Vсср - суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на один килограмм жидкого топлива, при нормальных условиях, КДж/кгК;
- коэффициент сохранения теплоты;
Вр - расчётный расход топлива, кг/с;
Определяем удельную нагрузку топочного объёма,КВт/кг.
(35)
где Вр - расчётный расход топлива, кг/с; (21)
Qpp - располагаемая теплота для мазута, КДж/кг; Равна Qcн - низшая теплота сгорания, КДж/кг; (из таблицы №1 = 12770 КДж/кг)
Vт - объём топки, м3.
Определяем теплоту, отданную дымовыми газами экранным поверхнос-тям нагрева, КДж/кг
(36)
где - коэффициент сохранения теплоты; (24)
I` = Qт - полезное тепловыделение в топке, КДж/кг;
I``т - энтальпия продуктов сгорания по действительной температуре на выходе из топки, КДж/кг; (из таблицы №3)
4. Расчет конвективных поверхностей нагрева
Первый конвективный пучок
Конвективные поверхности паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара и использовании теплоты продуктов сгорания. Эффективность работы поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи тепла продуктами сгорания.
Продукты сгорания передают теплоту наружным поверхностям труб путём конвекции и излучения.
При расчёте конвективных поверхностей нагрева используются уравнения теплопередачи и теплового баланса.
Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)
dн = 51 мм.
Число рядов по ходу продуктов 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; (37)
у1 = 90/51 = 1,76;
у2 = 110/51 = 2,16.
Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании труб
Fж = ab - z1ldн, (38)
где а и b - размеры газохода в свету, м;
l - длина проекции трубы на плоскость рассматриваемого сечения, м;
Fж = 0,95 м2.
Определяем температуру продуктов сгорания.
Задаёмся температурой продуктов сгорания t = 400 С и t = 500 С. Расчёт ведём для обеих выбранных температур.
Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания, КДж/кг
(39)
где - коэффициент сохранения теплоты;
I` - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, КДж/кг; (равняется энтальпии продуктов сгорания по принятой температуре на выходе из топки, КДж/кг;)
I`` - энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка для двух выбранных температур, КДж/кг; (из таблицы №3 I``220=2693,99 КДж/кг; I``240=2945,28КДж/кг)
к = 0,1
Iприс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность воздуха при t = 30 С; (равняется Iхв - энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, КДж/кг; = 238,8КДж/кг)
Определяем температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе,оС.
(40)
где V` и V`` - температуры продуктов сгорания на входе и выходе из топки, С; (из таблицы №3)
Определение средней скорости продуктов сгорания на поверхности нагрева, м/с.
(41)
где Вр - расчётный расход топлива, кг/с; (32)
F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;=1,43 м2)
V - температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, С; (40)
Vг - полный объём продуктов сгорания, м3/м3; (из таблицы №2 =8,4935 м3/м3)
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м2
(42)
где н - коэффициент теплоотдачи; (лит[6], стр71, н400 = 87, н500 = 90)
сz - поправка на число рядов по ходу продуктов сгорания; (лит[6], стр71сz=1)
сs - поправка на компоновку пучка; (лит[6], стр71, сs = 1,1)
cф - коэффициент учитывающий изменение физических параметров потока (лит[6], стр71, сф220 = 0,99, сф240 = 0,98)
Определяем степень черноты газового потока.
При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину:
(43)
где kr - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами находится по формуле:
(44)
r - суммарная объёмная доля трёхатомных газов; (из таблицы №2 = 0,1908)
P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)
S - толщина излучающего слоя, м; Рассчитывается по формуле, м:
(45)
где S1 и S2 - поперечный и продольный шаг труб, м; (из чертежа котлоагрегата)
d - наружный диаметр труб, м; (равняется 0,051 м)
Определяем коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева,Вт/м2*К
(46)
где н - коэффициент теплопередачи; (лит[6], стр78, рис6.4, н220=78, н240=80)
а - степень черноты; Рассчитывается по формуле:
(47)
где k - степень черноты газового тракта;
P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)
S - толщина излучающего слоя, м;
Определяем температуру загрязнённой стенки для вычисления н и сг.
(48)
где t - средняя температура окружающей среды для паровых котлов, С; (равняется 195 С, при давлении в барабане котла P = 1,37 МПа)
t - температура при сжигании твердого топлива, С; (равняется 60 С)
Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м2*К
(49)
где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева; (=1)
к - коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м2; (42)
л - коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/м2К; (52)
Определяем коэффициент теплопередачи,Вт/м2*К.
