Тепловой расчёт парового котельного агрегата ДКВР-10-13

 

 

 

 

 

 

 

6.3 Тепловой расчёт водяного  экономайзера

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются  чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов (6.2)

,

где - коэффициент сохранения теплоты (4.12);

- энтальпия продуктов сгорания  на входе в экономайзер, определяется  по таблице 3 при температуре  и коэффициенте избытка воздуха  после поверхности нагрева, предшествующей  рассчитываемой поверхности (5.7);

- энтальпия продуктов сгорания  после рассчитываемой поверхности  нагрева, определяется по таблице  3 при принятой в начале расчёта  температуре уходящих газов равной 160 [эстеркин] (5.7);

- присос воздуха в экономайзер,  принимается по таблице 1;

- энтальпия присосанного в  конвективную поверхность нагрева  воздуха, при температуре воздуха  30˚С (4.3).

 

,

,

.

 

2. Определяем энтальпию воды после водяного экономайзера

,

где - энтальпия воды на входе в экономайзер [3], кДж/кг;

D – паропроизводительность котла, кг/с;

D_пр – расход продувочной воды, кг/с.

,

.

Температура воды после экономайзера [3].

 

3. Определяем температурный напор

,

где и - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.

,

,

.

4. Выбираем конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера (таблица 10)

Таблица 10

Конструктивные  характеристики труб чугунных экономайзеров [3]

Характеристика  одной трубы	Экономайзер ВТИ
Длина, мм	2000
Площадь поверхности  нагрева с газовой стороны, м2	2,95
Площадь живого сечения для прохода продуктов  сгорания, м2	0,12

 

Число параллельно включенных змеевиков в пакете

,

где D – расход воды через экономайзер, кг/с;

- массовая скорость воды на  входе в экономайзер (принимается  равной 600кг/(м²·с));[3]

d_вн – внутренний диаметр трубы (рисунок 12), мм.

 

5. Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере

,

где - расчётный расход топлива (4.10), кг/с;

V_Г – объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха (таблица 2);

- среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, ˚С;

F_эк – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м².

,

где F_тр - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы (таблица 10);

z₁ – число труб в ряду (принимается равным 10).

,

где и - температура продуктов сгорания на входе и выходе из экономайзера, ˚С.

.

 

6. Определяем коэффициент теплопередачи

,

где и - коэффициенты определяются с помощью монограммы (приложение 1, рисунок 12).

 

7. Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера

.

 

8. Окончательно устанавливаем конструктивные характеристики экономайзера

Общее число труб       ,

где - площадь поверхности нагрева одной трубы (таблица 10), м².

Число рядов                .

Составляем сводную таблицу.

 

Таблица 10

Теплотехнические  и конструктивные характеристики экономайзера

 

Наименование величины	Условное обозначение	Расчётная формула	Результат
Температура дымовых  газов перед экономайзером, ˚С		рисунок 6	360
Теплосодержание дымовых  газов перед экономайзером, кДж/кг		(5.7)	5716,8
Температура дымовых  газов после экономайзера, ˚С		принято	160
Теплосодержание дымовых  газов после экономайзера, кДж/кг		(5.7)	2610,869
Тепловосприятие в водяном  экономайзере, кДж/кг	Qб	(6.2)	3069,5
Температура питательной  воды перед экономайзером, ˚С		из условия	100
Температура питательной  воды после экономайзера, ˚С		[4]	183
Энтальпия питательной  воды перед экономайзером, кДж/кг		[4]	419,1
Энтальпия питательной  воды после экономайзера, кДж/кг		(6.15)	774,83
Температурный напор, ˚С	Δt	(6.16)	133
Действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с		(6.22)	5,45
Площадь живого сечения  для прохода продуктов сгорания, м2	Fэк	(6.23)	1,2
Среднеарифметическая  температура продуктов сгорания, ˚С		(6.24)	260
Число труб в ряду	z1	принято	10
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)	K	(6.25)	16,97
Площадь поверхности  нагрева водяного экономайзера, м2	Hэк	(6.26)	451,2
Общее число труб	n	(6.27)	153
Число рядов	m	(6.28)	15,3

 

 

 

 

 

 

 

6.4 Невязка теплового баланса

,

где Q_л, Q_1к, Q_2к, Q_эк – количество теплоты, воспринятое лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, экономайзером, кДж/кг.

 кДж/кг;  

где: кДж/кг;

       кДж/кг.

 

 кДж/кг,

где: кДж/кг;

        кДж/кг.      

 

 кДж/кг,

где: кДж/кг;

        кДж/кг.

 

 кДж/кг,

где: кДж/кг;

       

 

Невязка теплового  баланса составляет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

 
Рисунок 9. Угловой коэффициент однорядного  гладкотрубного экрана

1 – при расстоянии  от стенки 

; 2 – при ; 3 – при ; 4 – при ; 5 – без учёта излучения обмуровки при

 

Рисунок 10.Коэффициент  теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных  пучков

Рисунок 11.

а) Степень черноты  продуктов сгорания a в зависимости от суммарной оптической толщины среды kps; б) Коэффициент теплоотдачи излучением

 

Рисунок 12. Коэффициент  теплопередачи для чугунных экономайзеров

 

рисунок 13. Коэффициент  ослабления лучей золовыми частицами: 1- при сжигании пыли в циклонных топках; 2- при сжигании углей размолотых в ШБМ; 3- при сжигании углей размолотых в среднеходных мельницах и мельницах-вентиляторах; 4- при сжигании дробленки в циклонных топках и топлива в слоевых топках; 5- при сжигании торфа в камерных топках.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. -  М.: Энергоатомиздат, 1988. – 208 с.
2. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 280 с.
3. Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: «Энергия», 1980. – 424 с.
4. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: «Энергия», 1972. – 200 с.