыдущей поверхности нагрева , °С;

2. Энтальпия продуктов сгорания определяется по температуре (аналогично п.1) , кДж/кг (кДж/м³)

3. Толщина излучающего слоя S, м, определяется по формуле:

(116)

где . - объём поворотной камеры, м³;

F _ст -поверхность стен поворотной камеры, м²;

и F _ст - определяются по чертежу.

4. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами К_г определяется по рис.5.4 [1]

5.Оптическая толщина поглощения частиц сажи kpS определяется по фор­муле:

(117)

где ,-определяется из таблицы 1 расчёта;

к _зл - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами – рис. 5.5 [15] - для твёрдого топлива в пылеугольных топках. При сжигании газа, жидкого и твёрдого топлива в слоевых топках к _зл = 0;

р - давление в газоходе, 0,1МПа.

Толщина излучающего слоя S, м, определяется по формуле:

(118)

6. Степень черноты а определяется по рис. 5.6 [15].

7. Температура загрязнённой стенки труб t _з,°С, определяется по формуле:

(119)

где t - средняя температура охлаждающей среды, принимается равной температуре насыщения при давлении в котельном агрегате, °С; а для водогрейных котлов – полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и на выходе из неё, ^оС

- при сжигании твёрдых и жидких топлив принимается равной 60°С, при сжигании газа 25 °С

8. Коэффициент теплоотдачи излучением а _л, Вт/м²хК, определяется по формуле:

(120)

где - рис. 6.4 [l5]

9. Тепловосприятие поверхности нагрева поворотной камеры , кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(121)

где Н_{п к} - лучевоспринимающая поверхность нагрева поворотной камеры, м².

10. Энтальпия продуктов сгорания после поворотной камеры , кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(122)

11. Температура продуктов сгорания после поворотной камеры °С, определя­ется по I-θ диаграмме по .

 

1.10 Расчёт водяного экономайзера

В паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении - сталь­ные. В котельных агрегатах горизонтальной ориентации с Д<25 т/ч, имеющих раз­витые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только во­дяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного эконо­майзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоко­влажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая компо­новка водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Расчёт водяного экономай­зера промышленно-отопительного котла почти всегда выполняется конструктив­ным. Цель конструктивного расчёта - определение поверхности нагрева водяного экономайзера по известным значениям температуры дымовых газов перед эконо­майзером, которая берётся из расчёта последней поверхности нагрева котла.

Порядок конструктивного расчёта

1. Температура газов перед экономайзером ,°С, определяется из расчёта последней поверхности нагрева, например,

(123)

2. Энтальпия газов перед экономайзером , кДж/кг (кДж/м³), определяется по температуре по I - Ө диаграмме.

3. Температура газов за экономайзером ,°С, определяется как ⁼ ,

 

где определяется по таблице на стр.53 [l5].

4. Энтальпия газов за экономайзером , кДж/кг (кДж/м³), определяется по І- θ диа­грамме по ,^оС

5. Температура питательной воды, t_п.в, °С, (из условия) -из марки котлоагрегата.

6. Энтальпия питательной воды, і_п.в кДж/кг, определяется по формуле:

(124)

7. Количество тепла, переданного газами на 1 кг топлива Q_б, кДж/кг (кДж/м³), опре­деляется по формуле:

(125)

8. Количество тепла, переданного газами на 1 кг топлива, в 1 сек Q, кВт, определяется по формуле:

(126)

9. Энтальпия воды за экономайзером , кДж/кг, определяется по формуле:

(127)

где D- паропроизводительность котла, кг/с.

10. Температура воды за экономайзером t", °С, определяется по энтальпии воды после экономайзера и давлению её из таблиц 3.1 [12].

11. Тип экономайзера - выбирается.

Если полученная температура воды окажется на 20°С ниже температуры при давлении в барабане котла, то для котлов давлением до 2,4 МПа к установке принимают чугунный водяной экономайзер. При несоблюдении указанных условий к установке следует принять стальной змеевиковый водяной экономайзер.

12. Большая разность температур , °С, определяется по формуле:

(128)

13. Меньшая разность температур ,°С, определяется по формуле:

(129)

14. Средний температурный напор ,°С, определяется по формуле

(130)

если < 1,7; то ,⁰С

15.Средняя температура газов ,°С, определяется по формуле

(131)

16.Следует выбрать конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного и стального экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчётом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной производительности котла. Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть 3÷10. Стальные экономайзеры выполняются в виде змеевиков из труб с наружным диаметром 28÷38 мм (толщина стенки до 4мм). Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров приведены в таблице.

