Выполнил студент гр. 309 Марычев А.И.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Теплогенерирующие установки»

 

 

Выполнил студент гр. 309 Марычев А.И.

 

Проверил Климов М.Г.

 

 

Нижний Новгород

2012г.

Содержание

Стр.

1. Исходные данные 2. Характеристика рабочих тел котельного агрегата 2.1. Топливо 2.2. Теплоноситель (вода) 3. Описание конструкции котла и принимаемой компоновки котельного агрегата. Техническая характеристика выбранного котла 4. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания 4.1. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания 4.2. Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания 5. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива 6. Тепловой расчет топки 7. Расчет конвективных поверхностей нагрева 7.1. Расчет конвективных пучков котла 7.1.1 Расчёт первого конвективного пучка 7.1.2 Расчёт второго конвективного пучка 7.2. Расчет водяного экономайзера 8. Определение невязки теплового баланса котельного агрегата Список литературы

 

1. Исходные данные

 

 

2. Характеристика рабочих тел котельного агрегата.

 

Роль рабочих тел, участвующих в процессе тепловых преобразований, играют топливо, воздух и вода.

В качестве источника тепла мы применяем паровой теплогенератор. Он вырабатывает насыщенный пар. Для того, чтобы пар вырабатывался мы должны сжигать топливо. Для того чтобы происходил процесс горения в топку подается окислитель (воздух). Топливо, сгорая в топке, образует горячие газы, которые движутся по газоходам котельного агрегата, отдавая тепло поверхностям нагрева. После чего газы охлаждаются и выбрасываются в окружающую среду.

В качестве теплоносителя в котельных установках обычно используются пар или вода.

Котельный агрегат представляет собой генератор, в котором химическая энергия топлива преобразуется в тепло.

В данной работе выполняется поверочный расчет теплогенератора типа ДКВР 10-13.

Задачей расчета является определение температуры воды, пара, воздуха, дымовых газов на границах между определенными поверхностями котельного агрегата, а также расход топлива, КПД котлоагрегата, расхода и скорости дымовых газов по заданным конструкциям и размерам теплогенератора.

Также выполняется конструктивный расчет водяного чугунного экономайзера некипящего типа системы ВТИ с целью определения его конструкции и размеров.

Общей задачей курсовой работы является создание эффективной компоновки теплогенерирующего агрегата из отдельных его частей.

 

 

2.1. Техническая характеристика топлива.

 

 

- располагаемый источник тепловой энергии: природный газ;

- газопровод: Ставрополь-Москва 2 нитка;

- Состав газа по объему:
СН₄ = 92,8 %
С₂Н₆ = 2,8 %
С₃Н₈ =0,9 %
С₄Н₁₀ = 0,4 %
С₅Н₁₂ = 0,1 %
N₂ = 2,5 %
СO₂= 0,5 %

- Теплота сгорания сухого газа: Q_H^C = 36550 кДж/м³;

- Плотность: ρ = 0,772 кг/м³;

 

2.2. Теплоноситель (вода).

 

Показатели качества воды:

a) прозрачность - содержание в 1кг. воды взвешенных веществ, (мг./л.), легко удаляемых при фильтрации;

b) сухой остаток - осадок в (мг.), состоящий из минеральных и органических примесей, полученных после выпаривания 1кг. профильтрованной воды и после его высушивания;

c) жёсткость - содержание в 1кг. воды растворённых солей кальция и магния;

d) щёлочность - содержание в 1кг. воды растворённых гидратов, карбонатов и бикарбонатов;

e) степень кислотности или щёлочности - характеризуется составом растворённых солей и газов и определяется концентрацией водородных и гидроксильных ионов.

 

Обработка воды предусматривает:

1. удаление взвешенных примесей (механические фильтры);

2. снижение жёсткости, т. е. умягчение (метод катионового обмена);

3. поддержание определённой величины щёлочности;

4. снижение общего солесодержания;

5. удаление газов (СО₂);

 

3. Описание конструкции котла и принимаемой компоновки котельного агрегата. Техническая характеристика выбранного котла.

 

Паровой котел ДКВр-10-13 имеет унифицированный верхний и нижний барабаны с внутренним диаметром 1000 мм, а также боковые экраны и конвективный пучок. Диаметр и толщина стенки экранных и кипятильных труб.

Боковые стены топочной камеры экранированы, фронтовая и задняя стены выполнены из огнеупорного кирпича (без экранов).

С правой стороны задней стенки топочной камеры котлов имеется окно, через которое продукты сгорания поступают в камеру догорания и далее в конвективный пучок.

Трубы конвективного пучка, развальцованные в нижнем и верхнем барабанах.

В конвективном пучке разворот газов осуществляется в горизонтальной плоскости при помощи шамотной и чугунной перегородок.

 

Техническая характеристика котла ДКВр10-13:
- паропроизводительность, т/ч - давление, кгс/см2 - температура пара, ОС - радиационная поверхность нагрева, м2 - конвективная поверхность нагрева, м2 - КПД (при сжигании газа), % - Тип горелок - габаритные размеры, м длина ширина высота - масса котла, кг	- 10 - 13 - 250 - 47,9 - 229,1 - 91,8 - ГМ-2,5   - 6,86 - 3,83 - 5,715 - 15900
Конструктивные характеристики котлоагрегатов серии ДКВр-10-13:
- объем топки, м3 - диаметр экранных труб, мм - диаметр труб конвективных пучков, мм - диаметр верхнего и нижнего барабана, мм	- 43 - 51´2,5 - 51´2,5 - 1000

 

4. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

 

4.1. Определение объемов воздуха и продуктов сгорания

 

1. Определяем теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха a = 1.

2. Определяем теоретический объём азота в продуктах сгорания:

,

3. Определяем объём трёхатомных газов:

,

 

4. Определяем теоретический объём водяных паров:

,

 

5. Определяем средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева:

где: α’ – коэффициент избытка воздуха перед газоходом;

где: α’’ – коэффициент избытка воздуха после газохода;

 

Топка:

Конвективные пучки:

 

Экономайзер:

 

6. Определяем избыточное количество воздуха для каждого газохода:

,

 

7. Определяем действительный объем водяных паров:

,

8. Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания:

 

,

9. Определяем объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, а также суммарную объёмную долю по формулам:

; ;

10. Определяем массу дымовых газов:

G_Г = 1 + 1,306 · α_СР · V^О

11. Определяем плотность дымовых газов:

ρ_Г = G_Г / V_Г

 

Результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 1.

Таблица 1

4.2Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания

 

 

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха или продуктов сгорания относить к 1 м³ сжигаемого топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.

 

1. Вычисляем энтальпию теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур (кДж/м³).

 

, кДж/м³

 

где: V^O – теоретический объем воздуха, необходимого для горения,
V^O = 9,68 м³/м³;

(сq)_В – энтальпия 1 м³ воздуха, кДж/м³, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [7].

 

2. Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания для всего диапазона выбранных температур

 

, кДж/м³

 

где: – объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара воздуха, необходимого для горения:

м³/м³ ; м³/м³ ; м³/м³ ;

– энтальпии 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота и теоретического объема водяных паров, кДж/м³, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [7].

 

3. Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур.

 

, кДж/м³

 

4. Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α > 1

, кДж/м³

 

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2. По данным таблицы 2 строится график I = f(q).

 

Таблица 2

 

Поверхность нагрева	Температура, ОС	IBO, кДж/м3	IГO, кДж/м3	IИЗБВ, кДж/м3	I, кДж/м3
Верх топочной камеры α = 1,1		29756,32	36867,5	3015,59	39883,09
	28130,08	36578,12	2850,78	39428,90
	26503,84	33780,04	2685,97	36466,01
	24916,32	30722,98	2525,09	33248,07
	23338,48	28705,96	2365,19	31070,15
	21750,96	26696,3	2204,30	28900,60
	20163,44	24724,42	2043,42	26767,84
	18013,47	22732,2	1882,53	24614,73
	17039,8		1726,56	22510,56
		18883,66	1509,60	20453,26
	13939,2	16989,38	1412,64	18401,94
	12527,61	15109,3	1260,58	16369,88
	10977,12	13259,62	1112,45	14372,07
Конвективные пучки α = 1,15		13939,2	16989,38	2118,96	19108,34
	12527,61	15109,3	1890,87	17000,17
	10977,12	13259,62	1668,68	14928,3
	9505,76	11446,36	1445,01	12891,37
	8053,76	9684,84	1224,28	10909,12
	6640,48	7977,88	1009,35	8987,23
	5256,24	6297,32	799,02	7096,34
	3910,72	4663,72	594,48	5258,2
	2584,56	3076,02	392,89	3468,91
Водяной экономайзер α = 1,25		5226,24	6297,32	1331,7	6297,32
	3910,72	4663,72	990,81	5654,53
	2584,56	3076,02	654,81	2730,83
	1287,44	1523,89	326,18	1849,56

 

График

 

 

 

5. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива.

 

При работе котла, вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q_Р^Р.

Потеря теплоты с уходящими газами обусловлено тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты внутренних и наружных поверхностей нагрева (q₂).

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов. Потеря теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа сжигания в топке, от уровня и распределения температур в топочной камере.

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлено наличием в остатках продуктов горения твердых горючих частиц. Остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе и твердых горючих частиц, не вступивших в процесс газификации и горения. Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, а также от зольности топлива.

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅) обусловлено передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потери в окружающую среду зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности парового котла.

Коэффициентом полезного действия парового котла называется отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. КПД брутто определяется по выработанной теплоте, КПД нетто – по отпущенной.

Между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство:

Q_Р^Р = Q_Н^С + Q_В.ВН

 

Где: Q_Н^С – низшая теплота сгорания сухой массы газа, Q_H^C =35340 кДж/м³;

Q_В.ВН – теплота внесенная воздухом, Q_В.ВН = 0 кДж/м³;

 

Q_Р^Р = 35340 + 0 = 35340 кДж/м³;

 

Потери теплоты от механической неполноты сгорания: q₄ = 0;

Потери теплоты от химической неполноты сгорания: q₃ = 0,5;

Потери теплоты от внешнего охлаждения определяем по формуле:

Где: – отношение номинальной нагрузки парового котла к расчетной нагрузке парового котла, ;

q_{5 НОМ} – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, определяем по табл. 4.5 [7], q_{5 НОМ} = 2,9 %;

 

Получаем q₅ = 2,9 %;

 

Потеря теплоты в виде физической теплоты шлаков и от охлаждения балок и панелей топки: q₆ = 0;

 

Определяем потерю теплоты с уходящими газами:

где: I_УХ – энтальпия уходящих газов, определяем по табл. 2, при соответствующих значениях α_УХ и выбранной температуре уходящих газов
t_УХ = 150 ^ОС, I_УХ = 2500кДж/м³;

α_УХ – коэффициент избытка воздуха, берется из табл. 1 в сечении газохода после последней поверхности нагрева, α_УХ = 1,3;

I_Х.В.^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_В = 30 ^ОС по формуле:

I_Х.В.^О = 39,8·V^O, кДж/м³

I_Х.В.^О = 39,8·9,81 = 390,43 кДж/м³

 

q₄ – потери теплоты от механической неполноты горения, для газа q₄ = 0;

 

Получаем: %

 

КПД брутто парового котла определяем по уравнению обратного баланса:

 

 

 

Подставляя ранее определяемые величины всевозможных потерь теплоты, получим:

%

 

Расход топлива, подаваемого в топку, определяем из уравнения теплового баланса:

, м³/с

где: Q_ПГ – полезная мощность парового котла, кВт, определяется по формуле:

 

Q_ПГ = D_ПЕ · (I_П.П. – I_П.В.) + D_Н.П · (I_Н.П. – I_П.В.) + 0,01р · (D_ПЕ + D_Н.П.) · (I_КИП – I_{П.В .})

 

Где: D_ПЕ – расход выработанного перегретого пара, кг/с, D_ПЕ = 0;

D_Н.П – расход выработанного насыщенного пара, кг/с, D_Н.П = 1,11 кг/с;

I_П.П – энтальпия перегретого пара, кДж/кг;

I_Н.П – энтальпия насыщенного пара (Р = 14 атм.), кДж/кг, I_Н.П = 2789 кДж/кг;

I_КИП – энтальпия кипящей воды (Р = 14 атм.), кДж/кг, I_КИП = 812,86 кДж/кг;

р – непрерывная продувка парового котла, %, принимаем р = 2 %;

 

Q_ПГ = 2596,86 кВт

 

Получаем м³/с

 

Расчетный расход топлива для газа равен: B_P = B_ПГ = 0,07 м³/с

 

Определяем коэффициент сохранения теплоты, по формуле:

где: q₅ – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, q₅ = 2,9 %;

η_БР – КПД брутто парового котла, η_БР =90,25 %;

 

6. Тепловой расчет топки.

 

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств.

Для выполнения поверочного расчета необходимо знать определенные параметры: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояния между осями труб).

Объем топочной камеры равен: V_T = 8,01 м³;

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экранов равна: Н_Л = 21,81 м²;

Полная площадь поверхности стен топки равна: F_CT = 23,8 м²;

Степень экранирования топки, определяется по формуле:

χ = Н_Л / F_CT

Получаем χ = 21,81 / 23,8 = 0,916

 

Поверочный расчет топок производится в такой последовательности:

 

1. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Т_Т^// = 950 ^ОС, (Т_Т^// = 1223 К);

 

2. Для принятой в п.1 температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2, I_Т^// = 17481,84 кДж/м³;

 

3. Определяем полезное тепловыделение в топке, кДж/м³, по формуле:

где: Q_B – теплота вносимая воздухом, кДж/м³, определяем по формуле:

где: α_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, α_Т = 1,1;

I_Х.В^О – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, при t_В = 30 ^ОС, I_Х.В^О = 390,043 кДж/м³;

кДж/м³

 

Получаем: кДж/м³

 

4. Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов, по формуле

 

 

где: – угловой коэффициент (отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности). Показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. = 0,98 при S/d = 1,96;

– коэффициент, который учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы, принимается по табл. 5.1 [7], = 0,65 (для газа);

 

 

5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя, м:

 

 

где: V_T – объем топочной камеры, по [6], V_T = 8,01 м³;

F_СТ – поверхность стен топочной камеры, по [7], F_CT = 23,8 м²;

 

м

 

6. Определяем коэффициент ослабления лучей.

 

При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) и сажистыми частицами (k_С):

, (м · МПа) ^-1

где: r_П – суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 1,
r_П = 0,27;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k_Г) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

 

где: p_П = r_П · p – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

p – давление в топочной камере котлоагрегата, принимается p = 0,1 МПа;

– объемная доля водяных паров, из табл. 1, ;

T_T^// – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К, T_T^// = 1323 К;

 

(м · МПа) ^-1

 

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами (k_С) определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: С^P, H^P – содержание углерода и водорода в рабочей массе топлива. Для газа – рассчитывается по формуле:

где: СmHn – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений.

 

(м · МПа) ^-1

 

Получаем: (м · МПа) ^-1

 

7. Определяем степень черноты факела:

 

а_Ф = m · a_CВ + (1 – m) · a_Г

 

где: m – коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 5.2 [7], в зависимости от вида топлива и q_V (удельная нагрузка топочного объема), которая рассчитывается по формуле:

q_V = B_P · Q_H^C / V_T

 

где: В_Р – расчетный расход топлива, B_P = 0,07 м³/с

Q_H^C – низшая теплота сгорания сухой массы газа, Q_H^C = 35340 кДж/м³;

V_T – объем топочной камеры, по [6], V_T = 8,01 м³;

 

q_V = 0,07 · 35340 /8,01 = 352,95 кВт/м³ < 400 кВт/м³, поэтому m = 0,1;

 

a_CВ, a_Г – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами, значения a_CВ и a_Г определяются по формулам:

 

,

 

Получаем:

Степень черноты факела равна:

 

