По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.
4 Тепловой баланс котла
Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.
Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, %
(17)
где Hух – энтальпия уходящих газов, кДж/м3;
H0х.в – энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяем при tв = 300С, кДж/м3;
aух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;
q4 – потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для природного газа q4 =0;
Qрр – располагаемая теплота топлива, кДж/м3.
Энтальпия теоретического объема холодного воздуха H0хв, кДж/м3, при температуре 300С
H0хв =39,8 V0 (18)
H0хв= 39,8 * 10,03 = 399,2
Определяем располагаемую теплоту Qрр, кДж/м3, для газообразного топлива
Qрр = Qсн (19)
где Qсн – низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м3
Qрр=38380
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3, %, обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4. По таблице 4.4 [2] q3=0,5.
Потеря теплоты от механической неполноты горения топлива q4, %, наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Для газа q4 = 0 %.
Потеря теплоты от наружного охлаждения q5, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле
q5= q5ном ( Dном / D) (20)
где q5ном – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2] q5ном =2,3;
Dном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;
D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.
q5=2,3* 6,5/6,5 =2,3
Определяем КПД брутто ηбр, %, парового котла из уравнения обратного теплового баланса
ηбр=100-(q2+q3+q4+q5+q6). (21)
При сжигании газообразного топлива уравнение примет вид
ηбр =100–(q2+ q3 +q5)
ηбр =100–(6,2+0,5+2,3)=91,0
Определяем полезную мощность Qпг, кВт, парового котла
Qпг =Dн.п (hн.п – hп.в )+ 0,01рDн.п (hкип – hп.в) (22)
где Dн.п – расход выработанного насыщенного пара 1,8, кг/с;
hн.п – энтальпия насыщенного пара определяется из ист.4, 2789 кДж/кг;
hп.в – энтальпия питательной воды ист.4, 820 кДж/кг;
р – непрерывная продувка парового котла, 2,5 %;
hкип – энтальпия кипящей воды в барабане котла, 826 кДж/кг.
Qпг =1,8 (2789 – 419) + 0,01*2,5*1,8 (826– 419)=4284,3
Определяем расход топлива Впг, м3/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса
Впг = (Qпг / (Qрр * ηбр))100 (23)
Впг = (4284,3/ (38380 * 91,0)) 100 =0,123
Определяем расчётный расход топлива Вр, м3/с
Вр =Впг= 0,123
Определяем коэффициент сохранения теплоты φ
(24)
φ = 1-2,3/(91,0 +2,3) = 0,975
5 Расчет топочной камеры
Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [2] в следующей последовательности.
Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 10350С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 – Энтальпии продуктов сгорания Н = ƒ (J), кДж/м3.
Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Qт, кДж/м3
(25)
где Qв – теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м3
Qт =38380 (100-0,5)/100+419,6=38607,6
Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Qв, кДж/м3, определяем
Qв =α˝т * H0х.в. (26)
Qв =1,05*399,2=419,16
Определяю коэффициент ψ тепловой эффективности экранов
ψ = χ * ξ, (27)
где χ – угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение χ определяется из рисунка 5.3 [2] ; χ=0,97;
ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2]: ξ=0,67.
ψ = 0, 97*0, 67=0, 65
Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя
S=3,6Vт/Fст (28)
где Vт – объем топочной камеры, м3;
Fст – поверхность стен топочной камеры, м2.
S=3, 6*11, 2/29, 97=1, 35
Определяем коэффициент k, (м·МПа)–1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами kг и сажистыми частицами kс
k = kг rп + kс (29)
где kг – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)–1;
rп – суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаю по таблице 1;
kс –коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)–1.
Коэффициент kг, (м·МПа)–1 , ослабления лучей трехатомными газами определяю по формуле
(30)
где рп = rп р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;
р – давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПа;
T˝т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).
Коэффициент kс , (м·МПа)–1, ослабления лучей сажистыми частицами
kс (31)
где Ср, Нр–содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.
При сжигании природного газа
(32)
где СmНn – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %
k=8,75*0,257+1,147=3,43
Определяем степень черноты факела аф.
Для газообразного топлива степень черноты аф факела
аф =mасв +(1– m) аг (33)
где m –коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,12 при qV=421 кВт/м3;
асв – степень черноты светящейся части факела;
аг – степень черноты несветящихся трёхатомных газов.
Значения асв и аг определяю по формулам
асв=1 – е-( kг rп + kс) р s (34)
аг=1 – е –kг rп р s (35)
асв=1 – е-(3,43*0,1*1,35)=0,37
аг=1 – е –8,75*0,257*0,1*1,35=0,259
аф =0,12*0,37+(1-0,12)*0,257=0,274.
Определяем степень черноты топки ат для камерной топки при сжигании газа
(36)
ат=0,274/(0,274+(1-0,274)*0,65)=0,36
Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].
Определяем среднюю суммарную теплоёмкость Vс.ср, кДж/м3·К, продуктов сгорания на 1 м3 газа при нормальных условиях
Vс.ср=(Qт – H″т) / (Та –Т″т) (37)
где Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Qт, равному энтальпии продуктов сгорания На; Та=2254, К.
Т″т –температура (абсолютная) на выходе из топки, К;
H″т – энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;
Qт – полезное тепловыделение в топке, кДж/м3.
Vср
Определяю действительную температуру υ″т, 0С, на выходе из топки
υ″т = (38)
Полученная температура на выходе из топки υ″т = 10330С сравнивается с температурой, принятой ранее, 10350С. Расхождение между полученной температурой υ″т, 0С, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±1000С, расчет считается оконченным.
Определяем удельную нагрузку топочного объема qV, кВт/м3
qV= ВрQрн/Vт. (39)
qV=0,123*38380/11,2=421
6 Расчет конвективных пучков
При расчете конвективных поверхностей нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м3 сжигаемого газа при нормальных условиях.
Расчёт первого конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].
Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода υ″ = 4000С и υ″ = 3000С. Далее весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур.
Определяем теплоту Qб ,кДж/м3, отданную продуктами сгорания
Qб = φ (H′– H″+ Δαк * H0прс) (40)
где H′ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, кДж/м3;
H″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3;
Δαк – присос воздуха в поверхность нагрева;
H0прс – энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 300С, кДж/м3;
φ – коэффициент сохранения теплоты.
Q400б = 0,975 (20239–7522+0,05*399,2) =12418
Q300б = 0,975 (20239–5574+0,05*399,2) =14317
Определяем расчётную температуру потока υ, 0С, продуктов сгорания в конвективной поверхности
(41)
где υ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, 0С;
υ″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева 0С.
υ 400=(1033+ 400) / 2=716,5
υ300=(1033+ 300) / 2=666,5
Определяем температурный напор ∆t, 0С
∆t = υ – tк (42)
где tк – температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, 0С.
∆t 400 = 716,5 – 194,1 = 522,4
∆t 300 = 666,5 – 194,1 = 472,4
Рассчитываем среднюю скорость ωг, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева
(43)
где Вр – расчетный расход топлива, м3/с;
F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2;
Vг – объем продуктов сгорания на 1 м3 газообразного топлива, м3/м3;
υ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, 0С.
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией αк, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков
αк = αн сzсsсф (44)
где αн – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме рис.6.1 [2] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м2·К); αн400=95, αн300= 91;
сz – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; сz400=1, сz300=1;
сs – поправка на компоновку пучка; сs400=1, сs300=1;
сф – коэффициент, учитывающий влияние измерения физических параметров потока; сф400=1,09, сф300=1,11.
α500к=95*1*1*1,09=103,5
α400к=91*1*1*1,11=101
Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину
kрs = ( kг rп) ps (45)
где kг – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;
р – давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1.
Определяем толщину излучающего слоя s,м, для гладкотрубных пучков
s = (46)
s =
kрs 400 =34,69*0,253* 0,1*0,177=0,155
kрs 300 =35,59*0,253*0,1*0,177=0,159
Определяем коэффициент теплоотдачи αл, Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для незапыленного потока при сжигании газообразного топлива
αл =αн а сг (47)
где αн – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К), определяем по номограмме на рис.6.4 [2];
а – степень черноты;
сг – коэффициент, определяем по рис.6.4 [2].
Для определения αн и коэффициент сг определяем температуру tз, 0С, загрязненной стенки
tз = t + ∆t (48)
где t – средняя температура окружающей среды, 0С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;
∆t – при сжигании газообразного топлива принимаем равной 250С.
tз = 194,1 + 25 = 219,1
α400н =45; α300н =33
а400 = 0,14; а300 = 0,15
сг400 = 0,98; сг300 = 0,93
αл400 =45*0,14*0,98 = 6,4
αл 300 =33*0,15*0,93 = 4,7
Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи α1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева
α1 = ξ (αк+ αл) (49)
где ξ – коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1.
α1400 =1(103,5+6,4)=109,9
α1300 =1(101+4,7)=105,7
Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К)
К = α1 ψ (50)
где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл.6.2 [2]; принимаем равным 0,85.
К400 = 0,85*109,9 = 93,5
К300 = 0,85*105,7 = 89,8
Определяем количество теплоты Qт, кДж/м3, воспринятое поверхностью нагрева
(51)
где Δt – температурный напор, 0С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева
(52)
По принятым двум значениям температуры υ′ и υ″ полученным двум значениям Qб и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ″ на выходе из первого конвективного пучка равна 3700С.
Расчет второго конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2] аналогично первому конвективному пучку.
Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода υ″ =3000С и υ″ =2000С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.
Определяем теплоту Qб ,кДж/м3, отданную продуктами сгорания по формуле
Qб = φ (H′– H″+ Δαк * H0прс)
Q300б = 0,975 (7422–3945+0,1*399,2) =3897
Q200б = 0,975 (7422–5980+0,1*399,2) =1912
Определяем расчётную температуру потока υ, 0С, продуктов сгорания в конвективной поверхности по формуле
υ 300=(370+ 300) / 2=335
υ 200=(370+200) / 2=285
Определяем температурный напор ∆t, 0С, по формуле (42)
∆t = υ – tк
∆t 300 = 335 – 194,1 = 140,9
∆t 200 = 285 – 194,1 = 90,9
Рассчитываем среднюю скорость ωг, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева по формуле
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией αк, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков по формуле
αк = αн сzсsсф
αн300=73, αн200= 68
сz300=1, сz200=1
сs300=1, сs200=1
сф300=1,11, сф200=1,15
α300к=73*1*1*1,11=81
α300к=68*1*1*1,15=78,2
Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину по формуле
kрs = ( kг rп) ps
Определяем толщину излучающего слоя s, м, для гладкотрубных пучков по формуле
kрs 300 =40,6*0,236* 0,1*0,177=0,17
kрs 200 =42,5*0,236*0,1*0,177=0,18
Определяем коэффициент теплоотдачи αл, Вт/(м2·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для
незапыленного потока при сжигании газообразного топлива по формуле (47)
αл =αн а сг
Для определения αн и коэффициент сг определяем температуру tз, 0С, загрязненной стенки по формуле
tз = t + ∆t
α300н =33; α200н =26
а300 = 0,14; а200 = 0,15
сг300 = 0,94; сг200 = 0,9
αл400 =67*0, 14*0,94 = 4,5
αл 200 =59*0,15*0,9 =3,6
Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи α1, Вт/(м2·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева по формуле
α1 = ξ (αк+ αл)
α1300 =1(81+4,5)=85,5
α1200 =1(78,2+3,6)=81,7
Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К), по формуле
К = α1 ψ
К300 = 0,85*85,5 = 72,7
К300 = 0,85*81,7 = 69,5
Определяем количество теплоты Qт, кДж/м3, воспринятое поверхностью нагрева по формуле
где Δt – температурный напор, 0С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева, определяемый по формуле
По принятым двум значениям температуры υ′ и υ″ полученным двум значениям Qб и Qт производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ″ на выходе из второго конвективного пучка равна 274.
7 Расчет экономайзера
Расчёт водяного экономайзера производим по формулам в соответствии с источником [2] .
Определяем теплоту отданную продуктами сгорания Qб, кДж/м3 при приятой температуре уходящих газов
Qб = φ (H′ – H″+ Δα эк * H0прс) (53)
где H′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/м3
H″ – энтальпия уходящих газов, кДж/м3;
Δαэк – присос воздуха в экономайзер;
H0прс – энтальпия теоретического количества воздуха, Дж/м3;
Страницы: 1, 2, 3
