 |
Основные характеристики воды и пара.
|
|
|
|
В соответствии с заданием абсолютное давление в барабане котла составляет P=15 ата, температура питательной воды – tп.в.=105 0C, процент продувки Pпр=3 %.
Для этих условий определяем полное тепловосприятие воды и пара в котельном агрегате, отнесённое к 1 кг насыщенного пара:
где iн – энтальпия насыщенного пара,[2]
iк.в. – энтальпия котловой воды,[2]
iп.в. – энтальпия питательной воды.
3.Составление баланса тепла котельного агрегата .
Температуру уходящих газов принимаем равной 
ух=140 0C, тогда потеря тепла с уходящими газами определяется по уравнениям 
и 
. Значение 
берётся из I- -диаграммы при значение коэффициента избытка воздуха, равном 
. Для данного случая при ух=140 0C
Теплосодержание поступающего воздуха:
следовательно
Величины потери тепла от химического и механического недожога берутся из таблицы:
Потеря тепла в окружающую среду принимается по графику, равной 
, а величина коэффициента сохранения тепла – из уравнения
Таким образом, из уравнения 
величина коэффициента полезного действия котельной установки
Определение расхода топлива.
Расчётный часовой расход топлива определяют из уравнения, так как поправка не механический недожог отсутствует:
Тепловой расчёт топки
Выбираем камерную экранированную топку.
Расчётные характеристики топочной камеры.
Все необходимые данные располагаем в табл.4. В соответствии с типовой обмуровкой топки котла ДКВР-10-13, которая показана на рисунке 2, подсчитаем площади ограждающих её поверхностей, включая поворотную камеру. Внутренняя ширина котла равна 2810 мм.
Рис.2. Схема топки котла ДКВР-10 и её основные размеры
,
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:
;
.
.
Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева топки
Таблица 3 - Основные данные по определению лучевоспринимающей поверхности нагрева
| Экраны | Освещенная длина труб экрана l, мм 
| Расстояние между осями крайних труб экрана b, мм | Площадь стены покрытая эраном, Fпл, м2 | 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, м2 |
| Боковые Передние Задние Первый ряд котельно-го 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 |
Общую лучевоспринимающую поверхность нагрева топки определяют как сумму отдельных составляющих
.
Таблица 4 - Расчётные характеристики топочной камеры.
| Полная лучевоспринимающая поверхность, Hл в м2 | Общая площадь ограждающих поверхностей Hст в м2 | Диаметр экранных труб, dн в мм | Шаг труб боковых экранов, Sб.э в мм | Относительный шаг труб боковых экранов, Sб.э/ dн |
| 51×2,5 | 1,57 |
Расчёт теплообмена в топке.
Полезное тепловыделение в топке подсчитывают по уравнению:
,
где тепло с вносимым в топку воздухом определено при значении коэффициента избытка воздуха 
.
На I- -диаграмме по прямой, построенной при значении коэффициента избытка воздуха , при найденном теплосодержании 
находим температуру горения 
.
Для определения температуры на выходе из топки составляем табл.4, в которую и помещаем все необходимые величины, включая конструктивные характеристики топки.
|
|
|
Таблица 5 - Расчёт температуры газов на выходе из топки.
