ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ.

1. Энтальпия дымовых газов рассчитывается следующим образом:

, кДж/кг (м³)

Для топлив величины теоретических энтальпий  и  берутся из [2] с. 180-199, табл.XIV и XV для топлив, составы которых заданы в [2] табл I и II.

2. Когда к энтальпии дымовых газов следует добавлять энтальпию золы, то последняя находится по формуле:

, кДж/кг.

Результаты расчетов сводятся в таблицу № 2:

 

Таблица № 2

«Зависимость энтальпии дымовых газов от температуры по газоходам»

 

	, кДж/кг (м3)	, кДж/кг (м3)	, кДж/кг	+
1	2	3	4	5	6	7
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400	817,05 1659,24 2522,38 3414,85 4336,65 5266,83 6230,53 7219,37 8229,16 9251,52 10278,07 11313 12373,07 13454,09 14518,35 15607 16697,15 17794,93 18905,28 20011,44 21130,17 22253,09 23371,82 Тепловой расчёт котла 24494,74	699,73 1407,84 2128,52 2865,96 3620,16 4386,93 5183,03 5979,13 6775,23 7596,47 8438,66 9276,66 10118,85 10981,99 11845,13 12708,27 13575,6 14438,74 15322,83 16206,92 17095,2 17979,29 18884,33 19780,99	98,17 205,46 320,4 437,4 557,08 681,13 - - - - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - 7295,11 8450,96 9629,83 10826,9 12031,64 13242,12 13879 14003,19 15110,61 16243,16 17375,93 18516,87 19671,42 20821,79 21984,93 23152,05 24316,04 25483,79	- - 3002,41 4067,2 5165,24 6276,98 7424,68 8600,44 9799,21 11016,82 12242,61 13474,04 - - - - - - - - - - - -	1002,69 2040,68 3108,84 4210,5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Величины энтальпий из таблицы используется для построения - диаграммы которая удобна для последующих расчетов. Диаграмма включает три кривых для температур, характерных для каждого газохода, отмеченных точками в таблице. Впрочем, значения энтальпий для промежуточных температур можно найти с помощью линейной интерполяции величин таблицы 2.

 

	Тепловой расчёт котла

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА, РАСХОД ТОПЛИВА.

Составление теплового баланса состоит в установлении равенства между располагаемым теплом , поступившим в агрегат, и суммой полезно использованного тепла и потерь.

1. Располагаемое тепло топлива (в нашем случае):

=4730*4,19=19819 кДж/кг (м³)

2. Температура уходящих газов (из задания при ):

= 205 ⁰С

3. Энтальпия уходящих газов (из уходящих газов):

 = 2094,085 кДж/кг (м³)

4. Энтальпия холодного воздуха при ( =18 ⁰С):

= 125,95 кДж/кг (м³)

 

5. Потери тепла от механического недожога:

= 3 %

6. Потери тепла с уходящими газами:

 = = 9,55 %

7.Потери тепла от химического недожога:

 = 3 %

 

8. Потери тепла в окружающую среду для теплогенератора с хвостовой поверхностью нагрева заданной паропроизводительности:

= 0,5 %

9. Потери с физическим теплом шлаков при температуре 600⁰С :

 =  = 0,237 %

10. Сумма тепловых потерь:

= 9,55+3+3+0,5+0,237=16,3%

 

11. КПД теплогенератора:

= 100-16,3 = 83,7 %

12. Энтальпия насыщенного пара при заданном давлении:

=2789,7 кДж/кг

13. Температура питательной воды (из задания):

=100 ⁰С

	Тепловой расчёт котла

14. Энтальпия питательной воды:

=419 кДж/кг

15. Полезно использованное тепло (Д, кг/с, паропроизводительность теплогенератора – из задания):

 = 2,7*(2789,7-419) = 6585,3 кВт

16. Полный расход топлива:

 =  = 0,397 кг/с (м³/с)

 

17. Расчетный расход топлива:

=  = 0,385 кг/с (м³/с)

18. Коэффициент сохранения тепла:

=1- =0,994

 

 

РАСЧЁТ ТОПКИ.

В топке происходит передача тепла от продуктов сгорания, в основном излучением, к экранам и лучевоспринимающим поверхностям первого газохода. Целью поверочного расчета является определение теплового напряжения топки и температуры газов на выходе, которые должны лежать в рекомендуемых пределах. При значительном отклонении этих величин от допустимых значений может потребоваться переконструирование топки.

