Поверочный тепловой расчет топки парового котла

 

Примечание. Энтальпии  дымовых газов и воздуха и (без учёта энтальпии золы) при a=1 и влагосодержании воздуха 10 г/кг представлены в табл. XV [1], табл. П 4.2 [2].

3. Тепловой  баланс котельного агрегата и 

определение расхода топлива

 

3.1. Тепловой  баланс котельного агрегата

 

Составление теплового  баланса котельного агрегата заключается  в установлении равенства между  поступившим в агрегат количеством  тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива.

Располагаемую теплоту 1 кг сжигаемого топлива  , кДж/кг, определяем по формуле (3.4) [2]

= 10³ + + Q_внш+ Q_пф− Q_к,

где  − низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, МДж/кг;

− физическая теплота топлива, кДж/кг, учитывается для жидких и сильновлажных твердых топлив, когда W^Р>1,6 . Для Донецкого угля принимаем =0;

Q_внш − теплота,  подводимая  к воздуху от  внешнего источника, кДж/кг, Q_внш = 0;

Q_пф  − теплота,  вносимая  в топку при распылении  мазута паром, кДж/кг, Q_пф = 0;

Q_к − теплота, поглощаемая при сжигании сланцев, кДж/кг, Q_к =0.

 

 кДж/кг.

 

3.2. Потери теплоты от химического и механического недожога

     

Потери теплоты от химического и механического недожога топлива q₃     и q₄ определяются по табл. 4.6 [2] или по табл. XVIII-XIX [1] (см. п.п. 5-07, 5-08 [1]). Принимаем для твердого топлива q₃ = 0, q₄ = 1 %.

 

3.3. Потеря  теплоты с уходящими газами

     

Потерю  теплоты с  уходящими газами q₂, %, определяем по (5-06)-(5-07) [1], (3.2) [2].

,

где – коэффициент избытка воздуха за  воздухоподогревателем;

       − энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха a_ух и температуре уходящих газов t_ух;

− энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха на входе в воздушный тракт (перед калорифером или вентилятором), кДж/кг.  Принимаем t_хв = 30 °С, если не задана другая величина;

 − потери теплоты с механическим  недожогом топлива, %.

По табл. 1.4 [2] принимаем t_yx=150 °С.

Энтальпию уходящих газов  при t_yx=150 °C определяем по табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции.

Н

= кДж/кг.

Энтальпию  холодного  воздуха  определяем  по  формуле  (3.3)  [2], (см. (4-23) [1]).

 кДж/кг,

где t_хв=30 °С − температура холодного воздуха, принимается по [1], стр. 29; табл. 1.5 [2]; (см. табл. II-5 [1]).

 

.

 

 

3.4. Потеря теплоты  от наружного охлаждения

 

Потеря теплоты q₅ от наружного охлаждения через внешние поверхности котла при номинальной производительности котла D_ном = 230 т/ч =63,9 кг/с определяем по формуле (3.11) [2], по рис. 5.1 или по формуле (5-10) [1]:

 

    

 

 

 

 

3.5. Потеря с теплом шлаков

      

Потеря с физической теплотой удаляемых шлаков q₆ при камерном сжигании с твёрдым шлакоудалением учитывается только для многозольных топлив, когда А^Р>2,5 , в соответствии с п. (3.1) [2] (см. также п. 5.10 [1]). Принимаем q₆=0.

     

 3.6. Коэффициент полезного действия котла

             

 Коэффициент   полезного   действия    котла    определяем   по   формуле (5- 15) [1], (3.1) [2].

 

3.7. Расход топлива

 

Расход топлива B, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового котла определяем по формуле (5-19) [1]; (3.14) [2].

 

,

где D_пе = D_ном – расчетная паропроизводительность котла, кг/с;

– энтальпия соответственно перегретого пара, питательной воды и кипящей воды в барабане парового котла, кДж/кг;

– расход вторично перегреваемого пара, кг/с, (D_вт=0);

– энтальпия вторично перегреваемого пара соответственно на входе и на выходе из пароперегревателя, кДж/кг;

– расход продувочной воды из барабанного парового котла,  кг/с.                                        

Расход продувочной воды из барабана котла определяем по формуле (3.15) [2].                           

