2 страница. , , - объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара (см

, , - объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара (см. таблицу 2).

(3.16)

3. Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур

, кДж/кг

4. Определяем энтальпию золы

(3.17)

где - величина уноса золы с газами [4]

- энтальпия золы, МДж/кг.[2]

5. Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха

(3.18)

, кДж/кг

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам сводят в таблицу 3.

Таблица 3

Энтальпия продуктов сгорания , кДж/кг

Поверхность нагрева	Температура после поверхности нагрева, ˚С	, (3,14)	, (3,15)	, (3,16)	, (3,17)	, (3,18)
Верх топочной камеры		19424,606 17301,422 15235,109 14198,793 13162,477 12126,161 11121,44 10110,400 9099,360 8119,915 7165,746	23376,91 20790,09 18237,83 16981,05 15724,34 14360,72 13227,9 12019,76 10815,34 9621,29 8440,64	7769,824 6920,569 6094,043 5679,517 5264,991 4850,464 4448,576 4044,16 3639,744 3247,966 2866,298	3192,32 3016,192 2588,256 2385,984 2183,712 1878,24 1663,584 1513,60 1358,112 1208,128 1058,144	34339,054 30726,851 26920,129 25046,551 23173,043 21089,424 19340,06 17577,52 15813,196 14077,384 12365,082
Первый конвективный пучок		8119,915 7165,746 6205,258 5257,408 4334,834 3424,898 2552,876	9621,29 8440,64 7285,79 6160,26 5070,65 3996,28 2954,48	3653,962 3224,586 2792,366 2365,834 1950,675 1541,204 1148,794	1208,128 1058,144 913,664 773,312 632,96 496,736 363,264	14483,38 12723,37 10991,82 9299,406 7654,285 6034,22 4466,538
Второй конвективный пучок		6205,258 5257,408 4334,824 3424,898 2552,876 1683,382	7285,79 6160,26 5070,65 3996,28 2954,48 1936,485	3412,892 2891,574 2384,159 1883,694 1404,082 925,860	913,664 773,312 632,96 496,736 363,264 232,682	11612,345 9825,146 8087,769 6376,710 4721,826 3095,025
Водяной экономайзер		3424,898 2552,876 1683,382 836,636	3996,280 2954,480 1936,485 955,065	2226,184 1659,369 1094,199 543,813	496,736 363,264 232,682 111,181	6719,200 4977,113 3263,365 1610,059

Глава 4 РАСЧЕТНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И РАСХОД ТОПЛИВА

4.1 Расчет потерь теплоты

(4.1)

При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, со­держащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях имеет вид:

,

где - располагаемая теплота, кДж/кг;

- полезная теплота, содержащаяся в паре, кДж/кг;

- потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке, плюс потери на охлаждение панелей и балок, не включённый в циркуляционный контур котла, кДж/кг.

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой теплоты.

1. Потеря теплоты с уходящими газами (q₂) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосфер­ного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, за­бираемого дутьевым вентилятором.

(4.2)

,

где - энтальпия уходящих газов, определяется по таблице 3 при соответствующих значениях и выбранной температуре уходящих газов кДж/кг;

- энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_в=30°С, кДж/кг;

= - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, принимается по таблице 2 в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

- потеря теп­лоты от механической неполноты горения (для угля q₄ = 6 % [2]).

(4.3)

,

(4.4)

.

(4.5)

,

2. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q₃)обус­ловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н₂, СН₄. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

[4]

3. Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄)наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе, и твердых горючих частиц, не вступивших в процессы газификации и горения. Считается, что твердые горючие частицы представляют собой чистый углерод.

Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжи­гания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воз­духа.

[2]

4. Потеря теплоты от наружного охлаждения (q₅)обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наруж­ного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности.

(4.6)

,

где - потери тепла от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла [2];

- номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

- расчётная нагрузка парового котла, т/ч.

5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков , возрастают с увеличением . Эти условия учитываются при слоевом, а также при камерном сжигании многозольных топлив по формуле:

(4.7)

где: кДж/кг – энтальпия шлака, при твердом шлакоудалении при ;

- доля золы топлива в шлаке и провале. (4.8)

4.2 Расчёт КПД и расхода топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или водогрейного котла называют отношение полезной теплоты к распо­лагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия — для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимаютрасход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте — нетто.

(4.9)

1) По уравнению обратного баланса находим КПД брутто

,

2) Из уравнения прямого теплового баланса находим расход топлива, подаваемого в топку (равному расчетному расходу топлива)

(4.10)

,

(4.11)

где - полезная мощность котла, кВт;

,

где кг/с - расход выработанного перегретого пара;

кДж/кг - энтальпия перегретого пара при Р=1,37МПа и 250 С [3];

кДж/кг - энтальпия питательной воды при 100 [3];

кДж/кг - энтальпия кипящей воды в барабане котла при Р=1,3 МПа [4];

- непрерывная продувка парового котла.

.

,кг/с

кг/с - расчетный расход топлива с учетом потери тепла от механической неполноты горения.

3) Определяем коэффициент сохранения теплоты

(4.12)

.

Глава 5 РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ

5.1 Определение геометрических характеристик топок

При поверочном расчете топки по чертежам необходимо определить: объем топочной камеры, степень ее экранирования, пло­щадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояние между осями труб).

Для определения геометрических характеристик топки составляется ее эскиз. Активный объем топочной камеры складывается из объема верхней, средней (призматической) и нижней частей топки. Для определения активного объема топки ее следует разбить на ряд элементарных геометрических фигур. Верхняя часть объема топки ограничивается потолочным пере­крытием и выходным окном, перекрытым фестоном или первым рядом труб конвективной поверхности нагрева. При определении объема верхней части топки за его границы принимают потолочное перекрытие и плоскость, проходящую через оси первого ряда труб фестона или конвективной поверхности нагрева в выходном окне топки.

Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой, а слоевых — колосниковой решеткой со слоем топлива. За границы ниж­ней части объема камерных то­пок принимается под или услов­ная горизонтальная плоскость, проходящая посередине высоты холодной воронки.

Полная площадь поверхности стен топки (F_CT) вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Для этого все поверхности, ограничивающие объем топки, разбиваются на эле­ментарные геометрические фигуры.Площадь поверхности стен двухсветных экранов и ширм определяется как удвоенное произведение расстояния между осями крайних труб этих экранов и освещенной длины труб.

1.Определение площади ограждающих поверхностей топки

В соответствии с типовой обмуровкой топки котла ДКВР-10-13, которая показана на рисунке 4, подсчитаем площади ограждающих её поверхностей, включая поворотную камеру. Внутренняя ширина котла равна 2810 мм [2].

Рисунок 4. Схема топки котла ДКВР-10 и её основные размеры

(5.1)

,

где - расстояние между осями крайних труб данного экрана, м;

- освещенная длина экранных труб, м.

Боковые стены ,

Передняя стена ;

Задняя стена ;

Две стены поворотной камеры ;

Потолок ;

Под топки и поворотной камеры

;

(5.2)

Общая площадь ограждающих поверхностей

.

.

2. Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева топки

Таблица 4

Основные данные по определению лучевоспринимающей поверхности нагрева [2]

Экраны	Освещенная длина труб экрана l, мм	Расстояние между осями крайних труб экрана b, мм	Площадь стены покрытая экраном, Fпл, м^2	Диаметр экранных труб d, мм	Шаг экранных труб S, мм	Расстояние от оси трубы до стены е, мм	Относительный шаг экранных труб S/d	Относительное расстояние от оси трубы до стены e/d	Угловой коэффициент экрана	Лучевоспринимающая поверхность нагрева Нл, м^2
Боковые......... Передние....... Задние........... Первый ряд котельного пучка.............		2600х2	5,95 11,3     4,55				2,55 2,55 2,55     2,17	0,79 0,79 0,79     0,59	0,78 0,78 0,78     0,79	19,5 4,65 8,8     3,6

(5.3)

Общую лучевоспринимающую поверхность нагрева топки определяют как сумму отдельных составляющих

.

