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 горизонталь-ной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвек-тивные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного эко-номайзера. В котельных агрегатах паропрозводительностью более 25 т/ч вер-тикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономай-зера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоко-влажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая уста-новка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.
При установке только водяного экономайзера рекомендуется такая по-следовательность его расчета:
1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты (кДж/кг или кДж/м3), которое должны отдать продукты сгорания при приня-той температуре уходящих газов:
|
|
|
|
определяется по формуле (3.4).
2. Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, вос-принятой водой в водяном экономайзере, определить энтальпию воды после водяного экономайзера (кДж/кг):
|
|
По энтальпии воды после экономайзера и давлению ее из таблиц для воды и водяного пара определить температуру воды после экономайзера tэк.
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 эконо-майзер.
3. В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определить температурный напор по уравнению (5.19).
4. Выбрать конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного и стального экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной паропроизводительности котла. Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров ВТИ приве-дены в табл. 5.2. Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть не менее 3 и не более 10.
Стальные экономайзеры выполняются в виде змеевиков из труб с на-ружным диаметром 28-38 мм (толщина стенки до 4 мм). В промышленных котлах вертикальной ориентации змеевики обычно располагаются парал-лельно фронту котла. Для более компактной компоновки стального эконо-майзера применяют шахматное расположение труб и минимальные относи-тельные шаги S 1 d и S 2 d. При этом относительный шаг для однониточных змеевиков при холодной гибке труб S 2 d = 2.
Число параллельно включенных змеевиков в пакете
D 106
(5.48)
где D – расход воды через экономайзер, кг/с; – массовая скорость воды на входе в экономайзер, должна быть 600-800 кг(м2 с); dвн – внутренний диа-метр трубы, мм.
Таблица 5.2 Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров ВТИ и ЦККБ
| Характеристика одной трубы | Экономайзер ВТИ | Эконо-майзер ЦККБ | |||
| Длина, мм Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2 Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 | 1500 2,18 0,088 | 2000 2,95 0,120 | 2500 3,72 0,152 | 3000 4,49 0,184 | 1990 5,50 0,21 |
5. Определить действительную скорость продуктов сгорания в эконо-майзере (м/с)
|
|
|
рания при среднем коэффициенте избытка воздуха, определяется из табл. 2.3; эк – среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзе-
ре, °С; Fэк – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:
при установке чугунного водяного экономайзера
Fэк z 1 Fтр; (5.50)
при установке стального водяного экономайзера
Fэк ab z 1 ld, (5.51) где Fтр – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, берется из табл. 5.2; z 1 – число труб в ряду; a и b – размеры газохо-
да, м; l – длина змеевика, м; d – наружный диаметр труб, м.
6. Определить коэффициент теплопередачи. Для чугунных экономайзе-ров коэффициент теплопередачи K = Kнc определяется с помощью номо-граммы рис. 5.9.
Для стальных водяных экономайзеров при сжигании газа и мазута (шахматные и коридорные пучки), а также для коридорных пучков при сжи-гании твердого топлива коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К),
K = 1, (5.52) где – коэффициент тепловой эффективности, для газа и мазута принимает-
ся по табл. 5.1; 1– коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стен-ке труб, определяется по формуле (5.16).
Коэффициент теплоотдачи конвекций, входящий в формулу (5.16), оп-ределяется, как указано в п. 7 раздела 5.1, а коэффициент теплоотдачи л, учитывающий передачу теплоты излучением, подсчитывается в соответствии с пп. 8-9 раздела 5.1. При этом температура загрязненной стенки водяного экономайзера определяется по формуле
tз = t t, (5.53) где t – средняя температура охлаждающей среды, принимается равной полу-сумме температур воды на входе в экономайзер и на выходе из него, оС; t при температуре продуктов сгорания 400°C и сжигании жидких топлив принимается равным 60°C, а при 400°C – равным 25°С. При сжигании газа для обоих случаев t = 25°С.
Рис. 5.9. Коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров.
7. Определить площадь поверхности нагрева водяного экономайзера (м2)
|
8. По полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно ус-тановить его конструктивные характеристики. Для чугунного экономайзера определить общее число труб и число рядов по формулам:
n = Hэк Hтр; (5.55) m = n z 1, (5.56)
где Hтр – площадь поверхности нагрева одной трубы, м2; z 1 – принятое чис-
ло труб в ряду.
Для стального экономайзера определить длину каждого змеевика (м), число петель и полную высоту пакетов экономайзера (м):
|
zпет lэмa; (5.58) h ' эк = zпетSпет, (5.59)
где d – наружный диаметр труб экономайзера, м; z – полное число труб экономайзера, включенных параллельно; a – длина пакета экономайзера, м; Sпет = 2 S 2 – шаг петли экономайзера, м; S 2 – расстояние между осями со-
седних рядов труб по ходу продуктов сгорания, м.