D_пр= 0,01∙ p ∙ D_пе = 0,01∙ 3 ∙ 61,4 =1,842 кг/c,

где  р = 3%  –  непрерывная  продувка  котла,  принимается  в соответствии  с п. 4.8.27 ПТЭ.

При давлении перегретого пара р_пп=10 МПа и t_пп=500 °С по табл. XXV [1] определяем h_пп=3375,6 кДж/кг.

При давлении питательной воды р_п.в.=11,5 МПа и t_п.в.=210 °С по табл. XXIV [1] определяем h_п.в.=901,21 кДж/кг.

При давлении в барабане котла р_бар=11 МПа, t_н=318,04°С, по табл. XXIII [1] определяем h_кип=1451,2 кДж/кг.

Рассчитываем расход топлива.

 кг/с.

Расчетный расход топлива  с учетом механического недожога определяем по формуле (5-24) [1], (3.16) [2]:

  кг/с.

Коэффициент  сохранения теплоты рассчитываем по формуле (5-11) [1], (4.24) [2]:

_{j  = 1−}

.

4. Расчет теплообмена в топке

 

       4.1. Геометрические характеристики топки

    

      Геометрические  характеристики топки определяем  по чертежу котла ТП-230, учитывая  рекомендации, изложенные в п. 6-А  [1]; § 4.1 [2].

 При расчёте теплообмена  в топочной камере её объём , м³, определяется по чертежам котла. Границами объёма являются осевые плоскости экранных труб или обращённые в топку поверхности защитного огнеупорного слоя; в местах, не защищённых экранами – стены топочной камеры. В выходном сечении камеры её объём ограничивается плоскостью, проходящей через оси первого ряда труб ширм, фестона или котельного пучка. Нижней границей объёма топки является под. При наличии холодной воронки за нижнюю границу объёма топки условно принимается горизонтальная плоскость, отделяющая её нижнюю половину (см. рис. 6.1 [1]). 

1. Площади поверхностей стен:

а = (10,5+5,25/2) ∙10=131,25 м²;

 м²;

в + (7,25+4)∙1,89/2 = =(7,75+4,25)∙2,25/2+12,5∙7,75+(7,25+4)∙1,89/2 = 121 м ;

 м²,

где  площадь соответственно задней, фронтовой и боко-    вой                                           стены, м²;

площадь фестона (плоскость проходящая через оси первого ряда труб фестона), м²;

м² ширина топочной камеры;

м² глубина топочной камеры.

Полная поверхность  стен:

 м .

Поверхность стен, занятая горелками:

 м ,

где м – диаметр выходной амбразуры горелки.

Поверхность стен, занятая  экранами:

 м .

2. Объем топочной камеры:

 м .

3) Лучевоспринимающую   поверхность  стен   определяем   по  формуле (6-06а) [1].

,

где – площадь i-ой стены, занятая экраном, м²;

       – угловой коэффициент i-го экрана (см. номограмму 1 [1]).

       Угловой  коэффициент гладкотрубных экранов  определяется в зависимости от их конструкции (см. п. 6-06 [1]).

Для фестона  =1. Для настенных топочных экранов угловой коэффициент можно рассчитать по формуле (4.31) [2]. Диаметр и шаг труб всех экранов одинаковы. Поэтому лучевоспринимающая поверхность экранов вычисляется совместно по одному значению углового коэффициента . Диаметр экранных труб d = 76 мм, шаг труб  S = 95 мм, S/d = 1,25. Относительное расстояние от труб до стены /d = 57,5/76 » 0,8.

 = 1- 0,2(S/d - 1) = 1- 0,2(95/76 - 1) = 0,95,

где S/d – относительный шаг труб настенного экрана; 

 

3. Определяем степень экранирования топки:

4) Эффективная толщина  излучающего слоя топки рассчитывается  по формуле (6-07) [1].

где   –  объём   топочной   камеры,   м³;    F_ст  − полная   поверхность  стен топки, м².

5) Расчетное тепловое напряжение  топочного объема определяем  по формуле (4.8) [2]:

 кВт/м³.

Допустимое тепловое напряжение топочного объема определяем по табл. XVIII [1]: =175 кВт/м³. нормативное требование выполняется.

 

4.2. Коэффициент теплового  излучения топочной камеры 

     

Коэффициент теплового излучения  топочной камеры x_т введен вместо применявшейся ранее степени черноты топки e_т. Он является радиационной характеристикой излучающего тела и зависит только от его физических свойств и температуры.

