Реконструкция котельной Речицкого пивзавода

Энтальпия продуктов сгорания для различных значений температуры и коэффициента избытка воздуха

 

Построение H – t диаграммы:

Диаграмма H – t имеет важнейшее значение для теплового расчета котла. Поэтому к расчету и построению ее нужно отнестись более тщательно. Масштаб диаграммы должен быть таким, чтобы отсчет температуры можно было производить с точностью до 5 ⁰С, а энтальпия – 50 кДж/кг. При использовании для этой цели  миллиметровой бумаги масштаб принимаем следующий: по оси температур 1 мм – 5⁰; по оси энтальпий 1 мм – 50 кДж/кг.

 

       2.4. Составление теплового баланса

 

       Составление теплового  баланса котельного агрегата  служит для определения часового  расхода топлива на котельный  агрегат.

      В настоящем разделе,  пользуясь формулами таблицы  5, а также данными таблицы 1;

а) определяют тепловые потери котельного агрегата , , , ,   и       ;

б) составляют тепловой баланс и определяют КПД котлоагрегата;

в) подсчитывают действительный часовой  расход топлива;

кроме того, в данном разделе определяют две вспомогательные величины а именно:

г) расчетный расход топлива (действительно  сгоревшее топливо);

д) коэффициент сохранения тепла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5. Тепловой  расчет топки

 

        Тепловой расчет  топки сводится к определению  ее размеров при конструктивном  расчете или проверке их при  поверочном расчете, а также  определение коэффициента теплоотдачи  в ней от факела к лучевоспринимающим  поверхностям нагрева (экрану, фестону или первому ряду кипятильных труб).

        В случае  конструктивного расчета ставится  цель по выбранной температуре  дымовых газов в конце топки  определить требуемую лучевоспринимающую  поверхность нагрева топки, а  в случае поверочного расчета по заданной  величине лучевоспринимающей поверхности нагрева топки определить температуру дымовых газов в конце топки. При тепловом расчете котельного агрегата, связанном с проектированием котельных, обычно выполняют поверочный расчет топки, так как на заводах топки и экранные поверхности нагрева выполняют единообразно для всех котельных агрегатов  данного типоразмера.

       Достаточность  объема топки определяют исходя  из характеристик выбранной топки  с последующей поверкой ее  размеров. При расчете слоевых топок для твердого топлива, кроме того, проверяют достаточность зеркала горения.

      Температуру дымовых  газов в конце топки при  поверочном расчете определяют согласно табл. 4, предварительно подсчитав значения входящих в нее величин. При этом сначала определяют величину полезного тепловыделения в топке и теоретическую температуру горения по H-t таблице.

      Если в котельном  агрегате предусмотрен воздухоподогреватель, то для определения названых  величин необходимо знать температуру горячего воздуха, которая пока неизвестна и окончательно определяется только в самом конце теплового расчета котельного агрегата, при расчете воздухоподогревателя. Поэтому, определяя величину полезного тепловыделения в топке при расчете котельного агрегата, в котором предусмотрен подогрев воздуха, предварительно задаются температурой горячего воздуха.

       После того, как  температура дымовых газов в  конце топки подсчитана, необходимо  проверить, насколько правильно  было выбрано предварительное  значение дымовых газов в конце топки при определении степени черноты топки. Если разница в значениях температуры дымовых газов, определенной по формуле и предварительно выбранной, не превышает 100⁰С, расчет считается законченным, и в качестве окончательного значения температуры дымовых газов в конце топки принимают то значение, которое получено по расчету. В противном случае расчет проверяют при другом значении предварительно выбранной температуры дымовых газов в конце топки.

       После того, как  температура дымовых газов в конце топки подсчитана, необходимо также проверить, насколько она соответствует рекомендуемым значениям. Если полученная расчетная температура лежит вне рекомендуемых пределов, это значит, что величина лучевоспринимающей поверхности нагрева топки не соответствует требуемой. Если она велика, то следует закрыть часть экранов кирпичной кладкой, если она недостаточна, то следует решить вопрос об увеличении ее. Результаты расчетов сводим в таблицу 5.  