19. Объем топочной камеры (по приложению 1):

=20,4 м³

20. Полная лучевоспринимающая поверхность нагрева (по приложению 1):

=30,3 м²

21. Поверхность стен (по приложению 1):

=58 м²

22. Площадь зеркала горения (по приложению 1):

=6,4 м²

23. Коэффициент загрязнения экранов:

=0,55

24. Коэффициент тепловой эффективности экранов:

Для слоевых топок:

=30,3*0,55/(58-6,4)=0,323

	Тепловой расчёт котла

 

25. Эффективная толщина излучающего слоя:

=3,6*20,4/58=1,27 м

26. Абсолютное давление газов в топке (принимается):

МПа

27. Температура газов на выходе из топки (принимается предварительно 950-1000⁰С):

=950⁰С

28. Объемная доля водяных паров для (табл.1):

=0,1039

29. Объемная доля трехатомных газов (табл.1):

=0,3054

30. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов и паров:

=0,3054*0,1*1,27=0,0388 (1/(м ^. МПа))

Сжигание твердого топлива

31. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

 =

=  = 8,247 (1/(м ^. МПа))

32. Коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы:

 =  0,085 (1/(м ^. МПа))

Где  - безразмерная концентрация золы в дымовых газах при нормальных условиях в топке (табл.1)

33. Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами:

=10*0,5*0,03= 0,15 (1/(м ^. МПа))

Где k_кокс=10 1/(мМПа) - коэффициент ослабления.

Высокореакционные топлива         

Слоевые топки                                 

           

16.Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, золовыми и коксовыми частицами:

 = 8,247 + 0,085 + 0,15 = 8,48 1/(м ^. МПа)

17. Степень черноты факела в топке:

=0,658

 

 

	Тепловой расчёт котла

18. Степень черноты топки для слоевых топок:

 =  = 0,876

 

19. Тепло, вносимое холодным воздухом в топку:

 = 1,05*125,9 = 132,3 кДж/кг

20. Тепловыделение в топке:

 =

= 19819*(100 – 3 – 3 – 0,237)/(100-3) + 132,3 = 19289,94 кДж/кг

21. Теоретическая (адиабатическая) температура горения (по диаграмме энтальпия-температура для , табл.2):

=1833 ⁰C

22. Средняя теплоемкость продуктов сгорания:

 =  = 10,26 кДж/(кг ⁰C)

Где , кДж/кг - энтальпия газов на выходе из топки (по диаграмме энтальпия-температура для ).

23. Относительное положение максимума температур (приложение 1):

=0

24. Параметр, учитывающий характер распределения максимальных температур пламени по высоте топки:

при слоевом сжигании твердых топлив:          

=0,59

25. Температура газов на выходе из топки:

 =

=  = 806,77 ⁰С

Если расположение рассчитанной и предварительно заданной температуры газов на выходе из топки превосходит 10⁰С, то расчет следует повторить – метод последовательных приближений, приняв в качестве нового предварительного значения температуры полученное в расчете.

 

 

	Тепловой расчёт котла

26. Энтальпия газов на выходе из топки (по диаграмме энтальпия-температура для , табл. 2):

 = 8272,95 кДж/кг

 

 

27. Тепло, переданное излучением в топке:

 = 0,994*(19289,94-8272,95) = 10951,58 кДж/кг

 

 

28. Уточнить теплонапряженности и сравнить с рекомендуемыми значениями:

Теплонапряжение топочного объема:

= 0,385*19289,94/20,4 = 364,1 кВт/м³

Теплонапряжение зеркала горения:

= 0,385*19289,94/6,4 = 2996,16 кВт/м³

 

 

2.6. РАСЧЁТ КОТЕЛЬНОГО ПУЧКА.

 

Вместе с экранами топки котельный пучок является парообразующей (испарительной) поверхностью парогенератора. Цель расчета – найти температуру продуктов сгорания на выходе из котельного пучка и связанные с ней величины. Расчет ведут методом последовательных приближений, задаваясь температурой на выходе и добиваясь равенства теплот по уравнениям баланса и теплообмена.

На рис.1 показан упрощенный расчетно-графический способ нахождения температуры газов на выходе из котельного пучка. Задаются первой температурой на выходе  (например, 200⁰С) и определяют теплоту по уравнению баланса  и теплоту по уравнению теплообмена . Затем задаются второй температурой газов на выходе из пучка (например, 300⁰С) и определяют теплоты  и по соответствующим уравнениям. Если пренебречь изменением физических параметров газов в диапазоне 200-300⁰С, то необходимые нам температуру газов на выходе из котельного пучка  и количество усвоенного в пучке тепла найдем на пересечении показанных на рис.1 прямых.

