Расчет котла Е-420-13-550

 

4. 1. 3. Площадь живого сечения F, м²,равную разности между полной площадью поперечного сечения газохода в свету и частью этой площадью, занятой трубами, рассчитывают по формулам:

F = ав – z₁d_нl- при поперечном омывании гладкотрубных пучков,   (30)                                                                         

F = ав – zπd_н²/4 - при продольном омывании и течении             (31)

среды между трубами                                                           

F = zπd_вн²/4 – при течении среды внутри труб,                      (32)

где  а и в – поперечные размеры газохода между его внутренними стенками, м;

      z₁ – количество труб в одном ряду поперек хода газов;

       l – омываемая длина труб,м.

Если в газоходе имеются участки с одинаковым характером омывания, но с различными живыми сечениями, то рассчитывается среднее живое сечение:

.                                         (33)

 

4. 1. 4. Расчетная скорость рабочего тела определяется по формуле:

 

w = V_c / F,                                                  (34)

где:F – площадь живого сечения,м²;

     V_c – средний объемный секундный расход среды, м², определяемый:

для продуктов сгорания

V_{c =}В_рV_г ;                                            (35)

-для воздуха

V_{c =}В_рV⁰β_вп^//                                           (36)

 где B_р – расчётный расход топлива, кг/с;

V_г – объём газов в пределах рассчитываемого участка, определяемый по среднему значению коэффициента избытка воздуха, м³/кг (м³/м³);

β^//_вп – отношение действительного количества воздуха в рассчитываемом участке воздушного тракта к теоретически необходимому    

β^//_вп = α_т-Δα_т- Δα_пл;                                           (37)

J_г^ср, J_в^ср – средняя температура газов и воздуха в рассчитываемом участке, вычисляется как средняя арифметическая величина в начале и в конце участка.

 

4. 2. Определение коэффициента теплопередачи.

 

Коэффициент теплопередачи К (Вт/м²К) определяется по следующим формулам:

- для поперечного омывания шахматных  пучков при сжигании твёрдого топлива

  ;                                                   (38)

- в коридорных пучках при  сжигании твёрдых топлив, во всех  гладкотрубных пучках (шахматных и коридорных) при сжигании газа и мазута, а также во всех гладкотрубных продольно омываемых пучках при сжигании всех видов топлив

 К=ψ∙α₁ ,                                                   (39)

где ε – коэффициент загрязнения (м²К/Вт), рассчитывается по формуле 

ε= ε₀∙С_d∙С_фр+0,003,

гдеε₀ – исходный коэффициент загрязнения.

С_фр – поправка на фракционный состав золы (для углей С_фр=1, для торфа С_фр=0,7);

С_d – поправка на диаметр труб;      

ψ – коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева.

 

4. 2. 1. Определение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке α₁

 

          α₁=ξ(α_к + α_л),                                           (40)

 

где ξ – коэффициент использования конвективного пучка, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания её газами.

Для поперечного омывания пучков ξ=1. Для смешанно-омываемых ξ=0,95;

α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м²К, определяется по номограммам  в зависимости от конструкции пучков, способа омывания, скорости газового потока и от физических свойств теплоносителя

α_к= α_н∙С_z∙С_s∙C_ф                                              (41)

 – при поперечном омывании шахматных и коридорных гладкотрубных пучков;

α_к= α_н∙С_l∙С_ф(C_ф^/) – при продольном омывании;                                           (42)

α_н – номинальный коэффициент теплоотдачи, определяемый по скорости потока W и диаметру труб пучка d;

С_s – поправка на геометрию пучка, зависящая от относительного продольного

σ₁=S₁/d

 и  поперечного шагов;                                                                         (43)

σ₂=S₂/d

    C_z – поправка на количество рядов труб (Z₂) по ходу газов;

С_l – поправка на относительную длину пучка l/d_э;

С_ф(C_ф^/) – поправка на физические характеристики потока при изменении температуры и состава теплоносителя.

При определении С_ф и С_ф^/ принимается среднеарифметическая температура потока в пределах рассчитываемой поверхности:  

J = 0,5(J^/+ J^//).                                        (44)

α_л – коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, учитывается при температуре газового потока выше 350^оС. Рассчитывается по формуле:   

α_л= α_н∙a  -  при пылеугольном сжигании;

α_л= α_н∙a∙С_г  -  при сжигании газа и мазута и при слоевом сжигании топлива;

α_н – номинальная величина коэффициента теплоотдачи излучением, Вт/м²К, зависящий от температуры стенки и средней температуры газового потока;

С_г – поправка, вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания,

t_ст – средняя температура загрязнённой стенки,⁰С

       t_ст= t_ср+Δt ,                                               (45)

t_ср – средняя температура среды, протекающей в трубах, ^оС;

Δt – температурный перепад между температурой загрязнённой стенки и температурой среды в трубе, ^оС, значение которого зависит от вида сжигаемого топлива, типа поверхности нагрева и температуры газового потока.

