Тепловой расчет котла Е-75-40ГМ

математическим приемами.

Геометрические размеры плоскости фестона и выходного окна топки

совпадают. Ширину определяют расстоянием между плоскостями, проходящими

через оси труб боковых экранов, а длину (высоту) – по действительному

размеру конфигурации оси трубы первого ряда фестона в пределах активного

объема топки. Фестон и задний экран условно разделяют воображаемой

плоскостью, являющейся продолжением ската горизонтального газохода.

Наружный диаметр труб d, шаг между ними S, число труб в экране z и

расстояние от оси трубы до обмуровки e принимают по чертежу.

Таблица 5.1.

Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры.

|№|Наименование |Обо|Е|Источ-|Топочные экраны |Выхо|

|п|величин |зна|д|ник | |дное|

|/| |чен|и|или | |окно|

|п| |ие |н|фор-му| | |

| | | |и|ла | | |

| | | |ц| | | |

| | | |а| | | |

| | | |1 |2 |3 |4 | |

|Наружный диаметр труб |d |м |0,06|0,06|0,06|0,06|0,06 |

|Количество труб в ряду |z1 |- |18 |18 |18 |17 |- |

|Длина трубы в ряду |li |м |4,1 |4.1 |4.2 |4.3 |- |

|Шаг труб: |S1 |м |0,3 |0,3 |0,3 |0,3 |0,3 |

| |S2 |м |- |0,21|0,21|0,21|0,21 |

|Угловой коэффициент фестона |xф |- |- |- |- |- |1 |

|Расположение труб (шахматное, |- |- |Шахматное |

|Расчётная поверхность нагрева |H |м2 |13,9|13,9|14,2|13,8|62,72 |

|Размеры газохода: |ai |м |4.24|4.3 |4.25|4.3 |- |

| |b |м |5,78|5,78|5,78|5,78|5,78 |

|Площадь живого сечения для |F |м2 |20.2|20.4|20.1|20.5|20.3 |

|Относительный шаг труб: | |

|поперечный |S1/d |- |5 |5 |5 |5 |5 |

|продольный |S2/d |- |- |3,5 |3,5 |3,5 |3,5 |

|Эффективная толщина излучающего |Sф |м |- |- |- |- |1,15 |

2. Расчетная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической

поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной

обогреваемой газами длине трубы, измеренной по ее оси с учетом

гибов в пределах фестона (м2):

Hi=?*d*zli*li

(6.2)

H1 = ?*0,06*18*4,1 = 13,9 м2,

H1 = ?*0,06*18*4,2 = 14,2 м2,

H4 = ?*0,06*17*4,3 = 13,8 м2.

Расчетная поверхность фестона рассчитывается по формуле

Нф = Н1 + H2 + Н3 + Н4 = 13,9 + 13,9 + 14,2 + 13,8 = 55,8м2

(6.3)

Дополнительная поверхность экранов определяется, как площадь стен,

покрытых экранами в газоходе фестона, по формуле Hдоп = ?Fст*xб, где Fст –

поверхность стен боковых экранов

[pic]

Тогда Hдоп = 7,44*0,93 = 6,92 м2

(6.4)

Hф’ = Hф + Hдoп = 55,8 + 6,92 = 62,72 м2

(6.5)

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле:

Sф = 0,9d((4/?)(S1S2 / d2)-1) = 0,9*0,06(1,273*0,3*0,21/0,0036 – 1) =

1,15м.

Исходные данные для поверочного теплового расчета фестона представлены в

таблице 6.2.

Таблица 6.2.

