За ступенью водяного экономайзера

;

.

2.9 За ступенью воздухоподогревателя (в уходящих газах)

;

.

Таблица 2 - Значения коэффициента избытка воздуха

 

2.10 При избытка воздуха

2.10.1 Объем водяных паров [1, п.4-02]

, ;

.

2.10.2 Объем дымовых газов [1, п.4-02]

+ + ( , ;

+ + ( .

2.10.3 Объемная доля трехатомных газов [1, п.4-02]

;

;

;

.

2.10.4 Суммарная объемная доля трехатомных газов

;

.

Таблица 3 - Средние объемные характеристики продуктов сгорания

Расчетные величины размерность 10,44103; 8,25; 1,605; 1,36154; Аr = 0,06; аун= --
газоходы котла
топка и фестон конвек­тив­ный паропе­регрева­тель Экономайзер   Воздухоподогрева­тель
II ст I ст.
1 Коэффициент избытка воз­духа за поверхностью –– 1,02 1,05 1,035 1,13 1,19
2 Средний коэффициент из­бытка воздуха в газоходе αi ср –– 1,02 1,035 1,0425 1,0825 1,16
3 Объем водяных паров м3/кг 1,3649 1,3674 1,3686 1,3754 1,3884
4 Полный объем дым. газов м3/кг 11,4325 11,5916 11,6682 12,0956 12,917
5 Объемная доля сухих трех­атомных газов –– 0,1404 0,1384 0,1375 0,1327 0,1242
6 Объемная доля водяных паров –– 0,1193 0,1179 0,1173 0,1137 0,1075
7 Суммарная объемная доля трехатомных газов –– 0,2597 0,2564 0,2548 0,2463 0,2317
8 Масса дымовых газов Gг=1-Аr/100+1,306αi ср кг/кг 14,9081 15,107 15,214 15,754 16,814

 

3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

3.1 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре , °С [1, п.4-06]

, .

3.2 Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха и температуре

, °С [1, п.4-06]

, .

3.3 Энтальпия дымовых газов на 1м3 сожженного топлива [1, п.4-06]

, .

Энтальпии 1кг влажного воздуха , углекислого газа , азота , водяных паров определяются по рекомендациям [1, таблица XIV].

Поскольку энтальпии воздуха и продуктов сгорания определяются температурами, то они подсчитываются при различных температурах в диапазоне от 100 до 2200°С, а результаты рекомендуется оформить в виде таблицы 4.

 

Таблица 4 - Энтальпии продуктов сгорания ( -таблица).

  t,     0С I0.г   I0.в  
Топка и фестон КПП II КПП I ВЭК ВП  
α˝т
I I I I I
1554,294 1385,525 1582,005 1623,57 1602,7875 1734,412 1817,544
3145,914 2787,755 3201,669 3285,302 3243,4855 3508,322 3675,588
4785,945 4207,735 4870,1 4996,332 4933,2157 5332,951 5585,415
6463,977 5659,038 6577,158 6746,929 6662,0434 7199,652 7539,194
8190,988 7152,106 8334,03 8548,593 8441,3113 9120,761 9549,888
9964,01 8666,055 10137,33 10397,31 10267,322 11090,6 11610,56
11779,59 10221,77 11984,03 12290,68 12137,355 13108,42 13721,73
13626,51 11787,92 13862,27 14215,91 14039,092 15158,94 15866,22
15517,36 13395,84 15785,27 16187,04 15986,212 17258,82 18062,57
17436,33 15014,2 17736,61 20200,06 17961,827 19388,18 20289,03
19367,39 16653,44 19700,45 22251,65 19950,257 21532,33 22531,54
21335,97 18313,57 21702,24 24262,65 21976,944 23716,73 24815,55
23263,44 19984,13 23663,12 24262,65 23962,885 25861,38 27060,43
25264,24 21675,58 25697,75 26348,02 26022,884 28082,06 29382,6
27283,31 23377,47 27750,86 28452,18 28101,519 30322,38 31725,03
29317,92 25089,8 29819,72 30572,41 30196,068 32579,6 34084,99
31376,1 26802,12 31912,14 32716,21 32314,175 34860,38 36468,5
33440,21 28524,89 34010,71 34866,45 34438,581 37148,45 38859,94
35508,4 30268,55 36113,77 37021,83 36567,802 39443,31 41259,43
37591,9 32012,2 38232,15 39192,51 38712,328 41753,49 43674,22
39686,62 33766,29 40361,95 41374,93 40868,44 44076,24 46102,22
41784,06 35520,38 42494,47 43560,08 43027,275 46401,71 48532,93

 

4 Тепловой баланс котла

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступлением в котел количеством тепла и суммой полезного использования тепла Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг жидкого топлива при С и 101,3кПа [1, п.5-01]

, ,

где Qр - располагаемое тепло топлива, ;

- теплота, внесенная в котельный агрегат горячим воздухом, подогретым вне агрегата, . В нашем случае равна 0.

