Учебная работа. Проект стационарного парового котла

Учебная работа. Проект стационарного парового котла

Содержание

• Задание
• 1. Черта котлоагрегата
• 1.1 Техно черта котла КЕ-25-14С
• 2. Расчет горючего по воздуху
• 2.1 Определение количества товаров сгорания
• 2.2 Определение энтальпии товаров сгорания
• 3. Поверочный термический расчет
• 3.1 Подготовительный термический баланс
• 3.2 Расчет термообмена в топке
• 3.3 Расчет термообмена в конвективной поверхности
• 3.4 Расчет экономайзера
• 4. Окончательный термический баланс
• Библиографический перечень

Задание
Выполнить проект стационарного парового котла в согласовании со последующими данными:
тип котла КЕ-25-14С
полная производительность насыщенного пара, D, кг/с 6,94
рабочее давление (лишнее), Р, МПа 1,5
температура питательной воды:
до экономайзера, tпв1, єС 90
за экономайзером, tпв2, єС 170
температура воздуха, поступающего в топку:
до воздухоподогревателя, tв1, єС 25
за воздухоподогревателем, tв2, єС 180
горючее КУ — ДО
состав горючего: Сг = 76,9%
Нг = 5,4%
Sг = 0,6%
Ог = 16,0%
Nг = 1,1%
зольность горючего Ас = 23%
влажность горючего Wp = 7,5%
коэффициент излишка воздуха б = 1,28.

стационарный паровой котел термический

1. Черта котлоагрегата
Паровой котел КЕ-25-14С, с естественной циркуляцией со слоевыми механическими топками предназначен для выработки насыщенного либо перегретого пара, применяемого на технологические нужды промышленных компаний, в системах отопления, вентиляции и жаркого водоснабжения.
Топочная камера котлов серии КЕ образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенами. Топочная камера котлов КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 25 т/ч разбита кирпичной стеной на топку глубиной 1605ч2105 мм и камеру догорания глубиной 360ч745 мм, которая дозволяет повысить КПД котла понижением механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таковым образом, чтоб основная масса падающих в камеру кусков горючего скатывалась на сетку.
В котле КЕ-25-14С использована схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует последующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода соединяется по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, размещенным на фронте котла.
Блок котла КЕ-25-14С, опирается камерами боковых экранов на продольные швеллеры. Камеры приварены к швеллерам по всей длине. В области конвективного пучка блок котла опирается на задние и фронтальные поперечные балки. Поперечные балки крепятся к продольным швеллерам. Передняя опора крепится бездвижно, задняя — подвижно.
Обвязочный основа котла КЕ-25-14С устанавливается на уголках, приваренных вдоль камер боковых экранов по всей длине.
Для способности перемещения частей блоков котла КЕ-25-14С в данном направлении часть опор выполнена подвижными. Они имеют овальные отверстия для болтов, которыми крепятся к раме.
Котлы КЕ с сеткой и экономайзером поставляются заказчику одним транспортабельным блоком. Он оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий в 4 зольниках котла, ворачивается в топку с помощью эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от сетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для осмотра и ремонта вероятен через лючки, расположенные на боковых стенах. В местах установки люков трубы последнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в нижний барабан.
Паровой котел КЕ-25-14С оборудован стационарным устройством чистки поверхностей нагрева согласно проекту завода.
Паровой котёл КЕ-25-14С комплектуется топкой типа ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и сеткой с поворотными колосниками.
За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной влажностью W < 8 инсталлируются водяные экономайзеры.
Площадки котлов типа КЕ размещены в местах, нужных для обслуживания арматуры котлов. Главные площадки котлов: боковая площадка для обслуживания водоуказательных устройств; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стене котла для обслуживания продувочной полосы из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла.
На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку — спуск (маленькая лестница) с верхней боковой площадки.
Котел КЕ-25-14 С оборудован 2-мя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане всякого котла установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя.
На верхнем барабане устанавливается последующая арматура: основной паровой вентиль либо задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.
У котла КЕ-25-14С, через патрубок для продувки осуществляются повторяющаяся и непрерывная продувки. На линиях повторяющейся продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве полосы и запорные вентили для подачи пара к обдувочному устройству. Заместо паровой обдувки быть может поставлена газоимпульсная либо генератор ударных волн (ГУВ).
На питательных трубопроводах перед экономайзером инсталлируются оборотные клапаны и запорные вентили; перед оборотным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.
Паровой котел КЕ-25-14С обеспечивают устойчивую работу в спектре от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Тесты и опыт эксплуатации огромного числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на пониженном, по сопоставлению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не миниатюризируется, что доказано сравнительными термическими расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных, созданных для производства насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.
Для котлов типа КЕ пропускная способность предохранительных клапанов соответствует номинальной паропроизводительности при абсолютном давлении 1,0 МПа.
При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и доп предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.
С снижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не меняется, потому что в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет 20°С, что удовлетворяет требованиям правил Госгортехнадзора.
1.1 Техно черта котла КЕ-25-14С
Паропроизводительность D = 25 т/ч.
давление Р = 24 кгс/см2.
Температура пара t = (194ч225) єС.
Радиационная (лучевоспринимающая) поверхность нагрева Нл = 92,1 м2.
Конвективная поверхность нагрева Нк = 418 м2.
Тип топочного устройства ТЧЗ-2700/5600.
Площадь зеркала горения 13,4 м2.
Габаритные размеры котла (с площадками и лестницами):
длина 13,6 м;
ширина 6,0 м;
высота 6,0 м.
Масса котла 39212 кг.
2. Расчет горючего по воздуху
2.1 Определение количества товаров сгорания
Расчет количества товаров сгорания основан на стехиометрических соотношениях и производится с целью определения количества газов, образующихся при сгорании горючего данного состава при данном коэффициенте излишка воздуха. Все расчеты размера воздуха и товаров сгорания ведутся на 1 кг горючего.
Потому что в задании указана зольность сухой массы горючего, то определим зольность рабочей массы горючего.
Ар = Ас (100 — Wр) /100,
Ар = 2,3• (100 — 7,5) /100 = 21,3%.
Потому что по заданию задан простый состав горючей массы горючего, то нужно перечесть горючую массу в сухую.
Коэффициент пересчета горючей массы в рабочую
(100 — Wр — Ар) /100 = (100 — 7,5 — 21,3) /100 = 0,71.
Рабочая масса составляющих частей горючего
Ср = 76,9 • 0,71 = 54,6%, Нр = 5,4 • 0,71 = 3,9%,
Sр = 0,6 • 0,71 = 0,5%,
Ор = 16,0 • 0,71 = 11,4%,
Nр = 1,1 • 0,71 = 0,8%.
Проверка:
Cр + Нр + Sр + Ор + Nр + Ар + Wр = 100%,
54,6 + 3,9 + 0,5 + 11,4 + 0,8 + 21,3 + 7,5 = 100%.
На теоретическом уровне нужное количество сухого воздуха
Vo = 0,089 (Cp + 0,375Sр) + 0,267Нp — 0,033Оp;
Vо = 0,089• (54,6 + 0,375 • 0,5) + 0,267 • 3,9 — 0,033 • 11,4 = 5,54 м3/кг.

Размер трехатомных газов
V = 0,01866 (Ср + 0,375Sр);
V = 0,01866• (54,6 + 0,375 • 0,5) = 1,02 м3/кг.

Теоретический размер азота
V = 0,79Vo + 0,008Np; V = 0,79 • 5,54 + 0,008 • 0,8 = 4,38 м3/кг.

Теоретический размер водяных паров
V = 0,112Нр + 0,0124Wр + 0,016Vо;
V = 0,112 • 3,9 + 0,0124 • 7,5 + 0,016 • 5,54 = 0,61 м3/кг.

Теоретическое количество мокроватого воздуха
Vовл = V + 0,016Vо; (2.8), V = 0,61 + 0,016 • 5,54 = 0,70 м3/кг.

Лишний размер воздуха
Vи = (б — 1) Vо;
Vи = 0,28 • 5,54 = 1,55 м3/кг.

Полный размер товаров сгорания
Vг = V+ V + V+ Vи;
Vг = 1,02 + 4,38 + 0,61 + 1,55 = 7,56 м3/кг.

Большая толика трехатомных газов
r = V/Vг;
r = 1,02/7,56 = 0,135.
Большая толика водяных паров
r = V/Vг; r = 0,70/7,56 = 0,093.
Суммарная толика водяных паров и трехатомных газов
rп = r+ r,
rп = 0,093 + 0,135 = 0,228.
Давление в топке котла принимаем равным Рт = 0,1 МПа.
Парциальное давление трехатомных газов
Р= rРт;
Р= 0,135 • 0,1 = 0,014 МПа.
Парциальное давление водяных паров
Р = rРт;
Р = 0,093 • 0,1 = 0,009 МПа.
Суммарное парциальное давление
Рп = Р+ Р; Рп = 0,014 + 0,009 = 0,023 МПа.

2.2 Определение энтальпии товаров сгорания
Дымовые газы, образовавшиеся в итоге сгорания горючего, в рабочем процессе парового котла являются теплоносителем. количество теплоты, отдаваемое газами, комфортно рассчитывать по изменению энтальпии дымовых газов.
Энтальпией дымовых газов по какой-нибудь температуре именуется количество теплоты, используемое на нагрев газов, приобретенных от сгорания 1-го килограмма горючего от 0є до данной для нас температуры при неизменном давлении газов в топке.
Энтальпию товаров сгорания определяем в спектре температур 0…2200єС с интервалом в 100єС. Расчет ведем в табличной форме (табл.2.1).
Начальными данными для расчета являются объемы газов, составляющих продукты сгорания, их большие изобарные теплоемкости, коэффициент излишка воздуха и температура газов.
Средние изобарные теплоемкости газов берем из справочных таблиц.
Теоретическое количество газов определяем по формуле
I = УVct??=??VC+ VC + VC) t.
Теоретическую энтальпию мокроватого воздуха определяем по формуле
I = VoCввt.
Энтальпию газов определяем по формуле
Iг = I + (б — 1) I.
Таблица 2.1 Расчет энтальпии товаров сгорания

tєС

V= 1,02 м3/кг

V= 4,38 м3/кг

V= 0,61 м3/кг

Io, кДж/кг

Мокроватый воздух

(б — 1) Ioвв, кДж/кг

Iг, кДж/кг

СRO2, кДж/ (м3•К)

V RO2СRO2, кДж/ (м3•К)

СN, кДж/ (м3•К)

V oNСN, кДж/ (м3•К)

СH2O, кДж/ (м3•К)

Vo H2OСH2O, кДж/ (м3•К)

Свв, кДж/ (м3•К)

Ioвв, кДж/кг

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

1,599

1,700

1,787

1,822

1,929

1,988

2,041

2,088

2,131

2,169

2, 203

2,234

2,263

2,289

2,313

2,335

2,355

2,374

2,391

2,407

2,422

2,435

2,448

1,631

1,734

1,823

1,920

1,968

2,028

2,082

2,130

2,174

2,212

2,247

2,279

2,308

2,335

2,359

2,382

2,402

2,421

2,439

2,455

2,470

2,484

2,497

1,294

1,295

1,299

1,306

1,316

1,327

1,340

1,353

1,367

1,379

1,391

1,403

1,414

1,425

1,434

1,444

1,452

1,461

1,469

1,475

1,482

1,489

1,495

5,668

5,672

5,690

5,720

5,764

5,812

5,869

5,926

5,987

6,040

6,093

6,145

6, 193

6,242

6,281

6,325

6,360

6,399

6,434

6,461

6,491

6,522

6,548

1,494

1,505

1,522

1,542

1,566

1,589

1,614

1,641

1,668

1,695

1,722

1,750

1,776

1,802

1,828

1,852

1,876

1,899

1,921

1,942

1,962

1,982

2,000

0,911

0,918

0,928

0,941

0,955

0,969

0,985

1,001

1,017

1,034

1,050

1,068

1,083

1,099

1,115

1,130

1,144

1,158

1,182

1,185

1, 197

1, 209

1,220

0

832

1688

2574

3475

4405

5362

6340

7342

8357

9390

10441

11501

12579

13657

14756

15850

16963

18081

19192

20316

21452

22583

1,318

1,324

1,331

1,342

1,354

1,368

1,382

1,397

1,414

1,424

1,437

1,449

1,461

1,472

1,483

1,492

1,501

1,510

1,517

1,525

1,532

1,539

1,546

0

733

1475

2230

3000

3789

4594

5418

6267

7100

7961

8830

9713

10601

11502

12399

13305

14221

15128

16052

16975

17905

18843

0

205

413

624

840

1061

1286

1517

1755

1988

2229

2472

2720

2968

3221

3472

3725

3982

4236

4495

4753

5013

5276

0

1037

2101

3198

4315

5466

6648

7857

9097

10345

11619

12913

14221

15547

16878

18228

19575

20945

22317

23687

25069

26465

27859

Теоретическую энтальпию мокроватого воздуха определяем по формуле

I = VoCввt.

Энтальпию газов определяем по формуле

Iг = I + (б — 1) I.

По результатам расчетов (табл.2.1) строим диаграмму зависимости энтальпии газов I1 от их температуры t (рис.2.1).

Рис.2.1 — Диаграмма зависимости энтальпии газов от их температуры

3. Поверочный термический расчет
3.1 Подготовительный термический баланс
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие разных утрат теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котел, именуют располагаемой теплотой. Меж теплотой, поступившей в котел и покинувшей его, обязано существовать равенство (баланс). Теплота, покинувшая котел, представляет собой сумму полезной теплоты и утрат теплоты, связанных с технологическим действием выработки пара данных характеристик.
Термический баланс котла составляется применительно к одному килограмму горючего при установившемся (стационарном) режиме работы котла.
Низшую теплота сгорания рабочей массы горючего определяем по формуле Менделеева:
Qнр = 339Ср + 1030Нр — 109 (Ор — Sр) — 25Wр,
Qнр = 339 • 54,6 + 1030 • 3,9 — 109• (11,4 — 0,5) — 25 • 7,5 = 21151 кДж/кг.

Коэффициент полезного деяния котла (принимаем по макету)
з’ = 92%.
Утраты тепла:
от хим неполноты сгорания ([1] с.15)
q3 = (0,5ч1,5) = 0,5%;
от механического недожога ([1] табл.4.4)
q4 = 0,5%;
в окружающую среду ([1], рис.4.2)
q5 = 0,5%;
с уходящими газами
q2 = 100 — (з’ + q3 + q4 + q5),
q2 = 100 — (92 + 0,5 + 0,5 + 0,5) = 6,5%.
Средние изобарные большие теплоемкости мокроватого воздуха
прохладного, при температуре tв1 ([2] табл.1.4.5)
св1 = 1,32 кДж/кг;
нагретого, при температуре tв2 ([2] табл.1.4.5)
св1 = 1,33 кДж/кг.
количество тепла, вносимое в топку с воздухом:
прохладным
Iхв = 1,016бVосв1tв1,
Iхв = 1,016 • 1,28 • 5,54 • 1,32 • 25 = 238 кДж/кг;
нагретым
Iгв = 1,016бVосв2tв2,
Iгв = 1,016 • 1,28 • 5,54 • 1,33 • 180 = 1725 кДж/кг.
количество тепла, переданное в воздухоподогревателе
Qвн = Iгв — Iхв,
Qвн = 1725 — 238 = 1487 кДж/кг.

Принимаем температуру горючего, поступающего в топку, равной
tтл = 30°С.
Теплоемкость сухой массы горючего ([1] табл.4.1)
сстл = 0,972 кДж/ (кг?град).
Теплоемкость рабочей массы горючего
сртл = сстл (100 — Wр) /100 + сWp/100,
где с — теплоемкость воды, с= 4,19 кДж/ (кг?град),
сртл = 0,972? (100 — 7,5) /100 + 4,19 ? 7,5/100 = 1,21 кДж/ (кг?град).
Теплота, вносимая в топку с топливом
iтл = сртлtтл,
iтл = 1,21 ? 30 = 36 кДж/кг.

Располагаемая теплота горючего
Q = Q + Qвн + iтл,
Q = 21151 + 1487 + 36 = 22674 кДж/кг.

Энтальпия уходящих газов
I’ух = q2Qрр/ (100 — q4) + Iхв,
I’ух = 6,5 • 22674/ (100 — 4,5) + 238 = 1719 кДж/кг.

температура уходящих газов (табл.1)
t‘ух = 164°С.
Степень сухости получаемого пара принимаем ([1] с.17)
х = (0,95…0,98) = 0,95.
Энтальпия сухого насыщенного пара (по таблицам водяного пара) при данном давлении
i» = 2792 кДж/кг.
Сокрытая теплота парообразования
r = 1948 кДж/кг.
Энтальпия мокроватого пара
ix = i» — (1 — x) r,
ix = 2792 — (1 — 0,95) ?1948 = 2695 кДж/кг.

