Расчет котла Е-420-13-550

 

3. 3. Расчет теплообмена в топке

 

При поверочном расчете  температуру газов на выходе из топки J_т^//определяют по серии номограмм, представленных в нормативном методе. Для этого необходимо знать:

1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки J_т^// .
2. Адиабатную температуру горения J_а .
3. Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки ψ_ср.
4. Параметр М, характеризующий распределение температур в топке.
5. Тепловую нагрузку стен топки В_рQ_т/F_ст (кВт/м²).
6. Степень черноты факела а_ф.
7. Параметр ρ = R/F_ст.

   Расчет теплообмена в  топке ведется в табличной  форме. 

 

3. 3. 1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топки J_т^//

 

Для твердого топлива принимается 900 – 1000 ⁰С (на 60 – 100 ⁰С меньше температуры начала деформации золы), для жидкого топлива 950 – 1050 ⁰С, для газа 1000 – 1100⁰С. В результате расчета топки эта температура уточняется, затем проверяется на условие устойчивого горения( нижний предел) и на предотвращение шлакования (верхний предел температур).

 

3. 3. 2. Полезное тепловыделение в топке. Адиабатная температура горения

 

Полезное тепловыделение в топке Q_{п т}, кДж/кг (кДж/м³)

Q_{п т} = ,    (18)

где: Q_р^р- располагаемая теплота топлива;

Q_в – количество теплоты, вносимой в топку воздухом

- при наличии воздухоподогревателя

Q_в = (α_т - Δ α_т - Δ α_пл)I_{г в}⁰ + (Δ α_т + Δ α_пл)I_{х в}⁰                   (19)

 

-при отсутствии воздухоподогревателя

Q_в = α_т I_{х в}⁰ .                                              (20)

Значения присосов воздуха в  топке и пылеприготовительной установке определяются по табл.XVI[1].

Адиабатная температура горения  определяется по I – J –диаграмме, если за энтальпию принять полезное тепловыделение  Q_{п т}. Адиабатная температура (теоретическая) – максимально возможная температура, которой обладали бы продукты сгорания в топке при отсутствии теплообмена с поверхностями нагрева.

 

3. 3. 3. Учет характера распределения температуры в топке

 

Для учета характера распределения  температуры в топке служит параметр М:

М = 0,54 – 0,2х_т – при сжигании газа и мазута,

М = 0,59 – 0,5х_т –при камерном сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех топлив,

 М = 0,56 – 0,5х_т – при камерном сжигании тощих углей и антрацитов, а также каменных углей с повышенной зольностью;

х_т – относительное положение в топке максимума температуры:

х_т = 0,1 –для слоевых топок с пневмомеханическим забрасывателем,

х_т = х_г + Δ х – для камерных топок с горизонтальным расположением горелок, где

  х_г = h_г / Н_т – относительный уровень расположения горелок,

 h_г – уровень расположения оси горелки от пода топки, Н_т – общая высота топки от пода (середины холодной воронки) до середины выходного окна, (м),

Δ х – поправка, учитывающая смещение максимума температуры в топке относительно уровня расположения горелок.

Для газомазутных топок при Q_{к а} >20 Гкал/ч Δ х=0, при

Q_{к а} <20 Гкал/ч Δ х=0,15.

При сжигании угольной пыли рекомендуется Δ х=0,1для прямоточных горелок и Δ х=0 для вихревых.

Величина М не должна приниматься больше 0,5 для камерных топок

 

3. 3. 4. Степень черноты факела

 

При сжигании твердого топлива эффективная  степень черноты факела зависит от излучательной способности трехатомных газов и твердых частиц золы и кокса. Расчет ведется в последовательности, указанной в таблице 35 с учетом данных таблицы 34.

 

Таблица 6 -  Значения к_кокс для различных способов сжигания углей.

 

Вид топлива	Величина ккокс при:
	слоевом сжигании	камерном сжигании
Тощий уголь, полуантрацит, антрацит	0,3	1,0
Бурый, каменный уголь, торф	0,15	0,5

 

При сжигании газа и мазута происходит частичное термическое разложение углеводородов с образованием сажистых частиц. Суммарная излучательная способность газомазутного факела определяется излучательной способностью светящейся части пламени (раскаленные сажистые частицы и трехатомные газы) и не светящейся части пламени (трехатомные газы).

Эффективная степень  черноты газомазутного факела

    а_ф =т а_св + (1-т) а_г,                                          (21)

где: а_св , а_г -степень черноты которой обладал бы факел при заполнении всей топки только светящимся пламенем или только несветящимися газами,

т – коэффициент, учитывающий заполнение объема топки светящимся пламенем.