- тепло, внесенное в топку паровым дутьем (“форсуночным” паром), . В нашем случае равна 0.

Q1 - полезно использованное тепло, ;

Q2 - потери тепла с уходящими газами, ;

Q3 - потери тепла химическим недожогом, ;

Q4 - потери тепла механическим недожогом, ;

Q5 - потери тепла от наружного охлаждения через ограждающие стенки газоходов котла, ;

Q6 - потери тепла с физическим теплом шлака, .

4.1 Располагаемое тепло газообразного топлива [1, п.5-03]

где - величина физического тепла топлива и определяется по формуле

, ,

где - теплоемкость рабочего топлива , ;

- температура рабочего топлива, оС.

Физическое тепло топлива учитывается в тех случаях, когда топливо предварительно подогрето посторонним источником тепла (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т.п.), а также при сушке по разомкнутому циклу.

.

4.2 Суммарный недожог [1, таблица.XX]

q3+q4=0,3 %.

4.2.1 Потерю теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3 принимаем равной q3 = 0,2 %.

4.2.2 Потерю теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 принимаем равной q4 = 0,1 %.

4.3 Потеря теплоты с уходящими газами зависит от температуры уходящих газов и избытка воздуха [1, п.5-05]

,

где Iух.г - энтальпия уходящих газов при избытке воздуха αух.г и температуре , ;

I0.х.в. - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт, .

4.3.1 При сжигании мазута расчетное значение температуры уходящих газов при номинальной нагрузке котла принимается в зависимости от содержания серы [1, таблица II-4]

Температуру уходящих газов принимаем = 165 ºC.

4.3.2 Энтальпию уходящих газов определяем по таблице 4 при температуре уходящих газов (по формуле интерполяции)

, ;

.

4.3.3 Коэффициент избытка воздуха уходящих газов за воздухоподогревателем α=1,19 определяем по таблице 3.

4.3.4 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт при температуре холодного воздуха:

- температура холодного воздуха; принятая согласно рекомендациям;

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт [2, п.3.1]

, ;

.

4.3.5 Располагаемое тепло рабочего топлива составляет .

Таким образом, потеря теплоты с уходящими газами равна:

% .

4.4 Потеря тепла от наружного охлаждения q5 для стационарных котлов принимается по [1, рисунок 5.21] при D = 29 = 8,05 :

%.

4.5 Суммарная потеря тепла в котле [1, п.5-12]:

, %;

%.

4.6 Коэффициент полезного действия котла брутто равен [1, п.5-12]:

ηк = 100 – Σq = 100 – 8,2 = 91,8 % .

4.7 Коэффициент сохранения тепла определим по формуле [1, п.5-09]:

;

.

5 Определение расхода топлива

5.1 Паропроизводительность

Dпп = 29 (по заданию).

5.2 Температура перегретого пара

tпп = 445 (по заданию).

5.3 Давление перегретого пара

Рпп = 3,7 МПа (по заданию).

5.4 Энтальпия перегретого пара

Определяется по Рпп и tпп в таблице для перегретого пара при докритическом давлении [1, таблица XXV]

Iпп = 3710,1 .

5.5 Температура питательной воды

tпв = 142 (по заданию).

5.6 Давление в барабане

Рб = 3,9 МПа (по заданию).

5.7 Давление питательной воды на входе в экономайзер

Рпв = Рб + 0,1 Рб, Мпа;

Рпв = 3,9+0,1 3,9 = 4,29 Мпа.

5.8 Энтальпия питательной воды

Определяется в таблицах удельных объемов и энтальпий воды по Рпв и tпв

[1, таблица XXIV]

Iпв = 600,06 .

5.9 величина продувки

p = 3 % (по заданию).

5.10 Расход воды на продувку

, ;

5.11 Энтальпия продувочной воды

Определяется для состояния кипения по давлению в барабане из таблиц воды и сухого насыщенного пара на кривой насыщения [1, таблица XXIII]

=1080,2 .