Исходные данные для поверочного теплового расчета фестона

| |е |а |а |

| | | | |

|Температура газов перед фестоном |v’ф = v’’т|?С |1058 |

| | |г | |

|Объём газов на выходе из топки |Vг |м3/кг |12,24 |

|Объёмная доля водяных паров |rH2O |- |0,182 |

|Суммарная объёмная доля трёхатомных газов |rп |- |0,27 |

|Концентрация золы в газоходе |?зл |кг/кг |- |

|Температура состояния насыщения при давлении в |tн |?С |255 |

[pic]

По таблице 2.2 для полученной [pic] при [pic] находят энтальпию газов за

фестоном [pic] и по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов

горения) определяют тепловосприятие фестона (балансовое) ([pic]) (I’’ф =

4214,5 ккал/кг.):

Тогда балансовое тепловосприятие фестона:

Qбф = ?(I’ф–I’’ф) = 0,9919*(4720 – 4214,5) = 501 ккал/кг. (6.6)

6. Тепловосприятие фестона по условиям теплопередачи рассчитывается по

формуле

(6.7)

где [pic] – тепло, полученное расчетом по уравнению теплопередачи и

воспринятое рассчитываемой поверхностью, [pic];

k- коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева и

учитывающий перенос тепла от газового потока не только конвекцией, но и

излучением межтрубного слоя газов,[pic] ;

[pic]- температурный напор, [pic];

[pic]- расчетный расход топлива,[pic];

H - расчетная поверхность нагрева, [pic].

6. Коэффициент теплопередачи для фестона рассчитывается по формуле

(6.8)

где ?1 - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке рассчитывается по

формуле

?1=?(?к+?л),

(6.9)

где ?к - коэффициент теплоотдачи конвекцией,

?л- коэффициент теплоотдачи излучением,

? - коэффициент использования поверхности нагрева, для поперечно

омываемых трубных пучков ? = 1.

6. Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

труб рассчитывают среднюю скорость газового потока

[pic],

где v = (v’’ф + v’Ф)/2 = 983,5 оС, F = Fср = 20,3 м;

W = (5923,8*12,24)/(3600*20,3))((1004+273)/273) = 4,7 м/с

(6.10)

?к = ?н•Cz•Cs•Cф = 38*0,92*1,05*0,96 = 35 ккал/(м2*ч*оС)

?н = 38 ккал/(м2*ч*оС) - коэффициент теплоотдачи конвекцией,

Cz = 0,92 - поправка на число рядов труб по ходу газов,

Cs = 1,05 - поправка на компоновку трубного пучка,

Сф = 0,96 - поправка на изменение физических свойств среды - определяются

по ном. 13 [4].

6. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения ад определяют по

номограмме 19 [4] в зависимости от температур потока и стенки (?н), а

также от степени черноты продуктов горения а:

?л = ?н*а.

a = 1 - e-kpS, p = 1 кгс/см2, S = 2,30:

a =1 – e- 1,1*0,27*1,15 = 0,205

?л = 163•0,331 = 53,95 ккaл/(м2•ч•OC)

Для определения степени черноты продуктов горения а используют формулу

(5.13), где

k•p•S=(kг•rп)•p•S

kг = 1,1 определяются по номограммt 3нно.

Для использования номограммы 19 надо знать температуру загрязненной

стенки:

tз = tн + 25 = 255 + 25 > ?н = 150 ккал/(м2*ч*оС).

?л=150*0,285*1=42,75 ккaл/(м2•ч•OC)

?1 = [pic]= [pic]= 35+42,75 = 77,75 ккaл/(м2•ч•OC)

6. Коэффициент тепловой эффективности [pic]

[pic]

6. Тепловой напор определяется по формуле:

?tб = 1014 –255 = 759 оС, ?tм = 953 – 255 = 698

[pic] оС (6.12)

Подставляя найденные k и ?t в формулу (6.7) находим

[pic] ккал/кг

Правильность расчета определяется выражением:

[pic]% < 5%

Т.к. тепловосприятие фестона по уравнению теплового баланса и теплопередачи

отличается менее чем на 5%, то расчет считаем законченным.

6. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера,

воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла.

7. Тепловосприятие пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по

уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а

тепловосприятие экономайзера - по уравнению теплового баланса

теплоносителя (продуктов сгорания).

7. Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле,

[pic] ккал/кг (7.1)

где Dne – паропроизводительность котла, кг/ч;

ine, iн – соответственно энтальпии перегретого и сухого насыщенного

пара: по таблицам термодинамического состояния пара ine определяют по

заданным температуре tne и давлению Рпе перегретого пара; iн – по давлению

пара в барабане Рб;

?ino – съем тепла в пароохладителе, служащем для регулирования

температуры перегретого пара, ккал/кг. В котле Е-75-40 ГМ можно принять

?ino = 10ч20 ккал/кг.

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счет излучения факела

топки, принимается для упрощения расчетов равным нулю.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя числено

совпадает с тепловосприятием конвекцией, ккал/кг.

Qneк = Qne

(7.2)

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса

теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

[pic] (7.3)

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за

пароперегревателем, ккал/кг:

[pic] (7.4)

где Iф'' - окончательное значение энтальпии газов за фестоном;

( - по формуле (3.7);

Iхво - по формуле из пункта 3.6;

??ne - из табл. 1.1.

7. Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового

баланса рабочего тела (воздуха), так как температура горячего воздуха

задана, тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева

воздуха. В данном случае есть предварительный подогрев воздуха,

поступающего в воздухоподогреватель, за счет рециркуляции горячего

воздуха Тепловосприятие воздухоподогревателя равно:

[pic],

(7.5)

где I0гв – энтальпия теоретического объема горячего воздуха, по табл. 2.2.

при [pic],

[pic];

[pic]- энтальпия теоретического объема воздуха перед воздухоподогревателем,

подогретого за счет подачи части горячего воздуха на всос дутьевого

вентилятора или в специально установленных калориферах. Из-за наличия

предварительного подогрева величину I0в’ = 81, ккал/кг, определяем по [3,

табл. 2.3] и температуре воздуха t’в = 60 оС, перед воздухоподогревателем.

Отношение объема воздуха за воздухоподогревателем к теоретически

необходимому определяется по табл. 1.1:

Отношение объема рециркуляции в воздухоподогревателе горячего воздуха к

теоретически необходимому:

[pic] (7.7)

Температура воздуха перед воздухоподогревателем tв’ должна

предотвращать конденсацию водяных паров из газового потока на стенки труб и

тем самым защищать воздухоподогреватель от низкотемпературной коррозии.

Топливо в моем случае попадает в класс твердых влажных и в этом случае tв’

= 50 ч 600C. Принимаем tв’ = 60°C. Из задания tгв = 190°С; tхв =

30°С; ??вп=0,06 из табл. 1.1.

[pic] ккал/кг

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (по продуктам

сгорания) имеет вид, ккал/кг:

[pic] (7.8)

Уравнение решают относительно Iэк”- энтальпия газов за водяным

экономайзером, ккал/кг:

[pic] (7.9)

Iyx = 350,34 ккал/кг - энтальпия уходящих газов определяется по табл.2.2

для vух= 1600C,

Iпрс = 203,0 ккал/кг - энтальпия теоретического объема воздуха определяют

по табл.2.2 при температуре присасываемого воздуха tпрс= (tгв+tв’)/2 =

(190+60)/2 = 125 oC.

[pic] ккал/кг

7. Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового

баланса теплоносителя (дымовых газов):

[pic] (7.10)

где ??эк определяется по табл. 1.1.

[pic] ккал/кг

7. Определяется невязка теплового баланса котла по формуле

[pic] (7.11)

Тепловосприятия поверхностей нагрева берутся из уравнений теплового

баланса: Qл , Qфб, Qпекб из (7.3), Qэкб из (7.10), КПД ?пк из (3.6) и

потери тепла от механической неполноты сгорания q4 из пункта 3.5.

[pic]ккал/кг

Определение тепловосприятий поверхностей нагрева, граничных энтальпий и

температур газов считают правильным, если невязка

Видно, что в расчете ошибок допущено не было.

7. Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя.

