Конструктивные характеристики экономайзера ЭП2-236

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………………………3

1. Исходные данные…………………………………………………………………………..….4

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания………………………………………………..6

3. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания. ……………………………………….…………..8

4. Тепловой расчет котельного агрегата……………………………………….………………..10

4.1. Тепловой баланс котла и расход топлива…………………………………………………...10

4.2. Тепловой расчет топочной камеры…………………………………………………….12

4.3. Расчет конвективного пучка………………………………………………………...….15

4.4. Расчет экономайзера……………………………………………………………………21

Использованная литература……………………………………………………………..…..23

 

 

Введение

 

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сек­тор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепло­вая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается тепло­электроцентралями, производственными и районными отопитель­ными котельными.

Перевод предприятий на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, намечаемое повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуата­ции производственных и отопительных котельных.

Пути и перспективы развития энергетики определены энергетической программой, одной из первоочередных задач которой является коренное совершенствование энергохозяйства на базе экономии энергоресурсов: это широкое внедрение энергосберега­ющих технологии, использование вторичных энергоресурсов, эко­номия топлива и энергии на собственные нужды.

Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы котельной.

 

 

1. Исходные данные

 

Тип котла ДЕ-10-14

Технические характеристики котла

 

Рабочее давление Температура питательной воды Температура питательной воды

14 атм 194 °С 104 °С

Вид топлива: малосернистый мазут

Тип топочного устройства: камерное

Тип горелок (число горелок): ГМ-7/(1) шт

Экономайзер: ЭП-236

Дымосос

 

Конструктивные характеристики котла ДЕ-10-14

 

Объем топки Площадь поверхности стен топки Диаметр экранных труб Шаг труб боковых экранов Площадь лучевоспринимающей поверхности нагре­ва Площадь поверхности нагрева конвективных пучков Диаметр труб конвективных пучков Расположение труб Поперечный шаг труб Продольный шаг труб Площадь живого сечения для прохода продуктов сго­рания Число рядов труб по ходу продуктов сгорания в одном газоходе

17,14 м³ 41,47 м² 51x2,5 мм 55 мм 38,96 м² 117,69 м² 51x2,5 мм Коридорное 110 мм 110 мм 0,41

 

Характеристики малосернистого мазута

 

С^P =84,65 %

Н^P =11,7 %

N^P =0 %

О^P =0,3 %

S^P_n =0,3 %

W^Р =3 %

А^Р =0,05 %

Низкая теплота сгорания топлива Q^P_н =40,28 МДж/кг

 

 

Конструктивные характеристики экономайзера ЭП2-236

 

Площадь поверхности нагрева Число колонок Длина трубы Предельное рабочее давление в экономайзере Гидравлическое сопротивление Аэродинамическое сопротивление Количество труб в ряду Количество рядов по группам Количество групп в колонках Количество обдувочных устройств Количество сопл работающих в обдувочном устройстве Предельное разрежение или давление газов в межтрубном пространстве Длина Ширина Высота Масса без короба Тип короба

236 м² 2 шт 2 м 3 Мпа 0,2 Мпа 343 Па 5 шт 4+8+4 шт 2 шт 2 шт 48 шт   1,6…3 кПа 3805 мм 1770 мм 1970 мм 8 т

 

Топочная камера отделена от конвективного пучка глухой мем­бранной стенкой, выполненной из труб с вваренными между ними стальными полосками (проставками). Продукты сгорания из топочной камеры через окно, расположенное с левой стороны, направляются в конвективную поверхность нагрева. Она образована трубами, соединяющими верхний и нижний ба­рабаны.

Конвективная поверхность на­грева разделена продольной перегородкой на две части. Продукты сгорания в конвективном газоходе сначала направляются от задней стены котла к фронтовой, а затем, повернув на 180°,идут в обратном направлении.

Отвод продуктов сгорания произ­водится со стороны задней стенки через окно, к которому при­соединяется газоход, направляющий их в водяной экономайзер. В верхней части фронтовой стены установлено два предохранительных взрывных клапана: один — топочной камеры, другой— конвективного газохода.

Во всех котлах серии предусмотрено ступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения выделена часть труб конвективного пучка. Общим опускным звеном всех контуров первой ступени испарения являются последние (по ходу продуктов сгорания) трубы конвективного пучка. Опускные трубы второй ступени вынесены за пределы газохода.

 

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

 

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через не плотности в обмуровке происходят присоси атмосфер­ного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчетах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной 30°С.

При тепловом расчете котлоагрегата присосы воздуха прини­маются по нормативным данным.

Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. По­этому прежде всего следует выбрать способ сжигания топлива и конструкцию принимаемой к установке топки.

 

1. Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания

 

V° = 0.0889*(С^P + 0,375*S^P_n) + 0.265*Н^P – 0.0333*О^P =0.0889*(84.65+0.375*0.3)+0.265*11.7-

- 0.0333*0.3=10.63 м³/кг

 

2. Теоретический объем азота в продуктах сгора­ния

 

V°_N2 = 0.79*V° + 0.8*N^P/100 = 0.79*10.63+0.8*0/100=8.4 м³/кг

 

3. Объем трехатомных газов

 

V_RO2 = 1.866*(С^P + 0,375*S^P_n)/100 = 1.866*(84.65+0.375*0.3)/100 = 1.6 м³/кг

 

4. Теоретический объем водяных паров

 

V°_H2O = 0,111*Н^Р+ 0,0124*W^Р+0,0161*V°=0.111*11.7+0.0124*3+0.0161*10.63 = 1.51 м³/кг

 

Таблица 1. Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов

 

Величины	Расчетная формула	Размерность	Теоретические объемы V°=10.63 м3/кг V°N2 =8.4 м3/кг VRO2 =1.6 м3/кг V°H2O =1.51 м3/кг
Газоход
Топка	I конвек. пучок	IIконвек.пучок	Экономайзер	Дымосос
1. Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки	αт	-	1,1
2. Присос воздуха	Δα		0,1	0,05	0,1	0,1	0,01
3. Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева	α		1,2	1,25	1,35	1,45	1,46
4. Средний коэффициент избытка воздуха в газо­ходе поверхности нагрева	αср =(α΄+α΄΄)/2	-	1,2	1,225	1,3	1,4	1,455
5. Избыточное количество воздуха	VВизб =V° *αср	м3/кг	1,1	0,54	1,1	1,1	0,11
6. Объем водяных паров	VH2O=V°H2O+0,016**(αср-1)*V°	м3/кг	1,544	1,55	1,56	1,58	1,6
7. Полный объем продуктов сгорания	VГ=VRO2+V°N2+ +V°H2O+VH2O+(αср- -1)*V°	м3/кг	13,67	13,94	14,75	15,83	16,44
8. Объемные доли трехатомных газов	rRO2 =V°RO2 /VГ	-	0,12	0,115	0,11	0,1	0,097
9. Объемные доли водяных паров	rH2O =V°H2O /VГ	-	0,113	0,11	0,106	0,1	0,097
10. Суммарная объемная доля	rп =rH2O +rRO2	-	0,233	0,225	0,216	0,2	0,194

 

3. Энтальпия 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 и продуктов сгорания относить к 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива и к 1 м⁸ (при нормальных условиях) газообразного топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при дей­ствительных коэффициентах избытка воздуха после каждой по­верхности нагрева (значения коэффициента избытка воздуха после поверхности нагрева берутся из табл. 1). Расчет следует производить для всего возможного диапазона температур после поверхностей нагрева, так как температуры эти неизвестны. В дальнейших расчетах при пользовании значениями энтальпии допускается линейная интерполяция в интервале температур 100 К. Поэтому при расчетах энтальпии интервал температур не должен быть более 100 К.

