Тепловой расчёт котельного агрегата

 

 

 

 

 

Таблица № 6. Энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг

 

 

 

4.5. Определение  КПД котлоагрегата и расхода  топлива

1. Располагаемая теплота  топлива:

- физическое тепло топлива, находится по формуле, кДж/кг:

 где  - температура топлива, °C; - удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг∙К);

Для твердых топлив в расчетах принимается: °C и теплоемкость топлива, кДж/(кг∙К):

 

Таким образом,

2. Коэффициент полезного действия  парового котла определяется  из обратного баланса:

         

где   - потери от химической неполноты сгорания, =0% (1);

- потери от механической неполноты горения, =0,5% (1);

   - потери от наружного охлаждения, (1);

        - потери тепла с уходящими газами:

        

где - энтальпия уходящих газов при температуре , определяется по таблице 6,

- энтальпия холодного воздуха при температуре : 

        

Тогда потери тепла с  уходящими газами:

         .

- потери с теплом шлака:

где = - энтальпия золы, кДж/кг (температура шлака при твердом шлакоудалении принимается равной 600 °С),

Коэффициент полезного  действия котла:

        .

3. Коэффициент сохранения теплоты:

       .

4. Расход топлива подаваемого  в топку:

      ,

где - паропроизводительность котла, ;

- расход продувочной воды, ;

- энтальпия перегретого пара  при температуре  и давлении ;

- энтальпия питательной воды  при температуре и давлении МПа;

- энтальпия насыщенной воды  при давлении в барабане  МПа.

При величине продувки менее 2% расход тепла на подогрев воды не учитывается, тогда:

  .              

5. Расчетный расход  топлива:

     .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет топочной  камеры

 

5.1. Основные  конструктивные размеры топочной  камеры

Задача теплового расчета  топочной камеры заключается в определении ее тепловосприятия, размеров необходимой лучевоспринимающей поверхности экранов и объема топки, обеспечивающих снижение температуры продуктов сгорания до заданного значения.

                        

Рис. 1.  Топочная камера

 

b – ширина топочной камеры; h_пр, h_x.в. – высота призматической части топки и холодной воронки; h_ш, h_г.о. – высоты ширм и газового окна в плоскости заднего экрана; с_ш – глубина ширм (по ходу газов).

 

 

 

Геометрические характеристики топочной камеры:

 

а=9,852 м

b=7,160 м

b’=1,337 м

b”=4,244 м

b’”=5,832 м

b””=2,187 м

b_ср.=4,253

h_Т=17,861 м

h_х.в.=4,158 м

h_ш=7,533 м

h_пр=9,599 м

h_пр2=1,458 м

h_пр3=0,972 м

h_г.о=6,804 м

h_гор.=3,645 м

l_с.к=2,43 м

l₂=2,066 м

l₃=1,337 м

=55^о

1. Объем  холодной воронки:

.

2. Объем верхней части топки:

.

3. Объем  призматической части топки:

.

.

.

4. Объем топочной камеры:

.

5. Тепловое напряжение топочного  объема, [3]:

  .

Допустимое тепловое напряжение топочного  объема q_v= 185 кВт/м³ больше теплового напряжения для данного топочного объема, следовательно, расчет топки ведется поверочным способом.

 

 

 

 

5.2. Определение геометрических  характеристик топки

1. Разбиваем стены  топочной камеры на отдельные  участки, в которых угловой  коэффициент и коэффициент загрязнения  неизменен:

.

.

Площадь стен занятая экранами:

.

2. Неэкранированная часть:

.

, т.к. площадь меньше 1 м² . (1)

.

3.Полная площадь поверхности  стен:

.

5. Угловой коэффициент:

для экранных труб: (1, рис. 4.4)

для потолочных труб: (1, рис. 4.4)

для ширм: (1, рис. 4.4)

6. Площадь лучевоспринимающей поверхности:

7. Степень экранирования топки:

.

 

 

 

5.3. Расчет теплообмена  в топке

1. Принимаем температуру  газов на выходе из топки  .

2. Энтальпия уходящих газов  .

3. Полезное тепловыделение  в топке:

,

где - теплота воздуха;

,

где - энтальпия подогретого до в воздухоподогревателе воздуха;

;

.

4.  Коэффициент тепловой эффективности экранов:

,

где - коэффициент загрязнения, .  (1, стр. 43)

Для выходного окна топки, отделяющего  топку от расположенной за ним  поверхности нагрева:

,  (1, стр. 43)

где - коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева.