 

	Тепловой расчёт котла

                                  

 

 

 

                                    

                                                        

                           

Рис.1 Нахождение величин на выходе из котельного пучка

 

 

1. Температура газов на входе в пучок (из расчета топки):

 = 950 ⁰С

2. Энтальпия газов перед пучком (из расчета топки):

 = 10228,36 кДж/кг(м³)

3. Конвективная поверхность нагрева (из приложения 1):

= 214 м²

4. Диаметр труб (из приложения 1):

= 0,051 мм

5. Шаг труб поперек потолка газов (из приложения 1 с учетом направления потока газов):

= 0,110 мм

6. Шаг труб вдоль потолка газов (из приложения 1 с учетом направления потока газов):

= 0,090 мм

7. Живое сечение пучка для прохода газов (из приложения 1:

= 1,25 м²

8. Температура газов за пучком (принимается с последующим уточнением):

= 300 ⁰С

9. Энтальпия газов за пучком (по - диаграммы при ):

 = 3002,41 кДж/кг(м³)

10. Тепло, отданное газами по уравнению баланса:

=

=0,994*(10228,36-3002,41+0,05*125,9) = 7189,3  кДж/кг(м³)

 

11. Температура насыщения воды, кипящей в трубах пучка, при давлении 1,4 МПа:

= 194,13 ⁰С

12. Большая разность температур:

= 950-194,13 = 755,87 ⁰С

	Тепловой расчёт котла

 

13. Меньшая разность температур:

= 300-194,13 = 105,87 ⁰С

14. Средний температурный напор:

 = = 331,05 ⁰С

 

15. Средняя температура газов:

=  = 655 ⁰С

 

16. Средняя скорость газов:

 =  6,62 м/с

17. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке:

=

=0,2*1*0,9957*(5,7*10^-2/0,051)*(6,62*0,051/47,4*10^-6) *0,6475  =

      = 61,552 Вт/(м^{2 0}С)

где - коэффициент учитывающий число рядов труб z по ходу газов; при z>3, =1;

- коэффициент учитывающий геометрическую компоновку пучка труб (если расчет дает отрицательное значение то принять =1)

= = 0,9957

, Вт/(м*К), - коэффициент теплопроводности газов при средней температуре потока;

, м²/с, - коэффициент кинематической вязкости газа при средней температуре потока;

- число Прандтля при средней температуре потока газа.

18. Коэффициент теплоотдачи излучением:

=

=  = 10,6598  Вт/(м² К),

где - степень черноты загрязненной лучевоспринимающей поверхности;

 - степень черноты потока газов при средней температуре газов в котельном пучке    

	Тепловой расчёт котла

 = 625+273 = 898 ⁰С

=0,1369

коэффициент ослабления излучения при средней температуре потока (формулы смотри в разделе расчета топки):

= 8,247+ 0,085 = 8,33  (м МПа)^-1,

давление в потоке газов  МПа,

оптическая толщина слоя газа:

 = = 0,1766 м

 

температура загрязненной стенки (при сжигании мазута и твердого топлива ):

= 273+194,13+60 = 527,13 К

п – показатель степени; для запыленного потока (мазут, твердое топливо) п=4.

19. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

=1*(61,552+10,6598) = 72,21 Вт/(м² К)

где коэффициент омывания, зависящий от угла между направлением потока газов и осью труб; при угле 90 ^о .

20. Коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева (смотри [2]: с.47, табл.7-1; с.48, табл.7-3; с.48, пункт 7-55):

 = 0,6

21. Коэффициент теплопередачи:

= 0,6*72,21 = 43,33 Вт/(м^{2 .} К)

 

22. Тепло, воспринятое поверхностью нагрева по уравнению теплопередачи:

 =  = 7971,9 кДж/кг(м³)

Если при расчете методом последовательных приближений в первом приближении расхождение между  и  превосходит 2%, то следует сделать следующее приближение. Если имеются результаты расчета теплот в двух приближениях, можно прибегнуть к расчетно-графическому методу определения параметров на выходе из пучка.

Расхождения между  и  получились равными 1,72 %.

 

 

	Тепловой расчёт котла