5.2 Расчёт теплообмена в топке

Расчет теплообмена в топках паровых и водогрейных котлов основывается на приложении теории подобия к топочным процессам. Для расчета теплообмена в однокамерных и полуоткрытых топках рекомендуется формула, связывающая безразмерную температуру продуктов сгорания на выходе из топки () с критерием Больцмана (Во), степенью черноты топки () и параметром (),учитывающим характер распределения температур по высоте топки:

(5.4)

.

Безразмерная температура продуктов сгорания на выходе из топки () представляет собой отношение действительной абсолютной, температуры на выходе из топки ()кабсолютной теоретической температуре продуктов сгорания (). Под теоретиче­ской температурой продуктов сгорания (адиабатной температурой) понимают максимальную температуру при сжигании топлива с расчетным коэффициентом избытка воздуха, которую могли бы иметь продукты сгорания, если бы в топке отсутствовал теплооб­мен с экранными поверхностями нагрева.

Критерий Больцмана представляет собой характеристическое число, контролирующее соотношение между конвективным переносом теплоты и излучением абсолютно черного тела при темпе­ратуре рассматриваемого элементарного объема.

Критерий Больцмана вычисляется по формуле:

(5.5)

,

где — коэффициент сохранения теплоты;

— расчетный рас­ход топлива, кг/с;

— площадь поверхности стен топки, м²;

— среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

— средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур — , кДж/(кг·К);

5,67·10^-8— коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²·К⁴);

— абсолютная теоретическая температура продуктов сгорания, К.

Степенью черноты топки () называют отношение излучательной способности действительной топки к излучательной способности абсолютно черного тела. Степень черноты топки зависит от излучательной способности пламени факела (слоя горящего топлива), конструкции тепловоспринимающих поверхностей нагрева и степени их загрязнения.

Коэффициент пропорциональности (), определяющий относительное изменение интенсивности луча в поглощающем слое единичной толщины, называют коэффициентом ослабления луча. Он определяет интенсивность ослабления лучей в поглощающей среде и, следовательно, характеризует полную поглощательную способность среды, определяемую как поглощением, так и рас­сеянием.

В топочной камере основными газами, способными поглощать тепловые лучи, являются трехатомные газы, состоящие из RO₂ и водяных паров Н₂О. Поглощательная способность RO₂ при постоянном давлении и температуре однозначно определяется произведением его парциального давления () и толщины слоя (s). Поглощательная способность водяного пара при заданной температуре зависит от двух величин: 1) от произведения парциального давления водяного пара и толщины слоя () и 2) от толщины слоя (s) либо от парциального давления ().

Коэффициент ослабления лучей — это основная характеристика любой мутной среды, определяющая, ее излучательную, рассеивающую и поглощательную способности. Поэтому применительно к топкам котельных агрегатов задача сводится к определению коэффициента ослабления лучей в зависимости от характера пламени.

При расчете несветящихся пламен необходимо определить коэффициент ослабления лучей только трехатомными газами, полусветящихсяпламен — дополнительно коэффициенты ослабления лучей частицами золы и кокса, а светящихся — частицами сажи.

Параметр М учитывает распре­деление температуры по высоте топочной камеры и характеризует влияние максимума температуры пламени на эффект суммарного теплообмена. Он зависит от вида топлива, способа его сжигания, типа горелок, их расположения на стенах топки и функционально связан с относительным уровнем расположения горелок по высоте топочной камеры.

Угловым коэффициентом()называется 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 х опреде­ляется из рисунка 8.

Коэффициент учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Если стены топки покрыты экранами с разными угловыми коэффициентами или частично покрыты огнеупорной массой (огнеупорным кирпичом), то определяется среднее значение коэффициента тепловой эффективности. При этом для неэкранированных участков топки коэффициент тепловой эффективности принимается равным нулю. При определении среднего коэффициента тепловой эффективности суммирование распространяется на все участки топочных стен. Для этого стены топочной камеры должны быть разбиты на отдельные участки, в которых угловой коэффициент и коэффициент загрязнения неизменны.

(5.6)

1. Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры

2. Для выбранной температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 3.

(5.7)

Дата добавления: 2015-09-01