(50)
где =0,65
1 - суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м2К; (52)
Определение воспринятого количества теплоты поверхностью нагрева на 1 кг твердого топлива, КДж/кг
(51)
П-0020 зу
где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2К; (50)
Н - площадь поверхности нагрева газохода, м2
Вр - расчётный расход топлива, кг/с; (25)
t - температурный параметр для испарительной конвективной поверхности нагрева. Рассчитывается по формуле:
(52)
где V` - действительная температура на выходе из топки, С; (40)
V`` - заданная температура продуктов сгорания, С;
tкип - температура кипения при давлении в паровом котле, С; (равняется 195 С)
По принятым двум значениям температуры и по полученным двум значениям Qб и Qт проводится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, строится зависимость, точки пересечения при этом покажут температуру продуктов сгорания, которую следует принять при расчёте.
Второй конвективный пучок
Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)
dн = 51 мм.
Число рядов по ходу продуктов 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; (53)
у1 = 90/51 = 1,76;
у2 = 110/51 = 2,16.
Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании труб
Fж = ab - z1ldн, (54)
где а и b - размеры газохода в свету, м;
l - длина проекции трубы на плоскость рассматриваемого сечения, м;
Fж = 0,95 м2.
Определяем температуру продуктов сгорания.
Задаёмся температурой продуктов сгорания t = 150 С и t = 250 С. Расчёт ведём для обеих выбранных температур.
Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания, КДж/кг
(55)
где - коэффициент сохранения теплоты;
I` - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, КДж/кг; (равняется энтальпии продуктов сгорания по принятой температуре на выходе из топки, КДж/кг;)
I`` - энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка для двух выбранных температур, КДж/кг; (из таблицы №3 I``220=2693,99 КДж/кг; I``240=2945,28КДж/кг)
к = 0,1
Iприс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность воздуха при t = 30 С; (равняется Iхв - энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, КДж/кг; = 238,8КДж/кг)
Определяем температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе,оС.
(56)
где V` и V`` - температуры продуктов сгорания на входе и выходе из топки, С; (из таблицы №3)
Определение средней скорости продуктов сгорания на поверхности нагрева, м/с.
(57)
где Вр - расчётный расход топлива, кг/с;
F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;=1,43 м2)
V - температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, С; (40)
Vг - полный объём продуктов сгорания, м3/м3; (из таблицы №2 =8,4935 м3/м3)
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м2
(58)
где н - коэффициент теплоотдачи; (лит[6], стр71, н400 = 87, н500 = 90)
сz - поправка на число рядов по ходу продуктов сгорания; (лит[6], стр71сz=1)
сs - поправка на компоновку пучка; (лит[6], стр71, сs = 1,1)
cф - коэффициент учитывающий изменение физических параметров потока (лит[6], стр71, сф220 = 0,99, сф240 = 0,98)
Определяем степень черноты газового потока.
При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину:
(59)
где kr - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами находится по формуле:
(60)
r - суммарная объёмная доля трёхатомных газов; (из таблицы №2 = 0,1908)
P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)
S - толщина излучающего слоя, м; Рассчитывается по формуле, м:
(61)
где S1 и S2 - поперечный и продольный шаг труб, м; (из чертежа котлоагрегата)
d - наружный диаметр труб, м; (равняется 0,051 м)
Определяем коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева,Вт/м2*К
(62)
где н - коэффициент теплопередачи; (лит[6], стр78, рис6.4, н220=78, н240=80)
а - степень черноты; Рассчитывается по формуле:
(63)
где k - степень черноты газового тракта;
P - давление в газоходе без поддува, МПа; (равняется 0,1 МПа)
S - толщина излучающего слоя, м;
Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м2*К
(64)
где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева; (=1)
к - коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м2;
л - коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/м2К;
Определяем коэффициент теплопередачи,Вт/м2*К.
(65)
где =0,65
1 - суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхностям нагрева, Вт/м2К;
Определение воспринятого количества теплоты поверхностью нагрева на 1 кг твердого топлива, КДж/кг
(66)
П-0020 зу
где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2К;
Н - площадь поверхности нагрева газохода, м2
Вр - расчётный расход топлива, кг/с;
t - температурный параметр для испарительной конвективной поверхности нагрева. Рассчитывается по формуле:
(67)
где V` - действительная температура на выходе из топки, С;
V`` - заданная температура продуктов сгорания, С;
tкип - температура кипения при давлении в паровом котле, С; (равняется 195 С)
По принятым двум значениям температуры и по полученным двум значениям Qб и Qт проводится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева, строится зависимость, точки пересечения при этом покажут температуру продуктов сгорания, которую следует принять при расчёте.
5. Расчет водяного экономайзера
В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара, чаще всего применяется чугунный водяной экономайзер, а при больших давлениях - стальной. При этом в котельных агрегатах с производительностью пара 10 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера.