Расчет проводим по методике, изложенной в [12].
Начальная температура воздуха на входе в рекуператор 5 ˚С.
Количество тепла, необходимое для нагрева воздуха:
Q воз= V рвоз · (t ´´возС´´воз- t ´возС´воз) (2.14)
Q воз=1584, 4·(425·0,329-5·0,311) = 1584,4(139,8-155)=909,23 кДж/час
Количество тепла, поступающего в рекуператор с продуктами сгорания топлив 3250,60 кДж/час:
Q ´д= V д· t ´д·C´д (2.15)
Q ´д =10,6·1,7·800·0,363·121,3=2659660,322 кДж/час
Количество тепла, уходящее из рекуператора в дымовую трубу:
Q ´´д= Q ´д - Q воз (2.16)
Q ´´д=2659660, 322-909,23=2658751,09 кДж/час
Температура дымовых газов на выходе из рекуператора
t ´´= Q ´´д/ V д·С´´д (2.17)
t ´´=26558751,09 / 10,6·1,7·121,3·0,353=34420,51˚С
2.4.1 Тепловой баланс котла
Под тепловым балансом котла-утилизатора понимают распределение выделившейся теплоты при сгорании топлива на полезную часть для получения пара требуемых параметров и на тепловые потери [6].
Таблица 2.5 -Сводная таблица теплового баланса
| Наименование величин | Обозна- чение | Размер- ность | Формула | Величина |
| 1.Температура дымовых газов на входе в котел-утилизатор | V ´ | °С | Задано |
Продолжение таблицы 2.5
| 2.Располагаемое тепло дымовых газов 3.Потеря тепла в окружающую среду 4.Температура уходящих газов 5.Теплосодержание уходящих газов 6.Теплосодержание холодного воздуха 7.Коэффициент избытка воздуха на выходе из котла 8.Потеря тепла с уходящими газами 9.Коэффициент сохранения тепла 10.Температура удаляемого из бункера уноса средняя 11.Теплоемкость уноса при ηунос=500°С | Q p q 5 V ´´ J ´´ J °хв α ух q 2 φ V унос Сунос | кДж/нм3 % °С кДж/м3 кДж/м3 - % - °С кДж/кг | Табл. №2.3 Принято Тепловой расчет Таб. №2.3 Таб. №2.3 Таб. №2.1 (J ´´- αух0,986· J °хв) 100/ Q p 1-(q 5/100) принято табл. №2.3 | 1472,28 10,0 679,45 39,80 1,82 34,84 0,9 0,917 |
Продолжение таблицы 2.5
| 12.Выход уноса из бункеров котла-утилизатора 13.Количество тепла, уходящего с уносом из бункеров 14.Потеря тепла с уносом 15.Сумма тепловых потерь 16.Коэффициент полезного действия агрегата 17.Количество тепла, полезно используемого в агрегате 18.Тепловосприятие поверхностей нагрева агрегата 19.Паропроизводи тельность агрегата | ∆µ Q унос q унос ∑ q ηка Q ка ∑ Q Д | кг/нм3 кДж/м3 % % % кДж/м3 кДж/м3 т/час | µ´-µ´´ ∆µ·(С· V)унос Q унос/ Q p) ·100 q 2+ q 5+ q унос 100-∑ q (Q p· ηка)/100 Q I+ Q II+ Q III+ Q IV+ Q эко (ДI+ДII+ДIII+ДIV)/1000 | 0,0375 17,179 0,986 45,8 54,2 944,4 966,63 30,6 |
Таблица2.6 -Средние характеристики газов в поверхностях нагрева
| I зона | II зона | III зона | IV зона | экономайзер | ||
| Коэффициент избытка воздуха за газоходом | α ´´ | 1,39 | 1,42 | 1,45 | 1,48 | 1,82 |
| Коэффициент избытка воздуха средний | α | 1,345 | 1,405 | 1,435 | 1,465 | 1,65 |
| V H2O= V °H2O+0,0161(α-1);м3/м3 | V H2O | 0,07355 | 0,0745 | 0,075 | 0,07548 | 0,0784 |
| V ´г= V RO2+ V ° N 2+ V H2O+(α-1)V°; м3/м3 | V ´г | 1,35 | 1,4115 | 1,442 | 1,473 | 1,66 |
| r RO2= V RO2/ V г | r RO2 | 0,148 | 0,142 | 0,1387 | 0,136 | 0,1204 |
| r H2O= V H2O/ V г | r H2O | 0,0545 | 0,053 | 0,052 | 0,513 | 0,0472 |
| r n= r RO2+ r H2o | r n | 0,2025 | 0,195 | 0,1907 | 0,1873 | 0,1676 |
| µ=µ´o/ v´г; гр/м3; µ´о=75 гр/м3 | µ | 55,6 | 53,14 | 52,0 | 50,9 | 45,2 |
Таблица 2.7 -Теплосодержание отходящих газов при α=1,0
| V °С | RO2 | N2 | H2O | C V зол | (С V µ)зол= J зол | ||||||
| - | (С V)RO2 кДж/нм3 | м3/м3 | С V·V кДж /нм3 | С V кДж /м3 | м3/м3 | С V · V кДж /м3 | С V кДж /м3 | м3/м3 | С V·V кДж /м3 | кДж /кг | кДж /м3 |
| 170,11 | 0,2 | 34,02 | 31,0 | 0,732 | 95,11 | 150,84 | 0,068 | 10,26 | 80,86 | 6,07 | |
| 357,82 | 71,56 | 62,1 | 190,47 | 304,61 | 20,69 | 168,85 | 12,69 | ||||
| 559,36 | 111,87 | 93,6 | 287,01 | 462,99 | 31,50 | 263,97 | 19,81 | ||||
| 772,6 | 154,52 | 125,8 | 385,85 | 626,82 | 42,73 | 360,34 | 27,02 | ||||
| 997,22 | 199,44 | 158,6 | 486,45 | 795,26 | 51,05 | 458,80 | 34,35 | ||||
| 1223,48 | 244,69 | 588,86 | 967,89 | 65,82 | 560,62 | 41,9 | |||||
| 1462,33 | 292,46 | 693,15 | 1148,06 | 78,05 | 664,11 | 49,73 | |||||
| 1705,33 | 341,06 | 4990,29 | 1336,61 | 90,92 | 767,60 | 57,57 | |||||
| 1952,54 | 390,50 | 910,90 | 1525,16 | 103,70 | 875,71 | 65,69 |
2.4.2 Расчет сепарации пара
Исходные данные для расчета:
Паропроизводительность Д=31 т/час
Давление в барабане Р =44атм
Внутренний диаметр барабана 1600мм
Удельный объем насыщенного пара V ΄=0.04492м3/кг(м3/кг)
Удельный объем воды υ΄=0,00127м3/кг
Солесодержание питательной воды S пв=25 мг/л
Для заданной величины солесодержания питательной воды определяем величину непрерывной продувки:
Р =100· S пв/ S кв- S пв (2.18)
где Р -величина непрерывной продувки, %;
S пв -солесодержание питательной воды, мг/л;
S кв - солесодержание котловой воды принято для котлов среднего давления; (S кв=1000 мг/л)
Р =100·25/1000-25=2,7% (2.19)
Для эксплуатации величина продувки уточняется при пусконаладочных работах.Исходя из солесодержания питательной воды и величина продувки принимаем одноступенчатую схему испарения.
Процесс сепарации пара в барабане проходит в два этапа: трубная сепарация-отделение от пара потока, распределенного по основной полости парового объема барабана, отделяется относительно небольшое количество капелек воды.Пароводяная смесь из испарительных поверхностей нагрева котла-утилизатора подводится под уровень в барабан, где устранены устройства для грубой сепарации- погруженные дырчатые щиты.
Для тонкой сепарации пара в барабане установлен пароприемный потолок-дырчатые щиты, с помощью которых организуется тонкая гравитационная сепарация в сепарационно-активном паровом объеме барабана.
2.4.3 Напряжение парового объема барабана
Допустимое напряжение парового объема барабана при Р =45 атм определяется по формуле:
Н ≤8003√ Р 1/ Р 2, (2.20)
где Р 1=32 атм; Р 2=45 атм
Н ≤8003√32/45≤800·0,893=714,4 м3/м3час
Расчетное напряжение парового объема барабана определяется:
Н р=Д·υ΄΄·1000/ V рпс. м3/м3час (2.21)
Д-паропроизводительность котла-утилизатора, т/час;
Д=31 т/час, υ΄΄=0,04492 м3/кг;
V рпс -рабочий паровой объем барабана, м3
V рпс=1/2 V бар-Σ V отб. щитами
V бар - паровой объем барабана длиной 8 м, диаметром 1600 х 36мм
V бар = z бар·π· d бар/4 (2.22)
V бар =8·0,785·1,6=216,1 м3
V отб. Щит=0,5м3, V р.п.о.=1/2·16,1-0,5=7,55м3
H р=Д· υ΄΄·1000/ V (2.23)
р.п.о.=31·0,04492/7,55=184,5 м3/м3. час, что меньше допустимого напряжения парового барабана.
Расчет сепарационных устройств ведется с помощью коэффициента пересчета скоростей пара и воды с давления Р=45атм на Р = 33 атм.
Рекомендуемые значения скоростей пара и воды во внутрибарабанных устройствах
ω45= ω32 
[м/сек], (2.24)
γ33=1/υ33=1/0,06172 [кг/м3](2.25)
где удельный вес пара при Р =33 атм;
γ45=1/υ45=1/0,04492,[кг/м3] (2.26)
удельный вес пара при Р =45 атм.