Энтальпия питательной воды перед экономайзером (при tв2)
iпв = 377 кДж/кг.
Секундный расход горючего
Вр = ,
Вр = = 0,77 кг/с.

3.2 Расчет термообмена в топке
Целью поверочного расчета термообмена в топке является определение температуры газов за топкой и количества тепла, переданного газами поверхности нагрева топки.
Эта теплота быть может найдена лишь при узнаваемых геометрических размерах топки: величине лучевоспринимающей поверхности, Нл, полной поверхности стенок, ограничивающих топочный размер, Fст, величине размера топочной камеры, Vт.
Рис.3.1 — Эскиз парового котла КЕ-25-14С
Лучевоспринимающая поверхность топки находится как сумма лучевоспринимающих поверхностей экранов, т.е.
Нл = Нлэ + Нпэ + Нзэ,
где Нлэ — поверхность левого бокового экрана,
Нпэ — поверхность правого бокового экрана;
Нзэ — поверхность заднего экрана;
Нлэ = Нпэ = Lтlбэхбэ;
Нзэ = Взэlзэхбэ;
Lт — длина топки;
lбэ — длина трубок бокового экрана;
Взэ — ширина заднего экрана;
хбэ — угловой коэффициент бокового экрана;
lзэ — длина трубок заднего экрана;
хзэ — угловой коэффициент заднего экрана.
Ввиду трудности определения длин трубок, величину лучевоспринимающей поверхности нагрева возьмем из технической свойства котла:
Нл = 92,1 м2.
Полная поверхность стенок топки, Fст, рассчитывается по размерам поверхностей, ограничивающих размер топочной камеры. поверхности сложной конфигурации приведем к равновеликой обычной геометрической фигуре.
Площадь поверхностей стенок топки:
фронт котла
Fфр = 2,75 • 4,93 = 13,6 м2;
задняя стена топки
Fзс = 2,75 • 4,93 = 13,6 м2;
боковая стена топки
Fбс = 4,80 • 4,93 = 23,7 м2;
под топки
Fпод = 2,75 • 4,80 = 13,2 м2;
потолок топки
Fпот = 2,75 • 4,80 = 13,2 м2.
Полная поверхность стенок, ограничивающих топочный размер
Fст = Fфр + Fзс + 2Fбс + Fпод + Fпот,
Fст = 13,6 + 13,6 + 2 • 23,7 + 13,2 + 13,2 = 101,0 м2.
Величина топочного размера:
Vт = 2,75 • 4,80 • 4,93 = 65,1 м3.
Степень экранирования топки
Ш = Нл/Fст,
Ш = 92,1/101,0 = 0,91.
Коэффициент сохранения теплоты
ц = 1 — q5/100,
ц = 1 — 0,5/100 = 1,00.
Действенная толщина излучающего слоя
S = 3,6Vт/Fст,
S = 3,6 ? 65,1/101,0 = 2,32 м.

Адиабатная (теоретическая) энтальпия товаров сгорания
Ia = Q (100 — q3 — q4) / (100 — q4) + Iгв — Qвн,
Ia = 22674? (100 — 0,5 — 0,5) / (100 — 0,5) + 1725 — 1487 = 22798 кДж/кг.

Адиабатная (теоретическая) температура газов (табл.1)
Та = 1835°С = 2108 К.
Принимаем температуру газов на выходе из топки
Т’т = 800°С = 1073 К.
Энтальпия газов на выходе из топки (табл.1) при данной для нас температуре
I’т = 9097 кДж/кг.
Средняя суммарная теплоемкость товаров сгорания
(VгСср) = (Ia — I’т) / (ta — t‘т),
(VгСср) = (22798 — 9097) / (1835 — 800) = 13,24 кДж/ (кг?град).
Условный коэффициент ([1] табл.5.1) загрязнения поверхности нагрева при слоевом сжигании горючего
о = 0,60.
Термическое напряжение топочного размера
qv = BQ/Vт,
qv = 0,77 ? 22674/65,1 = 268 кВт/м3.
Коэффициент термический эффективности
Шэ = Шо,
Шэ = 0,91 ? 0,60 = 0,55.
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
,
•0,228 = 5,39 (м?МПа) — 1.
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частичками
kс = 0,3 (2 — б) (1,6Тт/1000 — 0,5) Ср/Нр,
kс = 0,3? (2 — 1,28) ? (1,6 ? 1073/1000 — 0,5) ?54,6/3,9 = 3,68 (м?МПа) — 1.
часть золы горючего, уносимая из топки в конвективные газоходы ([1] табл.5.2)
аун = 0,1.
Масса дымовых газов
Gг = 1 — Ар/100 + 1,306бVо,
Gг = 1 — 21,3/100 + 1,306 ? 1,28 ? 5,54 = 10,0 кг/кг.

