Тепловой расчёт котельного агрегата

 

2. Тепловой расчет I ступени конвективного пароперегревателя по ходу пара (II по ходу газов)

 

 

 
Рис. 5. Схема I ступени КПП

 

Схема движения теплоносителя  – противоток.

1. Температура газов на входе в пароперегреватель:

Энтальпия продуктов  сгорания  на входе:

2. Давление пара:

На входе:

На выходе :

3. Температура пара:

На входе:

На выходе:

4. Энтальпия пара:

На входе:

На выходе:

5. Тепловосприятие пароперегревателя:

    

6. Энтальпия продуктов  сгорания  на выходе:

          

 

где - присос воздуха в газоход пароперегревателя, на поверхность каждой ступени ;

Определим по таблице 6 температуру продуктов сгорания после второй ступени пароперегревателя:

7. Средняя  температура  газов:

 

8. Площадь живого сечения  для прохода дымовых газов:

9. Площадь живого сечения  для прохода пара:

                                                      

_{где n – число параллельно включенных труб, т.к. zр =1, то n=z1}

10.  Определим эффективную  толщину излучения:

11. Определим температурный  напор:

                                                           

 

12.  Скорость дымовых  газов:

 

13.  Скорость пара  в змеевиках:

  

средний удельный объем пара при:

- средняя температура пара;

- среднее давление пара;

;

14. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

   

- коэффициент теплоотдачи при  поперечном омывании коридорного  пучка, который определяется по (1, рис.5.4.), ;

- поправка на число рядов  труб по ходу продуктов сгорания, ;

- поправка на компоновку пучка,  ;

- поправка, учитывающая влияние  физических параметров потока, ;

15.  Определим коэффициент  теплоотдачи от стенки к пару:

,

 a_н, С_d  – по справочной литературе,  (1).

 

_{16. Степень  черноты газового  потока при температуре дымовых газов:}

17. Температура наружной  поверхности стенки с учетом  загрязнения:

18. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания (при учете излучения золы):

,

 а_з= 0,8  (1, стр.72)

19. Определим коэффициент  теплоотдачи от газов к стенке:

a₁=ξ(a_к+a_л)=1∙(78+18,612)=96,612

20. Определим коэффициент  теплопередачи для коридорного  пучка:

= 65,386 Вт/(м²∙К).

 

21. Из уравнения теплопередачи  находим площадь теплообмена:

 

 

 

 

 

22. Длина змеевика пароперегревателя:

23.  Число петель:

24.  Примем z_пет= 12 и уточним длину змеевика:

25.  Уточняем площадь  теплообмена:

26. Уточняем тепловосприятие  :

 кДж/кг.

Ошибка не превышает 5%, следовательно, расчет верен.

27. Глубина пакета пароперегревателя  по ходу газов, м:

Где: s_пет -  шаг одной петли змеевика пароперегревателя.

Шаг однорядной петли:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Тепловой  баланс котла

Тепло  необходимое  для  подогрева  воздуха  в  воздухоподогревателе  от  30  до  300^оС:

- энтальпия  воздуха   при  30  ^оС  H^о_хв= 182,403  кДж/кг

- энтальпия  воздуха   при  300  ^оС  H^о_гв= 1889,48 кДж/кг

Температура уходящих  газов  υ_ух= 130 ^оС, энтальпия уходящих  газов H_ух= 1245,988 кДж/кг.

Расход воды через  экономайзер:

 

Энтальпия питательной воды h = 923,85 кДж/кг.

Определим энтальпию  на выходе из экономайзера:

_{Вторая  ступень экономайзера:}

 

1. Тепловосприятие второй ступени экономайзера: Q=1169,854 кДж/кг

    Газ: H'=4752,767 кДж/кг^.

            H''= =

Температура дымовых  газов на выходе из второй ступени  экономайзера:

υ =387,515 °C.

 

    Вода: h''=1199,449 кДж/кг (t = 273,107°С)

               h'=   кДж/кг

Температуру воды на входе  определяем по aquadat  и она равна 236,045 °С.

 

Вторая ступень воздухоподогревателя:

 

8. Тепловосприятие второй ступени воздухоподогревателя:

Q=703,316 кДж/кг

 

     Газ:  H'=3580,682 кДж/кг

         H''= =

 

Температура дымовых  газов на выходе из второй ступени  воздухоподогревателя: υ = 311,383°C.

_{Воздух:}

 

    

   

_{Средняя энтальпия по ступени:}

  Температуру воздуха  на входе  во вторую ступень  в/п определим по таблице 6: t = 191,674°C.

 

Первая ступень экономайзера:

 

3. Тепловосприятие первой  ступени экономайзера : Q = 629,922 кДж/кг

 

    Газ:  H'=2920,123 кДж/кг,

              H''= =

Температура дымовых  газов на выходе из первой ступени  экономайзера υ=242,216 °C

 

    Вода:     h” = 1020,31 кДж/кг,

                      h' = кДж/кг.

Температура воды на выходе по aquadat равна 236,045 °С, на входе – 215 °С.

