Тепловой расчёт парового котельного агрегата ДКВР-10-13

                                                  

                                    (4.3)

,

.

,

 

2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃) обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н₂, СН₄. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

[4]

 

3. Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе, и твердых горючих частиц, не вступивших в процессы газификации и горения. Считается, что твердые горючие частицы представляют собой чистый углерод.

Потеря теплоты  от механической неполноты горения  зависит от вида сжигаемого топлива  и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха.

[2]

 

4. Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅) обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности.

,

где - потери тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла  [2];

- номинальная нагрузка парового  котла, т/ч;

- расчётная нагрузка парового  котла, т/ч.

 

5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков , возрастают с увеличением . Эти условия учитываются при слоевом, а также при камерном  сжигании многозольных топлив по формуле:

                                (4.7)

где: кДж/кг – энтальпия шлака, при твердом шлакоудалении при ;

      - доля золы топлива в шлаке и провале.                    (4.8)

 

4.2 Расчёт КПД и расхода топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или  водогрейного котла называют отношение  полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия — для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте — нетто.

1) По уравнению обратного  баланса находим КПД брутто

,

2) Из уравнения  прямого теплового баланса находим  расход топлива, подаваемого в  топку (равному расчетному расходу  топлива)

,

где - полезная мощность котла, кВт;

,

где кг/с - расход выработанного перегретого пара;

       кДж/кг - энтальпия перегретого пара при Р=1,37МПа и 250 С [3];

       кДж/кг - энтальпия питательной воды при 100 [3];

        кДж/кг - энтальпия кипящей воды в барабане котла при Р=1,3МПа [4];

- непрерывная продувка парового котла.

.

,

- расчетный расход топлива  с учетом потери тепла от  механической неполноты горения.

3) Определяем  коэффициент сохранения теплоты

.

 

 

 

 

Глава 5 Расчёт топочной камеры

5.1 Определение геометрических характеристик топок

При поверочном расчете топки по чертежам необходимо определить: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояние между осями труб).

Для определения  геометрических характеристик топки  составляется ее эскиз. Активный объем  топочной камеры складывается из объема верхней, средней (призматической) и нижней частей топки. Для определения активного объема топки ее следует разбить на ряд элементарных геометрических фигур. Верхняя часть объема топки ограничивается потолочным перекрытием и выходным окном, перекрытым фестоном или первым рядом труб конвективной поверхности нагрева. При определении объема верхней части топки за его границы принимают потолочное перекрытие и плоскость, проходящую через оси первого ряда труб фестона или конвективной поверхности нагрева в выходном окне топки.

Нижняя часть  камерных топок ограничивается подом  или холодной воронкой, а слоевых  — колосниковой решеткой со слоем  топлива. За границы нижней части объема камерных топок принимается под или условная горизонтальная плоскость, проходящая посередине высоты холодной воронки.

Полная площадь  поверхности стен топки (F_CT) вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Для этого все поверхности, ограничивающие объем топки, разбиваются на элементарные геометрические фигуры. Площадь поверхности стен двухсветных экранов и ширм определяется как удвоенное произведение расстояния между осями крайних труб этих экранов и освещенной длины труб.

 

1. Определение площади ограждающих поверхностей топки

В соответствии с типовой обмуровкой топки котла ДКВР-10-13, которая показана на рисунке 4, подсчитаем площади ограждающих её поверхностей, включая поворотную камеру. Внутренняя ширина котла равна 2810 мм [2].

 

Рисунок 4. Схема топки  котла ДКВР-10 и её основные размеры

 

,

где - расстояние между осями крайних труб данного экрана, м;

- освещенная длина экранных  труб, м.

Боковые стены  ,

Передняя стена  ;

Задняя стена  ;

Две стены поворотной камеры ;

Потолок ;

Под топки и поворотной камеры

;

Общая площадь ограждающих  поверхностей

.

.

 

2. Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева топки

Таблица 4

Основные данные по определению лучевоспринимающей поверхности нагрева [2]

 

Экраны	Освещенная  длина труб экрана l, мм	Расстояние  между осями крайних труб экрана b, мм	Площадь стены  покрытая экраном, Fпл, м2	Диаметр экранных труб  d, мм	Шаг экранных труб  S, мм	Расстояние от оси трубы до стены е, мм	Относительный шаг экранных труб  S/d	Относительное расстояние от оси трубы до стены e/d	Угловой коэффициент  экрана	Лучевоспринимающая  поверхность нагрева  Нл, м2
Боковые......... Передние....... Задние........... Первый ряд  котельного пучка...............	4800 2400 4600     2400	2600х2 2470 2470     1900	25 5,95 11,3     4,55	51 51 51     51	130 130 130     110	40 40 40     30	2,55 2,55 2,55     2,17	0,79 0,79 0,79     0,59	0,78 0,78 0,78     0,79	19,5 4,65 8,8     3,6

 

Общую лучевоспринимающую поверхность  нагрева топки определяют как  сумму отдельных составляющих

.

 

5.2 Расчёт теплообмена в топке

Расчет теплообмена в топках паровых и водогрейных котлов основывается на приложении теории подобия к топочным процессам. Для расчета теплообмена в однокамерных и полуоткрытых топках рекомендуется формула, связывающая безразмерную температуру продуктов сгорания на выходе из топки ( ) с критерием Больцмана (Во), степенью черноты топки ( ) и параметром ( ), учитывающим характер распределения температур по высоте топки:

.

Безразмерная  температура продуктов сгорания на выходе из топки  ( )  представляет собой отношение действительной   абсолютной, температуры на выходе из топки ( ) к абсолютной теоретической температуре продуктов сгорания ( ). Под теоретической температурой продуктов сгорания (адиабатной температурой) понимают максимальную температуру при сжигании топлива с расчетным коэффициентом избытка воздуха, которую могли бы иметь продукты сгорания, если бы в топке отсутствовал теплообмен с экранными поверхностями нагрева.

Критерий Больцмана  представляет собой характеристическое число, контролирующее соотношение  между конвективным переносом теплоты  и излучением абсолютно черного  тела при температуре рассматриваемого элементарного объема.

Критерий Больцмана  вычисляется по формуле:

,

где — коэффициент сохранения теплоты;

 — расчетный расход топлива, кг/с;

 — площадь поверхности стен топки, м²;

 — среднее значение коэффициента  тепловой эффективности экранов; 

 — средняя суммарная теплоемкость  продуктов сгорания 1 кг топлива  в интервале температур  — , кДж/(кг·К);

5,67·10^-8— коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²·К⁴);

 — абсолютная теоретическая  температура продуктов сгорания, К.

Степенью черноты  топки ( ) называют отношение излучательной способности действительной топки к излучательной способности абсолютно черного тела. Степень черноты топки зависит от излучательной способности пламени факела (слоя горящего топлива), конструкции тепловоспринимающих поверхностей нагрева и степени их загрязнения.

Коэффициент пропорциональности ( ), определяющий относительное изменение интенсивности луча в поглощающем слое единичной толщины, называют коэффициентом ослабления луча. Он определяет интенсивность ослабления лучей в поглощающей среде и, следовательно, характеризует полную поглощательную способность среды, определяемую как поглощением, так и рассеянием.

В топочной камере основными газами, способными поглощать  тепловые лучи, являются трехатомные  газы, состоящие из RO₂ и водяных паров Н₂О. Поглощательная способность RO₂ при постоянном давлении и температуре однозначно определяется произведением его парциального давления ( ) и толщины слоя (s). Поглощательная способность водяного пара при заданной температуре зависит от двух величин: 1) от произведения парциального давления водяного пара и толщины слоя ( ) и 2) от толщины слоя (s) либо от парциального давления ( ).

Коэффициент ослабления лучей — это основная характеристика любой мутной среды, определяющая, ее излучательную, рассеивающую и поглощательную способности. Поэтому применительно к топкам котельных агрегатов задача сводится к определению коэффициента ослабления лучей в зависимости от характера пламени.

При расчете  несветящихся пламен необходимо определить коэффициент ослабления лучей только трехатомными газами, полусветящихся пламен — дополнительно коэффициенты ослабления лучей частицами золы и кокса, а светящихся — частицами  сажи.

Параметр М учитывает распределение температуры по высоте топочной камеры и характеризует влияние максимума температуры пламени на эффект суммарного теплообмена. Он зависит от вида топлива, способа его сжигания, типа горелок, их расположения на стенах топки и функционально связан с относительным уровнем расположения горелок по высоте топочной камеры.

Угловым коэффициентом ( ) называется отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение х определяется из рисунка 8.

Коэффициент учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Если стены топки покрыты экранами с разными угловыми коэффициентами или частично покрыты огнеупорной массой (огнеупорным кирпичом), то определяется среднее значение коэффициента тепловой эффективности. При этом для неэкранированных участков топки коэффициент тепловой эффективности принимается равным нулю. При определении среднего коэффициента тепловой эффективности суммирование распространяется на все участки топочных стен. Для этого стены топочной камеры должны быть разбиты на отдельные участки, в которых угловой коэффициент и коэффициент загрязнения неизменны.