Коэффициент ослабления лучей взвешенными частичками летучей золы ([1] рис.5.3) при принятой температуре tт
kзл = 7,5 (м?ата) — 1.
Коэффициент ослабления лучей частичками пылающего кокса ([1] с.29)
kк = 0,5 (м?ата) — 1.
Концентрация золовых частиц в потоке газа
мзл = 0,01Араун/Gг, мзл = 0,01 ? 21,3 ? 0,1/10,0 = 0,002.
Коэффициент ослабления лучей топочной средой
kт = kг + kзлмзл + kк,
kт = 5,39 + 7,5 ? 0,002 + 0,5 = 5,91 (м?ата) — 1.
Действенная степень черноты факела
аф = 1 — е—kтРтS,
аф = 1 — 2,7-5,91?0,1?2,32 = 0,74.
Отношение зеркала горения к полной поверхности стенок топки при слоевом горении
с = Fпод/Fст,
с = 13,2/101,0 = 0,13.
Степень черноты топки при слоевом сжигании горючего
ат = ,
ат = = 0,86.
Величина относительного положения максимума температур для слоевых топок при сжигании горючего в узком слое (топки с пневмомеханическими забрасывателями) принимается ([1] с.30) равным:
Хт = 0,1.
Параметр, характеризующий распределение температур по высоте топки ([1] ф.5.25)
М = 0,59 — 0,5Хт, М = 0,59 — 0,5 ? 0,1 = 0,54.
Расчетная температура газов за топкой
Тт = ,
Тт = = 1090 К = 817°С.
Расхождение с за ранее принятым значением составляет
?tт = tт — t‘т,
?tт = 817 — 800 = 17°С < ± 100°C.
Энтальпия газов за топкой
Iт = 9259 кДж/кг.
Количество тепла, переданное в топке
Qт = цВ (Ia — Iт),
Qт = 1,00 ? 0,77? (22798 — 9259) = 10425 кВт.

Коэффициент прямой отдачи
м = (1 — Iт/Iа) ?100,
м = (1 — 9259/22798) ?100 = 59,4%.
Действительное термическое напряжение топочного размера
qv = Qт/Vт, qv = 10425/65,1 = 160 кВт/м3.
3.3 Расчет термообмена в конвективной поверхности
Термический расчет конвективной поверхности служит для определения количества передаваемого тепла и сводится к решению системы 2-ух уравнений — уравнения термического баланса и уравнения теплопередачи.
Расчет производится для 1 кг сжигаемого горючего при обычных критериях.
Из прошлых расчетов имеем:
температура газов перед рассматриваемым газоходом
t1 = tт = 817°С;
энтальпия газов перед газоходом
I1 = Iт = 9259 кДж/кг;
коэффициент сохранения теплоты
ц = 1,00;
секундный расход горючего
Вр = 0,77 кг/с.
За ранее принимаем два значения температуры товаров сгорания опосля газохода:
t‘2 = 220єC,
t»2 = 240єC.
Предстоящий расчет ведем для 2-ух принятых температур.
Энтальпия товаров сгорания опосля конвективного пучка:
I’2 = 2320 кДж/кг,
I»2 = 2540 кДж/кг.
количество теплоты, отданное газами в пучке:
Q1 = цВр (Iт — I1);
Q’1 = 1,00 • 0,77? (9259 — 2320) = 5343 кДж/кг,
Q»1 = 1,00 ? 0,77• (9259 — 2540) = 5174 кДж/кг.
Внешний поперечник труб конвективных пучков (по чертежу)
dн = 51 мм.
Число рядов по ходу товаров сгорания (по чертежу)
Z1 = 35.
Поперечный шаг труб (по чертежу)
S1 = 90 мм.
Продольный шаг труб (по чертежу)
S2 = 110 мм.
Коэффициент омывания труб ([1] табл.6.2)
щ = 0,90.
Относительные поперечный у1 и продольный у2 шаги труб:
у = S/d;
у1 = 90/51 = 1,8;
у2 = 110/51 = 2,2.
Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании труб
Fж = ab — z1ldн,
где а и b — размеры газохода в свету, м;
l — длина проекции трубы на плоскость рассматриваемого сечения, м;
Fж = 2,5 • 2,0 — 35 • 2,0 • 0,051 = 1,43 м2.
Действенная толщина излучающего слоя газов
Sэф = 0,9dн,
Sэф = 0,9 ? 0,051? = 0,177 м.