 

Первая ступень воздухоподогревателя:

 

4.Тепловосприятиие первой  ступени воздухоподогревателя:

Q=1054,974 кДж/кг

 

   Газ:  H'=2290,684 кДж/кг,

             H''= =

 

Температура дымовых  газов на выходе из первой ступени  воздухоподогревателя: υ = 130,529°C.

 

    Воздух:

                 

                 

                

_{Средняя энтальпия по ступени:}

Температуру воздуха  на входе  в первую ступень в/п  определим по

таблице 6: t = 30 °C

По данным таблицы 6 при  энтальпии уходящих газов H =1251,093 кДж/кг температура газов на выходе из котла равна υ = 130,529 °C, отличается от заданной на 0,529 °C, что допустимо, пересчёт не требуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Расчет второй  ступени водяного экономайзера

 

 

Рис. 6. Схема II ступени водяного экономайзера

 

Водяной экономайзер  изготовлен из труб диаметром 32 мм с  толщиной стенки 3,5 мм (сталь 20).

Температура  дымовых  газов: υ' = 515,302 ^oC,  υ'' = 387,515 ^оС.

Температура  воды: t'= 236,045 ^oC,  t''=273,107 ^оС.

Схема противоточная с шахматным  расположением труб. Принимаем стальной змеевиковый экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков.

S₁ = 86,4 мм – поперечный шаг,

S₂ = 56 мм  - продольный шаг,

1. Тепловосприятие экономайзера: .

2. Расход воды через  экономайзер:  .

3. Число труб в ряду:

 

4. Сечение для прохода  воды:

   м²,

где z_р - число рядов труб, выходящих из одного коллектора; z_с  - число потоков воды в экономайзере; n=z₁z_рz_c=176 - число параллельно включенных труб.

5. Средняя температура воды в экономайзере:

  .

Удельный объем воды  при p=11,5 МПа.

6. Скорость воды:

          

7. Средняя температура  газов:

         .

     8.  Средний  расход дымовых газов:

          

      9.  Сечение  для прохода газов:

         м².

    10. Скорость  газов:

         .

    11. Эффективная  толщина излучения:

          .

    12. Коэффициент  теплоотдачи конвекцией:

          ,

при , , , .

    13. Температура  стенок экономайзера:

            .

    14. Коэффициент  ослабления лучей трехатомными  газами и золой:

 

         

   

15. Оптическая толщина  излучающего слоя:

             .

Степень черноты:

              .

     16. Теплоотдача  излучением:

           ,

              а_з= 0,8  (1, стр.72)  

    

 

 

     17. Коэффициент  теплоотдачи от газов к стенке:

               a₁=a_к+a_л=76+13,965=89,965 .

     18.  Коэффициент  теплопередачи:

              .

     19. Температурный  напор:

             .

20.  Площадь поверхности  нагрева:

     .

21. Длина змеевиков:

     .

22. Число петель:

     .

Принимаем z_пет=5

23. Площадь поверхности  нагрева при полученном числе петель:

      .

24. Тепловосприятие второй  ступени экономайзера:

     .

25. Расхождение между Q_б иQ_т :

    

Ошибка менее 5%.

26. Шаг одной петли  экономайзера:

     ;

   Следовательно,  полная высота пакета равна:

     .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Расчет второй ступени воздухоподогревателя

 

 

 

 

_{Рис. 7. Схема II ступени воздухоподогревателя}

 

    Тип воздухоподогревателя – рекуперативный.

Изготовлен из труб диаметром 40 мм с толщиной стенки 1,5мм (сталь 20).

Температура  дымовых  газов: υ' =387,515 ^oC,  υ'' = 311,383 ^oC.

Температура воздуха: t'= 191,674 ^oC,  t''=300 ^оС.

S₁ = 70 мм – поперечный шаг,

S₂ = 40,5 мм - продольный шаг,

- число рядов труб;

- число труб в ряду.

1. Тепловосприятие второй ступени воздухоподогревателя:

.

2. Определим сечение  для прохода газов:

3. Скорость газов:

Где:

4. Сечение для прохода  воздуха:

м² .

5. Скорость воздуха:

,

где

- отношение среднего количества  воздуха в воздухоподогревателе к теоретически необходимому:

.

Значения присосов находятся по таблице 3.

6. Коэффициент теплоотдачи  конвекцией от продуктов сгорания  к стенке:

.  (1, стр. 67)

7. Коэффициент теплоотдачи  от стенки к воздуху:

   (1, стр. 65)

при , .

8. Температура стенок  воздухоподогревателя:

  .

9. Эффективная толщина  излучения:  .

10. Коэффициент ослабления  лучей трехатомными газами и золой:

11. Оптическая толщина  излучающего слоя:

  .

Степень черноты:

   .

12. Теплоотдача излучением:

   ,

  а_з= 0,8  (1, стр.72)

 

_{13. Коэффициент  теплоотдачи от  газов к стенке:}

14.  Коэффициент теплопередачи:

,    (1, стр. 57)

Где ξ=0,85 - коэффициент  использования воздухоподогревателей; (1, стр. 81).

.

15. Температурный напор:

.

_{ψ –  поправочный коэффициент  для определения  температурного напора при перекрёстно-противоточном  движении теплоносителей. Этот коэффициент определяем по номограмме (1, стр. 89), исходя из следующих значений коэффициентов:}