| Наименование величин | Условные обозначения | Расчётные формулы или основания | Расчётные данные | Результаты |
| Площадь боковых ограждающих поверхностей топки с одной её стороны, м2 | 
| Эскиз на рис.2 | 
| 15,21 |
| Объём топочного пространства в м3 | Vт | 
| 
| |
| Общая площадь ограждающих поверхностей в м2 | Hст | Табл.3 | - | |
| Эффективная толщина излучающего слоя в м | S | 
| 
| 1,75 |
| Лучевоспринимающая поверхность нагрева в м2 | Hл | Табл.3 | - | |
| Степень экранирования топки | ψ | 
| 
| 0,415 |
| Положение максимума температур | χ | 
| 
| 0,21 |
| Значение коэффициента | m | По таблице IV.2 | - | |
| Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов в м·ата | PпS | rпS (табл.1) | 0,272·1,75 | 0,476 |
| Температура газов на выходе из топки в 0С | 
| Принимается с последующим уточнением | - | |
| Значение коэффициента ослабления лучей трёхатомными газами | kг | Номограмма рис.IV.1 | - | 0,8 |
| Значение коэффициента ослабления лучей топочной средой | k | 
| 0,8·0,272 | 0,22 |
| Сила поглощения запылённым потоком газов | kpS | 
| 0,22·1,75 | 0,385 |
| Степень черноты несветящейся части пламени | анс | Номограмма рис.IV.2 | - | 0,32 |
| Степень черноты факела | aф | 
| 0,32·(1-0) | 0,32 |
| Значение условного коэффициента загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева | ζ | Стр.135 | - | 0,8 |
| Произведение | ψζ | ψζ | 0,415×0,8 | 0,33 |
| Тепловыделение в топке на 1 м2 ограждающих её поверхностей в ккал/м2·ч | - | 
| 
| |
| Постоянные величины расчётного коэффициента M | А, В | - | 
| - |
| Значение расчётного коэффициента M | М | 
| 0,52-0,3·0,21 | 0,46 |
| Температура дымовых газов на выходе из топки , 0С
| - | Номограмма рис.IV.4 | - | |
| Теплосодержание дымовых газов на выходе из топки в ккал/м3 | 
| Диаграмма рис.1 | - | |
| Тепло, переданное излучением в топке, в ккал/м3 | Qл | 
| 0,985(8532-4450) | |
| Тепловое напряжение топочного объёма в ккал/м3·ч | 
| 
| 
|
Как видим, температура газов на выходе из топки оказалось равной предварительно принятой; не превышает допустимых норм и тепловое напряжение объёма топочного пространства, следовательно, расчёт теплообмена в топке произведён правильно.
|
|
|
Переходим к расчёту первого газохода.
6. Расчёт первого газохода.
Определяем конструктивные характеристики газохода и помещаем их в табл.6. Для данной конструкции котла ширина газохода a=1,6 м, высота b=2,1 м.
Таблица 6 - Основные конструктивные характеристики первого газохода.
| Наименование величин | Условные обозначения | Расчётные формулы | Результаты | |
| Общий вид | Числовые значения | |||
| Поверхность нагрева в м2 | H1 | По чертежам | ||
| Число рядов труб: вдоль оси котла поперёк | z1 z2 | - - | - - | |
| Диаметр труб в мм | dн | - | - | 51×2,5 |
| Расчётные шаги труб в мм: продольный поперечный | S1 S2 | - - | - - | |
| Сечение для прохода газов в м2 | F1 | ab-z1bdн | (1,6×2,1-16×2,1×0,051) | 1,71 |
| Эффективная толщина излучающего слоя в м | SI | 
| 
| 0,184 |
Задаёмся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из первого газохода 
и 
и проводим для этих значений температур два параллельных расчёта. Все необходимые расчётные операции располагаем в табл.7. расчёт первого газохода производим при . Приращением значения коэффициента избытка воздуха пренебрегаем, т.е. 
.
Таблица 7 - Тепловой расчет первого газохода.
| Наименование величин | Условные обозначения | Расчётные формулы | Результаты при 
| ||
| Общий вид | Числовые значения | 500 0C | 300 0C | ||
| Температура дымовых газов перед первым газоходом в 0C | 
| Из расчёта топки | Табл.5 | ||
| Теплосодержание дымовых газов перед первым газоходом в ккал/м3 |
| Диаграмма I- рис.1
| - | ||
| Температура дымовых газов за первым газоходом в 0C |
| Задаёмся | - | ||
| Теплосодержание дымовых газов за первым газоходом в 0C | - | Используем I- -диаграмму и табл.2
| Рис.1 | ||