Температура кипения воды при рабочем давлении (по таблицам насыщенного водяного пара)
t‘s = 198°С.
Средняя температура газового потока
tср1 = 0,5 (t1 + t);
t‘ср1 = 0,5? (817 + 220) = 519єC,
t»ср1 = 0,5? (817 + 240) = 529єC.
Средний расход газов
Vcp1 = BVг (tср1 + 273) /273,
V’cp1 = 0,77 ? 7,56? (519 + 273) /273 = 16,89 м3/с.
V»cp1 = 0,77 ? 7,56? (529 + 273) /273 = 17,10 м3/с.

Средняя скорость газов
щг1 = Vcp1/Fж,
щ’г1 = 16,89/1,43 = 11,8 м/с,
щ»г1 = 17,10/1,43 = 12,0 м/с.
Коэффициент загрязнения поверхности нагрева ([1] с.43)
е = 0,0043 м2?град/Вт.
Средняя температура грязной стены ([1] с.42)
tз = t‘s + (60ч80), tз = (258ч278) = 270°С.
Поправочные коэффициенты для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией ([1] рис.6.2):
на количество рядов
Сz = 1,0;
на относительные шаги
Сs = 1,0;
на изменение физических черт
Сф = 1,05.
Вязкость товаров сгорания ([1] табл.6.1)
н’ = 76?10-6 м2/с,
н» = 78?10-6 м2/с.
Коэффициент теплопроводимости товаров сгорания ([1] табл.6.1)
л’ = 6,72?10-2 Вт/ (м?°С),
л» = 6,81?10-2 Вт/ (м?°С).
Аспект Прандтля товаров сгорания ([1] ф.6.7)
Рr’ = 0,62,Рr» = 0,62.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией ([1] табл.6.1)
бк1 = 0,233СzCфлР (щdн/н) 0,65/dн,
б’к1 = 0,233 ? 1 ? 1,05 ? 6,72?10-2 ? 0,620,33? (11,8 ? 0,051/76?10-6) 0,65/0,051,б’к1 = 94,18 Вт/ (м2?К);
б»к1 = 0,233 ? 1 ? 1,05 ? 6,81?10-2 ? 0,620,33? (12,0 ? 0,051/78?10-6) 0,65/0,051,б»к1 = 94,87 Вт/ (м2?К).
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
,
?0,228 = 23,30 (м?МПа) —
1,?0,228 = 23,18 (м?МПа) —
1,Суммарное парциальное давление трехатомных газов (определено ранее)
Рп = 0,023 МПа.
Коэффициент ослабления луча в объеме заполненном золой при температуре tср ([1] рис.5.3)
К’зл = 9,0;
К»зл = 9,0.
Концентрация золовых частиц в потоке газа (определена ранее)
мзл = 0,002.
Степень черноты запыленного газового потока
а = 1 — е-kгkзлРпмзлSэф,
а’ = 1 — е-23,30?9,0?0,002?0,023?0,177 = 0,002,а» = 1 — е-23,18?9,0?0,002?0,023?0,177 = 0,002.
Коэффициент теплоотдачи излучением при сжигании каменного угля
ал = 5,67?10-8 (аст + 1) аТ3/2,
где аст — степень черноты стены, принимается ([1] с.42)
аст = 0,82;
а’л = 5,67?10-8? (0,82 + 1) ?0 ? 5433 ? /2 = 0,02 Вт/ (м2?К);
а»л = 5,67?10-8? (0,82 + 1) ?0 ? 5433 ? /2 = 0,02 Вт/ (м2?К).
Коэффициент теплоотдачи от газов к стене
б1 = щ (бк + бл),
б’1 = 0,90? (94,18 + 0,02) = 84,78 Вт/ (м2?К)
б»1 = 0,90? (94,87 + 0,02) = 85,40 Вт/ (м2?К).
Коэффициент теплопередачи
К = б1/ (1 + б1е),
К’ = 84,78/ (1 + 84,78 ? 0,0043) = 62,13 Вт/ (м2?К),
К» = 85,40/ (1 + 85,40 ? 0,0043) = 62,46 Вт/ (м2?К).
Средний температурный напор
Дt = ,
Дt‘ = = 179єС;
Дt» = = 214єС.
Площадь нагрева конвективного пучка (из технической свойства котла)
Нк1 = 418 м2.
Тепловосприятие поверхности нагрева конвективного пучка
Qк = КНк?t;
Q’к = 62,13 ? 418 ? 179/1000 = 4649 кДж/кг;
Q»к = 62,46 ? 418 ? 214/1000 = 5587 кДж/кг.
По принятым двум значениям температуры
t‘1 = 220єC;
t»1 = 240єC
и приобретенным значениям
Q’б1 = 5343 кДж/кг;
Q»б1 = 5174 кДж/кг;
Q’к1 = 4649 кДж/кг;
Q»к1 = 5587 кДж/кг
производим графическую интерполяцию для определения температуры товаров сгорания опосля конвективной поверхности нагрева. Для графической интерполяции строим график (рис.3.2) зависимости Q = f (t).
Рис.3.2 — График зависимости Q = f (t)
Точка пересечения прямых укажет температуру tр газов, выходящих опосля конвективной поверхности:
tк = 232єС.
количество теплоты, воспринятое поверхность нагрева
Qк1 = 5210 кВт.
Энтальпия газов при данной для нас температуре
Iк1 = 2452 кДж/кг.