Поглощательная способность (степень  черноты) e_т характеризует степень поглощения падающего излучения и дополнительно зависит от спектра этого излучения. Для серых и черных тел эти два коэффициента x_т и e_т численно равны. Для определения температуры газов на выходе из топки рассчитывают коэффициент теплового излучения топки x_т. x_т определяется коэффициентом излучения газового факела x_ф, заполняющего топочный объем, и тепловой эффективностью экранных поверхностей y_ср. x_т рассчитывается по формуле (4.36) [2].

где – коэффициент излучения газового факела;

      – коэффициент тепловой эффективности экранных поверхностей.

Коэффициент излучения  газового факела x_ф зависит от температуры газов на выходе из топки (от абсолютной температуры газов на выходе из топки). При выполнении расчётов сначала задаются  по табл. 4.7 [2] (см. стр. 38, 39 [2]), а затем рассчитывают её значение. Принятое и расчётное значение не должны отличаться более чем на 100 °С.

1) Коэффициент  излучения  газового факела при сжигании  твердых топлив определяем по формуле (4.37) [2], для газа и мазута по формуле (4.42) [2].

,

где – оптическая толщина поглощения топочной среды;

–  коэффициент   ослабления   (поглощения)   лучей   топочной   средой,

1/(м ∙МПа);

– давление газов в топочной камере, МПа, для топок, работающих под  разрежением и с наддувом не более 5 кПа, принимают  р = 0,1МПа;

S – эффективная толщина излучающего слоя, м. (S = 6,62 м).

Коэффициент k 1/(м∙МПа), ослабления лучей топочной средой определяем по формуле (4.39) [2]:

,

где – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м∙МПа);

 – коэффициент ослабления  лучей золовыми частицами, 1/(м∙МПа);

− коэффициент ослабления лучей  горящими коксовыми частицами, по рекомендациям, изложенным в [2] стр. 43, принимаем  =1,0  1/(м∙МПа). 

По формуле (6-13) [1] или (4.40) [2] определяем коэффициент ослабления лучей трехатомными газами.

где – абсолютная температура газов на выходе из топки,  К;

– объемная доля трехатомных газов, принимается по табл. 2.1 настоящего расчета.

По рекомендациям [2] табл. 4.7 (см. стр. 38−39) принимаем температуру газов на выходе из топки  =1150 °С.

  1/(м∙МПа). 

По формуле (4.41) [2] определяем коэффициент  ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы.

,

где – плотность дымовых газов при атмосферном давлении, г/м³, принимаем r_г = 1300 г/м³ (1,3 кг/м³);

 –  эффективный диаметр  золовых частиц, мкм (d_зл   определяется по рекомендациям,  изложенным  в [2], см. стр. 43).  Для   ШБМ  принимаем

d_зл = 13 мкм.

– концентрация золовых частиц в потоке газов, кг/кг. Принимается  из табл. 2.1 настоящего расчета (см. формулу (4-11) [1]) .

  1/(м∙МПа).

Коэффициент ослабления лучей топочной средой.

  1/(м∙МПа). 

Коэффициент излучения  факела (степень черноты факела) определяется  по формуле (4.37) [2] (см. номограмму 2 [2]).

.

2) Тепловосприятие в  топке оценивается средним коэффициентом  тепловой эффективности экранов y_ср.  y_ср  определяют по формуле (6-32) [1]; (4.32) [2].

где – коэффициент тепловой эффективности i-го участка экрана;

F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆ – поверхность i-го участка экрана (поверхности соответственно задней, фронтовой, 1-ой боковой, 2-ой боковой стены, амбразур горелок и фестона).

      – условный коэффициент загрязнения поверхности, принимается по табл. 4.8 [2], x = 0,5; для газа x = 0,65;

      – угловой коэффициент экрана, х = 0,95, рассчитывается по формуле (4.31) [2]. (см. п. 4.1 настоящего расчёта).

Коэффициент теплового  излучения топки равен:

 

       4.3. Расчет температуры газов на  выходе из топки

 

Адиабатическая температура горения , °С, определяется по полезному тепловыделению в топке , кДж/кг, при избытке воздуха в топке a_т=1,2.