При тепловом напряжении топки q_v = В_рQ_p^p≤ 400 кВт/м³ независимо от нагрузки т = 0,1 для газа и т = 0,55 для мазута. При q_v≥ 1000 кВт/м³, т = 0,6 для газа и т = 1,0 для мазута.

При   400< q_v < 1000, значение т находят линейной интерполяцией.

Степень черноты светящейся а_св  и несветящейся а_г,частей факела находят по формулам:

а_св = 1 – е^-КcвРS  ,  а_г, = 1 – е^{-Кн сРS}  .                             (22)

Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами

к_{н с} = к_г r_П.,                                                  (23)

а коэффициент ослабления лучей светящейся частью пламени 

к_{с в} = к_{н с} + к_с ,                                              (24)

где к_с - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами,

к_с =0,3 (2-α_т)(1,6 Т_т / 1000 – 0,5)             (25)

С_р,Н_р – содержание углерода и водорода в топливе, для газообразного топлива:

 

,              (26)

 

3. 3. 5. Определение температуры газов на выходе из топки

 

Расчетная температура на выходе из топки определяется из справочных материалов. Последовательность определения J_т^// обозначена штриховой линией.

 

Таблица 7 - Поверочный расчет теплообмена в топке.

 

Определяемая  величина	Обозначен.	Ед. изм.	Способ  определения	Результат
1	2	3	4	5
1.Среднее значение коэфф. тепловой эффек- тивности  топки	Ψср		из табл. 5	0,0098
2.Эффективная  тол щина  излучающего слоя	S	м	3,6 Vт / Fcm	10,4
3.Полная высота топки	Hт	м	по констр. размерам	35
4.Высота расположения горелок	hг	м	по констр. размерам	11,67
5. Относительный уровень расположения горелок	хг		hг / Hт	0,33
6.Параметр,учитывающий распределение температуры в топке	М	I	п.3.3.3	249,19
1	2	3	4	5
7.Коэффициент избыт ка воздуха на выходе	αm		табл. 2	1,2
8. Присос воздуха	Δαm		табл. 2	-
9. Присос воздуха в системе пылеприготовления	Δαпл		из справочных материалов	0,25
10.Температура горячего  воздуха (при наличии воздухоподогревателя)	tгв	0С	по предварительному выбору табл.2	420
11.Энтальпия горячего воздуха	I0гв		табл. 4	4200
12.Энтальпия холодного воздуха	I0хв		табл. 5	188,254
13.Количество теплоты,  вносимое в топку воздухом	Qв.		п.3.3.2, ф-лы (18), (20)	3837,56
14.Полезное тепловыделение .	Qпт		п.3.3.2., ф-ла (18)	21120,84
15.Адиабатическая температура горения	Jа	0С	п.3.3.2.	1142
16. Температура газов на выходе из топки	Jт//	0С	по выбору п.3.3.1	900
17. Энтальпия газов на выходе из топки	Iт//		табл. 3	9691,8
18. Объемная доля: -водяных паров -трехатомных газов	rН2О rRO2		табл. 2	0,083 0,14
19. Суммарная объемная  доля трехатомных газов	rП		табл. 2	0,223
20. Произведение	РпS	м.мПа		1
21.Коэфф.ослабления лучей: -трехатомными газами -золовыми частицами -коксовыми частицами	кг кзл   ккокс		из справочных материалов, табл. 6	0,4 68,5   0,5
22.Концентрация золы  в газах	μзл		табл. 2	0,048
23.Коэффициент ослабления лучей топочной средой (для твердого топлива)	К		кгrп + кзл μзл+ + ккокс	0,996
24. Суммарная сила поглощения  топочного объема	КРS			0,996
1	2	3	4	5
25.Степеньчерноты факела(для твёрдого топлива)	аф		1 – е-KPS	0,68
26. Коэффициент, учитывающий заполнение топки светящимся пламенем)	m		из справочных материалов	-
27. Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами	кс		п.3.3.4, ф-ла (25)	-
28. Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами	кнс		кг rП	-
29. Произведение			Кнс P S	-
30. Степень черноты несветящейся части факела	аг		1 – е-Kнс PS	-
31.Коэффициент ослабления лучей светящейся частью пламени	ксв		кнс+ кс	-
32. Степень черноты  светящейся части факела	асв		1 – е-Kсв PS	-
33.Эффективная степень черноты газомазутного факела	аф		m асв + (1-m)аг	-
34.Тепловая нагрузка стен топки	qF			63,932
35.Отношение площади  зеркала горения к площади стен (для слоевой топки)	ρ		R/Fст	-
36.Температура газов на выходе из топки	Jт//	0С	из справочных материалов	1600
37.Энтальпия газов на выходе из топки	Iт//		табл.3	19047,1
38.Общее тепловосприятие топки	Qл		φ(Qпт- Iт//)	382,78

