Поверочный тепловой расчет топки парового котла

      Принимаем температуру газов  на выходе из топки  =1120 °С.

    Рассчитываем  энтальпию газов на выходе из топки:

 кДж/кг.

    5) Количество тепла воспринятого в топке:

 кДж/кг.

    Здесь коэффициент сохранения теплоты (см. п. 3.7 настоящего расчёта);

     полезное тепловыделение в топке (см. п. 4.3 настоящего расчёта).

6) Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:

 кВт/м².

    Расчетное тепловое напряжение топочного объема (подсчитано ранее, см. п. 4.1 настоящего расчёта):

  кВт/м .

    5. Расчет фестона

 

    5.1. Общие сведения 

    Поверочный  тепловой расчёт фестона сводится к  определению количества тепла, воспринимаемого фестоном. Количество теплоты, воспринимаемое фестоном, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает 5%, то расчёт считается выполненным.

    Конструктивно фестон состоит из труб заднего экрана, но размещенных с увеличенным поперечным  S₁=200÷300 мм и продольным  S₂=250÷400 мм шагами. При этом трубы фестона разводятся в несколько рядов Z₂. Иногда фестон выполняется из  труб  большего диаметра (около 100 мм), расположенных в один ряд (S₁=400÷800 мм). 

    Из  расчета топки для предыдущей поверхности нагрева известными являются температура и энтальпия газов перед фестоном. Температура газов за фестоном принимается с последующей проверкой и уточнением ее. Кроме этого, она должна быть увязана с условиями обеспечения надежной работы пароперегревателя. Согласно [2] охлаждение дымовых газов в фестоне   можно предварительно  принять для   однорядных  фестонов (z₂=1) 7–10 ^○С, для двухрядных – 15–20 ^○С, для трехрядных фестонов – 30–40 ^○С и для четырехрядных – 50–60 ^○С (меньшее значение для влажного топлива, большее – для сухого). Количество рядов по ходу газов в фестоне Z₂ принимается из чертежа котла.

    Температура обогреваемой среды постоянна и  равна температуре кипения при давлении в барабане котла, температурный напор определяется по формуле

,

где  = 0,5( ) – средняя температура газов в фестоне, ^○С;  t_н − температура кипения при давлении в барабане.

    Средняя скорость газов в фестоне, величина, которая необходима для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяется из выражения (6.7) [2]. Объем газов на единицу топлива V_г определяется по избытку воздуха на выходе из топки.

    Площадь живого сечения для прохода газов  определяется из чертежа с использованием рис. 5.1.

                                       

    f_г = ℓ_ф(а − Z₁d),

где ℓ_ф – высота газового окна, где размещен фестон, м; а – ширина котла по фронту, м; d– диаметр труб (определяется из чертежа); Z₁− число труб в одном ряду.

    Если расстояние от крайней трубы фестона равно поперечному шагу S₁, то

Z₁ = а/S₁ − 1.

    Если  указанное расстояние равно S₁/2, то

Z₁ = а/S₁.

    Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании определяется в зависимости от формы пучка (коридорный или шахматный) по номограммам 7, 8 [1] или по рис. 6.4, 6.5 [2]. При косом обтекании коридорных пучков с углом между направлением потока и осями труб < 80 ^○С полученная из номограммы  величина умножается на 1,07.

    Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формулам (6.35), (6.37) [2] или номограмме 18 [1], см. рис. 6.14 [2].

    Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле

S = 0,9

    Шаги  труб определяются по действительному  расстоянию между осями труб из чертежа. При конструкторском расчете согласно [1] рекомендуются следующие шаги труб фестона S₁ ≥ 300, S₂ ≥ 200 мм.

    Излучение газовых объемов на фестон не учитывается. Температура загрязненной стенки вычисляется  по формуле

t₃ = t_н + ∆t,

где  ∆t = 80 ^○С.

    При расчете коэффициента теплопередачи  для фестонов не учитывается коэффициент теплоотдачи от стенки к пароводяной смеси , так как он много больше , и поэтому термическим сопротивлением 1/ можно пренебречь.

    Во  всех случаях коэффициент теплоотдачи  для фестона определяется по формуле

К =

где − коэффициент тепловой эффективности.

    Для фестонов котлов большой мощности и  развитых котельных пучков котлов малой мощности в зависимости от рода топлива принимаются в диапазоне  0,5÷0,7 по таблице 7.4, 7.5 [1], табл. 6.4 [2].

    Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для фестона определяется по формуле

,

где ξ  − коэффициент использования  поверхности.

    Полная  теплообменная поверхность фестона

F_ф = Z₁Z₂

dℓ_ф .

    Для расчета количества теплоты, передаваемого  от газов к фестону за счет конвективного теплообмена Q_т,  по формуле (6.1) [2] в качестве расчетной поверхности нагрева принимается полная теплообменная поверхность фестона.

    При поверочном расчете по уравнению  теплопередачи определяется количество теплоты, переданное поверхности фестона Q_т, и сравнивается с величиной тепловосприятия фестона  Q_ф, которая складывается из двух составляющих: теплоты, непосредственно отданной газами при их охлаждении от  до теплоты, полученной фестоном излучением из топки.

Q

=

    Если  расхождение между Q_т и Q_ф не превышает ± 5%, то расчет не уточняется. 

    5.2. Геометрические параметры  фестона

         

      Геометрические параметры фестона  принимаются по паспортным данным  котла:

    − наружный диаметр труб d_H = 76 мм;

    − число рядов труб по ходу движения газов Z₂ = 4;

    − поперечный шаг труб  S₁ = 380 мм;

− продольный шаг труб  S₂ = 400 мм;

− расположение труб - шахматное;

− размер поверхности нагрева F_ф=164 м²;

− живое  сечение для прохода газов  f =50,3 м². 

    5.3. Расчёт энтальпии  дымовых газов  на выходе из  фестона

          

    Температуру дымовых газов перед фестоном принимаем равной температуре газов на выходе из топки.

= =1120 °С,

= =11128,7 кДж/кг.

    Температуру дымовых газов за фестоном определяем по формуле:

= -D _ф=1120−70=1050 °С,

где принимаем D =70 °С – охлаждение газов в фестоне.

      принимается в соответствии  с табл. II-1 [1], см. табл. 4.7 [2].

       Энтальпия дымовых газов на выходе из фестона:

 кДж/кг. 

    5.4. Расчёт теплоты,  воспринимаемой фестоном, по уравнению

          теплового баланса

            

      Теплота, воспринимаемая фестоном, складывается из двух составляющих:

Q_ф = Q_б.ф+Q_л.ф

    1) Теплота, отданная газами Q_б.ф, кДж/кг, рассчитывается по формуле (5.5) [2] по (уравнению теплового баланса)

где  – коэффициент сохранения теплоты, учитывает потери теплоты поверхностью нагрева в окружающую среду, j  = 0,99;

      – энтальпия газов соответственно на входе в фестон и на выходе из фестона, кДж/кг;

       – изменение коэффициента избытка воздуха в поверхности охлаждения (фестона), Da =0;

     – энтальпия присасываемого воздуха, кДж/кг.

 кДж/кг.

    2) Теплота Q_л.ф, кДж/кг, полученная фестоном излучением из топки, определяется по следующей формуле

, 

где – угловой коэффициент трубного пучка, учитывает то, что не все тепло,  излучаемое  из  топки,  воспринимается  фестоном.  определяется  по рис. 5.19 [2]. При S₁/d = 380/76 = 5 для шахматного расположения труб принимаем X_ф = 0,74;

       – теплота излучения из топки на фестон, кДж/кг.

    Теплоту излучения из топки на фестон определяем по формуле (5.24) [2]:

,

где – коэффициент распределения тепловой нагрузки по высоте топки, определяется по табл. 4.10 [2], принимаем h_в=0,8;

     – среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топочных экранов, кВт/м² (см. п. 4.3 настоящего к/пр. или (4.49) [2]);

      – лучевоспринимающая поверхность фестона, .

.

    Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева  , кВт/м², топочных экранов определяем по формуле (4.49) [2]:

,

где – удельное тепловосприятие топки, кДж/кг, определяется по формуле (4.23) [2]:

 кДж/кг;

 кВт/м ;

 кДж/кг.

    Тепло, полученное фестоном излучением из топки:

 кДж/кг;

 кДж/кг. 

    5.5. Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, теплопередачей     

    Количество  тепла  , кДж/кг, передаваемое фестону по условию теплопередачи определяем по формуле (6.1) [2]:

,

где – расчетная теплообменная поверхность фестона, м²;

      – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К);

     – усредненный по всей теплообменной поверхности температурный напор, °С;

    – расчетный расход топлива, кг/с.

    1) Усредненный температурный напор определяем по рекомендациям, изложенным в [2] (см. стр. 148), при неизменной температуре одной из сред. Температуру пароводяной смеси в фестоне определяем по табл. XXIII [1] как температуру насыщения при давлении в барабане котла р_бар = 11МПа, t_ф = 318,04 °С:

^○ С;

 ^○ С.

    Усредненный температурный напор определяем по формуле (6.47) [2]: