Подсчитывается степень черноты факела

Читайте также:

Для жидкого и газообразного топлива степень черноты факела определяется по формуле:

, (6.19)

где k_Д – коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела, принимается по таблице 6.3;

- степень черноты светящейся части факела и несветящихся трёхатомных газов, какой бы обладал факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами.

=0.64 (6.20)

=0.6 (6.21)

=0.4·0.641+(1-0.4) ·0.6=0.292

10) Определяется степень черноты топки по формулам:

- для камерных топок при сжигании жидкого топлива и газа

(6.25)

Определяется параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки по формуле:

- при сжигании газа и мазута

=0.059-0.2 · 0.344=0.5 (6.26)

Относительное положение максимума температуры пламени по высоте топки для большинства топлив определяется по формуле:

, (6.29)

где h_Г – расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок, м;

Н_Т – расстояние от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна топки, м.

Для слоевых топок при сжигании топлива в тонком слое (топки с пневмомеханическими забрасывателями) и скоростных топок системы В.В. Померанцева принимается x_Т = 0; при сжигании топлива в толстом слое x_Т = 0,14.

= ,

Определяется средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого твёрдого и жидкого топлива или на 1 м³ газа при нормальных условиях по формуле:

, (6.30)

где Vс_СР – средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого твёрдого и жидкого топлива или на 1 м³ газа при нормальных условиях, кДж/(кг·К) или кДж/(м³·К);

Q_Т – полезное тепловыделение, кДж/кг или кДж/м³;

- энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг или кДж/м³;

- теоретическая (адиабатная) температура горения, К;

- температура (абсолютная) на выходе из топки, принятая по предварительной оценке, К.

кДж/(кг·К)

Определяются удельные нагрузки колосниковой решётки и топочного объёма по формулам:

, (6.33)

где q_V – удельные нагрузки топочного объёма, кВт/м³.

, кВт/м³.

2.2 Расчёт конвективных поверхностей нагрева

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путём конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передаётся через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару – конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

При расчёте конвективных поверхностей нагрева используются уравнения:

- теплопередачи

=8197.1 кДж/м³ (6.34)

где Q_т- количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, кДж/кг или кДж/м³;

К – коэффициент теплопередачи, отнесённый к расчётной поверхности нагрева, Вт/(м²·К);

Н – расчётная поверхность нагрева, м²;

∆t – температурный напор, ºС;

В_Р– расчётный расход топлива, кг/с или м³/с;

Из уравнения (6.34) ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Очевидно. что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер, воздухоподогреватель) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на её изготовление.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды

была бы наибольшей. Пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, а водяной экономайзер – после конвективной поверхности нагрева.

При расчёте количество теплоты, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или паром. Для расчёта задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют её путём последовательных приближений. Расчёт ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.

2.3 Расчёт конвективных пучков котла

Последовательность расчёта приведена ниже.

1) По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг труб и рядов (расстояние между осями труб), диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания.

Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе определяется по формуле:

, (6.36)

где Н – площадь поверхности нагрева, м²;

d – наружный диаметр труб, м;

ℓ - длина труб, расположенных в газоходе (при изогнутых трубах – длина проекции труб), м;

n – общее число труб, расположенных в газоходе.

=3.14 ·0.051·2.5·50 = 20.12 м²

Из чертежа котлоагрегата определяются:

а) S₁ – поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению к потоку) определяется по рисунку 6.8, м;

б) S₂ – продольный шаг труб (в продольном направлении по отношению к потоку), м;

в) z₁ – число труб в ряду;

г) z₂ – число рядов труб по ходу продуктов сгорания.

По конструктивным данным подсчитываются:

а) - относительный поперечный шаг;

б) - относительный продольный шаг.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

- при продольном омывании гладких труб

= (6.38)

где и b – размеры газохода в расчётных сечениях, м;

z – число труб в пучке.

4) Вычисляется расчётная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе:

, (6.39)

где - расчётная температура продуктов сгорания, ºС;

и - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и выходе из неё, ºС.

, ºС

5) Определяется температурный напор:

=492.5-250=242.5 ºС (6.40)

где t_К– температура охлаждающей среды; для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, а для водогрейного – равной полусумме температур на входе в поверхность нагрева и выходе из неё, ºС.

6) Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева:

, (6.41)

где w_Г– средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с;

В_Р– расчётный расход топлива определяется по формулам (5.34) и (5.35), кг/с или м³/с;

υ – объём продуктов сгорания на 1 кг твёрдого и жидкого топлива или на 1 м³ газа определяется из расчётных таблиц 5.2 и 5.3 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха.

= м/с;

8) Вычисляется степень черноты газового потока по номограмме на рисунке 6.6. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину:

=3.85 (6.44)

где k_Г– коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, определяется по формуле (6.12);

k_{ЗЛ -}коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяется по рисунку 5.5 при сжигании твёрдого топлива в пылеугольных топках, а при сжигании газа, жидкого и твёрдого топлива в слоевых и факльно-слоевых топках принимается k_ЗЛ= 0;

μ – концентрация золовых частиц;

р – давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается р = 0,1 МПа.

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков:

(6.45)

9) Определяется коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева:

- для не запылённого потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива

= 29 Вт/(м²·К); (6.47)

где α _Л– коэффициент теплоотдачи, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м²·К);

α _Н– коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рисунке 6.11;

- степень черноты;

с_Г– коэффициент, определяется по рисунку 6.11.

11) Вычисляется коэффициент теплопередачи:

К = Ψ · α₁= 58.97 Вт/(м²·К); (6.50)

где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

Ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из таблиц 6.5 и 6.6 в зависимости от вида сжигаемого топлива.

12) Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого твёрдого и жидкого топлива или на 1 м³ газа:

= 1368.09 кДж/м³; (6.51)

где Q_Т– количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого твёрдого и жидкого топлива или на 1 м³ газа, кДж/кг или кДж/м³;

∆t – температурный напор, определяется:

- для прямотока, противотока, перекрёстного тока с числом ходов более четырёх при постоянной температуре одной из сред (испарительные поверхности нагрева) и соотношении как среднеарифметическое разностей температур

= 442.6 ºС (6.54)

2.4 Расчёт конвективных пароперегревателей

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчёт пероперегревателя. Задачей расчёта является определение температуры продуктов сгорания после пароперегревателя и выявление возможности при имеющейся поверхности нагрева пароперегревателя получить необходимую температуру перегретого пара. Если в результате расчёта выявится, что существующая поверхность нагрева пароперегревателя не обеспечит необходимой температуры перегретого пара, то должны быть разработаны соответствующие мероприятия и внесены коррективы в чертежи поверхности нагрева пароперегревателя. Последовательность расчёта пароперегревателя зависит от расположения его в газовом тракте котельного агрегата, способа регулирования температуры перегрева пара и схемы включения регулятора перегрева.

Для промышленных паровых котлов, как правило, применяют конвективные пароперегреватели, расположенные после фестона или первого конвективного пучка труб поверхности нагрева, для получения перегретого пара с температурой до 450ºС. Паровые котлы низкого давления обычно вырабатывают пар с температурой около 250ºС и не имеют регулятора перегрева.

Расчёт конвективного пароперегревателя, имеющего поверхностный или впрыскивающий пароохладитель, установленный врассечку, как показано на рисунке 6.14г, производится по частям. Сначала рассчитывается первая по ходу продуктов сгорания часть в приведённой ниже последовательности.

1) По имеющимся чертежам определяется площадь поверхности нагрева первой части пароперегревателя, относительный поперечный и продольный шаг труб , расположение труб (шахматное или коридорное), площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания и пара.

2) Выбираются основные расчётные параметры: температура продуктов сгорания на входе в пароперегреватель (берётся из расчёта предыдущей поверхности нагрева), давление, температура и энтальпия перегретого пара. При этом необходимо задаться тепловосприятием пароохладителя ∆i_ПО = (60…85) кДж/кг.

3) Задаются двумя температурами продуктов сгорания после первой части пароперегревателя, по которым в дальнейшем выполняется весь расчёт.

4) Для двух выбранных температур продуктов сгорания определяется теплота, отданная продуктами сгорания пару:

=359.1 (6.55)

где ∆α_ПП– присос воздуха в газоход пароперегревателя;

- количество теплоты (энтальпия), вносимое присасываемым в газоход воздухом при температуре воздуха t_В=30°С, кДж/кг или кДж/м³.

5) Вычисляется энтальпия пара на выходе из пароохладителя приравниванием теплоты, отданной продуктами сгорания, теплоте, воспринятой паром.