5.12 Полное количество тепла, полезно использованное в котле [1, п.5-13]

где третий член формулы учитывается только при впрыске в первичный тракт «сторонней» воды с энтальпией iвпр, отличной от iпв;

Dпе -количество выработанного перегретого пара, ;

Dобв - расход питательной воды, подаваемой в котел мимо регенеративных подогревателей, , (Dобв = 0, т.к. подача воды в котел помимо регенеративных подогревателей не предусмотрена);

iобв = 0, т.к. подача воды в котел помимо регенеративных подогревателей не предусмотрена;

iпе - энтальпия перегретого пара, которая определяется по давлению и температуре перед главной паровой задвижкой, ;

iпв - энтальпия питательной воды, которая определяется по давлению и температуре на входе в первую поверхность котла, ;

Dнп - количество насыщенного пара с энтальпией , отданного до перегревателя; определяется по давлению в барабане котла, , (Dнп = 0, т.к. отбор насыщенного пара до перегревателя не предусмотрен);

Dпр - расход воды на продувку котла (для прямоточных сепараторных котлов - продувка сепаратора), с энтальпией кипящей воды is, при давлении в барабане (сепараторе), . При величине продувки меньше 2 % тепло продувочной воды может не учитываться;

Dпп - расходы пара на входе в промежуточные перегреватели, с начальной iпп и конечной iпп энтальпией, , (Dпп = 0, т.к. промежуточный перегрев пара не предусмотрен);

- расходы впрысков в промперегреватели, включая впрыски питательной воды, , ( = 0);

Qотв - тепло воды, подогреваемой в котле и отдаваемой «на сторону», кВт,

(Qотв = 0, т.к. отпуск не предусмотрен);

Qизб - тепло избыточного воздуха (Qизб = 0, т.к. отпуск не предусмотрен).

После упрощений формула определения полного количества тепла, полезно использованного в котле, принимает вид

кВт.

5.13 Полный расход топлива

Расход топлива, подаваемого в топку, определяется [1, п.5-14]

, ;

- тепло, внесенное в топку воздухом, при его подогреве вне котла, ;

- тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром), .

.

5.14 Расчетный расход топлива

Для определения тепла, отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива, вычисляемый с учетом механической неполноты сгорания [1, п.5-14]

, ;

.

В дальнейшем во все формулы для определения объемов и количеств тепла подставляется величина Вр.

 

6 Расчет топки

6.1 Задачей расчета топки является определение расчетных параметров работы топки в непроектных условиях при неизменной её конструкции: температуры газов на выходе из топки; лучистого тепла, воспринимаемого поверхностями нагрева топки; теплового напряжения топочного объема; теплового сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения, а также теплового напряжения стен топочной камеры.

Поверочный расчет топки проводится в следующем порядке:

- определяются конструктивные характеристики топки (п.6.2);

- рассчитываются (или принимаются по Нормам) тепловые характеристики топки (п.6.3);

Следует отметить, что при определении некоторых из них, в частности, средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания и критерия поглощательной способности, необходимо уже знать температуру газов на выходе из топки. Поэтому этой температурой следует задаться;

- рассчитывается температура газов на выходе из топки по формуле (или по номограмме) [1, номограмма 4], получаемое значение сравнивается с предварительно принятым. Если температура газов на выходе из топки, полученная расчетом или по номограмме, не будет отличаться от принятой ранее больше, чем на ± 100°С , то расчет на этом заканчивается и для последующих расчетов принимается значение температуры газов на выходе из топки, определенное расчетом, либо по номограмме. В противном случае необходимо задаться другим значением температуры газов на выходе из топки, и повторить расчет.

- определяется количество лучистого тепла, воспринимаемое поверхностями нагрева топки; тепловое напряжение сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения и тепловое напряжение стен топочной камеры.

6.2 Конструктивные характеристики топки

Конструктивными характеристиками топки являются:

- поверхность стен топочной камеры ;

- сечение топки ;

- объем топки ;

- эффективная толщина излучающего слоя .

Для более простого определения необходимо составить эскиз топки в границах активного объема (по осям экранных труб) (рисунок 2). На эскизе следует указать геометрические размеры топки: высоту расположения горе­лок , общую высоту топки , диаметр и шаг экранных труб , а также расстояние осей экранных труб от ограждающих стен .

Рисунок 2 – Эскиз топки

Все перечисленные величины берутся по чертежам заданного котла:

Ширина топки: м.

Глубина топки: м.

Высота топки: м.

Высота задней стены топки: м.

Высота фронтовой стены: м.

Глубина потолка: м.

Высота выходного газового окна: м.

Высота выступа: м.

Длина выступа: м.

Высота первого яруса горелок: м.

Высота второго яруса горелок: м.

6.2.1 Площадь фронтовой стены [3, стр. 5]

6.2.2 Площадь задней стены [3, стр. 5]

6.2.3 Площадь потолка [3, стр. 5]

6.2.4 Площадь выходного газового окна [3, стр. 5]

 

 

6.2.5 Площадь боковой стены [3, стр. 5]

Общая поверхность стен топочной камеры определяется по геометрическим размерам топки как суммам поверхностей фронтовой стены, задней стены, потолка, двух поверхностей боковых стен и площади выходного газового окна.