Тепловой баланс котельного агрегата

Наименование рассчитываемой величины	Обоз- наче-ние	Ед. изм.	Расчетная формула или источник определения		Расчет	Результаты расчета
						Промежуточные	Окончательные
1	2	3	4		5	6	7
1. Располагаемое теп-ло топлива	Qрр	кДж м3	QСн = QPH				37310
2. Температура ухо-дящих газов		0С	Технические соображения		[1], стр.251	170 ÷ 220	200
3. Энтальпия уходя-щих газов		кДж м3	h-T таблица 4		hУХ = H0г300 - H0г100	3165
4. Температура хо-лодного воздуха, поступающего в котельный агрегат		0С	Рекомендации нормативного метода теплового расчета котлоагрегатов		[2], стр.45	30
5. Энтальпия  теоре-тически    необходи-мого холодного воз-духа		кДж м3			9,91 ∙ 1,32 ∙ 30	392,44
6. Потеря тепла от механической  не-полноты сгорания		%	[2], стр.45				0
7.Потеря тепла от химической  непол-ноты  сгорания		%	[2], стр.45		1,0		1,0
8. Потеря тепла с отходящими газами		%			(3165-1,25 ∙ 392,44) ∙ 100 37310		7,17
9 . Потеря тепла на наружное  охлаж-дение котельного агрегата		%	[2], стр.50		1,5		1,5
10. Потеря с физи-ческим теплом шла-ков		%	Имеет место только при сжигании твердого топлива		0		0
11. Сумма тепловых потерь		%			7,17 + 1,0 + 0 +1,5 + 0		9,67
12. Коэффициент полезного действия  котельного агрегата		%			100 – 9,67 100		0,903
13.  Процент   про-дувки котла		%	[3], стр.89		3 ÷ 7	3
14.  Температура дымовых газов  на выходе из топки		0С	Принимается предварительно		[2], стр.60	1079
15. Суммарная погло-щающая способность  трехатомных газов	Ћ	м, ат	rn ∙ Sт , где Sт=3,6 ∙ Vт / Fт		0,216 ∙ 1,347 Sт = 3,6 ∙ 11,21 / 29,97	0,29
16. Коэффициент ослабления лучей  трехатомными газами		-	[2], стр.63		Номограмма	2,5
17. Суммарная сила поглощения  газового потока	Σ	м, ат			2,5 ∙ 0,216∙ 1,347	0,73
18. Степень черноты несветящейся  части пламени		-	[2], стр.65		1 – е – Кг PS = = 1 – 2,718 - 2,5∙ 0,1∙ 1,347	0,29
19. Коэффициент ослабления лучей  светящейся части пламени		-	0,3 ∙ (2-α т) ∙ СР / НР ∙ 1,6 ∙ (θ111+273) - 0,5 1000		0,3 ∙ (2-1,1) ∙ 3,0137 ∙ 1,6 ∙ (1079 +273) - 0,5 1000	1,35
20. Суммарная сила поглощения светя-щейся части пламе-ни					1,35 ∙ 1,347	1,82
21. Степень черноты светящейся  части пламени		-	[2], стр.65	1 – е – (Ксв+ Кг ∙ r ) ∙ PS = 1 – 2,718 – (2,5∙ 0,216+1,35) 0,1∙1,347		0,22
22. Степень черноты факела		-		(1-0,5) ∙ 0,29 +0,5 ∙ 0,22		0,255
23. Условный коэф-фициент загрязнения  лучевоспринима-ющих поверхностей		-	Рекомендации нормативного метода теплового расчета котлоагрегатов	[2], стр.62		0,1
24. Коэффициент тепловой эффективности топки	ψ	-	,                          X=0,85 ([2], рис.5,3)	y = ξ ∙ ψ = 0,1∙0,85		0,09
25. Тепловыделение в топке на 1м2 стен топки	-	кВт м2	/ 3600	459.62 ∙ 37368.6 29.97 ∙ 3600		159.2
26. Расчетный коэф-фициент		-	[2], стр.66	A = 0,54 ; X = 0,85 0,54 – 0,2 ∙ 0.85		0,37
27. Действительная температура дымовых газов на выходе из топки		0С	[2], стр.68 Номограмма				1250
28. Энтальпия  дымо-вых газов   на выходе из топки		кДж м3	h-T  таблица				23500
29. Тепловосприятие теплоносителя  на 1 кг  произведенного перегретого  пара		кДж кг	hпв= tпв ∙ 4,19	h нп= 2789 кДж/кг   при P = 1,4 МПа hпв= 100 ∙ 4,19 = = 419 кДж/кг (2789 -419)+(3/100) ∙ ∙ (829 - 419)			2382.3
30. Действительный часовой расход  топлива		кг/ч	D ∙ Qка_ Qpp∙ hка	6500 ∙ 2382.3 37310 ∙ 0,903			459.62
31. Расчетный часо-вой расход  топлива		кг/ч		459.62 ∙ (1 – 0 / 100)			459.62
32. Коэффициент сохранения тепла		-	(100-q5) / 100	(100 – 1,5) / 100			0,985
33. Расчетное   теп-ловое   напряжение  топочного      прос-транства	q v	кДж м3∙ч	B ∙ Qpp_ VT	459,62 ∙ 37310 11,21			1529743.3
34. Полезное тепло-выделение в  топке		кДж кг	QPP∙ (100-q3-q4-qшл)+ 100 +a²т∙hхв	37310 ∙ (100-1,0) / 100 + +1,1 ∙ 392,44			37368.6
35. Тепло,  передан-ное излучением  в топке		кДж кг		0,985 ∙ (37368,6 - 23500)			13660,6