 

1. Эальпия теоретического объема воздуха (кДж/кг)

 

I°_в =V° *(cӨ)_в

 

где(cӨ)_в —энтальпия 1 м³ воздуха (кДж/м³)

V°—теоретический объем воздуха необходимого для горения (м³/кг)

 

2. Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания (кДж/кг)

 

I°_г =V_RO2 *(cӨ)_RO2 +V°_N2 *(cӨ)_N2 +V°_H2O *(cӨ)_H2O

 

где (cӨ)_RO2,(cӨ)_N2,(cӨ)_H2O —энтальпия 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров (кДж/м³)

V_RO2,V°_N2 ,V°_H2O —объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара (м³/кг)

 

3. Определить энтальпию избыточного количества воздуха (кДж/кг)

 

I^в_изб =(α -1)* I°_в

 

4. Энтальпия продуктов сгорания при коэффи­циенте избытка воздуха α > 1 (кДж/кг)

 

I = I°_Г + I^В_изб

 

Таблица 2. Энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг)

 

Поверхность нагрева	Температура после поверхности нагрева (°С)	I°B	I°Г	IВизб	I
Верх топочной камеры αт =1,2		32676,62 30890,8 27361,62 23885,6 22142,3 18708,8 15307,2 13659,55 12054,42	38695,5 36562,2 34405,4 32283,78 28071,8 25985,5 23919,52 21878,4 19881,32 15914,8 13964,2	6535,32 6178,16 5472,3 5125,8 4777,12 4428,5 4079,8 3741,76 3401,6 3061,44 2731,91	45230,82 42740,4 40226,4 37756,1 35300,8 32848,92 27999,32 25620,2 20951,44 18646,71 16375,2
Конвективный пучок αк =1,35		15307,2 13659,55 12054,42 10438,7 8844,2 7294,24 5772,1 4294,52 2838,21	15914,8 13964,2 12055,21 10196,7 8396,3 4899,44 3227,35	5357,52 4780,84 4219,05 3653,5 3095,47 2020,2 1503,1 993,4	23247,52 20695,64 18183,25 15708,7 13292,2 10949,3 8642,2 6402,54 4220,75
Водяной экономайзер αэ =1,45		5772,1 4294,52 2838,21 1413,8	66,22 4899,44 3227,35	2597,44 1932,5 1277,2 636,21	9219,44 6831,94 4504,55 2228,21

 

4. Тепловой расчет котельного агрегата

4.1. Тепловой баланс котла и расход топлива

 

1. Располагаемая теплота (кДж/кг)

 

Q^р_р =Q^р_н +i_тл +Q_ф

 

где Q^р_н —низшая теплота сгорания рабочей массы (кДж/кг). (См. стр 4)

i_тл —физическая теплота, внесенная топливом. Физическая теплота топлива учитывается только при его предварительном подогреве от постороннего источника теплоты (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т.п.). Для промышленных паровых и водогрейных котлов физиче­ская теплота топлива учитывается только при сжигании мазута.

i_тл=c_тл *t_тл =2.75*(130+273)=1108.25 кДж/кг

 

t_тл—температура топлива t_тл =130°С

с_тл — удельная теплоемкость топ­лива

c_тл =1,74+0,0025 t_тл =1,74+0,0025(130+273)=2,75 кДж/(кг*К)

 

Q_Ф — теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распиливании жидкого топлива

Q_ф =0,35*(i_ф –2520)=0,35*(2788,41–2520)=93,944 кДж/кг

 

где i_ф —энтальпия пара, расходуемого на распиливание топлива, определяется из таблиц для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

i_ф= 2788,41 кДж/кг при t_пара =194 °С

 

Q^р_р =40280+1108,25+93,944=41482,2 кДж/кг

 

2. Потеря теплоты с уходящими газами

 

q₂ =(I_ух2 –α_ух*I°_хв)*(100–q₄)/Q^Р_Р

 