6.2.6 Общая поверхность стен опочной камеры [3, стр. 5]

6.2.7 Площадь экранов топки [3, стр. 5]

6.2.8 Объём топочной камеры [3, стр. 5]

6.2.9 Эффективная толщина излучающего слоя объёма топки [3, стр. 5]

6.3 Тепловые характеристики топки

К тепловым характеристикам топки относят: коэффициент тепловой эффективности экранов , среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания ; параметр , учитывающий влияние на интенсивность теплообмена уровня расположения горелок, критерий поглощательной способности (критерий Бугера) .

6.3.1 Коэффициент тепловой эффективности экранов

Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана на коэффициент , учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией [1, п.6-22]

.

Если стены топки закрыты экранами с разными значениями коэффициента тепловой эффективности , или экраны покрывают часть поверхности стен, то среднее значение коэффициента тепловой эффективности равно

,

где – коэффициент тепловой эффективности отдельных поверхностей топки;

– полная (суммарная) поверхность стен топки, м2.

В данном случае следует определить следующие коэффициенты тепловой эффективности: для экранных стен топочной камеры , потолка , выходного газового окна . При наличии «зажигательного» пояса для него также определяется коэффициент тепловой эффективности ( , т.к. нет «зажигательного» пояса).

6.3.1.1 Угловой коэффициент гладкотрубных экранов

Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции по номограмме [1, номограмма 1а, кривая 3]

Для нашего случая: , , .

6.3.1.2 Коэффициент , учитывающий снижение тепловосприятия экрана при его загрязнении или закрытии его поверхности изоляцией [1, таблица 6-3]

Для мазута: = 0,55.

; ; ;

Для выходного окна топки, отделяющего топку от расположенной за ним поверхности нагрева, коэффициент определяется по формуле:

,

где - коэффициент, который принимается таким же, как для настенных экранов [1, таблица 6-3];

- коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева. При размещении за окном фестона =0,8 [3, стр. 6]

;

6.3.2 Параметр , учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов, определяется по нормам [1, п.6-18]

Для камерных топок параметр рассчитывается по формуле:

где – коэффициент, который принимается согласно рекомендациям [1, п.6-18]

Для газомазутных топок при настенном расположении горелок: ;

– величина, характеризующая относительный уровень расположения горелок в топке.

,

где – расчетная высота топки, определяется как расстояние от пола до середины выходного газового окна.

– средний уровень расположения настенных и угловых горелок, м.

При двухъярусном расположении горелок производится усреднение высот [1, п.6-05]

,

где – число горелок в первом и втором ярусах;

, ;

– уровень расположения осей горелок в ярусе;

, ;

–расход топлива, подаваемого в горелки каждого яруса;

м3/c.

= 0,39485 м3/c, =0,39485 м3/c.

.

- параметр забалластированности топочных газов.

;

;

.

6.3.3 Адиабатическая температура горения

Адиабатическая температура горения – это такая температура газов, которая была бы в топке, если бы в ней отсутствовал какой-либо теплообмен, и все выделяющееся тепло затрачивалось на нагрев дымовых газов, т.е. в адиабатных условиях горения.

Адиабатическая температура горения ,°С определяется по полезному тепловыделению в топке при избытке воздуха по таблице 4.

6.3.3.1 Полезное тепловыделение в топке [1, п.6-20]

,

где – располагаемое тепло топлива, ,

– потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, с теплом шлака и охлаждающей воды, %;

– тепло, вносимое в топку паровым дутьем, ;

– тепло, вносимое в топку воздухом, .

, .

Величина - отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя, к теоретически необходимому [1, п.4-15]

,

где - коэффициент избытка воздуха в топке при сжигании попутных газов принимается .

- присос воздуха в топку. .

- присос в системе пылеприготовления с учетом возможных нарушений плотности во время эксплуатации; определяется по [1, таблицаXVII].

( , т.к. данный проект не имеет системы пылеприготовления)

- коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов на рециркуляцию.

- коэффициент рециркуляции газов в низ топки или горелки. ( , т.к. в данном проекте не предусмотрена рециркуляция).

.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха определяется по таблице 4 при температуре воздуха за воздухоподогревателем, которую необходимо принять по [1, таблице II-2]

Принимаем .

Энтальпия теоретически необходимого воздуха по интерполяции:

.

Энтальпия присасываемого воздуха определяется по температуре холодного воздуха, равной 30°С по таблице 4.

;

– тепло рециркуляции газов ; учитывается в случае возврата в топку части газов, отобранных из газоходов котла, за котлом или из верхней части топки [1, п.4-10].

 

Так как нет возврата в топку части газов, то

;

.