Весь расчет пароперегревателя сводится к правильному снятию размеров с

чертежа. Эскиз пароперегревателя для котла Е-75-40 ГМ приведен на рис.8.

Размеры и другие конструктивные характеристики приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя.

| |е | | |ль |

| | | |1 |2 | |

|Наружный диаметр труб |d |м |0,042 |0,042 |0,042 |

|Внутренний диаметр труб |dвн |м |0,036 |0,036 |0,036 |

|Число труб в ряду |z1 |шт |64 |64 |- |

|Число рядов по ходу газов |z2 |шт |6 |10 |16 |

|Средний поперечный шаг труб |S1 |м |0,09 |0,09 |0,09 |

|Средний продольный шаг труб |S2 |м |0,012 |0,012 |0,012 |

|Средний относительный |S1 /d|- |2,14 |2,14 |2,14 |

|Средний относительный |S2 /d|- |2,9 |2,9 |2,9 |

|Расположение труб |- |- | | |Коридорное |

|Характер взаимного движения |- |- | | |Смешанный ток |

|Длина трубы змеевика |l |м |21 |25 |- |

|Поверхность, примыкающая к |Fстx |м2 |10,3 |6,65 |16,95 |

|Поверхность нагрева |H |м2 |187,5 |217,7 |405,2 |

|Высота газохода на входе |a’ |м |4,125 |3,25 |- |

|Высота газохода на выходе |a’’ |м |3,6 |2,7 |- |

|Ширина газохода |b |м |5,78 |5,78 |5,78 |

|Площадь живого сечения |Fср |м2 |13,1 |10,6 |11,6 |

|Средняя эффективная толщина |S |м |- |- |0,26 |

|Глубина газового объема до |lоб |м |1 |0,375 |1,375 |

|Глубина пучка |lп |м |0,55 |1,05 |1,6 |

|Кол-во змеевиков, включенных |m |шт |64 |64 |64 |

|Живое сечение для прохода пара |f |м2 |0,065 |0,065 |0,065 |

Площади живых сечений для прохода газов на входе и выходе определяются по

формулам

F1’ = a’*b – z1*d*lпр = 4,125*5,78 – 64*0,042*3,425 =14,6 м2

F1’’ = a’’*b – z1*d*lпр = 3,25*5,78 – 64*0,042*2,5 = 12,8 м2

F1’ = a’*b – z2*d*lпр = 3,6*5,78 – 64*0,042*3,425 = 11,6 м2

F1’’ = a’’*b – z2*d*lпр = 2,7*5,78 – 64*0,042*2,5 = 8,9 м2.

Усредняя (так как F1’ и F1" отличаются менее чем на 25%), получаем:

F1ср = (F1’+ F1’’)/2 = 13,1 м2

F2ср = (F2’+ F2’’)/2 = 10,6 м2

Средняя эффективная толщина излучающего слоя:

S = 0,9d((4/?)(S1S2 / d2)-1) = 0,9*0,032(1,273*0,075*0,055/0,001 – 1) =

0,12 м.

Fстx = (2*lп + 1,64 + 1,52)*b*x = 5,36*5,52*0,7 = 20,71 м2,

где Fстх – поверхность труб примыкающих к обмуровке, х=0,7 – угловой

коэффициент, определяемый по номограмме 1[2].

Поверхность нагрева определяем по формуле:

H = z1d?l + Fстx

H1 = z1d?l + Fстx = 64*0,042*3,14*21 + 10,3 = 187,5 м2.

H2 = z1d?l + Fстx = 64*0,042*3,14*25 + 6,65 = 217,7 м2.

Живое сечение для прохода пара:

f = m?(dвн)2 /4 = 64*3,14*0, 0,001296/4 = 0,065 м2

8. Поверочно-конструкторский расчет экономайзера.

Весь расчет экономайзера сводится к правильному снятию размеров с

чертежа. Эскиз экономайзера для котла Е-75-40 ГМ приведен на рис.9. Размеры

и другие конструктивные характеристики приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1.