где I_ух —энтальпия уходящих газов, при соответствующих значениях α_ух и выбранной температуре уходящих газов (кДж/кг)

I_ух =3366,38 кДж/кг при t_ух =150°С

I°_хв —энтальпия теорети­ческого объема холодного воздуха при t_в =30°С

I°_хв =39,8*V°=39,8*10,63=423,1 кДж/кг

 

α_ух —коэффициент из­бытка воздуха в уходящих газах сечении газохода после последней поверхности нагрева (по таб.1)

q₄ —потеря теп­лоты от механической неполноты горения для мазута q₄ =0

 

q₂ =(3366,38 –1,46*423,1)*(100–0)/41482,2=6,63 %

 

3. Потерю теплоты от химической неполноты сгорания

q₃ =0,5 %

 

4. Потерю теплоты от наружного охлаждения

q₅ =1,7 %

 

5. Полезную мощность парового котла (кВт)

 

Q_пг =D_нп*(i_нп –i_пв)+0,01*р*D_нп*(i_кип–i_пв)

 

где D_нп —расход выработанного насыщенного пара D_нп =10 т/ч =2,78 кг/с

i_пв ,i_нп,i_кип —энтальпия питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане котла

i_пв =436,2 кДж/кг при t_пв =104°С

i_нп =2784,22 кДж/кг при t_нп =194°С

i_кип =824,8 кДж/кг при t_кип =194°С

р—непрерывная про­дувка парового котла р =3 %

 

Q_пг =2,78*(2784,22–436,2)+0,01*3*2.78*(824.8–436.2)=6559.9 кВт

 

6. Потерю теплоты в виде физической теплоты шлаков и потерю от охлаждения балок и панелей топки, не вклю­ченных в циркуляционный контур котла

q₆ =0 %

 

7. КПД брутто парового котла из уравнения обратного теплового баланса

 

η_вр =100 –(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆) =100-(6,63+0,5+1,7+0)=91,17 %

 

8. Расход топлива, подаваемого в топку парового котла, из уравнения прямого теплового баланса

 

В_пг= (Q_пг *100)/(Q^р_р *η _вр)=(6559,9*100)/(41482,2*91,17)=0,174 кг/с

 

9. Расчетный расход топлива для мазута

 

В_р = В_пг=0,174 кг/с

 

10. Коэффициент со­хранения теплоты

 

φ =1 –q₅/(η_вр +q₅)=1-1,7/(91,17+1,7)=0,982

 

4.2. Тепловой расчет топочной камеры

 

1. Предварительно задаются температурой продуктов сгора­ния на выходе из топочной камеры θ˝_т =1100°С

 

2. Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки для принятой в п.1 температуре (по таб. 2) I˝_т =23283 кДж/кг

 

3. Полезное тепловыделение в топке (кДж/кг)

 

Q_т =Q^р_р*(100 -q₃ -q₄ -q₆)/(100 -q₄) +Q_в

 

где Q_в —теплота, вносимая в топку воздухом

Q_в =α_т *I°_хв =1,2 *423,1=507,72 кДж/кг

 

α_т -коэффициент избытка воздуха в топке (по таб. 1)

 

Q_т =41482,2*(100 –0,5 –0 –0)/(100 –0) +507,72= 41782,5 кДж/кг

 

4. Коэффициент тепловой эффективности экра­нов

ψ =х *ζ=0,88*0,55=0,484

 

х=0,88 при s/d=0.11/0.051=2.16 и l≥1.4*d (0.11≥1.4*0.051) [1]

ζ=0,55

х -угловой коэффициент называется отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излу­чения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент 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.

ζ –коэффициент учитывает снижение тепловосприятия экран­ных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой

 

5. Эффективная толщина излучающего слоя

s =3,6*V_т/F_ст =3,6*17,14/41,47=1,488 м

 

где V_т —объем топочной камеры (м³) (См. стр 4)

F_ст —поверхность стен топочной камеры (м²) (См. стр 4)

 

6. Коэффициент ослабления лучей. При сжига­нии жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k_г) и сажистыми частицами (k_c). (м*МПа)^-1

 

k= k_г*r_п+k_c

 

где r_п —суммарная объемная доля трехатомных газов (по таб. 1)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (м*МПа)^-1

 

где р_п —парциальное давление трехатомных газов

р_п =r_п*р =0,233*0,1=0,0233 Мпа

 

р —давление в топочной камере котлоагрегата для агрегатов, работающих без наддува, принимается р =0,1 МПа

r_Н2О —объемная доля водяных паров (по табл. 1)

T^″_т —абсо­лютная температура на выходе из топочной камеры (К)

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

 

k_с =0,3*(2 -α_T)*(1,6*T^″_т /1000 -0,5)*С^р/Н^р =0,3*(2-1,2)*(1,6*(1100+273)/1000-0,5)*

*84,65 /11,7 = 2,95 (м*МПа)^-1

 

где С^р, Н^р —содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

 

k =7,54*0,233+2,95 =4.7 (м*МПа) ^–1

7. Степень черноты факела

а_ф =m* а_св +(1-m)* а_г

 

где m —коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела

m= 0,554 при q_v =405 кВт/м²

а_св, а_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

 

а_св =l –e^(-k*p*s) =1 -e^{–4.7*0.1*1.488} =0.5

 

а_г =1 -e^(-k_г*r_п*p*s) =1 -e^{–7.54*0.233*0.1*1.488} =0.23

 

а_ф =0,554 *0,5 +(1 -0,554) *0,23=0,38

 

8. Cтепень черноты топки для камерных топок

а_т =а_ф /[а_ф +(1 -а_ф) *ψ_ср] =0,38 /[0,38 +(1 –0,38) *0,484]=0,56

 

9. Параметр Мв зависимости от относитель­ного положения максимума температуры пламени по высоте топки х_т

М =0,5

10. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания при нормальных условиях (кДж/(кг*К))

Vc_cp =(Q_т -I˝_т) /(Т_а - θ˝_т)

 

где Т_а —теоретическая (адиабатная) температура горения (К) определяемая из таб. 2 по значению Q_т, равному энтальпии продуктов сгорания I_а

θ˝_т —температура (абсолютная) на вы­ходе из топки, принятая по предварительной оценке (К)

I˝ _т —энтальпия продуктов сгорания берется из табл. 2 при принятой на выходе из топки температуре

Q_т —полезное тепловыделение в топке (см. п. 3)

 

Т_а =Т_м + (I _а –I _м ) *100 =1800 + (41782,5 –40226,4) *100 =1862°С =2135 К

(I_б –I_м) (42740,4 –40226,4)

 

Vc_cp =(41782,5 -23283) /(2135 -1373) =24,3 кДж/(кг*К)

 

11. Действительная температура на выходе из топки (°С)

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с температурой, принятой ранее в п. 1. Если расхождение между полученной температурой (θ˝_т) и ранее принятой на выходе из топки не превысит ±100 °С, то расчет считается оконченным.

1100-1032=68°С

 

12. Количества теплоты, воспринятые луче воспринимающими поверхностями топки из уравнения баланса

 

Q_л =φ *(Q_т -I'' +Δα_к *I°_прис) =0,982 *(41782,5 –23283 +0,1 *423,1) =18208,06 кДж/кг

 

 

4.3. Расчет конвективного пучка

 

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или го­рячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвектив­ных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интен­сивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверх­ности труб к внутренней 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 теплопередачей.

 

1. Конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода площадь поверхности нагрева, шаг труб и рядов (расстояния между осями труб), диа­метр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (См. стр 4)

 

2. Предварительно принимаются два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для двух предварительно принятых температур.

θ' =1100°С I' =23283 кДж/кг

θ"_I =500°С I"_I =10949.3 кДж/кг

θ"_II =400°С I"_II =8642.2 кДж/кг

 

3. Теплота, отданная продуктами сгорания (кДж/кг)

 

Q_б =φ *(I' -I'' +Δα_к *I°_прис)

 

где φ —коэффициент сохранения теплоты

I' —энтальпия продуктов сгорания перед поверх­ностью нагрева

I" —энтальпия про­дуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева

Δα_к —присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее

I°_прис —энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха t_в=30°С

Δα_к =0,1

I°_прис =I°_хв =423,1 кДж/кг

 

При θ"_I =500°С Q_бI =0,982 *(23283 –10949,3 +0,1 *423,1) =12153,24 кДж/кг

При θ"_II =400°С Q_бII =0,982 *(23283 – 8642,2+0,1 *423,1) =14418,8 кДж/кг

 

4. Расчетная температура потока продуктов сго­рания в конвективном газоходе (°С)

θ =(θ' +θ")/2

где θ' и θ" —температура продуктов сгорания на входе в поверх­ность и на выходе из нее

При θ"_I =500°С θ_I =(1100 +500)/2 =800°С

При θ"_II =400°С θ_II =(1100 +400)/2 =750°С

 

5. Температурный напор (°С)

Δt =θ –t_к

 

где t_к —температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле

t_к =194°С

При θ"_I =500°С Δt_I =800 –194 =606°С

При θ"_II =400°С Δt_II =750 –194 =556°С

 

6. Средняя скорость продуктов сгорания в по­верхности нагрева (м/с)

ω_г =В_р *V_г *(θ +273)/(F *273)

 

где В_р —расчетный расход топлива (кг/с)

F—площадь живого сечения для прохода продуктов сго­рания (см. п. 1) (м²)

V_г—объем продуктов сгорания из таб.1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха (м³)

θ —сред­няя расчетная температура продуктов сгорания (°С)

 

При θ"_I =500°С ω_{г I} =0,174 *14,75 *(800 +273)/(0,4 *273) =25,22 м/с

При θ"_II =400°С ω_{г II} =0,174 *14,75 *(750 +273)/(0,4 *273) =24 м/с

 

7. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от про­дуктов сгорания к поверхности нагрева при продольном омывании (Вт/(м² *К))

 

α_к =α_н *с_ф *c_l

 

где α_н —коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме [1]

с_ф — коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется по номограмме [1]

с_l —поправка на относительную длину, определяется по номограмме [1]

При θ"_I =500°С α_{к I} =60 *0,93 *1,05 =58.59 Вт/(м² *К)

При θ"_II =400°С α_{к II} =45 *0,98 *1,05 =46.3 Вт/(м² *К)

 

8. Степень черноты газового потока по номо­грамме, при этом необходимо вычислить суммарную опти­ческую толщину

kps =(k_г *r_п +k_зл *μ) *p *s

 

где k_г—коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

k_зл —коэффициент ослабления лучей эоловыми частицами при сжигании жидкого слоевых и факельно-слоевых топках принимается k_зл=0

μ —концентра­ция золовых частиц

р—давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пуч­ков

s =0.9 *d *(4/π *S₁ *S₂/d² -1) =0.9 *0.051 *(4/3.14 *0.11 *0.11/0.051² -1) =0.226 м

 

р_п =r_п*р =0,216*0,1=0,0216 Мпа

 

При θ"_I =500°С

kps _I =30 *0,216 *0,1 *0,226 =0,15

 

При θ"_II =400°С

kps _II =31,55 *0,216 *0,1 *0,226 =0,138

 

9. Коэффи­циент теплоотдачи α_л, учи­тывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева (Вт/(м² *К))

 

α_л = α_н *а *с_г

 