При сжигании газа для всех поверхностей нагрева Δt =25^oC. При сжигании твёрдых и жидких топлив для фестона Δt = 80^oC, для конвективных пакетов Δ t= 60^оС.

а – степень черноты излучающей среды, определяется по формуле а = 1 - е^-KPS , или по номограмме.

 

4. 3. Определение температурного напора

 

Температурный напор – есть средняя  по всей поверхности нагрева разность температур сред, участвующих в теплообмене. Для прямотока и противотока, а также при постоянстве температуры одной из сред температурный напор определяется

      ,                                             (46)

где Δt_б – разность температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости на том конце поверхности нагрева, где она наибольшая;

  Δt_м – разность температур сред на том конце поверхности нагрева,

где она наименьшая, ^оС.

В тех случаях, когда Δt_б/Δt_м≤1,7, температурный напор можно считать с достаточной степенью точности по формуле

                                                (47)

Для сложных схем включения поверхностей нагрева при меняющихся значениях  температур сред, температурный напор  определяют по соответствующим номограммам  нормативного метода.

 

4. 4. Рекомендации к расчёту конвективных поверхностей котлов

 

Целью поверочного расчёта, как  выше указывалось, является определение температуры на выходе из рассчитываемого участка. Температура на входе J^/ известна из расчёта предыдущей поверхности.

Расчёт конвективных поверхностей нагрева выполняют совместным решением 2-х уравнений – уравнения теплового потока от газов к рассчитываемой поверхности Q_г и уравнения теплопередачи Q_т методом последовательных приближений. Для решения указанных уравнений предварительно задаются искомой температурой J^// на выходе из рассчитываемого участка. Её можно принять, исходя из рекомендуемого значения температурного перепада газового потока ΔJ = J^/-J^//:

для фестона с количеством рядов  труб не больше трёх ΔJ = 20¸60 ^oC;

больше трёх ΔJ = 40¸100 ^oC;

для конвективных пакетов – ΔJ = 500¸700 ^oC

Правильность расчёта оценивают  по величине расхождения процента тепловосприятий, определяемых по формуле (27) и (28)                       .                                         (48)

Если расхождение не превышает 2% для конвективных ширм и 5% для фестона, то расчет считается выполненным  правильно. При больших расхождениях принимают новое значение температуры на выходе из рассчитываемой поверхности и расчет повторяют.

 

5. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПУЧКОВ

 

Конвективная поверхность  нагрева котлов представляет собой U-образные ширмы из змеевиков диаметром 28х3 мм, собранные в один или два пакета. Змеевики привариваются в два ряда к каждому стояку и образуют шахматный пучок с шагами S₁ = 64 и S₂ = 40 мм.

Поверочный расчет конвективных ширм ведется в табличной форме.

 

Таблица 10 -  Поверочный расчет конвективных ширм

 