.

.

.

Средний коэффициент  тепловой эффективности:

5. Эффективная толщина  излучающего слоя:

.

6. Коэффициент ослабления  лучей:

       

где - суммарная доля трехатомных газов, ;

- коэффициент поглощения лучей  трехатомными газами,

- коэффициент поглощения лучей  частицами летучей золы,

- коэффициент поглощения лучей частицами кокса. 

 

 

 

7. Рассчитываем критерий Бугера:

,

.

8. Эффективное значение  критерия Бугера:

.

9. Параметр  , определяемый в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки:

,

где - относительное положение максимума температуры.

где , - высота расположения горелок и общая высота топки соответственно.

, (1, стр. 47)

Параметр забалластирования  топочных газов:

.

10. Средняя суммарная  теплоемкость продуктов сгорания:

, 

где - адиабатная температура горения, К, определяемая по таблице 6 по значению , равному энтальпии продуктов сгорания;

- температура на выходе из топки, принятая по предварительной оценке;

- энтальпия уходящих газов  на выходе из топки;

- полезное тепловыделение в  топке.

.

11. Действительная температура  на выходе из топки:

Полученная температура  отличается от принятой ранее менее, чем на . Таким образом действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки .

  12. Удельное тепловосприятие топки:

.

13. Среднее тепловое  напряжение поверхности нагрева:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{6. Распределение тепловосприятия  по ступеням пароперегревателя}

 

     _{Прежде чем приступать  к расчету поверхностей нагрева, необходимо распределить тепловосприятие между ними. Это необходимо для предварительной оценки параметров на границах поверхностей.}

     _{Распределение тепловосприятия  проводится для  известной компоновки  котельного агрегата  и конструкции  его узлов.}

 

Таблица 7. Гидравлические сопротивления и приращение энтальпии  рабочей среды по поверхностям нагрева  котла

Ступень пароперегревателя	Сопротивление		Приращение энтальпии
	МПа	%	кДж/кг	%
Первая ступень по ходу пара конвективного  пароперегревателя	0,1	20	262,429	32
Ширмы	0,225	45	352,721	43
Вторая ступень по ходу пара конвективного  пароперегревателя	0,175	35	205,05	25

 

Таблица 8. Распределение  тепловосприятия по ступеням пароперегревателя

 

Параметр	Ширмы	Пароперегреватель
		1 ступень	2 ступень
Давление, МПа
Вход	10,5	10,275	10,175
Выход	10,275	10,175	10
Температура, С
Вход	314,6	380,21	461,382
Выход	392,318	468,834	540
Энтальпия, кДж/кг
Вход	2715,2	3027,921	3270,35
Выход	3067,921	3290,35	3475,4
Расход среды, кг/с
	58,871	60,248	61,1

 

     _{Пароохладители установлены после ширмового пароперегревателя и после первой ступени конвективного пароперегревателя.}

_{Расход  охлаждающей среды, кг/с, определим как:}

 

 

 

Для впрыска используется собственный  конденсат, определяется при

и

Суммарное снижение энтальпии перегретого  пара в пароохладителях:

, причем

.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет ширмового пароперегревателя

 

                         

Рис. 2. Схема ширмового  пароперегревателя

 

Таблица 9. Конструктивные размеры ширмового пароперегревателя

 

Показатели	Обозначение	Ед. изм.	Значение
Диаметр труб наружный	d	м	0,032
Диаметр труб внутренний	dвн	м	0,024
Количество ширм	z1	шт	16
Количество труб в ленте ширмы	n	шт	9
Количество ходов по пару	zxп	шт	1
Количество ходов ленты ширмы	zx	шт	2
Количество параллельно включенных труб	z	шт	144
Угловой коэффициент ширм	xш	-	1
Высота ширм	hш	м	7,533
Высота бокового экрана в обл. ширмы	hб		7,533
Шаг между ширмами	s1	м	0,58
Продольный шаг между трубами  в ширме	s2	м	0,035
Относительный шаг труб		-
- поперечный	σ1	-	18,125
-  продольный	σ2	-	1,094
Диаметр труб боковых стен в обл. ширмы	dбок	м	0,06
Диаметр труб потолка в области  ширмы	dпот	м	0,032
Угловой коэффициент боковых стен	xбок		0,99
Угловой коэффициент потолка	xпот		0,98