где α_н —коэффициент тепло­отдачи, определяется по но­мограмме

а—степень черноты

с_г —коэф­фициент

Для определения α_н и коэффициента с_г вычисляется темпе­ратура загрязненной стенки

t₃ =t +Δt= 194 +60 =254°С

где t—средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле (°С)

Δt —при сжи­гании жидких топлив принимается равной 60 °С

При θ"_I =500°С α_{л I} = 60 *0,1375 *0,96 =7,9 Вт/(м² *К)

При θ"_II =400°С α_{л II} = 45 *0,138 *0,93 =5,8 Вт/(м² *К)

 

10. Подсчитывается суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева (Вт/(м² *К))

 

α₁ =ξ *(α_к +α_л)

 

где ξ—коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания про­дуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон для сложно омы­ваемых пучков ξ = 0,95

При θ"_I =500°С α_1I =0,95 *(58,59 +7,9) =63,2 Вт/(м² *К)

При θ"_II =400°С α_1II =0,95 *(46,3 +5,8) =49,5 Вт/(м² *К)

 

11. Коэффициент теплопередачи (Вт/(м² *К))

 

K =ψ *α₁

 

где ψ —коэффициент тепловой эффективности

При θ"_I =500°С K _I =0,6 *63,2 =37,92 Вт/(м² *К)

При θ"_II =400°С K _II =0,6 *49,5 =29,7 Вт/(м² *К)

 

12. Количество теплоты, воспринятое поверх­ностью нагрева на 1 кг сжигаемого жидкого топлива (кДж/кг)

Q_т =K *H *Δt/(В_р*10³)

 

Температурный напор Δt определяется для прямотока, пере­крестного тока с числом ходов более четырех при постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверх­ности нагрева) как среднелогарифмическая разность темпе­ратур (°С)

где Δt_б и Δt_м —большая и меньшая разности температуры про­дуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости

При θ"_I =500°С Δt_{б I} =θ' –t =1100 -104 =996

Δt_{м I} =θ"_I –t =500 -104 =396

Q_тI =37,92 *117,69 *651,3/(0,174*10³) =16704,7 кДж/кг

 

При θ"_II =400°С Δt_{б II} =θ' –t =1100 -104 =996

Δt_{м II} =θ"_II –t =400 -104 =296

Q_тII =29,7 *117,69 *577,55/(0,174*10³) =11602,1 кДж/кг

 

13. По принятым двум значениям температуры θ"_I и θ"_II и полу­ченным двум значениям Q_т и Q_б производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Q =f(θ"). Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания θ"_р, которую следовало бы при­нять при расчете. Если значение θ"_р отличается от одного из при­нятых предварительно значений θ"_I и θ"_II не более чем на 50°С, то для завершения расчета необходимо по θ"_р повторно определить только Q_т, сохранив прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент тепло­передачи для найденной температуры θ"_р

При θ"_I =500°С Q_тI =16704,7 кДж/кг Q_бI =12153,24 кДж/кг

При θ"_II =400°С Q_тII =11602,1 кДж/кг Q_бII =14418,8 кДж/кг

 

 

 

 

θ"_р =437,2°С Δt_{б II} =θ' –t =1100 -104 =996

Δt_{м II} =θ"_II –t =437,2 -104 =333,2

Q_тI =37,92 *117,69 *606/(0,174*10³) =15543 кДж/кг

Q_тII =29,7 *117,69 *606/(0,174*10³) =12173,61 кДж/кг

Q_т =(15543+12173,61)/2=13858,3 кДж/кг

 

14. Количества теплоты, воспринятые котельными пучками из уравнения баланса

I'' =9500,44кДж/кг при θ"_р =437,2°С

 

Q_к =φ *(I' -I'' +Δα_к *I°_прис) =0,982 *(23283 –9500,44 +0,1 *423,1) =13576 кДж/кг

 

 

4.4. Расчет экономайзера

 

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производи­тельностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхно­сти, часто ограничиваются установкой только водяного эконо­майзера.