3.4 Расчет экономайзера
Энтальпия питательной воды на входе в экономайзер
iхв = 377 кДж/кг.
Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера
iгв = 719 кДж/кг.
Коэффициент сохранения теплоты (найден ранее)
ц = 1,00.
количество тепла, отданное уходящими газами в экономайзере
Qэк = D (iгв — iхв);
Qэк = 6.94• (719 — 377) = 2373 кДж.

Энтальпия уходящих газов за экономайзером
Iух = Iк — Qэк/Вр,
Iух = 2452 — 2373/0,77 = 103 кДж/кг.

температура уходящих газов за экономайзером
tух = 10єС.
4. Окончательный термический баланс
Опосля выполнения термического расчета устанавливается окончательный термический баланс, целью которого является определение достигнутой паропроизводительности при данном расходе горючего и коэффициента полезного деяния котла.
Располагаемое тепло
Q = 22674 кДж/м3.

Расход горючего
В = 0,77 кг/с.
количество тепла, переданного в топке
Qпт = 10425 кВт.
количество тепла, переданное в парообразующем конвективном пучке
Qк = 5210 кВт.
количество тепла, переданное в экономайзере
Qэк = 2373 кВт.
Полное количество тепла, переданное воде в котле
Q1 = Qпт + Qк + Qэк,
Q1 = 10425 + 5210 + 2373 = 18008 кВт.
Энтальпия питательной воды
iп. в = 377 кДж/кг.
Энтальпия мокроватого пара
iх = 2695 кДж/кг.
Полная (наибольшая) паропроизводительность котла
D = Q1/ (iх — iп. в);
D = 18008/ (2695 — 377) = 7,77 кг/с.

Коэффициент полезного деяния котла
з = 100•Q1/ (ВрQ);
з = 100 ? 18008/ (0,77 ? 22674) = 100%.
Невязка баланса:
в термических единицах
ДQ = QзBp — Q1 (100 — q4) /100;
ДQ = 22673 ? 1,00 ? 0,77 — 18008? (100 — 0,5) /100 = 65 кДж;
в процентах
дQ = 100?Q/Q,
дQ = 100 ? 65/22674 = 0,29% < 0,5%.
Расчет можно считать законченным.
Библиографический перечень
1. Томский Г.И. Термический расчет стационарного котла. Мурманск. 2009. — 51 с.
2. Томский Г.И. Горючее для стационарных паровых и водогрейных котлов. Мурманск. 2007. — 55 с.
3. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Л.: Энергоатомиздат. 1989. — 280 с.
4. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. Л.: Энергоатомиздат. 1985. — 400 с.

]]>