9. Определить невязку теплового баланса (кДж/кг или кДж/м3)
|
|
|
|
Приложения
Таблица П.1. Расчетные характеристики некоторых жидких топлив
| Топливо | Марка топлива | Состав рабочей массы топлива, % | Низшая теп-лота сгора-ния Qр, кДж/кг | ||||||
| W р | Aр | Sор + к | C р | H р | N р | Oр | |||
| Мазут | Малосернистый | 3,0 | 0,05 | 0,3 | 84,65 | 11,7 | – | 0,3 | |
| Сернистый | 3,0 | 0,10 | 1,4 | 83,80 | 11,2 | – | 0,5 | ||
| Высокосернистый | 3,0 | 0,10 | 2,8 | 83,00 | 10,4 | – | 0,7 |
Таблица П.2 Расчетные характеристики природных газов
| Газопровод | Состав газа по объему, % | Низшая те-плота сго-рания су-хого газа, кДж/м3 | Плотность газа при нормаль-ных усло-виях, кг/м3 | ||||||
| CH 4 | C 2 H 6 | C 3 H 8 | C 4 H 10 | C 5 H 12 и более тяжелые | N 2 | CO 2 | |||
| Саратов–Москва Саратов–Горький Ставрополь–Москва 1-я нитка 2-я нитка 3-я нитка Серпухов–Ленинград | 84,5 91,9 93,8 92,8 91,2 89,7 | 3,8 2,1 2,0 2,8 3,9 5,2 | 1,9 1,3 0,8 0,9 1,2 1,7 | 0,9 0,4 0,3 0,4 0,5 0,5 | 0,3 0,1 0.1 0,1 0,1 0,1 | 7,8 3,0 2,6 2,5 2,6 2,7 | 0,8 1,2 0,4 0,5 0,5 0,1 | 35800 36130 36090 36550 35340 37430 | 0,837 0,786 0,764 0,772 0,786 0,799 |
| Гоголево–Полтава Дашава–Киев Рудки–Минск–Вильнюс Угерско–Львов, Угерско–Гнездичи– Киев Брянск–Москва Шебелинка–Днепропетровск Шебелинка–Брянск–Москва Кумертау–Ишимбай–Магнитогорск Промысловка–Астрахань Газли–Коган Джаркак–Ташкент Газли–Коган–Ташкент Ставрополь–Невинномысск–Грозный Саушино–Лог–Волгоград Коробки–Лог–Волгоград Карадаг–Тбилиси–Ереван Бухара–Урал Урицк–Сторожовка Линево–Кологривовка–Вольск Средняя Азия–Центр Уренгой–Помары–Ужгород | 85,8 98,9 95,6 98,5 92,8 92,8 94,1 81,7 97,1 95,4 95,5 94,0 98,2 96,1 93,2 93,9 94,9 91,9 93,2 93,8 98,4 | 0,2 0,3 0,7 0,2 3,9 3,9 3,1 5,3 0,3 2,6 2,7 2,8 0,4 0,7 1,9 3,1 3,2 2,4 2,6 3,6 0,1 | 0,1 0,1 0,4 0,1 1,1 1,0 0,6 2,9 0,1 0,3 0,4 0,4 0,1 0,1 0,8 1,1 0,4 1,1 1,2 0,7 – | 0,1 0,1 0,2 0,4 0,4 0,2 0,9 0 0,2 0,2 0.3 0,1 0,1 0,3 0,3 0,1 0,8 0,7 0,2 – | 0 0 0,2 0,1 0,3 0,8 0,3 0 0,2 0,1 0,1 0 0 0,1 0,1 0,1 0,1 – 0,4 – | 13,7 0,4 2,8 1,0 1,6 1,5 1,2 8,8 2,4 1,1 1,0 2,0 1,0 2,8 3,0 1.3 0,9 3,2 2,0 0,7 1,2 | 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1 – 0,1 0,1 0,2 0.1 0,4 0,2 0,2 0,7 0,2 0,4 0,5 0,3 0,6 0,3 | 30980 35880 35500 37300 37300 37870 36800 35040 36590 36680 36260 35630 35130 35840 37090 36720 36470 37010 37550 41750 | 0,789 0,712 0,740 0,722 0,776 0,781 0,776 0,858 0,733 0,750 0,748 0,751 0,728 0,741 0,766 0,766 0,758 0,789 0,782 0,776 0,838 |
Список литературы
1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проек-тирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1989.
2. Эстеркин Р.И. Промышленные парогенерирующие установки.
3. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1985.
4. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства. Каталог справочник. – М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972.
5. Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С Котельные установки (учебник для вузов). – М.: Изд-во литературы по строительству, 1966.
6. Браунс Э.Г. Проектирование промышленной котельной установки. 7. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. – М.:
Энергия, 1966.
8. Гинзбург-Шик Л.Д. Современные котлоагрегаты.
9. Корнеичев А.И. Конспект лекций по курсу «Энергетические уста-новки».
10.Зарудный Л.Б. Расчет и конструирование парогенераторов энерго-технологических схем химической промышленности.
11.Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парогенераторов. 12.Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Под
ред. Кузнецова.
13.Клюев А.Н., Малая Э.М. Теплоснабжение от тепловых сетей ТЭЦ и районных котельных.
14.Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных пред-приятий.
15.Потрошков В.А. Теплотехника. Сборник задач по курсу «Тепловые установки».
16.Тихонов В.Н., Добровинский Р.Ю. Тепловой расчет котельных агре-гатов ДКВР (методические указания по курсовому проектированию для студентов заочного факультета). Свердловск., 1972.
17.Шестаков Б.И. Методические указания по тепловому расчету ко-тельных агрегатов.
18.Панькевич В.В. Тепловой расчет топочных камер и радиационных поверхностей нагрева парогенераторов.
19.Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1977.
Содержание
Введение...................................................................................................................3 4. Расчет топочных камер........................... Ошибка! Закладка не определена. 4.1. Определение геометрических характеристик топок Ошибка! Закладка не определена.
4.2. Расчет однокамерных топок................ Ошибка! Закладка не определена. 5. Расчет конвективных поверхностей нагрева....................................................4 5.1. Расчет конвективных пучков котла................................................................4 5.2. Расчет конвективных пароперегревателей..................................................15 5.3. Расчет водяных экономайзеров....................................................................22 Приложения...........................................................................................................29 Список литературы...............................................................................................31