Конструктивные размеры и характеристики экономайзера

|Наружный диаметр труб |d |м |0,032 |

|Внутренний диаметр труб |dвн |м |0,026 |

|Число труб в ряду |z1 |шт |25 |

|Число рядов по ходу газов |z2 |шт |40 |

|Поперечный шаг труб |S1 |м |0,075 |

|Продольный шаг труб |S2 |м |0,055 |

|Относительный поперечный шаг |S1 /d |- |2,34 |

|Относительный продольный шаг |S2 /d |- |1,72 |

|Расположение труб |- |- |Шахматное |

|Характер взаимного движения сред |- |- |Противоток |

|Длина горизонтальной части петли змеевика |l1 |м |5,85 |

|Длина проекции одного ряда труб на |lпр |м |6 |

|Длина трубы змеевика |l |м |120,3 |

|Поверхность нагрева ЭКО |Hэк.ч |м2 |604,4 |

|Глубина газохода |a |м |1,9 |

|Ширина газохода |b |м |6,16 |

|Площадь живого сечения для прохода газов |Fг |м2 |6,9 |

|Эффективная толщина излучающего слоя |S |м |0,122 |

|Суммарная глубина газовых объемов до пучков|lоб |м |3,45 |

|Суммарная глубина пучков труб |lп |м |2,25 |

|Кол-во змеевиков, включенных параллельно по|m |шт |50 |

|Живое сечение для прохода воды |f |м2 |0,02 |

Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном

смывании его газами определяют по формуле:

Fг = ab – z1dlпр = 1,9*6,16 – 25*0,032*6 = 6,9 м2

Площадь живого сечения для прохода воды определяют по формуле:

f = m?(dвн)2 /4 = 50*3,14* 0,000676/4 = 0,027 м2

Длина змеевика определяется по формуле:

l = l1(z2/2) + (z2/2-1)?S2 = 5,85(40/2) + (40/2-1)*3,14*0,055 = 120,3 м

Поверхность нагрева экономайзера по формуле:

H = ?dlm = 3,14*0,032*78,8*50 = 604,4 м2

Эффективная толщина излучающего слоя

S = 0,9d((4/?)(S1S2 / d2)-1) = 0,9*0,032(1,273*0,075*0,044/0,001024– 1) =

0,122 м

9. Характеристики воздухоподогревателя.

Весь расчет воздухоподогревателя сводится к правильному снятию размеров

с чертежа. Эскиз воздухоподогревателя для котла Е-75-40 ГМ приведен на

рис.10. Размеры и другие конструктивные характеристики приведены в таблице

10.1.

Таблица 10.1.

Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя.

|Наружный диаметр труб |d |м | 0,04 |

|Внутренний диаметр труб |dвн |м | 0,0368 |

|Число труб в ряду (поперек движения воздуха)|z1 |шт |100 |

|Число рядов труб по ходу воздуха |z2 |шт | 39 |

|Поперечный шаг труб |S1 |м |0,06 |

|Продольный шаг труб |S2 |м | 0,042 |

|Относительный поперечный шаг |S1 /d |- | 1,5 |

|Относительный продольный шаг |S2 /d |- | 1,05 |

|Расположение труб |- |- |Шахматное |

|Характер омывания труб газами |- |- |Продольное|

|Характер омывания труб воздухом |- |- |Поперечное|

|Число труб, включенное параллельно по газам |z0 |шт | 3900 |

|Площадь живого сечения для прохода газов |Fг |м2 | 4,15 |

|Ширина воздухоподогревателя по ходу воздуха |b |м | 6,122 |

|Высота одного хода по воздуху (заводская) |hx |м | 2,725 |

|Площадь живого сечения для прохода воздуха |Fв |м2 | 5,775 |

|(зав.) | | | |

|Поверхность нагрева ВЗП |Hвп |м2 | 2563 |

Определяется общее количество труб включенных параллельно по газам:

zo=z1*z2=100*39=3900.