 

Таблица 4- Характеристика чугунных труб.

 

Характеристика од­ной трубы	Экономайзер ВТИ	Экономайзер ЦККБ
Длина, l, мм
Площадь поверхности нагрева с газовой сто­роны, h, м2	2,18	2,95	3,72	4,49	5,50
Площадь живого се­чения для прохода продуктов сгорания, f, м2	0,088	0,120	0,152	0,184	0,21

 

17. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания F, м², определяется по формулам:

при установке чугунного водяного экономайзера:

(132)

при установке стального водяного экономайзера:

(133)

где z₁, - число труб в ряду;

а и b - размеры газохода;

l - длина змеевика, м;

d - наружный диаметр труб, м.

18. Секундный расход газов V_c, м³/сек, определяется по формуле:

(134)

где - объём продуктов сгорания в экономайзере, определяется из таблицы 1 расчёта.

19. Средняя скорость газов , м/сек, определяется по формуле:

(135.)

20. Коэффициент теплопередачи к, Вт/м²хК, определяется с помощью номограммы рис. 6.9 [l5] и по формуле

(136)

21. Поверхность нагрева водяного экономайзера Н_в.э, м², определяется по формуле:

(137)

22. По полученной поверхности нагрева экономайзера необходимо окончательно установить его конструктивные характеристики.

Для чугунного экономайзера общее число труб z', шт., определяется по формуле

(138)

и число горизонтальных рядов тpyб z₂, шт., определяется по формуле:

(139)

1.11 Расчёт воздухоподогревателя

В производственно-отопительных котлах устанавливают либо водяной экономай­зер, либо воздухоподогреватель. При необходимости высокого подогрева в современ­ных котельных агрегатах применяют двухступенчатый подогрев, размещая воздухоподог­реватель в рассечку с водяным экономайзером. Для промышленных паровых и водо­грейных котлов применяются стальные трубчатые воздухоподогреватели с малым диаметром трубок, чаще всего устанавливаемые после водяного экономайзера.

 

Расчёт производится в следующей последовательности:

1. При конструктивном расчёте воздухоподогревателя выбрать диаметр труб d, по­перечный S₁/d и продольный S₂/d относительный шаг, площади поперечного сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха, число ходов. Принимается d = 33 - 40 мм при толщине стенки 1,5 мм.

2. Температура воздуха перед воздухоподогревателем = 30 °С

3. Энтальпия его , кДж/м³, определяется по формуле

(140)

4. Температура воздуха после воздухоподогревателя ,°С, определяется по табл. 8.6; 8.8; 9.30 [4].

5. Его энтальпия , кДж/м³, определяется по табл.2 расчёта.

6. Температура газов за воздухоподогревателем , °С, принимается.

7. Энтальпия газов за воздухоподогревателем , кДж/кг (кДж/м³), определяется по I –θ диаграмме.

8. Средняя температура t_в воздуха,°С, определяется по формуле:

(141)

9. Его энтальпия , кДж/м³.

10. Тепловосприятие воздуха по балансу Q₆, кДж/м³, определяется по формуле:

(142)

где - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому определяется по формуле:

(143)

где - определяется по табл. 3.1 и 4.7 [l5].

(144)

11. Энтальпия дымовых газов перед воздухоподогревателем I '_вп, кДж/кг (кДж/м³), определяется из последнего газохода.

12. Температура дымовых газов перед воздухоподогревателем , °С, определяется из последнего газохода.

13. Живое сечение для прохода газов , м², табл.9.33 [4].

14.Средняя температура газов в воздухоподогревателе , °С, определяется по фор­муле:

(145)

15. Скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе ω _д.г, м/с, определяется по формуле:

(146)

где В_р - - расчётный расход топлива, кг/с (м³/с);

V_д.г., - объём дымовых газов в воздухоподогревателе определяется из таблицы 1 расчёта.

17. Скорость воздуха в воздухоподогревателе ω_в, м/с, определяется по формуле:

(147)

18. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке Вт/м² К, определяется по формуле

(148)

рис. 6.1 и 6.2 [l5] или рис. 10.14 и 10.16 [4]

19. Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны - от стенки поверхности нагрева к воздуху определяется по рис.10.17 [4] или рис.6.3 [l5],

20. Коэффициент использования газохода ξ табл.10.13 [4] для АШ, фрезерного торфа, мазута и дров ξ = 0,8; для остальных топлив ξ = 0,85.