 

1. Количество теплоты которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов (кДж/кг)

 

Q_б =φ *(I'_эк -I''_эк +Δα_эк *I°_в)

 

где I'_эк —энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется из табл. 2 по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева (кДж/кг)

I''_эк —энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 2 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов (кДж/кг)

φ —коэффициент сохранения теплоты

Δα_эк —присос воздуха в эконо­майзер, принимается по табл. 1

I°_в —энтальпия теоретического количества воздуха

Т' =437,2°С I'_эк =9500,44 кДж/кг

Т'' =150°С I''_эк =3366,38 кДж/кг

Δα_эк =0,1

I°_в =423,1 кДж/кг

Q_б =0,982 *(9500,44 –3366,38 +0,1 *423,1) =6065,2 кДж/кг

Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере

 

2. Энтальпию воды после водяного экономайзера (кДж/кг)

 

i"_эк = В_р *Q_б +i'_эк

D +D_пр

где i'_эк —энтальпия воды на входе в экономайзер (кДж/кг)

D—паропроизводительность котла (кг/с)

D_пр —расход продувочной воды (кг/с)

t'_эк =104°С i'_эк =435.43 кДж/кг

D =10 т/ч =2,78 кг/с

D_пр =0

i"_эк = 0,174 *6065,2 +435,43 =815,05 кДж/кг

2,78

По энтальпии воды после экономайзера и давлению ее из таб­лиц для воды и водяного пара определить температуру воды после экономайзера t"_эк. 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.

t"_эк =195.04°С

 

3. Температурный напор, зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания

Δt_{б II} =Т' – t"_эк =437,2 –195,04 =242,16°С

Δt_{м II} =Т" –t'_эк =150 -104 =46°С

 

4. Действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере (м/с)

 

ω_г =В_р *V_г *(θ_эк +273)/(F_эк *273)

где В_р — расчетный расход топлива (кг/с)

V_г —объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха

(из табл. 1)

θ_эк —среднеарифметическая тем­пература продуктов сгорания в экономайзере (°С)

θ_эк =(t"_эк + t'_эк)/2 =(437,2 +150)/2 =293,6°С

 

F_эк —площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (м²)

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при установке чугунного водяного экономайзера

 

F_эк =F_тр *z₁ =5 *0,184 =0,92 м²

где F_тр —площадь живого сечения для прохода продуктов сго­рания одной трубы

z₁ — число труб в ряду

 

5. Коэффициент теплопередачи

K =K_н *c_υ =18,1 *1 =18,1Вт/(м² *К)

 

6. Невязку теплового баланса (кДж/кг)

 

ΔQ = Q^р_р *η_вр/100 –(Q_л +Q_к +Q_эк)*(1 –q₄/100)

 

где Q_л, Q_к и Q_эк — количества теплоты, воспринятые луче воспринимающими поверхностями топки, котельными пучками и экономайзером в формулу подставляют значения, определенные из уравнения баланса.

При правильном расчете невязка не должна превышать 0,5 %

 

ΔQ ==41482,2 *91,17/100 –(18166,52 +13576 +6065,2)*(1 –0/100)=11,6 кДж/кг

ΔQ/Q^р_р =11,6/41482.2=0,0003

Использованная литература

 

1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. М. Энергоатомиздат. 1989.

2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Идание 2-е, переработанное. Под редакцией доктора техн. парк И. В. КУЗНЕЦОВА, доктора тех*, мук В. В. МИТОРА. канд. техн. наук И Г. ЛЬВОВСКОГО, ко-д тех- наук 3. С. КАРАСИИОП

3. Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод. М, Энергия. 1977.

4. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М. Энергия. 1973.

5. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. М, Недра, 1976.

6. СНИП 11-35-76 ч. 2. Котельные установки. Нормы проектирования. М. Стройиздат, 1973.