Площадь живого сечения для прохода газов определяют по формуле:

[pic]

Площадь живого сечения для прохода воздуха определяют по формуле:

Fв = hx(b – z1d) = 2,725(6,122 – 100*0,04) = 5,755 м2,

Суммарная высота всех газоходов по воздуху:

hтр = 3hx = 2*2,725 = 5,45 м.

Поверхность нагрева воздухоподогревателя:

Hвп = ?dсрhтрz0 = 3,14*0,0384*5,45*3900 = 2563 м2.

Эффективная площадь излучающего слоя:

[pic]м

10. Компьютерный расчет.

По всем перечисленным характеристикам заполняются таблицы для расчета

трактов котла на компьютере при помощи программы "ТРАКТ". Схема трактов на

рис.11.

При машинном расчете подбором Hэко, Hпе, Hух необходимо добиться,чтобы

энтальпия пара за барабаном и насыщения была бы равна 668-669 и добиться,

чтобы температуры tпе, tгв, tух должны быть приблизительно равны заданным.

В результате компьютерного расчета получили:

Hвзп =2563 м2 – по расчету

Hвзп =1995 м2

Hэко =604,4 м2– по расчету

Hэко =485 м2

Hкп2 =217,7 м2 – по расчету

Hкп2 =266 м2

Поверхность экономайзера увеличилась, следовательно увеличилось число

рядов:

[pic]

число рядов увеличилось на 8шт.

В воздухоподогревателе изменили высоту одного хода по воздуху:

[pic]м

Поверхность нагрева КП2 увеличилась следовательно увеличилоси количество

петель в данном случае на 1 петлю:

[pic]

Длина змеевика в ЭКО :

[pic]м

Компоновка хвостовых поверхностей нагрева представлена на рис.12.

Специальное задание.

Изменение доли рециркуляции в топку.

Для того,чтобы выполнить спечзадание использовалась программа “Тракт”.

При работе с программой исходная информация меняется в строках 205001 и

208014.

|Характеристика |Вариант |

|r |0 |0,125 |0,25 |

|q3, % |0,5 |0,6 |0,8 |

|q4, % |0 |0,1 |0,3 |

Газовое регулирование осуществляют рециркуляцией продуктов сгорания,

поворотными горелками, переключенинм ярусов горелок, байпасированием

продуктов сгорания.

Газовое регулирование применяют для поддержания требуемой температуры

пара промежуточного перегрева. Газовое регулирование вызыывает

дополнитнльный расход энергии на тягу или потерю тепла с уходящими газами,

а также оказывает влияние напервичного пара, что усложняет эксплуотацию.

Отбираемые из конвективной шахты при температуре 259-350 oС (обычно после

экономайзера) продукты сгорания рециркуляционным дымососом нагнетаются в

топочную камеру, что позволяет перераспределить тепло менжду отдельными

поверхностями нагрева в зависимости от принятого коэффициента рециркуляции.

Чем выше этот коэффициент, тем больше полученный тепловой эффект.

Рециркулирующие продукы сгорания можно вводить в верхнюю или нижнюю часть

топки. Сброс продуктов сгорания в нижнюю часть топки приводит к ослаблению

прямой отдачи в топке и к повышению температуры продуктов сгорания на

выходе из неё. Рециркуляция увеличивает также количество продуктов

сгорания, проходящих через пароперегреватель. Оба обстоятельства вызывают

увеличение конвективного теплообмена и повышение температуры перегретого

пара. Рециркуляция также приводит к увеличению объема продуктов сгорания,

но без повышения общего избытка воздуха в уходящих газах. Увеличенный объем

продуктов сгорания в газоходах при рециркуляции несколько повышает [pic], в

связи с чем потеря тепла q2 возрастает.

Охлаждение продуктов сгорания при рециркуляции несколько снижает

паропроизводительность, для восстановления которой увеличивают расход

топлива, что дополнительно снижает КПД агрегата.

-----------------------

[pic]

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Тепловой расчет котла Е-75-40ГМ

ИНТЕРЕСНОЕ