ω45= ω33√0,04492/0,06172=0,853 ω33
2.4.4Расчет подъемной скорости пара в паровом объеме барабана
Рекомендуемая скорость пара в сепарационно-активном объеме барабана при Р =33 атм должна быть ω4 ≤ 0,7 м/сек [6], что при давлении Р =45 атм составит:
ω4 ≤ 0,853·0,7≤0,597 м/сек (2.27)
Площадь потолочного пароприемника потолка для прохода пара составит:
F п щ= а · b [м2], (2.28)
где а -ширина пароприемного потолка, м а =0,37 м;
b -длина пароприемного потолка, м; b =4,0 м;
F п щ= а·b =0,37·4,0=1,48м2
Скорость пара в сепарационно-активном объеме барабана определяется
ω4=Д ·υ΄΄·1000/3600· F п щ (2.29)
ω4=31·0,04492·1000/3600·1,48=0,26 м/сек,
где ω4=0,26 м/сек, что меньше рекомендуемых скоростей пара в сепарационно-активном объеме барабана.
2.4.5 Расчет скорости пара в пароотводящих трубах
Рекомендуемая скорость пара в пароотводящих трубах при Р = 33 атм должна быть ω4=20 м/сек, что при давлении Р = 45 атм составит
ω5≤ 0,853·20 ≤17,1 м/сек (2.30)
Общее количество пароотводящих труб на барабан равно 4 штуки, диаметром 89 х 4мм.
Площадь сечения пяти труб d = 89 х 4 мм составляет:
f d 89х4 =4· (π·dотв/4) (2.31)
f d 89х4 =5·0,85·0,0812=0.0255 м2.
Скорость пара в пароотводящих трубах определяется по формуле:
ω4=Д·υ΄΄·1000/3600· f d 89х4 (2.32)
ω4=31·0,04492·1000/3600·0,0255=15,17 м/сек.
2.4.6 Подвод питательной воды
Учитывая возможную неравномерность питания барабана, расчет коллектора питательной воды в барабане выполнен исходя их расхода воды вдвое превышающего паропроизводительность котла-утилизатора G п в =61 т/час.
Рекомендуемая скорость воды в коллекторе питательной воды должна быть ω5 ≤ 2 м/сек [6].
Коллектор питательной воды выполнен из труб d 133 х 4 мм сечением
f =(π· d вн/4) (2.33)
f =0,785·0,1252=0,0123 м2
Скорость воды в коллекторе определяется по формуле:
ω6= G п в · υ΄·1000/3600· f (2.34)
ω6 =62·0,000127/3600·0,0123=1,78 м/сек.,
что меньше рекомендуемого значения скорости в коллекторе питательной воды.
Рекомендуемая выходная скорость из отверстий коллектора питательной воды должна быть ≤ 4 м/сек.Диаметр отверстий в коллекторе питательной воды принят равным d отв=15 мм, число отверстий n отв= 35 штук. Площадь живого сечения отверстий
f отв.=0,785· d отв2 · n отв (2.35)
f =0,785·0,0152·35=0,0061 м2
Выходная скорость из воды из отверстий определяется по формуле:
ωотв= G п в·υ΄·1000/3600· f отв (2.36)
ωотв =62·0,000127·1000/3600·0,00612=3,6 м/сек.
ωотв=3,6 м/сек.
2.4.7 Трубопровод непрерывной продувки
Величину непрерывной продувки котла-утилизатора принимаем в количестве 10% от паропроизводительности котла-утилизатора
G п в =3,1 т/час.
Трубопровод непрерывной продувки выполнен из трубы диаметром d 57 х 3,5 сечением
f =(π· d вн2/4) (2.37)
f =0,785·0,0502=0,0019 м2
Скорость воды в трубопроводе непрерывной продувки определяется по формуле:
ω7= G прод ·υ΄·1000/3600· f (2.38)
ω7=3,1·0,000127·1000/3600·0,0019=0,58 м/сек.
ω7=0,58 м/сек
Рекомендуемая скорость воды в трубопроводе непрерывной продувки ≤ 1 м/сек.Диаметр отверстий в трубе принят равным d отв=15 мм, число отверстий n отв=36 штук.
Площадь живого сечения отверстий для выхода воды равна
f отв=0,785· d отв2 · n отв(2.39)
f отв =0,785· (0,015)2·36=0,00636 м2
Скорость воды в отверстиях определяется по формуле:
ωотв= G прод ·υ΄·1000/3600· f отв (2.40)
ωотв =3,1·0,000127·1000/3600·0,00636=0,172 м/сек.
Рекомендуемая скорость воды в отверстиях трубы непрерывной продувки (0,1-0,15) м/сек.
Выводы по разделу
В данном разделевыполнен расчет основных технологических параметров вельц-печи и котла-утилизатора: выявлен процентный состав дымовых газов, составлен тепловой баланс котла, определены рекомендуемые значения скоростей пара и воды в сепарационных устройствах котла.