Наименование  определяемой величины	Обозна чение		Ед. изм.	Расчетная формула или способ определения	Результат
1	2		3	4	5
Боковые стены конвективной шахты
1.Количество стояков	zст		шт.	по чертежу		20
2.Диаметр труб стояков	dст		м	по чертежу		32x5=42
3. Длина труб стояков	lст		м	по чертежу		1
4. Расчетная площадь  поверхности нагрева	Hст		м2	0,5πdlст zст		1,32
Конвективные ширмы
5. Наружный диаметр труб	d			по чертежу		42x3=34
6. Шаги труб	S1 S2	мм мм		конструктивно		64 40
7.Относительные шаги	σ1 σ2			S1 /d S2 /d		1,5 0,95
8. Количество ширм по ши рине газохода	z1	шт.		2 zст		40
9. Количество пакетов  в газоходе	n	шт		по конструкции котла		10
10.Количеств. петель в шир.	zпет	шт		по чертежу		80
11.Количество рядов труб	z2	шт.		4 n zпет		3200
12.Длина ширмы	lш	м		по чертежу		1
13.Длина тру бы поперек газохода	lп	м		по чертежу		5,4
14.Поверхность нагрева  ширмы	Нш	м2		πdlш		0,132
16.Поверхность  нагрева конвективных пакетов	Hкп	м2		Нш z1 n		26,4
17.Количест- во труб задней и передней стены	z1ст	шт		конструктивно		131,7
18.Длина труб	l1	м		конструктивно		1
1	2	3		4		5
19. Поверхность нагрева	Н1	м2		0,5πd1l1 z1ст		8,68
20. Суммарная поверхность нагрева пучка	Н	м2		Нкп + Нст + Н1		36,34
21. Размеры газохода	А В	м м		по чертежу  (по перед. газов)		15,3 5,4
22. Живое сечение газохода	F	м2		АВ – d lп zст –    0,5dст2 zст – 0,5d2z1cт		77,9
23. Температура газов перед конвективным пучком (КП)	Jкл/	0С		из расчета топки		900
24. Энтальпия газов перед КП	Iкп/			из расчета топки		9691,8
25. Температура газов за КП	Jкп//	0С		согласно тепловой схеме котла		600
26. Энтальпия газов за КП	Iкп/			по табл. 3		6261,3
27. Количеств. теплоты, отданное фестону	Qг			φ( Iкп/ - Iкп// + ΔαIх в )		3413,7
28. Средняя температура газов	Jср	0С		0,5(Jф/ + Jф//)		750
29. Температура воды на входе в КП	tкп//	0С		tф//		30
30. Температура воды на выходе из КП	tкп//	0С		по заданию		230
31. Средняя температура воды в КП	tкпср	0С		0,5(tкп/+ tкп//)		130
32. Температурный напор на входе в КП.	Δtб	0С		Jкп/ - tкпср		770
33. Температурный напор на выходе изКП.	Δtм	0С		Jкп// - tкпср		470
34. Среднелогарифмический температурный напор	Δtср	0С				625
35.Секундный объем  газов	Vc	м3/с				448
1	2	3		4		5
36. Расчетная скорость газов	w	м/с		Vc /F		5,75
37. Коэффициент теплоотдачи конвекцией	αк			п.4.2.1. из справочных материалов		46
38. Толщина излучающего слоя	S	м				0,0321
39. Коэффиц. ослабления лучей трехатомными газами	кг			из справочных материалов		0,6
40.Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов	P∙K∙S	м∙ МПа		p∙rн∙S		0,0045
41.Концентрация золы в газовом потоке (для газа и мазута μз=0)	μз	г/м3				0,62
42.Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами (только для твёрдого топлива)	Кз			из справочных материалов		0,09
43.Суммарная оптич. толщ. запылённого газового потока	KPS			(Kг∙rг+Kз∙μз) ∙P∙S		0,0022
44.Степень черноты  излучающей среды	а			из справочных материалов		0,98
39.Температура загрязненной стенки труб	tз	0С		tср + Δt		1375
40.Коэффициент теплоотдачи излучением	αл			п.4.2.1 из справочных материалов		430
41.Коэфф.использования пов. нагрева	ξ			ξ=0,95		0,95
42.Коэффициент теплоотдачи от газов стенке	α1			ξ(αк + αл)		477,85
43.Коэффициент тепловой эффективн.	Ψ			табл. 6.1,6.2 [2]		0,65
44.Коэффициент загрязнения	ε			формула (40)		0,259
45.Коэффициент теплопередачи	К			формула (38) или (39)		294
46.Тепловосприятие по  уравнению теплопередачи	Qт			формула (28)		340687,5
47.Расхождение расчетных тепловосприятий	ΔQ	%				99

 

 

6. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО РАСЧЁТА И РАСЧЁТНАЯ НЕВЯЗКА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

 

В результате теплового расчёта  котла определяют температуру уходящих газов, а при наличии воздухоподогревателя – и температуру горячего воздуха.

Если расчётная температура  уходящих газов отличается от принятой в начале расчёта не более чем на ±10^оС, а температура горячего воздуха – не более чем на ±40^оС, то расчёт теплообмена в котле считается законченным, а найденные температуры – окончательными.

По расчётной температуре  уходящих газов J_ух уточняют потерю теплоты с уходящими газами q₂, КПД котла η_ка и расход топлива В_р. Далее, по расчётному значению температуры горячего воздуха уточняют полезное тепловыделение в топке Q_пт и тепловосприятие лучевоспринимающих поверхностей топки Q_т^л.

После уточнения балансовых величин составляют сводную таблицу  теплового расчёта котла (из справочных материалов). По данным этой таблицы находят расчётную невязку теплового баланса котла, кДж/кг (кДж/м³),

ΔQ=Q_р^р∙η_ка-(Q_т^л+Q_ф+Q_кп+Q_эк)∙(1-q₄/100),                      (49)

где Q_т^л, Q_ф, Q_кп, Q_эк – количество теплоты, воспринимаемое поверхностями нагрева топки, фестона, конвективных пакетов и экономайзера.  Значение невязки при правильно выполненном расчёте не должно превышать 0,5% от Q_р

 

Таблица 11 -  Сводная таблица теплового расчёта котла

 

Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Величина
1	2	3	4
Тепловой баланс
Располагаемая теплота  топлива	Qрр	кДж/кг	17710
Температура уходящих газов	Jух	оС	120
Потеря теплоты с  уходящими газами	q2	%	6
КПД котла	ηка	%	80,69
Расход топлива	В	кг/с (м3/с)	20,63