| Тепловосприятие первого газохода по уравнению теплового баланса в ккал/ч | Qб | 
| 0,985×855×(4450-2150+0) 0,985×855×(4450-1400+0) | 1,94×106 - | - 2,57×106 |
| Средний температурный напор в 0C | Δtср | 
| 
| 345,9 | |
| Средняя температура дымовых газов в 0C | ср
| 
| 
| ||
| Средняя скорость дымовых газов в м/сек | ωср | 
| 
| 6,1 | 5,5 |
| Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией в ккал/м2×ч×град | αк | Номограмма рис.IV.5 czcфαн | 1×1,06×42 1×1,1×39,5 | 44,52 - | - 43,45 |
| Суммарная поглощательная способность трехатомных газов в м-ата | PпS | rпSI (табл.1 и 6) | 0,272  0,184
| 0,05 | |
| Значение коэффициента ослабления лучей трёхатомными газами | kг | Номограмма рис.VI.1 | - | 2,9 | 3,1 |
| Суммарная сила поглощения газовым потоком в м-ата | kpS |
| 2,9×0,05 3,1×0,05 | 0,145 - | - 0,155 |
| Степень черноты газового потока | α | Рис.IV.2 | - | 0,135 | 0,145 |
| Значение коэффициента загрязнения поверхности нагрева в ккал/м2·ч·град | ε | Табл. IV.3 | - | 0,005 | 0,005 |
| Температура наружной поверхности загрязнённой стенки в град | tст | 
| 
| ||
| Значение коэффициента теплоотдачи излучением незапылённого потока в ккал/м2·ч·град | αл | Номограмма рис.IV.8 αнαсг | 53×0,135×0,96 34×0,145×0,92 | 6,7 - | - 4,5 |
| Значение коэффициента омывания газохода дымовыми газами | ω | Стр.110 | - | 0,9 | 0,9 |
| Значение коэффициента теплопередачи в первом газоходе в ккал/м2·ч·град | KI | 
| - | 37,9 | 35,8 |
| Тепловосприятие первого газохода по уравнению теплопередачи в ккал/ч | Qт | KIHIΔtср | 37,9×134×520 35,8×134×345,9 | 2,6×106 - | - 1,7×106 |
|
|
|
По значениям Qб и Qт строим вспомогательный график (рис.3) и определяем температуру газов на выходе из первого газохода. Эта температура, равная 
, является и температурой дымовых газов при входе во второй газоход, т.е. 
.
Рис.3. Вспомогательный график по определению температур газов после первого газохода
7. Расчёт второго газохода .
Определяем конструктивные характеристики газохода, значение которых помещаем в табл.8.
Для данного газохода его ширина a=1,075 м, авысота b=2,1 м.
Расчёт второго газохода производим при значение коэффициента избытка воздуха
.
Тепло с присосанным в газоход воздухом принимаем
.
Снова задаёмся двумя произвольными значениями температур дымовых газов, но уже на выходе из второго газохода, принимая их 
и 
, в остальном расчёт аналогичен первому газоходу.
Таблица 8 - Основные конструктивные характеристики второго газохода.
| Наименование величин | Условные обозначения | Расчётные формулы | Результаты | |
| Общий вид | Числовые значения | |||
| Поверхность нагрева в м2 | HII | По чертежам | ||
| Число рядов труб: вдоль оси котла поперёк | z1 z2 | - - | - - | |
| Диаметр труб в мм | dн | - | - | 51×2,5 |
| Расчётные шаги труб в мм: продольный поперечный | s1 s2 | - - | - - | |
| Сечение для прохода газов в м2 | FII | ab-z1bdн | (1,075×2,1-11×2,1×0,051) | 1,08 |
| Эффективная толщина излучающего слоя в м | SII |
| 
| 0,184 |
|
|
|
Таблица 9 - Тепловой расчёт второго газохода
| Наименование величин | Условные обозначения | Расчётные формулы | Результаты при 
| ||
| Общий вид | Числовые значения | 400 0C | 200 0C | ||
| Температура дымовых газов перед вторым газоходом в 0C | 
| Из расчёта первого газохода | - | ||
| Теплосодержание дымовых газов перед вторым газоходом в ккал/м3 | 
| Диаграмма I-
| - | ||
| Температура дымовых газов после второго газохода в 0C |
| Задаёмся | - | ||
| Теплосодержание дымовых газов после второго газохода в 0C | 
| Используем I- -диаграмму рис.1
| - | ||
| Тепловосприятие второго газохода по уравнению теплового баланса в ккал/ч | Qб | 
| 0,985×855×(1900-1700+9,12) 0,985×855×(1900-892+9,12) | - | - 856593 |
| Средний температурный напор в 0C | Δtср | 
| 
| ||
| Средняя температура дымовых газов в 0C | ср
| 
| 
| ||
| Средняя скорость дымовых газов в м/сек | ωср | 
| 
| 6,9 | 5,8 |
| Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией в ккал/м2×ч×град | αк | Номограмма рис.IV.5 czcфαн | 1×1,06×42 1×1,07×35 | 44,52 - | - 37,45 |
| Суммарная поглощательная способность трехатомных газов в м-ата | PпS | rпS | 0,252×0,184 | 0,046 | 0,046 |
| Значение коэффициента ослабления лучей трёхатомными газами | kг | Номограмма рис.IV.1 | - | 3,6 | 3,95 |
| Суммарная сила поглощения газовым потоком в м-ата | kpS |
| 3,6×0,046 3,95×0,046 | 0,17 - | - 0,18 |
| Степень черноты газового потока | α | Диаграмма рис.IV.2 | 0,155 | 0,17 | |
| Значение коэффициента загрязнения поверхности нагрева в ккал/м2·ч·град | ε | Табл. IV.3 | - | 0,005 | 0,005 |
| Температура наружной поверхности загрязнённой стенки в град | tст | 
| 
| ||
| Значение коэффициента теплоотдачи излучением незапылённого потока в ккал/м2·ч·град | αл | Номограмма рис.IV.8 αнαсг | 35×0,155×0,95 24×0,17×0,94 | 5,15 - | - 3,84 |
| Значение коэффициента омывания газохода дымовыми газами | ω | - | По тексту стр.143 | 0,9 | 0,9 |
| Значение коэффициента теплопередачи во втором газоходе в ккал/м2·ч·град | KII |
| - | ||
| Тепловосприя-тие второго газохода по уравнению теплопередачи в ккал/ч | Qт | KIIHIIΔtср | 37×93×210 32×93×49 | - | - |
При построение графика (рис.4) по полученным значениям Qб и Qт температура дымовых газов за вторым газоходом определится равной 
.
Рис.4. Вспомогательный график по определению температур газов после второго газохода
8. Расчёт водяного экономайзера .
К установке приняты водяные индивидуальные экономайзеры системы ВТИ, конструктивные характеристики которого приведены в табл.10. Число труб в горизонтальном ряду для индивидуальных экономайзеров, устанавливаемых под котлами ДКВР 10, берем равным 10; тогда живое сечение для прохода дымовых газов будет равно Fэк=1,2·10=1,2м2
Таблица 10 - Основные данные ребристых труб экономайзера системы ВТИ
| Характеристика одной трубы | Экономайзер ВТИ |
| Длина, мм | |
| Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2 | 2,95 |
| Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 | 0,12 |
Остальные расчётные данные помещаем в табл.11. К установке принимаем экономайзер, состоящий из 16 горизонтальных рядов общей поверхностью нагрева Hэ=472м2
Таблица 11 - Расчёт водяного экономайзера
| Наименование величин | Условные обозначения | Расчётные формулы | Резуль-тат | |
| Общий вид | Числовые значения | |||
| Температура дымовых газов перед экономайзером в 0C | 
| 
| 
| |
| Теплосодержание дымовых газов перед экономайзером в ккал/м3 | 
| Диаграмма I- рис.1
| - | |
| Температура дымовых газов после экономайзера в 0C | 
| Была принята | - | |
| Теплосодержание дымовых газов после экономайзера в 0C | 
| Используем I- -диаграмму
| - | |
| Тепловосприятие в водяном экономайзере в, ккал/ч | Qэ | 
| 0,985×855×(1300-700+0,1×9,5×0,32×30) | |
| Количество питательной воды, прохо-дящей через экономайзер в, л/ч | Dэ | По заданию | - | |
| Температура питательной воды перед экономайзером в 0C | 
| По заданию | - | |
| Температура питательной воды на выходе из экономайзера в 0C | 
| 
| 
| |
| Перепад температур между температурой насыщения и температурой воды на выходе из экономайзера в 0C | - | 
| 197,4-148 | |
| Средний температурный напор в 0C | Δtср | 
| 
| |
| Средняя температура дымовых газов в 0C | ср
| 
| 
| |
| Средняя скорость дымовых газов в экономайзере в м/сек | ωср | 
| 
| |
| Коэффициент теплопередачи в ккал/м2·ч·град | kэ | Номограмма рис.IV.18 кн ×сv | 14·1,02 | 14,28 |
| Расчётная поверхность нагрева экономайзера в м2 | Hэ | 
| 
| |
| Число труб в ряду в шт. | m | было принято | - | |
| Число горизонтальных рядов в шт. | n | 
| 
|
9.Невязка теплового баланса
,
где Qл, Q1к, Q2к, Qэк – количество теплоты, воспринятое лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, экономайзером, ккал/кг.
ккал/кг;
ккал/кг,
ккал/кг,
ккал/кг,
Невязка теплового баланса составляет: 
|
|
|