21. Коэффициент теплопередачи к, Вт/м² К, определяется по формуле:

(149)

22. Температурный напор на входе газов , °С, определяется по формуле:

(150)

23. Температурный напор на выходе газов , °С, определяется по формуле:

(151)

24. Средний температурный напор , °С, определяется по формуле:

(152)

если ; то , °С.

25. Поверхность нагрева воздухоподогревателя Н_вп, м², определяется по формуле:

(153)

26. Теплота, воспринятая воздухом Q_m, кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(154)

26. Невязка теплового баланса определяется по формуле:

(155)

 

1.12 Расчёт водяного экономайзера П ступени

1. Диаметр груб, d_H, м, определяется по чертежу.

2. Живое сечение для прохода газов F, м² (чертеж).

3. Живое сечение для прохода воды f, м² (чертеж).

4. Относительный поперечный шаг S₁/d_H;

относительный продольный шаг S₂/d_н

где S₁ и S₂- по справочнику или из марки котла.

5. Температура газов на входе ,°C, равна температуре газов из предыдущей поверхности нагрева.

6. Энтальпия газов на входе , кДж/кг (кДж/м³), равна энтальпии газов из предыдущей поверхности нагрева.

7. Температура газов на выходе , °С, принимаем.

8. Энтальпия газов на выходе , кДж/кг (кДж/м³), определяется по I –θ диаграмме по

9. Тепловосприятие ступени по балансу Q_б, кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(156)

10. Энтальпия воды на выходе из экономайзера П ступени , кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(157)

11. Температура воды на выходе из экономайзера , °С, определяется по формуле:

(158)

12. Энтальпия воды на входе во вторую ступень , кДж/кг (кДж/м³), определяется по формулам:

(159)

или

13. Температура воды на входе в ступень , °С, принимаем.

14. Температурный напор на входе газов ,°С, определяется по формуле:

(160)

15. Температурный напор на выходе газов , °С, определяется по формуле:

(161)

16. Средний температурный напор , °С, определяется по формуле:

(162)

17. Средняя температура газов , °С, определяется по формуле:

(163)

18. Средняя температура воды t_в, °С, определяется по формуле

(164)

19. Температура загрязнённой стенки t_з,°С, определяется по формуле

(165)

20. Средняя скорость газов ω, м/с, определяется по формуле

(166)

21. Коэффициент теплоотдачи конвекцией , Вт/м²х К, определяется по формуле

(167)

рис. 10-10 и 10-14 [4] или рис.6.1 и 6.2 [l5].

22. Суммарная поглощательная способность газов r_n*S определяется по формуле:

(168)

где ,м

23. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами к_г рис.5.4 [l5].

24. Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле:

(169)

рис.6.4 [l5]; "а" по рис.5.6 [l5].

25. Коэффициент загрязнения ɛ, м²* К/Вт, определяется по формуле:

(170)

где ɛ₀,с_d- рис. 10-13 [4];

с_d – І для углей и сланцев;

с_фр, ⁼0,7 для торфа;

-определяется по табл. 10-10 [15]

26. Коэффициент теплопередачи к, Вт/м² К, определяется по формуле:

(171)

27. Тепловосприятие ступени по теплопередаче Q_m, кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(172)

где Н - поверхность нагрева, м², из таблиц характеристик котлов 8.13 - 8.25 [12].

28. Невязка определяется по формуле:

(173)

 

1.13 Расчёт воздухоподогревателя II ступени

 

1. По чертежу или по таблицам характеристик котлов определяются:

- диаметр труб , м;

- поперечный шаг S₁, м;

- продольный шаг S₂, м;

- живое сечение для прохода газов F₂, м²;

- живое сечение по воздуху f, м²;

- поверхность нагрева H, м².

2. Температура газов на входе , °С, определяется из равенства:

(174)

3. Энтальпия газов на входе , кДж/кг (кДж/м³), определяется из равенства:

(175)

4. Температура воздуха на выходе определяется из равенства:

(176)

где t_гв - температура горячего воздуха, определяется по табл.9.30, 8.6, 8.8 [4].

5. Энтальпия воздуха на выходе , кДж/м³ определяется по табл.2 расчёта.