 

2.6. Тепловой  расчет конвективного пучка

 

1. По конструктивным данным  выбираем:

   Н - площадь поверхности нагрева;

   H = 63,3м² ; 

   F - площадь живого сечения (м²) для прохода продуктов сгорания;

   F = 0,348 м².

   d-наружный диаметр труб;

   d = 51мм

   S_{1 ,}S₂ - поперечный и продольный шаг труб, S₁ = S₂ = 110 мм, [2], стр.33

Подсчитываем относительный поперечный шаг G₁ = S₁ / d и относительный

продольный шаг G₂ = S₂ / d

                               G₁ =110 / 51 = 2,15;  G₂ =110 / 51 = 2,15

2. Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для двух предварительно принятых температур.

²_min = 300 °C;                  ²_max = 500 °С.

3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания (кДж/кг):

Q_s =

∙ (h¢ - h² + ∙ h⁰_прc)

где: — коэффициент сохранения теплоты (табл.5);  h¢—энтальпия продуктов   сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по рис.1(приложение) при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; h²— энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по рис.1(приложение) при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева; — присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее (табл.3); h⁰_прc — энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха t_в = 30°С  определяется по формуле: h⁰_прс= V⁰_В ∙ C_В ∙ t_в

h⁰_прc=9,91∙ 1,32 ∙ 30 = 392,436 кДж/кг

h¢= = 23500 кДж/кг;

По h-t диаграмме: h²_min  = 5297,1 кДж/кг;

                         h²_max  = 9053,51 кДж/кг;

Коэффициент сохранения тепла: = 0,985

Q_{б min}= 0,985 ∙ (23500 – 5297,1 + 0,05 ∙ 392,436) = 17949,2 кДж/кг;

Q_{б max}= 0,985 ∙ (23500 – 9053,51+ 0,05 ∙ 392,436) = 14249,1 кДж/кг;

4. Вычисляем, расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С)

Q = (Q¢ +

²) / 2

_min = (1000 + 300) / 2 = 650 °С;

_max = (1000 + 500) / 2 = 750 °С;

 где  Q¢ и ²— температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.

5. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)

W_г = B_р∙ V_г∙ (

+273) / (F ∙ 273 ∙ 3600)

где Вр — расчетный расход топлива, кг/с (табл.5); F— площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п. 1), м²; V_Г —объем продуктов сгорания на 1 кг твердого и жидкого топлива (из расчетной табл. 3 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха); — средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С  (см. п. 4).

     W_{г min}=459,62 ∙ 11,11 ∙ (650 + 273) / (0,348 ∙ 273 ∙ 3600) =13,78 м/с;

     W_{г max}=459,62 ∙ 11,11 ∙ (750 + 273) / (0,348 ∙ 273 ∙ 3600) = 15,27 м/с.

6. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

при поперечном смывании коридорных и шахматных пучков и ширм

ф

где: - коэффициент теплоотдачи определяемый по номограмме:

при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 6.1 [2]; - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания,  определяется  при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 6.1 [2]; - поправка на компоновку пучка, определяется: при поперечном смывании коридорных пучков - по рис. 6.1 [2]; Сф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков труб - по рис. 6.1 [2].

         = 1;   = 1;

         С_{Ф min} = 1,08;   С_{Ф max} = 1,04;

         _{mi n}= 84Вт/К∙м² ;  _max = 89 Вт/К∙м².

   a_{k min} = 1 ∙ 1,08 ∙ 84 ∙ 1= 90,72 Вт/К∙м²

   a_{k max}=1 ∙ 1,04 ∙ 89 ∙ 1 = 92,56 Вт/К∙м²

7. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме рис. 5.6. [2]. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину                                 

kps = (k_г ∙ r_n + k_зл∙ μ) ∙ p ∙ s

 где: k_г — коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

        k_зл − коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, [2], стр.75

        μ −  концентрация золовых частиц.

      Толщина   излучающего  слоя для гладкотрубных пучков (м)

S = 0,9 ∙ d ∙ (4/

∙ (S₁ ∙ S₂ / d² ) -1)

       S = 0,9 ∙ 51 ∙ 10^-3 ∙ (4 / 3,14 ∙ (110² / 51²) -1) =  0,213 м

P_n= r_n ∙ p

          P_n = 0,216 ∙ 0,1 = 0,0216 МПа,

где: p — давление продуктов сгорания в газоходе принимается 0,1 МПа [2], стр.62.

k_г=

k_{г min =} (м∙МПа)^-1 

k_{г max =} (м∙МПа)^-1  

kps_min = 36,48 ∙ 0,0216 ∙ 0,213 = 0,167

kps₂ = 33,05∙ 0,0216 ∙ 0,213 = 0,152

По рис.5.6 [2] определяем степень черноты газового потока

     a_min= 0,16;    a_max= 0,14.

 

8. Определяем коэффициент теплоотдачи , учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м² ∙К):

для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

                                     = ∙ a  ∙ c_г,

где: — коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис. 6.4,[2]; а — степень черноты; c_г — коэффициент, определяется  по рис. 6.4,[2].

           Для  определения и коэффициента c_г вычисляется температура загрязненной стенки (°С)

          t_з = t + t,

где: t — средняя температура окружающей среды, для паровых   котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, а для водогрейных — полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, °С; t — при сжигании газа принимается равной 25°С ,[2] стр.78.

      t = 195,04 °C

      t₃= 195,04 + 25= 220,4 °C

      c_{г min}= 0,93  c_{г max}= 0,97.

     _min= 38 Вт/(м²∙K);    _max= 58 Вт/(м²∙K);

     _min = 38 ∙ 0,93 ∙ 0,16 = 5,65 Вт/(м²∙K);

     _max = 58 ∙ 0,97 ∙ 0,14= 7,87 Вт/(м²∙K).

 9. Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м²∙K):

∙ ( + ),

где:  - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприя-

тия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами

сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования

 застойных зон; для поперечно  омываемых пучков принимается = 1.[2], стр.79.

                       a_1min = 1 ∙ (90,72 +5,65) = 96,37 Вт/(м²∙K);

                       a_1max = 1 ∙ (92,56 + 7,87) = 100,43 Вт/(м²∙K).

10. Вычисляем коэффициент теплопередачи Вт/(м²∙K),

К=

∙

где: —коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл. 6.1 и 6.2 в зависимости от вида сжигаемого, топлива [2]:

            = 0,85

            K_min = 0,85 ∙ 96,37 = 81,915  Вт/(м²∙K);

            K_max = 0,85 ∙ 100,43 = 85,366 Вт/(м²∙K).

11. Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1кг сжигаемого твердого и жидкого топлива (кДж/кг),                                      

                Q_т = [(K ∙ H ∙ T) / (B_р ∙ 1000 )] ∙3600

Для испарительной конвективной поверхности  нагрева °С :

t_k - температура насыщения при давлении в паровом котле, определяется из таблиц  для    насыщенных водяных паров, °С