а_Ф = 0,1 · 0,365 + (1 – 0,1) · 0,271 = 0,2804

8. Определяем степень черноты топки по формуле, для камерных топок при сжигании жидкого топлива или газа:

где: – коэффициент тепловой эффективности экранов, рассчитанный нами в п. 4,

 

9. Определяем коэффициент М, учитывающий расположение максимума температур пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании высокореакционных твердых топлив, газа и мазута М = 0,48;

 

10. Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ газа при нормальных условиях, по формуле:

 

, кДж/(м³ · К)

где: Т_Т^// – температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К, Т_Т^// = 950 ^ОС = 1223 К;

I_Т^// – энтальпия продуктов сгорания, берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре, I_Т^// = 17481,77 кДж/м³;

Q_Т – полезное тепловыделение в топке, Q_Т = 35340 кДж/м³;

Т_А – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2 по значению Q_Т = 35340кДж/м³, равному энтальпии продуктов сгорания I_A = равная Т_А = 2029,89 ^ОК = 1756,89 С;

 

кДж/(м³ · К)

 

11. Определяем действительную температуру на выходе из топки, ^ОС, по формуле:

Подставляя все выше найденные значения получаем:

^ОС

 

Т.к. расхождение между получаемой температурой (826,27 ^ОС) и ранее принятой (950 ^ОС) на выходе из топки не превышает ± 150 ^ОС, то расчет считается оконченным.

 

7. Расчет конвективных поверхностей нагрева

 

7.1. Расчет конвективных пучков котла

 

Расчет топочной камеры парового котла выполняется с целью выявления экономичности и надежности ее работы.

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару. Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружных поверхностей труб к внутренним теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару – конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс называемый теплоотдачей.

Предварительно задается диапазон температур дымовых газов на выходе из котельного агрегата (два значения).

Для выбранных температур составляем тепловой баланс конвективных пучков. Расчет теплового баланса кипятильных пучков объединяют.

Определяют количество теплоты, которое приносят с собой дымовые газы Q_Б (приход тепла) и отдают наружные поверхности труб.

Q_т – количество теплоты, которое принимается трубами на процесс парообразования (расход тепла)

Q_Б = Q_т

Строим график и по расчетной температуре газов выходящих из топки определяем энтальпию.

По справочнику выписываем конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг труб и рядов (расстояние между осями труб), диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания.

1. Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе, м², равна: Н = 48,51 м²;

2. Наружный диаметр труб, мм, равен: d = 51 мм;

3. Поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению к потоку), мм, равен: S₁ = 110 мм;

4. Продольный шаг труб (в продольном направлении по отношению к потоку), мм, равен: S₂ = 110 мм;

5. Число труб в ряду по ходу продуктов сгорания, шт., равно:
z₂ = 19 шт.;

6. По конструктивным данным подсчитываем относительный поперечный шаг, равный: σ₁ = S₁ / d = 110 / 51 = 2,16; Подсчитываем относительный продольный шаг, равный: σ₂ = S₂ / d = 110 / 51 = 2,16;

7. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (при поперечном омывании гладких труб), м²: F = 0,338 м²;

 

7.1.1 Расчёт первого конвективного пучка

 

1. Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода: θ₁’’ = 500 ^ОС, θ₂’’ = 400 ^ОС;

 

2. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания, кДж/м³, по формуле:

Q_б = φ · (I’ – I’’ + ∆α · I_ПРС^О), кДж/м³

 

Где: φ – коэффициент сохранения теплоты, равен: φ = 0,967;

I’ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, при температуре на выходе из топки θ_Т’’ = θ_К’ = 826,27 ^ОС, по табл. 2, равна:
I’ = 15418,5 кДж/м³;

I’’ – энтальпия продуктов сгорания после поверхности нагрева, при предварительно принятой нами температуре на выходе из пучка, по табл. 2, равна: при θ_К’’ = 500 ^ОС – I’’ = 8987,23 кДж/м³;
при θ_К’’ = 400 ^ОС – I’’ = 7096,34 кДж/м³;

∆α – присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее: ∆α = 0,1;

I_ПРС^О – энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха t_В = 30 ^ОС, равна: I_ПРС^О = 390,043 кДж/м³;

 

Получаем при θ_К’’ = 500 ^ОС
Q_б = 0,967 · (15418,5 –8987,23 + 0,1 · 390,43) = 6256,79 кДж/м³

при θ_К’’ = 400 ^ОС
Q_б = 0,967 · (15418,5– 7096,34 + 0,1 390,43) = 7749,16 кДж/м³

 

3. Вычисляем расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, по формуле:

, ^ОС

где: θ’ и θ’’ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее: θ’ =826,27 ^ОС;

Получаем при θ’’ = 500 ^ОС: ^ОС,

при θ’’ = 400 ^ОС: ^ОС;

4. Определяем температурный напор, по формуле:

 

∆t = θ – t_К, ^ОС

 

где: t_К – температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле P = 14 атм.,
равна: t_К = 194 ^ОС;

θ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ^ОС;

 

Получаем при θ’’ = 500 ^ОС: ∆t = 663,135 – 194 = 469,135 ^ОС,

при θ’’ = 400 ^ОС: ∆t = 613,315 – 194 = 419,135 ^ОС;

 

5. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, по формуле:

, м/с

где: В_Р – расчетный расход топлива, м³/с, равен: В_Р = 0,07 м³/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, F = 0,338 м²;

V_Г – объем продукта сгорания на 1 м³ газа, по табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха, V_Г = 13,51 м³/м³;

θ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ^ОС;

 

Получаем при θ’’ = 500 ^ОС: м/с,

при θ’’ = 400 ^ОС: м/с;

6. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева, при поперечном омывании коридорных пучков:

α_К = α_Н · с_Z · c_S · c_Ф

 

где: α_Н – коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме рис 6.1 [7] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при d = 51 мм:

при θ’’ = 500 ^ОС: ( м/с) – α_Н = 68 Вт/(м² · К);

при θ’’ = 400 ^ОС: ( м/с) – α_Н = 66 Вт/(м² · К);

с_Z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется по номограмме рис 6.1 [7] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при z₂ = 19 шт.:

при θ’’ = 500 ^ОС: с_Z = 1;

при θ’’ = 400 ^ОС: c_Z = 1;

с_S – поправка на компоновку пучка, определяется по номограмме рис 6.1 [7] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при σ₁ = 2,16 и при σ₂ = 2,16:

при θ’’ = 500 ^ОС: с_S = 1;

при θ’’ = 400 ^ОС: c_S = 1;

с_Ф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физическихпараметров потока, определяется по номограмме рис 6.1 [7] при поперечном омывании коридорных пучков, определяется при :

при θ’’ = 500 ^ОС: ( ^ОС) – с_Ф = 1,07;

при θ’’ = 400 ^ОС: ( ^ОС) – с_Ф = 1,06;

 

Получаем при θ’’ = 500 ^ОС: α_К = 68 · 1 · 1 · 1,07 = 72,76 Вт/(м² · К),

при θ’’ = 400 ^ОС: α_К = 66 · 1 · 1 · 1,06 = 69,96 Вт/(м² · К);

 

7. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме рис. 5,6. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину по формуле:

kps = (k_Г · r_П + k_ЗЛ · μ) · ps

 

где: s – толщина излучаемого слоя для гладкотрубных пучков, рассчитывается по формуле:

Подставляя значения s₁ = 110 мм, s₂ = 110 мм, d = 51 мм, получим:

м

μ – концентрация золовых частиц, для газа: μ = 0;

k_ЗЛ – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, при сжигании газа, k_ЗЛ = 0;

r_П – суммарная объемная доля трехатомных газов, для соответствующего газохода, берется из табл. 1, r_П = 0,26;

k_Г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется по формуле:

, (м · МПа) ^-1

где: p_П = r_П · p – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

p – давление в газоходе, для котлоагрегата, принимается p = 0,1 МПа;

– объемная доля водяных паров, из табл. 1, ;

θ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, К;

 

при θ’’ = 500 ^ОС: ( ^ОС)