6. Отношение количества воздуха на выходе к теоретически необходимому определяется по формуле:

(177)

7. Температура воздуха на входе во П ступень , °С, - принимается.

8. Энтальпия воздуха на входе , кДж/м³, определяется по таблице 2 расчёта.

9. Тепловосприятие воздухоподогревателя по балансу Q₆ определяется по формуле:

(178)

10. Средняя температура воздуха , °С, определяется по формуле:

(179)

11. Энтальпия воздуха при определяется по таблице 2 расчёта.

12. Энтальпия газов на выходе из ступени кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(180)

13. Температура газов на выходе , °С, определяется по I-0 диаграмме по

14. Средняя температура газов ,°С, определяется по формуле:

(181)

15. Средняя скорость газов , м/с, определяется по формуле:

(182)

16. Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны , Вт/м²*К, определяется по номограмме - рис.6.1 и 6.2 [4].

17. Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны , _, Вт/м² К, определяется по номограмме рис.6.3 [l5].

18. Коэффициент использования поверхности нагрева ,таблица 10.13 [4].

19. Коэффициент теплопередачи к, Вт/м * К, определяется по формуле

(183)

20. Температурный напор на входе газов , °С, определяется по формуле:

(184)

21. Температурный напор на выходе газов , °С, определяется по формуле:

(185)

22. Температурный напор при противотоке , °С, определяется по

 

формуле:

(186)

23. Больший перепад температур , ⁰С, определяется по формуле:

(187)

24. Меньший перепад температур ,°С, определяется по формуле:

(188)

25. Параметр Р определяется по формуле:

(189)

26. Параметр R определяется по формуле:

(190)

27. Коэффициент определяется по номограмме рис.6.10 [l5].

28. Температурный напор , °С, определяется по формуле

(191)

29. Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплопередаче , кДж/кг

(кДж/м³), определяется по формуле:

(192)

30. Невязка определяется по формуле:

(193)

1.14 Расчёт водяного экономайзера I ступени

1. По чертежу определяются следующие параметры:

- диаметр труб , м;

- поперечный шаг S₁, м;

- продольный шаг S₂, м;

- живое сечение для прохода газов F ₂, м²;

- поверхность нагрева Н, м².

2. Температура газов на входе , °С, определяется по формуле:

(194)

3. Энтальпия газов на входе , кДж/кг (кДж/м³), определяется по выражению:

(195)

4. Энтальпия воды на входе в экономайзер , кДж/кг, определяется по выражению:

(196)

5. Температура воды на входе в экономайзер , °С, определяется по формуле:

(197)

6. Температура газов на выходе из экономайзера , °С, определяется по I-θ диаграмме по

7. Энтальпия газов на выходе , кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(198)

8. Тепловосприятие ступени по балансу , кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(199)

9. Энтальпия воды на выходе , кДж/кг, определяется из расчёта П ступени водя­ного экономайзера.

10. Температура воды на выходе ,°С, определяется из расчёта П ступени водяного экономайзера.

11. Температурный напор на входе газов , °С, определяется по формуле

(200)

12. Температурный напор на выходе газов , °С, определяется по формуле

(201)

13. Средний температурный напор , °С, определяется по формуле

(202)

если

14. Средняя температура газов , °С, определяется по формуле:

(203)

15. Средняя температура воды , °С, определяется по формуле

(204)

16. Температура загрязнённой стенки , °С, определяется по формуле

(205)

17. Коэффициент теплоотдачи конвекции , Вт/м²хК, определяется по формуле

(206)

рис.6.1 и 6.2 [l5].

18. Суммарная поглощательная способность газов определяется по формуле:

(207)

где м;

- из таблицы 1 расчёта.

19. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами , определяется по номограмме рис.5.4 [l5].

20. Коэффициент теплоотдачи излучением , Вт/м К, определяется по формуле:

(208)

с использованием рис.6.4 [l5].

21. Коэффициент загрязнениям , м² к/Вт, определяется по формуле:

(209)

- рис. 10-13 [4];

с_фр = I для углей и сланцев;

с_фр ⁼0,7 для торфа;

- определяется по табл. 10-10 [4].

22. Коэффициент теплопередачи к, Вт/м² К, определяется по формуле:

(210)

23. Тепловосприятие ступени по уравнению теплопередачи Q _m, кДж/кг (кДж/м³), определяется по формуле:

(211)

24. Невязка определяется по формуле:

(212)