 

 

3. 3. 6. Проверка правильности определения J_т^// и ее соответствия условиям эксплуатации

Если расчетная температура J_т^// отличается от предварительно принятой не более чем на 100⁰С, то она (расчетная)  принимается за действительную. Если отличие превышает 100⁰С, то найденную в результате расчета J_т^//следует принять за исходную и расчет повторить.

Полученную из расчета  температуру на выходе из топки следует  проверить на устойчивость горения  и отсутствие шлакования поверхностей, расположенных в выходном окне топки, согласно данных  таблиц 8 и 9

 

 Таблица 8 – Минимально допустимые температуры газов на выходе из топки при слоевом и камерном сжигании твердых топлив

 

Топливо	Тип топки
	слоевая	камерная
		открытая	с пережимом
Антрацит и тощие угли	800	860	820
Каменные угли с Vг<20%	750	830	800
Каменные угли с Vг>20%	730	820	800
Бурые угли	720	800	-
Кусковый торф	700	-	-
Фрезерный торф	-	800	-

 

Таблица 9  - Максимально допустимые температуры

газов на выходе из топки

 

Топливо	Температуры газов
Антрацитовый штыб, полуантрацит, тощие угли	1050
Кизеловский уголь	1050
Донецкий уголь (ГСШ)	1000
Подмосковный уголь (Б)	1000
Кемеровский уголь (Б)	1000
Кемеровский уголь (СС)	1050
Ангренский уголь (Б)	950
Канско-Ачинский, Ирша-Бородинский, Назаровский  угли	950
Сланцы северо-западного месторождения	900
Фрезерный торф	950

 

 

4. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ  НАГРЕВА

 

Конвективными называются такие поверхности, в которых  процесс передачи теплоты осуществляется путем конвективного теплообмена. Для котлов это фестоны, конвективные пакеты (пучки), воздухоподогреватели. Расчет конвективных поверхностей осуществляется по законам конвективного теплообмена.

При установившемся тепловом состоянии количество теплоты, отданное греющим теплоносителем (газами) Q_г, равно количеству теплоты, воспринятому нагреваемым теплоносителем (водой, воздухом) Q_т .

Тепло, отданное продуктам сгорания, определяется уравнением теплового баланса:

Q_г = φ (I^/ - I^// + Δα I_прс),      кДж/кг (кДж/м³),                 (27)

Где φ – коэффициент сохранения теплоты,

I^/, I^// - энтальпия газов на входе в рассчитываемую поверхность нагрева и на выходе из нее,

Δα – присос воздуха на рассчитываемом участке газохода,

I_прс – энтальпия присасываемого воздуха, определяется по диаграммеI – J при температуре присасываемого воздуха (30⁰С), или по формуле:

I⁰_прс = 39,8 V⁰.

Тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью, определяется уравнением теплопередачи:

Q_т = K H Δt / B_р ,     кДж/кг (кДж/м³),                       (28)

где  K – коэффициент теплопередачи, Вт/м² К,

Н – Расчетная площадь поверхности нагрева, м²

 Δt – Средний температурный напор, ⁰С

 B_р – Расчетный расход топлива, кг/с.

Расчет конвективных поверхностей нагрева может быть конструктивным и поверочным. Поверочный расчет является более общим и выполняется для определения температур по тракту продуктов сгорания. В результате конструктивного расчета определяется величина поверхности нагрева и выбираются ее конструктивные элементы.

 

4. 1. Определение конструктивных характеристик и расчетной скорости продуктов сгорания

 

4. 1. 1. Выполнение эскиза рассчитываемой конвективной поверхности нагрева и описание ее конструкции: характер расположения труб (коридорный, шахматный), способ омывания( продольный, поперечный), диаметр и количество труб, продольный и поперечный шаги, число труб по ходу газов и т.д.

 

4. 1. 2. Рассчёт  площади поверхности нагрева, м²:

 

H = π d l z,                                                   (29)

где   d – наружный диаметр трубы, м

   l  - средняя длина труб в свету, м;

   z – общее число труб, расположенных в газоходе.