= 14031.06 кДж/кг (6.56)

где - энтальпия пара на выходе из пароохладителя, кДж/кг;

- энтальпия перегретого пара, берётся по давлению и температуре из таблиц водяных паров, кДж/кг;

В_Р– расчётный расход топлива определяется по формуле (5.25).

2.5 Расчёт водяного экономайзера

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении – стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/час, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/час вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

При установке только водяного экономайзера рекомендуется ниже приведённая последовательность расчёта.

1) По уравнению теплового баланса определить количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов:

=359.31 кДж/кг (6.75)

где Q_б– количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³;

- энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется по температуре продуктов сгорания, известной из расчёта предыдущей поверхности нагрева, кДж/кг или кДж/м³;

- энтальпия уходящих газов, определяется по принятой в начале расчёта температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³;

φ – коэффициент сохранения теплоты, определяется по формуле (5.34);

∆α_ЭК – присос воздуха в экономайзер;

- энтальпия теоретического объёма воздуха.

2) Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяется энтальпия воды после водяного экономайзера:

=55.41, кДж/кг; (6.76)

где - энтальпия воды после водяного экономайзера, кДж/кг;

D – паропроизводительность котла, кг/с;

D_ПР– расход продувочной воды, кг/с.

3) По энтальпии воды после экономайзера и её давлению из таблиц для воды и водяного пара определяется температура воды после экономайзера .

Если полученная температура воды окажется на 20ºС ниже температуры при давлении в барабане котла, то для котлов давлением до 2,4 МПа к установке принимают чугунный водяной экономайзер. При несоблюдении указанных условий к установке следует принять стальной змеевиковый водяной экономайзер.

4) В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определяется температурный напор по формуле (6.52).

5) Выбираются конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного и стального экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчётом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной паропроизводительности котла. Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров ВТИ приведены в таблице 6.7. Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть не менее трёх и не более 10.

Стальные экономайзеры выполняются в виде змеевиков из труб с наружным диаметром (28…38) мм (толщина стенки до 4 мм). В промышленных котлах вертикальной ориентации змеевики обычно располагаются параллельно фронту котла. Дл я более компактной компоновки стального экономайзера применяют шахматное расположение труб и минимальные относительные шаги и . При этом относительный шаг = (2,2…3,5), а минимальный относительный шаг для однониточных змеевиков при холодной гибке труб = 2.

Число параллельно включенных змеевиков в пакете определяется по формуле:

, (6.77)

где D – расход воды через экономайзер, кг/с;

ωρ – массовая скорость воды на входе в экономайзер, должна быть (600…800) кг/(м²·с);

d_ВН– внутренний диаметр трубы, мм

6) Определяется действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере:

=6.83 м/с; (6.78)

где w_Г–действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с;

В_Р– расчётный расход топлива определяется по формулам (5.34) и (5.35), кг/с или м³/с;

υ – объём продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха;

- среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, ºС;

F_ЭК- площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м².

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

- при установке чугунного водяного экономайзера

= 24 м²; (6.79)

где F_ТР– площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, берётся из таблицы 6.7, м²;

z₁ – число труб в ряду;

7) Определяется коэффициент теплопередачи.

Для чугунных экономайзеров коэффициент теплопередачи:

=20 (6.81)

определяется с помощью номограммы на рисунке 6.17.

8) Определяется площадь поверхности нагрева водяного экономайзера:

=50.25 (6.84)

9) По полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно устанавливаются его конструктивные характеристики.

Для чугунного экономайзера определяется общее число труб и число рядов по формулам:

= 7 (6.85)

= 1 (6.86)

где Н_ТР – площадь поверхности нагрева трубы, м²;

z₁ – принятое число труб в ряду.

3. РАСЧЁТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Расчёт газового и воздушного тракта

Расчёт газового и воздушного тракта заключается в выполнении упрощенного аэродинамического расчёта, то есть в определении суммарного сопротивления движению газов с целью выбора дымососа и вентилятора.

Аэродинамическое сопротивление какого-либо участка тракта складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений. Для паровых и водогрейных котлов добавляется сопротивление поперечно омываемых пучков труб.

Сопротивление трения возникает при движении потока в прямом канале постоянного сечения, в продольно омываемых трубных пучках и в пластинчатых поверхностях нагрева.

Для изотермического потока

, Па; (7.1)