ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра парогенератостроения и парогенераторных установок

 

Специальность                                                 Тепловые электрические станции

Кафедра                                                                                                  ПГС и ПГУ

Группа                                                                                                             З-6381

 

 

“Реконструкция поверхностей нагрева

котла БКЗ-210-140 для работы на углях Кузнецкого бассейна марки Г, класса «промпродукт»”

Курсовой проект по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы»

ФЮРА. 311233.001. ПЗ

 

 

 

 

Студент __________________                                            

 

Руководитель __________________                                            Карякин С.К.

 

 

 

 

Томск 2012

РЕФЕРАТ

 

Курсовой проект 110 с., 2 рисунка, 2 таблицы, 8 источников, 2 листа графического материала.

Ключевые слова: котел, поверхность нагрева, тепловой расчет, аэродинамический расчет, оценка, реконструкция, надежность.

Котел паровой БКЗ – 210 – 140, реконструкция поверхностей пароперегревателя.

Объектом проекта является паровой котел, его поверхности нагрева: топка, ширмы, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель.

Цель проекта – приобретения практических навыков проведения анализа работы котла на непроектном топливе, а также – разработки проекта реконструкции поверхностей нагрева котла для обеспечения выработки пара заданных параметров.

Методы исследования – расчетно-аналитический.

Область применения – энергетика и энергомашиностроение.

 

 

Содержание

	Введение	6
1	Краткое описание рассчитываемого котла	7
2	Основные характеристики котла	8
3	Расчетные теплотехнические характеристики топлива	9
4	Расчет количества воздуха и объемов и продуктов сгорания	12
5	Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания	18
6	Составление теплового баланса котла и определение расхода топлива	20
7	Тепловой расчет воздухоподогревателя первой ступени	25
8	Тепловой расчёт экономайзера первой ступени	32
9	Тепловой расчет воздухоподогревателя второй ступени	38
10	Тепловой расчёт экономайзера второй ступени	44
11	Тепловой расчет топки	50
12	Расчет общего теплообмена в пароперегревателе и составление невязки теплового баланса котла	55
13	Расчет радиационного пароперегревателя	60
14	Расчет первой по ходу пара ступени пароперегревателя	62
15	Расчет второй по ходу пара ширмовой ступени пароперегревателя	70
15.1	Расчет крайних ширм	71
15.2	Расчет пароохладителя первой ступени	77
15.3	Расчет средних ширм	78
16	Расчет пароотводящих труб	85
17	Расчет третьей по ходу пара ступени пароперегревателя	86
18	Расчет пароохладителя второй ступени	94
19	Расчет четвертой по ходу пара ступени пароперегревателя	96
20	Расчет температуры точки росы дымовых газов и минимальной температуры стенки труб воздухоподогревателя	105
21	Анализ результатов расчета котла	106
	Заключение	109
	Список использованной литературы	110

 

Введение

 

Паровой котел – это основной агрегат тепловой электростанции (ТЭС). Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив.

При выполнении расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в выборе рациональной компоновки и определении размеров всех поверхностей нагрева котла (конструкторский расчет) или же в определении температур и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла (поверочный расчет).

Поверочный расчет котла или отдельных его элементов выполняется для существующей конструкции с целью определения показателей ее работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузки или параметров пара, а так же после проведения реконструкции поверхностей нагрева.

 

1 Краткое описание рассчитываемого котла

1.1. Котел энергетический высокого давления барабанного типа с естественной циркуляцией. Компоновка поверхностей нагрева котла традиционная – П-образная.

1.2. Топка камерная, пылеугольная, открытая с твердым шлакоудалением. Стены топки заэкранированы газоплотными цельносварными мембранными панелями из гладких труб с продольно вваренными проставками.

1.3. Пароперегреватель радиационно-конвективного типа. Радиационная часть пароперегревателя расположена на потолке топки, полурадиационные двухзаходные ширмы размещены в выходном газовом окне топки, конвективные ступени – в поворотном газоходе котла.

1.4. Низкотемпературные поверхности нагрева представлены стальным змеевиковым экономайзером и трубчатым воздухоподогревателем, скомпонованными по двухступенчатой схеме.

1.5. Пылеприготовительная установка с шаровыми барабанными мельницами (ШБМ) и промежуточным бункером. Сушка топлива – горячим воздухом.

 

 

2 Основные характеристики котла

• Паропроизводительность котла D_пе = 210 т/ч (58,33 кг/с).
• Давление перегретого пара p_пе = 14 МПа.
• Температура перегретого пара t_пе = 560 ^оС.
• Температура питательной воды t_пв = 230 ^оС.
• Давление в барабане р_б = 15,4 МПа.
• Непрерывная продувка р_пр = 5 %.
• Система пылеприготовления – ШБМ с промежуточным бункером.
• Шлакоудаление – твердое.

 

3 Расчетные теплотехнические характеристики топлива

3.1 Заданное топливо – уголь Кузнецкого бассейна марки Г, класса «промпродукт».

3.2 Нормативный элементарный состав заданного топлива в рабочем состоянии [3, табл. I]:

• содержание углерода (С^r)_н = 46,6%;
• содержание водорода (Н^r)_н = 3,4%;
• содержание серы пиритной и органической (S _(p+о) ^r)_н = 0,6%;
• содержание азота (N^r)_н = 1,8%;
• содержание кислорода (O^r)_н = 5,9%;
• влага рабочего топлива (W_t^r)_н = 13%;
• зола рабочего топлива (A^r)_н = 28,7%.

Контрольная сумма для нормативного состава топлива

(С^r)_н + (Н^r)_н + (S _(p+о) ^r)_н + (N^r)_н + (O^r)_н + (W_t^r)_н + (A^r)_н =

= 46,6 + 3,4 + 0,6 + 1,8 + 5,9 + 13 + 28,7 = 100%,

что свидетельствует о правильности принятия нормативного состава топлива.

3.3 Влажность рабочего топлива (задается)

W_t^r = 15%;

3.4 Зольность рабочего топлива (задается)

A^r = 25%;

3.5 Поскольку нормативные значения (W_t^r)_н и (A^r)_н топлива отличаются от заданных значений W_t^r и А^r, нормативный элементный состав топлива и его теплоту сгорания следует пересчитать путем умножения каждого его элемента на коэффициент

К=

3.6 Расчетный элементарный состав заданного топлива в рабочем состоянии:

• содержание углерода С^r = 46,6 · 1,0292 = 48,0%;
• содержание водорода Н^r = 3,4 · 1,0292 = 3,5%;
• содержание серы S _(p+о) ^r = 0,6 · 1,0292 = 0,6%;
• содержание азота N^r = 1,8 · 1,0292 = 1,8%;
• содержание кислорода O^r = 5,9 · 1,0292 = 6,1%;
• влажность W_t^r = 15%;
• зольность A^r = 25%.

Контрольная сумма для расчетного состава топлива

С^r + Н^r + S _(p+о) ^r + N^r + O^r + W_t^r + A^r =

= 48,0 + 3,5 + 0,6 + 1,8 + 6,1 + 15 + 25 = 100%,

что свидетельствует о достоверности произведенного пересчета.

3.7 Низшая теплота сгорания топлива нормативная [3, табл. I]

(Q^r_i)_н = 18,09 МДж/кг (18090 кДж/кг).

3.8 Расчетная теплота сгорания топлива

Здесь 2442 кДж/кг – скрытая теплота парообразования (конденсации) водяных паров при нормальных условиях (t = 0 ^оС, p =101,3 кПа).

3.9 Во всех последующих расчетах используются исключительно расчетный (пересчитанный) элементный состав топлива и расчетная (пересчитанная) теплота его сгорания. Выход летучих V^daf и температурные характеристики золы t_A, t_B, t_C пересчитывать не требуется, т. к. они не зависят ни от влажности, ни от зольности топлива.

3.10. Выход летучих веществ [3, табл. I]

V^daf = 41,5 %.

3.11 Температурные характеристики золы [3, табл. II]:

t_A = 1170 ^оС, t_B = 1270 ^оС, t_C = 1340 ^оС.

3.12 Приведенная влажность топлива

W_пр^r = W_t^r/Q_i^r = 15/18,58 = 0,81 %·кг/МДж.

3.13 Приведенная зольность топлива

А_пр^r = А^r/Q_i^r = 25/18,58 = 1,35 %·кг/МДж.

3.14 Приведенное содержание серы

S_пр^r = S_р+о^r/Q_i^r = 0,7/18,58 = 0,04 %·кг/МДж.

 

 

 

4 Расчет количества воздуха и объемов и продуктов сгорания

4.1 Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха a = 1,

V^H_O = 0,0889·(C^r+0,375·S^r_(р+о))+0,265·H^r-0,0333·O^r=

=0,0889×(48,0+0,375×0,6)+0,265×3,5-0,0333×6,1=5,01 м³/кг.

4.2 Теоретический объем трехатомных газов

м³/кг.

 

4.3 Теоретический объем азота

м³/кг.

4.4 Теоретический объем водяных паров

м³/кг.

4.5 Теоретический объем дымовых газов (суммарный)

 м³/кг.

4.6 Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки принимается согласно [2, табл. 5.5]

α"_т = 1,2.

4.7 Присосы воздуха в газоходы котла принимаются в соответствии с наличием и расположением поверхностей нагрева в рассчитываемом котле [2, табл. 2.2]:

• в топку

Δα_т = 0,07;

• в газоход ширм (2-й ступени пароперегревателя)

Δα_ш = 0;

• в газоход 3-й и 4-й ступени пароперегревателя

Δα_кпп3,4 = 0,015;

• в газоход 1-й ступени пароперегревателя

Δα_кпп1 = 0,015;

• в газоход экономайзера 2-й ступени

Δα_Эк2 = 0,02;

• в газоход воздухоподогревателя 2-й ступени

Δα_вп2 = 0,03;

• в газоход экономайзера 1-й ступени

Δα_Эк1 = 0,02;

• в газоход воздухоподогревателя 1-й ступени

Δα_вп1 = 0,03.

4.8 Присосы воздуха в систему пылеприготовления [2, табл. 2.3]

Δα_пл = 0,1.

4.9 Коэффициенты избытка воздуха в газоходах за отдельными поверхностями нагрева котла определяются путем прибавления величины присоса воздуха данной поверхности к коэффициенту избытка воздуха за предыдущей поверхностью. Таким образом, коэффициенты избытка воздуха будут:

• за топкой α"_т = 1,2;
• за ширмами (2-й ступенью пароперегревателя)

α"_ш = α"_т + Δα_ш = 1,2 + 0 = 1,2;

• за 3-й и 4-й ступенями пароперегревателя

α"_кпп3,4 = α"_ш + Δα_кпп3,4 = 1,2 + 0,015 = 1,215;

• за 1-й ступенью пароперегревателя

α"_кпп1 = α"_кпп3,4 + Δα_кпп1 = 1,215 + 0,015 = 1,23;

• за 2-й ступенью экономайзера

α"_Эк2 = α"_кпп1 + Δα_Эк2 = 1,23 + 0,02 = 1,25;

• за 2-й ступенью воздухоподогревателя

α"_Вп2 = α"_Эк2 + Δα_Вп2 = 1,25 + 0,03 = 1,28;

• за 1-й ступенью экономайзера

α"_Эк1 = α"_Вп2 + Δα_Эк1 = 1,28 + 0,02 = 1,3;

• за 1-й ступенью воздухоподогревателя

α"_Вп1 = α"_Эк1 + Δα_Вп1 = 1,3 + 0,03 = 1,33.

4.10 Средние коэффициенты избытка воздуха по газоходах:

• в ширмах (2-й ступени пароперегревателя)
• в 3-й и 4-й ступенях пароперегревателя
• в 1-й ступени пароперегревателя
• во 2-й ступени экономайзера
• во 2-й ступени воздухоподогревателя
• в 1-й ступени экономайзера
• во 2-й ступени воздухоподогревателя

4.11 Действительные объемы водяных паров и дымовых газов подсчитываются для каждого газохода при средних значениях коэффициента избытка воздуха по формулам:

• объем водяных паров

, м³/кг;

• объем дымовых газов

, м³/кг.

Результаты расчета действительных объемов водяных паров и дымовых газов занесены в табл. 1. В эту же таблицу занесены объемные доли трехатомных газов  и водяных паров ; общая доля трехатомных газов и водяных паров , а также масса дымовых газов  и безразмерная концентрация золовых частиц . При этом доля золы, уносимая в газоходы котла, a_ун = 0,95 принята согласно [2, табл. 5.5].

 

Таблица №1. Объемные характеристики продуктов сгорания

Расчетные формулы	Размерность	Vн0 = 5,01 м3/кг; Vн0N2 = 3,97 м3/кг; VнRO2 = 0,9 м3/кг; V н0H2O = 0,66 м3/кг; Ar = 25 %; aун = 0,95
		Газоходы котла
		Топка, ширмы	Кпп3,4	Кпп1	Эк2	Вп2	Эк1	Вп1
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью a²i	-	1,2	1,215	1,23	1,25	1,28	1,3	1,33
Коэффициент избытка воздуха средний aср	-	1,2	1,2075	1,2225	1,24	1,265	1,29	1,315
Объем водяных паров	м3/кг	0,676	0,677	0,678	0,679	0,681	0,683	0,685
Полный объем дымовых газов	м3/кг	6,548	6,589	6,665	6,751	6,879	7,006	7,133
Объемная доля трехатомных газов	-	0,137	0,137	0,135	0,133	0,131	0,128	0,126
Объемная доля водяных паров	-	0,103	0,103	0,102	0,101	0,099	0,097	0,096
Объемная доля трехатомных газов и водяных паров	-	0,24	0,24	0,237	0,234	0,23	0,225	0,222
Масса дымовых газов	кг/кг	8,602	8,654	8,752	8,863	9,027	9,191	9,354
Безразмерная концентрация золовых частиц	кг/кг	0,028	0,027	0,027	0,027	0,026	0,026	0,025

 

 

Рис.1 Компоновка поверхностей нагрева парового котла

1 – топка;

2 – барабан;

3 – конвективный пароперегреватель первой ступени;

4 – ширмовый пароперегреватель;

5 – конвективный пароперегреватель третьей и четвертой ступени;

6 – водяной экономайзер второй ступени;

7 – вторая ступень воздухоподогревателя;

8 – водяной экономайзер первой ступени;

9 – первая ступень воздухоподогревателя.

5 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

5.1 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при α = 1 и расчетной температуре  определяется по формуле

, кДж/кг,

где  - удельная энтальпия воздуха в кДж/м³.

5.2 Действительная энтальпия продуктов сгорания (дымовых газов) при α > 1 подсчитывается по формуле

где  – теоретическая энтальпия продуктов сгорания (при α = 1), кДж/кг;

 – энтальпия летучей золы, кДж/кг;

, , ,  – удельные энтальпии воздуха, углекислого газа, азота и водяных паров при температуре , кДж/м³; принимаются по [2, табл. 3.1];

 – энтальпия золы в кДж/кг; принимается по [2, табл. 3.1].

5.3 Рассчитанные значения энтальпий воздуха и продуктов сгорания, определенные для различных температур и коэффициентов избытка воздуха, занесены в табл. 2.

 

Таблица №2. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания (I-J таблица)

	I0Г	I0В	Iзл	I = I0Г+(a²-1)×I0В+Iзл      DI = I200-I100 кДж/кг (кДж/м3)
°С	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	a²Т=1,2		a²ш=1,2		a²Кпп3,4=1,215		a²Кпп1=1,23		a²Эк2=1,25		a²Вп2=1,28		a²Эк1=1,3		a²Вп1=1,33
				I	DI	I	DI	I	DI	I	DI	I	DI	I	DI	I	DI	I	DI
30	-	199	-
100	770	665	19															1008	1035
200	1561	1338	40									1936	1008	1976	1028	2002	1043	2043	1062
300	2376	2019	63									2944	1033	3004	1054	3045	1068	3105	1089
400	3212	2715	86					3882	1037	3922	1048	3977	1062	4058	1084	4113	1098	4194
500	4072	3432	109			4867	1053	4919	1063	4970	1074	5039	1089	5142	1110	5211
600	4955	4158	133			5920	1078	5982	1090	6044	1101	9128	1115	6252
700	5860	4905	157			6998	1095	7072	1106	7145	1118	7243
800	6780	5656	182	8093	1124	8093	1124	8178	1135	8263
900	7723	6428	208	9217	1137	9217	1137	9313	1149
1000	8679	7204	234	10354	1145	10354	1145	10462
1100	9640	7991	261	11499	1166	11499
1200	10621	8788	286	12665	1159
1300	11583	9589	323	13824	1212
1400	12580	10401	376	15036	1211
1500	13586	11217	418	16247	1207
1600	14600	12039	446	17454	1233
1700	15625	12861	490	18687	1222
1800	16653	13687	519	19909	1247
1900	17684	14524	567	21156	1235
2000	18722	15361	597	22391

 

 

6 Составление теплового баланса котла и определение расхода топлива

6.1 Располагаемое тепло топлива определяется по формуле

, кДж/кг,

где Q_i^r – низшая теплота сгорания рабочего топлива, кДж/кг;

i_тл = с_тл · t_тл – физическое тепло топлива, кДж/кг;

k – коэффициент разложения карбонатов при сжигании карбонатных топлив;

Q_крб – затраты тепла на разложение карбонатов, кДж/кг.

6.2 Поскольку заданное топливо не является карбонатным, подогрева топлива не предусмотрено, форсуночное дутье отсутствует, Q_ф, Q_крб, i_тл принимаются равными нулю. Следовательно, располагаемое тепло топлива

Q_р = Q_i^r = 18580 кДж/кг.

6.3 Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива принимается в соответствии с [2, подразд. 5.19]:

q₃ = 0 %.

6.4 Потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива принимается по данным [2, табл. 5.5]:

q₄ = 1,0 %.

6.5 Потеря теплоты от наружного охлаждения

6.6 Доля золы топлива, переходящая в шлак,

а_шл =1− а_ун = 1− 0,95 = 0,05.

6.7 Температура удаляемого шлака, принимаемая по [2, подразд. 5.22],

_шл = 600 ^оС.

6.8 Энтальпия удаляемого шлака, при _шл согласно [2, табл. 5.2],

кДж/кг.

6.9 Потеря с физическим теплом шлака

6.10 Температура уходящих газов принимается с последующим ее уточнением:

_ух = 128 ^оС.

6.11 Энтальпия уходящих газов, взятая при _ух по табл. 2,

I_ух = 1298 кДж/кг.

6.12 Средняя температура горячего воздуха, присасываемого в газоходы воздухоподогревателя (принимается),

t_ср.вп =180 ^оC.

6.13 Энтальпия горячего воздуха, присасываемого в газоходы воздухоподогревателя при средней температуре (см. табл. 2),

I_{0 прс.гв} = 1203 кДж/кг.

6.14 Температура воздуха, присасываемого в газоходы поверхностей нагрева, кроме воздухоподогревателя, принимается равной температуре холодного воздуха

t_прс = t_хв = 30 ^оС.

6.15 Энтальпия присасываемого в котел холодного воздуха (см. табл. 2)

I_{0 прс.хв} = I_{0 хв} = 199 кДж/кг.

6.16 Средневзвешенная энтальпия присасываемого воздуха

6.17 Отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя, к теоретически необходимому, при отсутствии рециркуляции газов (r_рц = 0 ),

β´_т = α_т − Δα_т − Δα_пл = 1,2 − 0,07 − 0,1 = 1,03.

6.18 Отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому

β´ = β´_т + Δα_Вп = 1,03 + 0,06 = 1,09,

где Δα_Вп = 0,06 – суммарная величина присоса воздуха в обеих ступенях воздухоподогревателя.

6.19 Потеря тепла с уходящими газами

6.20. Коэффициент полезного действия (КПД) котла

η_к =100 − Σq = 100 − (5,12 + 0 + 1,0 + 0,57 + 0,04) = 93,27 %.

6.21 Коэффициент сохранения тепла

6.22 Расход перегретого пара

D_пе = 58,33 кг/с (210 т/ч).

Во всех последующих расчетах D_пе используется в кг/с.

6.23 Расход продувочной воды

кг/с.

6.24 Давление перегретого пара

p_пе = 14,0 МПа.

6.25 Температура перегретого пара

t_пе = 560 ^оС.

6.26 Энтальпия перегретого пара [2, табл. 5.9]

i_пе = 3487,5 кДж/кг.

6.27 Давление питательной воды на входе в котел (принимается на 20 % бóльшим давления перегретого пара)

р_п.в = 1,2 · р_пе = 1,2 · 14,0 = 16,8 МПа.

6.28 Температура питательной воды

t_п.в = 230 ^оС .

6.29 Энтальпия питательной воды при давлении p_п.в и температуре t_п.в [2, табл. 5.8]

i_п.в = 993,5 кДж/кг.

6.30 Давление среды в барабане (принимается на 10 % большим давления перегретого пара)

р_б = р´_s = 1,1 · 14,0 = 15,4 МПа.

6.31 Температура насыщения при давлении р_б [2, табл. 5.7]

t_s = 344,3 ^оС.

6.32 Энтальпия насыщенного пара при давлении р_б [2, табл. 5.7]

i"_s = 2600 кДж/кг.

6.33 Энтальпия продувочной (кипящей) воды при давлении в барабане [2, табл. 5.7]

i´_s = 1625,9 кДж/кг.

6.34 Полное количество тепла, полезно используемое в котле при отсутствии расхода питательной воды, подаваемой мимо регенеративных подогревателей (D_отб = 0), впрысков посторонней воды в первичный тракт (D_впр^ст = 0), отбора насыщенного пара (D_н.п = 0), отбора подогретой воды (Q_отв = 0), отбора подогретого избыточного воздуха (Q_изб = 0) и отсутствия промперегревателя (D_пп = 0, D_впр^пп = 0),

Q_к = D_пе · (i_пе − i_п.в) + D_пр · (i´_s − i_п.в) =

= 58,33 · (3487,5 − 993,5) + 2,92 · (1625,9 − 993,5) = 147322 кВт.

6.35 Полный расход топлива, подаваемого в топку,

кг/с.

6.36 Расчетный расход топлива (с учетом механической неполноты его сгорания)

кг/с (30,3 т/ч).

Во всех последующих расчетах расчетный расход топлива В_р используется исключительно в кг/с.

 

7 Тепловой расчет воздухоподогревателя первой ступени

7.1 Конструктивные характеристики Вп1:

• Тип ступени – трехходовая.
• Диаметр труб наружный d = 40 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн = 37 мм.
• Поперечный шаг труб S₁ = 60 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = 1,5.
• Продольный шаг труб S₂ = 40,5 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = S₂/d = 1,01.
• Средний относительный диагональный шаг труб .
• Коэффициент .
• Сечение для прохода воздуха f_в = 16,4 м².
• Сечение для прохода газов F_г = 10,7 м².
• Поверхность нагрева Н = 9240 м².
• Число рядов труб по ходу газов z₂ = 38.
• Глубина пакета l_п = 3,0 м.
• Глубина газового объема l_об =1,1 м.

7.2 Температура газов на выходе из Вп1 принимается равной температуре уходящих газов:

 (401 К).

7.3 Энтальпия газов на выходе из Вп1 принимается равной энтальпии уходящих газов:

I"_г = I_ух = 1298 кДж/кг.

7.4 Температура воздуха на входе в Вп1 принимается равной температуре холодного воздуха, т. к. его подогрев вне котла не предусмотрен:

t´_в = t_хв = 30 ^оC.

7.5 Энтальпия воздуха на входе в Вп1

I´_в = I_{0 хв} = 199 кДж/кг.

7.6 Температура воздуха на выходе из Вп1 принимается с последующим уточнением:

t"_в = 216 ^оС.

7.7 Энтальпия воздуха на выходе (по табл. 2)

I"_{0 гв} = 1447 кДж/кг.

7.8 Средняя температура воздуха

°С.

7.9 Энтальпия присасываемого воздуха при средней температуре (определяется по табл. 2)

I_{0 прс} = I_в.ср = 820 кДж/кг.

7.10 Отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя к теоретически необходимому,

β´_т = 1,03.

7.11 Количество воздуха, подогреваемого в Вп1 (относительно теоретически необходимого),

β_Вп1 = β´_т + Δα_Вп2 + Δα_Вп1 = 1,03 + 0,03 + 0,03 = 1,09.

7.12 Тепло, воспринимаемое воздухом по уравнению теплового баланса,

Q_б = β_Вп1 · (I"_{0 гв} − I´_в) = 1,09 · (1447 − 199) = 1360 кДж/кг.

7.13 Энтальпия дымовых газов на входе в Вп1

кДж/кг.

7.14 Температура дымовых газов на входе в Вп1 определяется по табл. 2 при I¢_г в столбце «за Эк1»:

 (535 К).

7.15 Средняя температура дымовых газов:

 (468 К).

7.16 Скорость дымовых газов

м/с.

7.17 Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

λ_г × 10² = 3,96 Вт (м×К).

7.18 Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

ν_г × 10⁶ = 31,1 м²/с.

7.19 Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,67.

7.20 Поправка на температуру потока газов [2, п. 10.3.7]

С_t = 1,0.

7.21 Поправка на длину канала [2, п. 10.3.7]

C_l = 1,0.

7.22 Поправка на форму канала [2, п. 10.3.7]

C_к = 1,0.

7.23 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке [2, п. 10.3.7]

7.24 Расчетная скорость воздуха

м/с.

7.25 Коэффициент теплопроводности воздуха [2, разд. 10]

λ_в · 10² = 3,34 Вт (м·К).

7.26 Коэффициент кинематической вязкости воздуха [2, разд. 10]

ν_в · 10⁶ = 26,2 м²/с.

7.27 Критерий Прандтля для воздуха [2, разд. 10]

Pr_в = 0,69.

7.28 Поправка на число рядов в пучке по ходу воздуха [2, п. 10.3.4]

С_z = 1,0.

7.29 Средний относительный диагональный шаг труб

.

7.30 Величина

.

7.31 Поправка на компоновку пучка [2, п. 10.3.4]

С_s = 0,95·φ^0,1 = 0,95·1,92^0,1 = 1,01.

7.32 Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху [2, п. 10.3.4]

7.33 Эффективная толщина излучающего слоя [2, п. 10.3.15]

s = 0,9· d_вн = 0,9 · 0,037 = 0,033 м.

7.34 Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [2, п. 6.3.4]

7.35 Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

7.36 Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

.

7.37 Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (19,73 + 3,31)·0,1·0,033 = 0,076.

7.38 Cтепень черноты потока газов, при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1МПа ,

a = 1− e^−kps = 1− e^−0,076 = 0,073.

7.39 Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

7.40 Абсолютная температура загрязненной наружной поверхности труб воздухоподогревателя

К.

7.41 Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

7.42 Коэффициент A для заданного топлива [2, п. 10.3.16]

A = 0,4.

7.43 Коэффициент теплоотдачи, c учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве,

7.44 Коэффициент использования поверхности нагрева [2, п. 10.4.1]

ξ = 1,0.

7.45 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

α₁ = ξ · (α_к + α´_л) = 1,0 · (37,03 + 1,79) = 38,82 Вт/(м² · К).

7.46 Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоков воздуха [2, п. 10.4.4],

ψ = 0,9.

7.47 Коэффициент теплопередачи [2, разд. 10]

7.48 Разность температур на входе в ступень

Δt´ = υ´_г − t"_в = 262 – 216 = 46 ^оС.

7.49 Разность температур на выходе из ступени

Δt" = υ"_г − t´_в = 128 – 30 = 98 ^оС.

7.50 Температурный напор в ступени при прямотоке

7.51 Большой перепад температуры среды:

τ_б = t_в" – t_в´ = 216 – 30 = 186 ºС.

7.52 Меньший перепад температуры среды:

τ_м = u´_г – u"_г = 262 – 128 = 134 ºС.

7.53 Параметр

7.54 Параметр

7.55 Коэффициент пересчета противоточной схемы на более сложную [2, рис. 11.7]

ψ = 0,91.

7.56 Расчетный температурный напор в ступени

Δt = ψ·Δt_прт = 0,91 · 68,75 = 62,56 ^оС.

7.57 Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

7.58 Невязка теплового баланса ступени

7.59 Допустимая абсолютная невязка теплового баланса – менее чем 2 %. Уточнения расчета не требуется.

 

 

8 Тепловой расчёт экономайзера первой ступени

8.1 Конструктивные характеристики экономайзера первой ступени (Эк1):

• Тип ступени – змеевиковая, шахматная, противоточная.
• Диаметр труб наружный d = 32 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн = 24 мм.
• Поперечный шаг труб S₁ = 75 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = S₁/d = 2,34.
• Продольный шаг труб S₂ = 46 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = S₂/d = 1,44.
• Средний относительный диагональный шаг труб .
• Коэффициент .
• Сечение для прохода воды f_в = 0,081 м².
• Сечение для прохода газов F_г =19,8 м².
• Поверхность нагрева H = 1468 м².
• Число рядов труб по ходу газов z₂ =32.
• Глубина пакета l_п = 1,46 м.
• Глубина газового объема l_об =0,5 м.

8.2 Температура газов на выходе из Эк1 принимается равной температуре  газов на входе в Вп1:

 (535 К).

8.3 Энтальпия газов на выходе из Эк1 принимается равной энтальпии газов на входе в Вп1:

I"_г = 2642 кДж/кг.

8.4 Температура воды на входе в Эк1 принимается равной температуре питательной воды

t¢_в = t_п.в = 230 ^оС.

8.5 Давление воды на входе в Эк1 принимается равным давлению перегретого пара, увеличенному на 20 %:

р¢_в =1,2 × р_пе = 1,2×14 = 16,8 МПа.

8.6 Энтальпия воды на входе, при t¢_в и р¢_в [2, табл. 5.8],

i¢_в = 994 кДж/кг.

8.7 Температура воды на выходе из Эк1 принимается предварительно с последующим уточнением:

t²_в = 245 ^оС.

8.8 Давление воды на выходе из Эк1 принимается равным давлению перегретого пара, увеличенному на 15 %:

р²_в =1,15 × р_пе = 1,15×14 = 16,1 МПа.

8.9 Энтальпия воды на выходе, при t²_в и р²_в [2, табл. 5.8],

i²_в = 1063 кДж/кг.

8.10 Средняя температура воды

°С (511 К).

8.11 Среднее давление воды

МПа.

8.12 Удельный объем воды, при t_в.ср и р_в.ср [2, табл. 5.8],

v_в × 10² = 0,12052 м³/кг.

8.13 Расход воды в ступени

D_Эк1 = D_пе + D_пр = 58,33 + 2,92 = 61,25 кг/с.

8.14 Тепло, воспринимаемое водой по уравнению теплового баланса,

кДж/кг.

8.15 Энтальпия дымовых газов на входе в ступень

кДж/кг.

8.16 Температура дымовых газов на входе в Эк1 определяется по табл. 2 при I¢_г в столбце «за Вп2»:

 (586 К).

8.17 Средняя температура дымовых газов:

 (561 К).

8.18 Средняя скорость дымовых газов

м/с.

8.19 Средняя скорость воды

м/с.

8.20 Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

λ_г × 10² = 4,72 Вт (м×К).

8.21 Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

ν_г × 10⁶ = 42,4 м²/с.

8.22 Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,65.

8.23 Поправка на число рядов по ходу воздуха [2, п. 10.3.4]

С_z = 1,0.

8.24 Поправка на компоновку пучка [2, п. 10.3.4]

С_s = 0,99.

8.25 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенкам труб экономайзера [2, п. 10.3.4]

8.26 Эффективная толщина излучающего слоя [2, п. 10.3.15]

 м.

8.27 Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [2, п. 6.3.4]

8.28 Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

8.29 Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

.

8.30 Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (11,15 + 3,05)·0,1·0,095 = 0,135.

8.31 Cтепень черноты потока газов, при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1МПа ,

a = 1− e^−kps = 1− e^−0,135 = 0,126.

8.32 Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

8.33 Абсолютная температура загрязненной наружной поверхности труб экономайзера [2, п. 10.3.13]

t_з = t_в.ср + 25 = 237,5 + 25 = 263 ^оС (536 К).

8.34 Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

8.35 Коэффициент A для заданного топлива [2, п. 10.3.16]

A = 0,4.

8.36 Коэффициент теплоотдачи, c учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве,

8.37 Коэффициент использования поверхности нагрева [2, п. 10.4.1]

ξ = 1,0.

8.38 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

α₁ = ξ · (α_к + α´_л) = 1,0 · (72,06 + 5,63) = 77,69 Вт/(м² · К).

8.39 Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее дымовыми газами [2, п. 10.4.4],

 ψ = 0,78.

8.40 Коэффициент теплопередачи [2, разд. 10]

k = ψ·α₁ = 0,78 · 77,69 = 60,6 Вт/(м²·К) .

8.41 Разность температур на входе в ступень

Δt´ = υ´_г − t"_в = 313 – 245 = 68 ^оС.

8.42 Разность температур на выходе из ступени

Δt" = υ"_г − t´_в = 262 – 230 = 32 ^оС.

8.43 Температурный напор в ступени при противотоке

8.44 Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

8.45 Невязка теплового баланса ступени

8.46 Допустимая абсолютная невязка теплового баланса – менее чем 2 %. Уточнения расчета не требуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Тепловой расчет воздухоподогревателя второй ступени

9.1 Конструктивные характеристики Вп2:

• Тип ступени – одноходовая.
• Диаметр труб наружный d = 40 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн = 37 мм.
• Поперечный шаг труб S₁ = 60 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = 1,5.
• Продольный шаг труб S₂ = 40,5 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = S₂/d = 1,01.
• Средний относительный диагональный шаг труб .
• Коэффициент .
• Сечение для прохода воздуха f_в = 21,8 м².
• Сечение для прохода газов F_г = 12,8 м².
• Поверхность нагрева Н = 4220 м².
• Число рядов труб по ходу газов z₂ = 38.
• Глубина пакета l_п = 3,4 м.
• Глубина газового объема l_об =1,5 м.

9.2 Температура газов на выходе из Вп2 принимается равной температуре газов на входе в Эк1:

 (586 К).

9.3 Энтальпия газов на выходе из Вп2 принимается равной энтальпии газов на входе в Эк1:

I"_г = 3143 кДж/кг.

9.4 Температура воздуха на входе в Вп2 принимается равной температуре  воздуха на выходе из Вп1:

t´_в = 216 ^оC.

9.5 Энтальпия воздуха на входе в Вп1

I´_{0 гв} = 1447 кДж/кг.

9.6 Температура воздуха на выходе из Вп2 принимается с последующим уточнением:

t"_в = 318 ^оС.

9.7 Энтальпия воздуха на выходе (по табл. 2)

I"_{0 гв} = 2144 кДж/кг.

9.8 Средняя температура воздуха

°С.

9.9 Энтальпия присасываемого воздуха при средней температуре (определяется по табл. 2)

I_{0 прс} = I_в.ср = 1794 кДж/кг.

9.10 Количество воздуха относительно теоретически необходимого, подогреваемого в Вп2,

β_Вп2 = β_Вп1 – Δα_Вп1 = 1,09 – 0,03 = 1,06.

9.11 Тепло, воспринимаемое воздухом по уравнению теплового баланса,

Q_б = β_Вп1 · (I"_{0 гв} − I´_в) = 1,06 · (2144 − 1447) = 738 кДж/кг.

9.12 Энтальпия дымовых газов на входе в Вп2

кДж/кг.

9.13 Температура дымовых газов на входе в Вп2 определяется по табл. 2 при I¢_г в столбце «за Эк2»:

 (660 К).

9.14 Средняя температура дымовых газов:

 (623 К).

9.15 Скорость дымовых газов

м/с.

9.16 Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

λ_г × 10² = 5,25 Вт (м×К).

9.17 Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

ν_г × 10⁶ = 50,9 м²/с.

9.18 Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,645.

9.19 Поправка на температуру потока газов [2, п. 10.3.7]

С_t = 1,0.

9.20 Поправка на длину канала [2, п. 10.3.7]

C_l = 1,0.

9.21 Поправка на форму канала [2, п. 10.3.7]

C_к = 1,0.

9.22 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке [2, п. 10.3.7]

9.23 Расчетная скорость воздуха

м/с.

9.24 Коэффициент теплопроводности воздуха [2, разд. 10]

λ_в · 10² = 4,28 Вт (м·К).

9.25 Коэффициент кинематической вязкости воздуха [2, разд. 10]

ν_в · 10⁶ = 44,4 м²/с.

9.26 Критерий Прандтля для воздуха [2, разд. 10]

Pr_в = 0,69.

9.27 Поправка на число рядов в пучке по ходу воздуха [2, п. 10.3.4]

С_z = 1,0.

9.28 Поправка на компоновку пучка [2, п. 10.3.4]

С_s = 0,95·φ^0,1 = 0,95·1,92^0,1 = 1,01.

9.29 Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху [2, п. 10.3.4]

9.30 Эффективная толщина излучающего слоя [2, п. 10.3.15]

s = 0,9· d_вн = 0,9 · 0,037 = 0,033 м.

9.31 Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [2, п. 6.3.4]

9.32 Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

9.33 Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

.

9.34 Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (18,73 + 2,85)·0,1·0,033 = 0,071.

9.35 Cтепень черноты потока газов, при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1МПа ,

a = 1− e^−kps = 1− e^−0,071 = 0,069.

9.36 Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

9.37 Абсолютная температура загрязненной наружной поверхности труб воздухоподогревателя

К.

9.38 Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

9.39 Коэффициент A для заданного топлива [2, п. 10.3.16]

A = 0,4.

9.40 Коэффициент теплоотдачи, c учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве,

9.41 Коэффициент использования поверхности нагрева [2, п. 10.4.1]

ξ = 1,0.

9.42 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

α₁ = ξ · (α_к + α´_л) = 1,0 · (34,54 + 4,28) = 38,82 Вт/(м² · К).

9.43 Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоков воздуха [2, п. 10.4.4],

ψ = 0,9.

9.44 Коэффициент теплопередачи [2, разд. 10]

.

9.45 Разность температур на входе в ступень

Δt´ = υ´_г − t"_в = 387 – 318 = 69 ^оС.

9.46 Разность температур на выходе из ступени

Δt" = υ"_г − t´_в = 313 – 216 = 97 ^оС.

9.47 Температурный напор в ступени при прямотоке

9.48 Большой перепад температуры среды:

τ_б = t_в" – t_в´ = 318 – 216 = 102 ºС.

9.49 Меньший перепад температуры среды:

τ_м = u´_г – u"_г = 387 – 313 = 74 ºС.

9.50 Параметр

9.51 Параметр

9.52 Коэффициент пересчета противоточной схемы на более сложную [2, рис. 11.7]

ψ = 0,93.

9.53 Расчетный температурный напор в ступени

Δt = ψ·Δt_прт = 0,93 · 82,21 = 76,46 ^оС.

9.54 Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

9.55 Невязка теплового баланса ступени

9.56 Допустимая абсолютная невязка теплового баланса – менее чем 2 %. Уточнения расчета не требуется.

 

10 Тепловой расчёт экономайзера второй ступени

10.1 Конструктивные характеристики экономайзера второй ступени (Эк2):

• Тип ступени – змеевиковая, шахматная, противоточная.
• Диаметр труб наружный d = 32 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн = 24 мм.
• Поперечный шаг труб S₁ = 75 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = S₁/d = 2,34.
• Продольный шаг труб S₂ = 55 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = S₂/d = 1,72.
• Средний относительный диагональный шаг труб .
• Коэффициент .
• Сечение для прохода воды f_в = 0,108 м².
• Сечение для прохода газов F_г =25,1 м².
• Поверхность нагрева H = 1140 м².
• Число рядов труб по ходу газов z₂ =20.
• Глубина пакета l_п = 1,08 м.
• Глубина газового объема l_об =0,5 м.

10.2 Температура газов на выходе из Эк2 принимается равной температуре  газов на входе в Вп2:

 (660 К).

10.3 Энтальпия газов на выходе из Эк2 принимается равной энтальпии газов на входе в Вп2:

I"_г = 3832 кДж/кг.

10.4 Температура воды на входе в Эк2 принимается температуре воды на выходе из Эк1

t¢_в = 245 ^оС.

10.5 Давление воды на входе в Эк2 принимается равным давлению воды на выходе из Эк1:

р¢_в = 16,1 МПа.

10.6 Энтальпия воды на входе, при t¢_в и р¢_в [2, табл. 5.8],

i¢_в = 1063 кДж/кг.

10.7 Температура воды на выходе из Эк2 принимается предварительно с последующим уточнением:

t²_в = 287 ^оС.

10.8 Давление воды на выходе из Эк2 принимается равным давлению перегретого пара, увеличенному на 10 %:

р"_в =1,1 × р_пе = 1,1×14 = 15,4 МПа.

10.9 Энтальпия воды на выходе, при t²_в и р²_в [2, табл. 5.8],

i²_в = 1269 кДж/кг.

10.10 Средняя температура воды

°С (539 К).

10.11 Среднее давление воды

МПа.

10.12 Удельный объем воды, при t_в.ср и р_в.ср [2, табл. 5.8],

v_в × 10² = 0,12694 м³/кг.

10.13 Расход воды в ступени

D_Эк2 = D_пе + D_пр = 58,33 + 2,92 = 61,25 кг/с.

10.14 Тепло, воспринимаемое водой по уравнению теплового баланса,

кДж/кг.

10.15 Энтальпия дымовых газов на входе в ступень

кДж/кг.

10.16 Температура дымовых газов на входе в Эк2 определяется по табл. 2 при I¢_г в столбце «за Кпп1»:

 (807 К).

10.17 Средняя температура дымовых газов:

 (734 К).

10.18 Средняя скорость дымовых газов

м/с.

10.19 Средняя скорость воды

м/с.

10.20 Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

λ_г × 10² = 6,2 Вт (м×К).

10.21 Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

ν_г × 10⁶ = 66,9 м²/с.

10.22 Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,628.

10.23 Поправка на число рядов по ходу воздуха [2, п. 10.3.4]

С_z = 1,0.

10.24 Поправка на компоновку пучка [2, п. 10.3.4]

С_s = 0,95 · φ^0,1 = 0,95·1,24^0,1 = 0,97.

10.25 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенкам труб экономайзера [2, п. 10.3.4]

10.26 Эффективная толщина излучающего слоя [2, п. 10.3.15]

 м.

10.27 Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [2, п. 6.3.4]

10.28 Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

10.29 Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

.

10.30 Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (9,35 + 2,64)·0,1·0,119 = 0,143.

10.31 Cтепень черноты потока газов, при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1МПа ,

a = 1− e^−kps = 1− e^−0,143 = 0,133.

10.32 Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

10.33 Абсолютная температура загрязненной наружной поверхности труб экономайзера [2, п. 10.3.13]

t_з = t_в.ср + 60 = 266 + 60 = 326 ^оС (599 К).

10.34 Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

10.35 Коэффициент A для заданного топлива [2, п. 10.3.16]

A = 0,4.

10.36 Коэффициент теплоотдачи, c учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве,

10.37 Коэффициент использования поверхности нагрева [2, п. 10.4.1]

ξ = 1,0.

10.38 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

α₁ = ξ · (α_к + α´_л) = 1,0 · (69,47 + 11,04) = 80,51 Вт/(м² · К).

10.39 Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее дымовыми газами [2, п. 10.4.4],

 ψ = 0,7.

10.40 Коэффициент теплопередачи [2, разд. 10]

k = ψ·α₁ = 0,7 · 80,51 = 56,4 Вт/(м²·К).

10.41 Разность температур на входе в ступень

Δt´ = υ´_г − t"_в = 534 – 287 = 247 ^оС.

10.42 Разность температур на выходе из ступени

Δt" = υ"_г − t´_в = 387 – 245 = 142 ^оС.

10.43 Температурный напор в ступени при противотоке

10.44 Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

10.45 Невязка теплового баланса ступени

10.46 Допустимая абсолютная невязка теплового баланса – менее чем 2 %. Уточнения расчета не требуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 Тепловой расчет топки

11.1. Конструктивные характеристики топки:

• Объем топки V_т = 1123 м³.
• Площадь сечения топки F_т = 79,8 м².
• Полная поверхность стен топки F_cт =745 м².
• Поверхность выходного окна топки F_вых = 69,5 м².
• Площадь потолка топки F_пот = 80 м².
• Диаметр экранных труб d = 60 мм.
• Шаг экранных труб S = 80 мм.
• Диаметр потолочных труб d_пе = 42 мм.
• Шаг потолочных труб S_пе = 90 мм.
• Поверхность потолочного пароперегревателя F_пе =80 м².
• Расчетная высота топки H_т =18,85 м.
• Средняя высота расположения горелок h_г = 6,3 м.

11.2. Температура горячего воздуха, подаваемого в топку, принимается равной температуре воздуха на выходе из Вп2:

t"_гв = 318 ^оС.

11.3. Энтальпия горячего воздуха принимается равной энтальпии воздуха на выходе из Вп2:

I"_{0 гв} = 2144 кДж/кг.

11.4. Температура присасываемого в топку воздуха принимается равной температуре холодного воздуха:

t_прс = t"_хв = 30 ^оС.

11.5. Энтальпия холодного воздуха, присасываемого в топку (по табл. 2),

I_{0 прс} = I_{0 хв} = 199 кДж/кг.

11.6. Отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя, к теоретически необходимому, при отсутствии рециркуляции газов,

β´_т = α_т − Δα_т − Δα_пл = 1,2 − 0,07 − 0,1 = 1,03.

11.7. Тепло, вносимое в топку горячим и холодным воздухом,

Q_в = β´_т · I_{0 гв} + (Δα_т + Δα_пл) · I_{0 прс} =

=1,03 · 2144 + (0,07 + 0,1) · 199 = 2242 кДж/кг.

11.8. Полезное тепловыделение в топке, при отсутствии форсуночного дутья (Q_ф = 0) и рециркуляции газов в топку ( r = 0),

11.9. Теоретическая (адиабатическая) температура горения топлива (см. табл. 2, столбец для топки)

_а = 1873 ^оС (T_а = 2146 К).

11.10.Угловой коэффициент газоплотных экранов топки и выходного газового окна

х_э = х_вых =1.

11.11. Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия топочных экранов (коэффициент загрязнения) [2, табл. 6.4],

ζ_э = 0,45.

11.12. Коэффициент тепловой эффективности экранов топки

ψ_э = x_э · ζ_э = 1,0 · 0,45 = 0,45.

11.13. Коэффициент тепловой эффективности радиационного пароперегревателя, расположенного на потолке топки,

ψ_р.пе = x_р.пе · ζ_р.пе = 1,0 · 0,45 = 0,45,

где ζ_р.пе – коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнений; принимается таким же, как и для топочных экранов.

11.14. Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами, размещенными в выходном окне топки [2, п. 6.4.10],

β = 0,6.

11.15. Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия выходного окна топки при размещении за ним ширм,

ζ_вых = ζ_э · β = 0,45 · 0,6 = 0,27.

11.16. Коэффициент тепловой эффективности выходного окна топки

ψ_вых = x_вых · ζ_вых = 1,0 · 0,27 = 0,27.

11.17. Средний коэффициент тепловой эффективности стен топки

.

11.18. Средний относительный уровень расположения горелок в топке

11.19. Коэффициент М₀ для топки [2, табл. 6.3]

М₀ = 0,46.

11.20. Параметр забалластированности топочных газов, при отсутствии рециркуляции газов в топку,

11.21. Параметр М для топки

.

11.22. Эффективная толщина излучающего слоя продуктов сгорания в топочной камере

м.

11.23. Температура газов на выходе из топки принимается предварительно (с последующим уточнением):

ϑ²_т = 1050 ^оС (T²_т = 1323К).

11.24. Энтальпия газов на выходе из топки, при принятой температуре (табл. 2),

I²_т = 10927 кДж/кг.

11.25. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания топлива

 кДж/(кг×К).

11.26. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

11.27. Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

11.28. Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

11.29. Коэффициент поглощения лучей коксовыми частицами [2, табл. 6.2]

11.30. Коэффициент поглощения газовой среды

11.31. Критерий Бугера, характеризующий поглощательную способность продуктов сгорания при p = 0,1 МПа,

Bu = kps = 2,64 × 0,1 × 5,43 = 1,43.

11.32. Эффективное значение критерия Бугера

.

11.33. Расчетная температура газов на выходе из топки

11.34. Полученная расчетом температура газов на выходе из топки ϑ²_т не отличается от предварительно принятой на величину более чем 100 ^оС. Расчет уточнения не требует.

11.35. Энтальпия газов на выходе из топки, при расчетной температуре (по табл. 2),

I²_т = 10984 кДж/кг.

11.36. Количество тепла, воспринимаемое в топке излучением,

Q_л.т = j×(Q_т – I²_т) = 0,994×(20815 − 10984) = 9772 кДж/кг.

11.37. Коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки для потолка [2, табл. 6.5]

y_в = 1,0.

11.38. Удельная тепловая нагрузка потолка топки (радиационного потолочного пароперегревателя)

кВт/м².

11.39. Тепловосприятие потолочного пароперегревателя излучением из топки

кДж/кг.

11.40. Коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки для выходного окна топки [2, табл. 6.5]

y_вых = 0,9.

11.41. Удельное тепловосприятие выходного окна топки

кВт/м².

11.42. Тепловосприятие излучением поверхности нагрева (ширм пароперегревателя), расположенной в выходном окне топки,

кДж/кг.

11.43. Расчетное тепловое напряжение топочного объема

кВт/м³.

11.44. Допускаемое тепловое напряжение топочного объема [2, табл. 5.5]

q_v.доп = 175 кВт/м³.

12 Расчет общего теплообмена в пароперегревателе и составление невязки теплового баланса котла

12.1. Пароперегреватель рассчитываемого котла состоит из радиационной части расположенной на потолке топки (Рпе), ширм на выходе из топки (Шпе) и трех конвективных ступеней (Кпе1, Кпе2 и Кпе3), размещенных в поворотном газоходе котла. Для регулирования температуры перегрева пара имеется два впрыскивающих пароохладителя, первый из которых расположен «в рассечке» ширм, второй – за Кпе3.

Схема пароперегревателя котла представлена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема пароперегревателя

12.2. Расход пара на выходе из пароперегревателя

D_пе = 58,33 кг/с.

12.3. Давление перегретого пара на выходе из пароперегревателя

р_пе = 14 МПа.

12.4. Температура пара на выходе из пароперегревателя

t"_п = t_пе = 560 °С.

12.5. Энтальпия пара на выходе из пароперегревателя

i_пе = 3487,5 кДж/кг.

12.6. Общая величина впрыска в пароохладителе (принимается в пределах 6–8 %)

р_впр = 7 %.

12.7. Количество впрыскиваемой воды

12.8. Расход пара в пароперегревателе

D´_пе = D_пе − D_впр = 58,33 − 4,08 = 54,25 кг/с.

12.9. Давление насыщенного пара на входе в пароперегреватель принимается равным давлению пара на выходе, увеличенному на 10 %:

р´_н.п = 1,1·р_пе = 15,4 МПа.

12.10. Температура насыщенного пара на входе в пароперегреватель при этом давлении

t´_п = t_s = 344,3 °С.

12.11. Энтальпия насыщенного пара на входе в пароперегреватель

i´_п = i"_s = 2600 кДж/кг.

12.12. Энтальпия кипящей воды, впрыскиваемой в пароохладитель

i_впр = i´_s = 1625,9 кДж/кг.

12.13. Количество тепла, воспринимаемое радиационным (потолочным) пароперегревателем излучением из топки, определено при расчете топки (п. 11.39):

Q_л.рпе = 1086 кДж/кг.

12.14. Количество тепла, воспринимаемое ширмовым и конвективным пароперегревателем излучением из топки, определено при расчете топки (п. 11.42):

Q_л.пе = Q_л.вых = 509 кДж/кг.

12.15. Количество тепла, воспринимаемое паром конвекцией по уравнению теплового баланса,

12.16. Температура газов на входе в пароперегреватель, которая равна температуре газов на выходе из топки (п. 11.33),

.

12.17. Энтальпия газов на входе в пароперегреватель, она равна энтальпии газов на выходе из топки (п. 11.34),

I¢_г = 10984 кДж/кг.

12.18. Энтальпия присасываемого холодного воздуха, определяемая по табл. 2 при t_хв = 30 ^оС,

I_{0 прс} = I_{0 хв} = 199 кДж/кг.

12.19. Количество тепла, воспринимаемое пароотводящими трубами, находящимися в газоходе пароперегревателя за ширмами (принимается приблизительно равным разности энтальпий газов при температуре газов на выходе из топки и температуре газов, меньшей на 10 ^оС),

Q_п.отв = 115 кДж/кг.

12.20. Энтальпия газов на выходе из пароперегревателя (из уравнения теплового баланса по газам)

12.21. Температура газов на выходе из пароперегревателя определяется по табл. 2 в столбце «за Кпе1»:

Значительное отличие  от , (более чем на 10 ^оC), полученное на данном этапе расчета, будет свидетельствовать о том, что общий

тепловой баланс котла удовлетворительно не сводится и относительная величина его невязки может быть недопустимой.

Уменьшить полученную расчетом недопустимую разницу между температурами  и  можно попытаться путем подбора (увеличения, уменьшения) величины впрыска воды в пароохладитель D_впр и последующих повторяющихся расчетов. Принципиально подбор величины впрыска воды в пароохладитель, при которой будет обеспечиваться допустимая разница между температурами  и , особых затруднений не вызывает. При этом, однако, нужно иметь в виду, что она (величина впрыска) должна быть не очень большой (более 10–12 %) и не слишком малой (менее 2–3 %). Иначе, как в том, так и в другом случае, не будет должным образом обеспечиваться регулирование температуры перегрева пара.

12.22. Общая величина впрыска в пароохладителе

р_впр = 12 %.

12.23. Количество впрыскиваемой воды

12.24. Расход пара в пароперегревателе

D´_пе = D_пе − D_впр = 58,33 – 7,0 = 51,33 кг/с.

12.25. Количество тепла, воспринимаемое паром конвекцией по уравнению теплового баланса,

12.26. Энтальпия газов на выходе из пароперегревателя (из уравнения теплового баланса по газам)

12.27. Температура газов на выходе из пароперегревателя определяется по табл. 2 в столбце «за Кпе1»:

Она отличается от температуры газов на входе во вторую ступень экономайзера, полученной при расчете второй ступени экономайзера и равной 534 ^оС, всего лишь на 4. Это свидетельствует о хорошей сходимости теплового баланса всего котла, что и показывает нижеприводимая его невязка.

12.28. Невязка теплового баланса всего котла. В общем виде она определяется по [3, формула (9-01)]. Для рассчитываемого котла

Относительно располагаемого тепла топлива

,

что вполне удовлетворительно, т. к. ее величина может быть допущена до 0,5 %.

Поскольку требования по невязке теплового баланса и температурам газов для данного расчета обеспечены, производится расчет теплопередачи во всех ступенях пароперегревателя.

Последовательность расчета ступеней пароперегревателя принята следующей: расчет радиационного пароперегревателя – расчет 1-й ступени – расчет 2-й ступени (крайних ширм) – расчет 2-й ступени (средних ширм) – расчет 3-й ступени – расчет 4-й ступени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13 Расчет радиационного пароперегревателя

13.1. Радиационный пароперегреватель (Рпе) представляет собой плоскую трубную панель, расположенную на всем потолке котла, как над топкой, так и над пароперегревателем и опускным газоходом. На его вход поступает насыщенный пар из барабана котла. С его выхода пар направляется в первую ступень пароперегревателя (Кпе1).

13.2. Задачей поверочного расчета радиационного пароперегревателя является определение количества тепла, воспринимаемое им излучением из топки, и температуры пара на его выходе.

13.3. В качестве исходных данных при расчете используются поверхность потолка F_р.пе, м², занимаемая радиационным пароперегревателем, и тепло, воспринимаемое им излучением из топки.

13.4. Тепло, воспринимаемое радиационным пароперегревателем излучением из топки, определено ранее, при расчете топки (п. 11.39):

Q_л.рпе = 1086 кДж/кг.

13.5.Суммарный расход впрыскиваемой воды в пароохладителях определен ранее (п. 12.23):

D_впр = 7,0 кг/с.

13.6. Расход пара в радиационном пароперегревателе

D_рпе = D_пе − D_впр = 58,33 – 7,0 = 51,33 кг/с.

13.7. Температура пара на входе в радиационный пароперегреватель, принимаемая равной температуре насыщенного пара t²_s при давлении в барабане котла, определена ранее (п. 6.31):

t¢_рпе = t²_s = 344,3 ^оС.

13.8. Энтальпия пара на входе в радиационный пароперегреватель, принимаемая равной энтальпии насыщенного пара i²_s при давлении в барабане котла, определена ранее (п. 6.32):

i¢_п = i²_s = 2600 кДж/кг.

13.9. Энтальпии пара на выходе из радиационного перегревателя

кДж/кг.

13.10. Температура пара на выходе из радиационного пароперегревателя определяется по энтальпии пара на выходе i²_рпе при давлении в барабане котла с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара [2, табл. 5.9]:

t²_рпе = 364 ^оС.

 

 

 

 

14 Расчет первой по ходу пара ступени пароперегревателя

14.1. Первая ступень пароперегревателя выполнена в виде конвективного змеевикового пучка труб. Расположена она в поворотном газоходе котла и является последней по ходу газов ступенью пароперегревателя.

14.2. При поверочном расчете данной ступени пароперегревателя решаются две задачи:

1) определение количества тепла, воспринимаемого им конвекцией от дымовых газов;

2) расчет температуры газов на его входе и температуры пара на выходе.

Расчет проводится исключительно при конструктивных заводских характеристиках, без каких-либо их изменений.

14.3. Конструктивные характеристики первой ступени пароперегревателя:

• Тип ступени – коридорная, противоточная.
• Диаметр труб наружный d = 32 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн =24 мм.
• Число рядов труб по ходу газов z₂ = 24.
• Поперечный шаг труб S₁ =80 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = S₁/d = 2,50.
• Продольный шаг труб S₂ = 66 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = S₂/d = 2,06.
• Сечение для прохода пара f_п = 0,0525 м².
• Сечение для прохода газов F_г =15 м².
• Поверхность нагрева Н = 900 м².
• Глубина пакета l_п = 3,7 м.
• Глубина газового объема l_об =0,5 м.

14.4. Температура газов на выходе из ступени принимается равной температуре газов на выходе из пароперегревателя, определенной ранее при общем расчете пароперегревателя (п. 12.27):

 (Т²_г = 811 К).

14.5. Энтальпия газов на выходе из ступени принимается равной энтальпии газов на выходе из пароперегревателя, определенной ранее при общем расчете пароперегревателя (п. 12.26):

кДж/кг.

14.6. Температура газов на входе в ступень принимается предварительно, с последующим уточнением:

 (Т¢_г = 963 К).

14.7. Энтальпия газов на входе в ступень

кДж/кг.

14.8. Энтальпия присасываемого в ступень холодного воздуха при t_хв =30 ^оС

I_0прс = I_0хв = 199 кДж/кг.

14.9. Тепло, отдаваемое дымовыми газами по уравнению теплового баланса

.

14.10. Расход пара в ступени

D = D_пе − D_впр = 58,33 – 7,0 = 51,33 кг/с.

14.11. Давление пара на входе в ступень:

р¢ = 1,1 × р_пе = 15,4 МПа.

14.12. Температура пара на входе в ступень принимается равной температуре пара на выходе из радиационного пароперегревателя (п. 13.10):

t' = t"_рпе = 364 °С.

14.13. Энтальпия пара на входе в ступень принимается равной энтальпии пара на выходе из радиационного пароперегревателя (п. 13.9):

.

14.14. Тепло, воспринимаемое ступенью излучением из топки, для данной ступени оно очень мало и не учитывается, т. е.

Q_л = 0.

14.15. Энтальпия пара на выходе из ступени подсчитывается из уравнения теплового баланса ступени по пару , исходя из того, что Q_б.г = Q_б.п:

.

14.16. Давление перегретого пара на выходе из ступени

р² = р¢ – Dр = 15,4 - (15,4 - 14,0)/5 = 15,12 МПа.

Здесь 5 − число ступеней пароперегревателя.

14.17. Среднее давление перегретого пара в ступени

.

14.18. Температура пара на выходе из ступени определена по значению  при давлении р":

t" = 416 ^оС.

14.19. Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса (для контроля),

14.20. Средняя температура пара в ступени

14.21. Средняя температура дымовых газов в ступени

 (Т_г.ср = 887 К).

14.22. Средняя скорость дымовых газов

м/с.

14.23. Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

λ_г×10² = 7,52 Вт/(м·К).

14.24. Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

ν_г×10⁶ = 91,9 м²/с.

14.25. Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на его состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,61.

14.26. Поправка на геометрическую компоновку пучка подсчитывается по формуле [2, п. 10.3.5]

,

но при σ₂ ≥ 2 и при σ₁ ≤ 1,5 принимается, что С_s =1.

14.27. Поправка на число рядов труб по ходу газов для коридорного пучка подсчитывается по формуле [2, п. 10.3.5]

С_z = 0,91+ 0,0125×(z₂ − 2) , но при z₂ ≥10 C_z =1.

14.28. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке для коридорного пучка [2, п. 10.3.5]

14.29. Средний удельный объем пара [2, табл. 5.9]

ν_п = 0,01463 м³/кг.

14.30. Расчетная скорость пара

14.31. Коэффициент теплопроводности пара [2, разд. 10]

λ_п·10² = 8,26 Вт/(м·К).

14.32. Коэффициент кинематической вязкости пара [2, разд. 10]

ν_п·10⁶ = 0,359 м²/с.

14.33. Критерий Прандтля для пара [2, разд. 10]

Pr_п = 1,374.

14.34. Поправка на температуру потока пара [2, разд. 10]

С_t = 1,0.

14.35. Поправка на длину канала [2, разд. 10]

С_l = 1,0.

14.36. Поправка на форму канала [2, разд. 10]

С_к = 1,0.

14.37. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [2, п. 10.3.7]

14.38. Относительный поперечный шаг труб σ₁ = 2,50.

14.39. Относительный продольный шаг труб σ₂ = 2,06.

14.40. Эффективная толщина излучающего слоя [2, п. 10.3.15]

14.41. Давление газов в газоходе пароперегревателя

p = 0,1 МПа.

14.42. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

14.43. Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

14.44. Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

14.45. Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (7,45 + 2,33)·0,1·0,16 = 0,156.

14.46. Cтепень черноты потока газов, при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1МПа ,

a = 1− e^−kps = 1− e^−0,156 = 0,144.

14.47. Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

14.48. Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности и неполноты омывания ее газами [2, п. 10.4.4]

ψ = 0,63.

14.49. Предварительно принимаемое значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб

Т_з.пр = 750 К.

14.50. Предварительное значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов сгорания

14.51. Коэффициент использования поверхности [2, п. 10.4.1]

ξ = 1,0.

14.52. Предварительное значение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке

α_1.пр = ξ·(α_к + α_л.пр) =1,0·(90,92 + 16,23) = 107,15 Вт (м²·К).

14.53. Расчетное значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб

Полученное расчетное значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб пароперегревателя мало отличается от предварительно принятого и уточнения не требует.

14.54. Расчетный коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

14.55. Коэффициент A для заданного топлива [2, п. 10.3.16]

A = 0,4.

14.56. Коэффициент теплоотдачи, c учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве,

14.57. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [2, п. 10.3.2]

α₁ = ξ·(α_к + α´_л) =1,0·(90,92 + 21,74) = 112,66 Вт (м²·К).

14.58. Коэффициент теплопередачи

14.59. Разность температур на входе в ступень

Δt´ = ´_г − t´ = 690 – 364 = 326 ^оС.

14.60. Разность температур на выходе из ступени

Δt" = "_г − t" = 538 – 416 = 122 ^оС.

14.61. Температурный напор в ступени при противотоке

14.62. Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

14.63. Невязка теплового баланса ступени

Она невелика, что свидетельствует о достаточно высокой точности проведенного расчета. Допускаемая величина невязки теплового баланса ступени – менее чем 2 %.

 

 

15 Расчет второй по ходу пара ширмовой ступени пароперегревателя

15.1. Вторая ступень пароперегревателя выполнена в виде ширм. Они расположены непосредственно в выходном газовом окне топки котла и являются первой по ходу газов ступенью пароперегревателя.

По ходу движения пара все ширмы разделены на две части (крайние и средние) по 8 ширм в каждой. Пар из первой ступени пароперегревателя поступает вначале в крайние ширмы, на выходе из которых установлен впрыскивающий пароохладитель первой ступени. После пароохладителя пар проходит по средним ширмам и направляется в конвективный пароперегреватель третьей ступени.

15.2. Задачи поверочного расчета данной ступени пароперегревателя:

1) определение количества тепла, воспринимаемого им конвекцией от дымовых газов;

2) расчет температуры газов на его входе и температуры пара на выходе.

15.3. Конструктивные характеристики второй (ширмовой) ступени пароперегревателя. Они одинаковые для крайних и средних ширм:

• Общее количество ширм n = 16.
• Диаметр труб наружный d = 32 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн =22 мм.
• Число труб в ширмах по ходу газов z₂ = 16.
• Поперечный шаг труб S₁ =585 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = S₁/d =18,28.
• Продольный шаг труб S₂ = 38 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = S₂/d = 1,19.
• Сечение для прохода пара f_п = 0,0608 м².
• Сечение для прохода газов F_г =35,5 м².
• Теплообменная поверхность нагрева средних ширм Н_ср.ш = 185 м².
• Теплообменная поверхность нагрева крайних ширм Н_кр.ш = 185 м².
• Площадь выходного окна топки (весь газоход) F_вых = 69,5 м².
• Высота ширм A = 7,5 м.
• Глубина ширм l = 1,59 м.

Расчет крайних ширм

15.4. Расход пара в крайних ширмах

D = D_пе − D_впр = 58,33 – 7,0 = 51,33 кг/с.

15.5. Температура газов на входе принимается равной температуре газов на выходе из топки, определенной ранее, при расчете топки:

´_г = 1055 ^оС (T´_г = 1328 К).

15.6. Энтальпия газов на входе принимается равной энтальпии газов на выходе из топки, определенной ранее, при расчете топки:

I´_г = 10984 кДж/кг.

15.7. Температура пара на входе в ступень принимается равной температуре пара на выходе из первой ступени пароперегревателя, рассчитанной ранее:

t´ = 416 ^оС.

15.8. Давление пара на входе принимается равным давлению пара на выходе из первой ступени пароперегревателя, рассчитанной ранее:

р´ = 15,12 МПа.

15.9. Энтальпия пара на входе принимается равной энтальпии пара на выходе из первой ступени пароперегревателя, рассчитанной ранее:

i´ = 3037 кДж/кг.

15.10. Температура газов на выходе (принимается предварительно с последующим уточнением)

"_г = 905 ^оС (T"_г = 1178 К).

15.11. Средняя температура дымовых газов в ступени

 (1253 К).

15.12. Энтальпия газов на выходе (определяется по табл. 2.2)

кДж/кг.

15.13. Энтальпия присасываемого в ступень холодного воздуха при t_хв =30 ^оС

I_0прс = I_0хв = 199 кДж/кг.

15.14. Тепло, отдаваемое дымовыми газами по уравнению теплового баланса,

15.15. Удельное тепловосприятие выходного окна топки (п. 11.41)

q_л.вых = 61,7 кВт/м².

15.16. Эффективная толщина излучающего слоя

15.17. Давление газов в газоходе пароперегревателя

p = 0,1 МПа.

15.18. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

15.19. Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

15.20. Коэффициент поглощения лучей частицами золы

15.21. Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (2,72 + 1,88)·0,1·0,728 = 0,335.

15.22. Cтепень черноты потока газов при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1 МПа

a =1− e^−kps = 1− e^−0,335 = 0,285.

15.23. Cумма угловых коэффициентов [2, табл. 8.1]

Σx_р = 0,678.

15.24. Тепло, воспринимаемое ступенью излучением из топки,

15.25. Тепло излучения из топки, проходящее сквозь ширмы на третью ступень пароперегревателя,

15.26. Энтальпия пара на выходе из крайних ширм подсчитывается из уравнения теплового баланса ступени по пару , исходя из того, что Q_б.г = Q_б.п:

15.27. Потеря давления в ширмах

МПа.

15.28. Давление перегретого пара на выходе из ступени

р" = р´ − Δp_ш = 15,12 – 0,28 = 14,84 МПа.

15.29. Среднее давление перегретого пара в ступени

15.30. Температура пара на выходе из ступени по значению i" при давлении р" [2, табл. 5.9],

t" = 461 ^оС.

15.31. Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса (для контроля),

15.32. Средняя температура пара в ступени

15.33. Средняя скорость дымовых газов

м/с.

15.34. Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на их состав [2, 10],

λ_г×10² = 10,69 Вт/(м·К).

15.35. Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

ν_г×10⁶ = 162,8 м²/с.

15.36. Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,58.

15.37. Поправка на геометрическую компоновку пучка [2, п. 10.3.5]

,

где принято, что σ₁ = 3, поскольку σ₁ > 3.

15.38. Поправка на число рядов труб по ходу газов для коридорного пучка [2, п. 10.3.5]

C_z = 1.

15.39. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

15.40. Средний удельный объем пара [2, табл. 5.9]

ν_п = 0,017916 м³/кг.

15.41. Расчетная скорость пара

15.42. Коэффициент теплопроводности пара [2, разд. 10]

λ_п·10² = 7,82 Вт/(м·К).

15.43. Коэффициент кинематической вязкости пара [2, разд. 10]

ν_п·10⁶ = 0,477 м²/с.

15.44. Критерий Прандтля для пара [2, разд. 10]

Pr_п = 1,158.

15.45. Поправка на температуру потока пара [2, разд. 10]

С_t = 1,0.

15.46. Поправка на длину канала [2, разд. 10]

С_l = 1,0.

15.47. Поправка на форму канала [2, разд. 10]

С_к = 1,0.

15.48. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [2, п. 10.3.7]

15.49. Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

15.50. Коэффициент загрязнения поверхности [2, п. 10.4.2]

ε = 0,005.

15.51. Абсолютная температура загрязненной наружной поверхности труб

15.52. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

15.53. Коэффициент использования поверхности [2, п. 10.4.1]

ξ = 0,8.

15.54. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

15.55. Коэффициент теплопередачи

15.56. Разность температур на входе в ступень

Δt´ = ´_г − t´ = 1055 – 416 = 639 ^оС.

15.57. Разность температур на выходе из ступени

Δt" = "_г − t" = 905 – 461 = 444 ^оС.

15.58. Температурный напор при прямотоке

15.59. Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

15.60. Невязка теплового баланса ступени

Она невелика, что свидетельствует о достаточно высокой точности проведенного расчета. Допускаемая величина невязки теплового баланса ступени – менее чем 2 %.

Расчет пароохладителя первой ступени

15.61. Пароохладитель первой ступени впрыскивающий. Он расположен в промежутке между крайними и средними ширмами. Задачей его расчета является определение изменения (снижения) температуры пара за счет испарения впрыскиваемой воды.

15.62. Температура пара на входе в пароохладитель, равная температуре пара на выходе из крайних ширм (п. 15.30),

t´_По1 = t"_кр.ш = 461 ^оС.

15.63. Энтальпия пара на входе в пароохладитель, равная энтальпии пара на выходе из крайних ширм (п. 15.26),

i´_По1 = i"_кр.ш = 3197 кДж/кг.

15.64. Величина впрыска в пароохладитель принимается равной 60 % от суммарного впрыска в пароперегреватель, принятого ранее, при общем расчете пароперегревателя, равном 12,0 %:

p_впр1 = 0,6 · p_впр = 0,6 · 12,0 = 7,2 %.

15.65. Расход воды, впрыскиваемой в пароохладитель,

15.66. Давление в пароохладителе принимается равным давлению пара на выходе из крайних ширм (п. 15.28):

p_По1 = 14,84 МПа.

15.67. Энтальпия впрыскиваемой воды [2, табл. 5.8]

i_впр1 = 1604 кДж/кг.

15.68. Энтальпия пара за пароохладителем первой ступени (определяется из уравнения смешения)

15.69. Температура пара за пароохладителем первой ступени [2, табл. 5.9]

t"_По1 = 425 ^оС.

15.70. Снижение температуры пара в пароохладителе первой ступени

Δt_По1 = t´_По1 − t"_По1 = 461 – 425 = 36 ^оС.

Расчет средних ширм

15.71. Расход пара в средних ширмах

D = D_кр.ш + D_впр1 = 51,33 + 4,2 = 55,53 кг/с.

15.72. Температура газов на входе принимается равной температуре газов на выходе из топки, определенной ранее, при расчете топки (п. 11.33):

´_г = 1055 ^оС (T´_г = 1328 К).

15.73. Энтальпия газов на входе принимается равной энтальпии газов на выходе из топки, определенной ранее, при расчете топки (п. 11.35):

I´_г = 10984 кДж/кг.

15.74. Температура пара на входе в ступень принимается равной температуре пара на выходе из пароохладителя первой ступени, рассчитанной ранее (п. 15.69):

t´ = 425 ^оС.

15.75. Давление пара на входе принимается равным давлению пара на выходе из первой ступени пароперегревателя, рассчитанной ранее (п. 15.28):

р´ = 14,84 МПа.

15.76. Энтальпия пара на входе принимается равной энтальпии пара на выходе из пароохладителя первой ступени, рассчитанной ранее (п. 15.68):

i´ = 3077 кДж/кг.

15.77. Температура газов на выходе (принимается предварительно с последующим уточнением)

"_г = 907 ^оС (T"_г = 1180 К).

15.78. Средняя температура дымовых газов в ступени

 (Т_г.ср = 1254 К).

15.79. Энтальпия газов на выходе (определяется по табл. 2.2)

кДж/кг.

15.80. Энтальпия присасываемого в ступень холодного воздуха при t_хв =30 ^оС

I_0прс = I_0хв = 199 кДж/кг.

15.81. Тепло, отдаваемое дымовыми газами по уравнению теплового баланса,

15.82. Удельное тепловосприятие выходного окна топки (п. 11.41)

q_л.вых = 61,7 кВт/м².

15.83. Эффективная толщина излучающего слоя

15.84. Давление газов в газоходе пароперегревателя

p = 0,1 МПа.

15.85. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

15.86. Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

15.87. Коэффициент поглощения лучей частицами золы

15.88. Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (2,71 + 1,88)·0,1·0,728 = 0,334.

15.89. Cтепень черноты потока газов при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1 МПа

a =1− e^−kps = 1− e^−0,334 = 0,284.

15.90. Cумма угловых коэффициентов [2, табл. 8.1]

Σx_р = 0,678.

15.91. Тепло, воспринимаемое ступенью излучением из топки,

15.92. Тепло излучения из топки, проходящее сквозь ширмы на третью ступень пароперегревателя,

15.93. Энтальпия пара на выходе из средних ширм подсчитывается из уравнения теплового баланса ступени по пару , исходя из того, что Q_б.г = Q_б.п:

15.94. Потеря давления в ширмах

 МПа.

где 5 – число ступеней пароперегревателя.

15.95. Давление перегретого пара на выходе из ступени

р" = р´ − Δp_ш = 14,84 – 0,28 = 14,56 МПа.

15.96. Среднее давление перегретого пара в ступени

15.97. Температура пара на выходе из ступени по значению i" при давлении р" [2, табл. 5.9],

t" = 469 ^оС.

15.98. Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса (для контроля),

15.99. Средняя температура пара в ступени

15.100. Средняя скорость дымовых газов

м/с.

15.101. Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на их состав [2, 10],

λ_г×10² = 10,7 Вт/(м·К).

15.102. Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

ν_г×10⁶ = 163 м²/с.

15.103. Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,58.

15.104. Поправка на геометрическую компоновку пучка [2, п. 10.3.5]

,

где принято, что σ₁ = 3, поскольку σ₁ > 3.

15.105. Поправка на число рядов труб по ходу газов для коридорного пучка [2, п. 10.3.5]

C_z = 1.

15.106. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

15.107. Средний удельный объем пара [2, табл. 5.9]

ν_п = 0,01879 м³/кг.

15.108. Расчетная скорость пара

15.109. Коэффициент теплопроводности пара [2, разд. 10]

λ_п·10² = 7,79 Вт/(м·К).

15.110. Коэффициент кинематической вязкости пара [2, разд. 10]

ν_п·10⁶ = 0,507 м²/с.

15.111. Критерий Прандтля для пара [2, разд. 10]

Pr_п = 1,131.

15.112. Поправка на температуру потока пара [2, разд. 10]

С_t = 1,0.

15.113. Поправка на длину канала [2, разд. 10]

С_l = 1,0.

15.114. Поправка на форму канала [2, разд. 10]

С_к = 1,0.

15.115. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [2, п. 10.3.7]

15.116. Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

15.117. Коэффициент загрязнения поверхности [2, п. 10.4.2]

ε = 0,005.

15.118. Абсолютная температура загрязненной наружной поверхности труб

15.119. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

15.120. Коэффициент использования поверхности [2, п. 10.4.1]

ξ = 0,8.

15.121. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

15.122. Коэффициент теплопередачи

15.123. Разность температур на входе в ступень

Δt´ = ´_г − t´ = 1055 – 425 = 630 ^оС.

15.124. Разность температур на выходе из ступени

Δt" = "_г − t" = 907 – 469 = 438 ^оС.

15.125. Температурный напор при прямотоке

15.126. Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

15.127. Невязка теплового баланса ступени

Она невелика, что свидетельствует о достаточно высокой точности проведенного расчета. Допускаемая величина невязки теплового баланса ступени – менее чем 2 %.

15.128. Температура газов за крайними и средними ширмами после их смешения

.

15.129. Энтальпия газов за крайними и средними ширмами после их смешения

кДж/кг.

 

 

 

16 Расчет пароотводящих труб

16.1. Температура газов на входе принимается равной температуре газов за крайними и средними ширмами после их смешения (п. 15.128):

.

16.2. Энтальпия газов на входе принимается равной температуре газов за крайними и средними ширмами после их смешения (п. 15.129):

кДж/кг.

16.3. Температура газов на выходе принимается на 10 ^оС меньше температуры газов на входе:

.

16.4. Энтальпия газов на выходе (по табл. 2.2)

кДж/кг.

16.5. Количество тепла, отдаваемое дымовыми газами,

.

 

 

 

17 Расчет третьей по ходу пара ступени пароперегревателя

17.1. Конструктивные характеристики третьей ступени пароперегревателя:

• Тип ступени – шахматная, прямоточная.
• Диаметр труб наружный d = 38 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн =22 мм.
• Поперечный шаг труб S₁ =160 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = 4,21.
• Продольный шаг труб S₂ = 62 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = 1,63.
• Средний диагональный шаг труб .
• Величина .
• Число рядов труб по ходу газов z₂ = 6.
• Сечение для прохода пара f_п = 0,0687 м².
• Сечение для прохода газов F_г =18,85 м²
• Поверхность нагрева Н = 264 м².
• Глубина пакета l_п = 1,75 м².
• Глубина газового объема l_об =0,5 м.

17.2. Расход пара в третьей ступени пароперегревателя принимается равным расходу пара в средних ширмах (п. 15.71):

D = D_ср.ш = 55,53 кг/с.

17.3. Температура газов на входе в ступень принимается равной температуре газов за пароотводящими трубами (п. 16.3):

´_г = 896 ^оС (T´_г = 1169 К).

17.4. Энтальпия газов на входе принимается равной энтальпии газов за пароотводящими трубами (п. 16.4):

кДж/кг.

17.5. Температура пара на входе в ступень принимается равной температуре пара на выходе из средних ширм, рассчитанных ранее (п. 15.97):

t´ = 469 ^оС.

17.6. Давление пара на входе принимается равным давлению пара на выходе из средних ширм (п. 15.95):

р´ = 14,56 МПа.

17.7. Энтальпия пара на входе принимается равной энтальпии пара на выходе из средних ширм (п. 15.93):

17.8. Температура газов на выходе принимается предварительно (с последующим уточнением):

"_г = 824 ^оС (T"_г = 1097 К).

17.9. Энтальпия газов на выходе (по табл. 2.2)

кДж/кг.

17.10. Средняя температура дымовых газов в ступени

 (Т_г.ср = 1133 К).

17.11. Энтальпия присасываемого в ступень холодного воздуха при t_хв =30 ^оС

I_0прс = I_0хв = 199 кДж/кг.

17.12. Тепло, отдаваемое дымовыми газами по уравнению теплового баланса,

17.13. Тепло, воспринимаемое ступенью излучением из топки; оно равно теплу излучения из топки, проходящему сквозь крайние и средние ширмы:

Q_л = 131,2 + 131,03 = 262,23 кДж/кг.

17.14. Энтальпия пара на выходе из ступени подсчитывается из уравнения теплового баланса ступени по пару , исходя из того, что Q_б.г = Q_б.п:

17.15. Потеря давления в ступени

 МПа.

где 5 – число ступеней пароперегревателя.

17.16. Давление перегретого пара на выходе из ступени

р" = р´ − Δp_Кпе3 = 14,56 – 0,28 = 14,28 МПа.

17.17. Среднее давление перегретого пара в ступени

17.18. Температура пара на выходе из ступени по значению i" при давлении р" [2, табл. 5.9],

t" = 518 ^оС.

17.19. Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса (для контроля),

17.20. Средняя температура пара в ступени

17.21. Средняя скорость дымовых газов

м/с.

17.22. Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на их состав [2, 10],

λ_г×10² = 9,65 Вт/(м·К).

17.23. Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

ν_г×10⁶ = 138,0 м²/с.

17.24. Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,584.

17.25. Поправка на геометрическую компоновку шахматного пучка [2, п. 10.3.4]

,

17.26. Поправка на число рядов труб по ходу газов для шахматного пучка [2, п. 10.3.5]

17.27. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

17.28. Средний удельный объем пара [2, табл. 5.9]

ν_п = 0,021499 м³/кг.

17.29. Расчетная скорость пара

17.30. Коэффициент теплопроводности пара [2, разд. 10]

λ_п·10² = 8,01 Вт/(м·К).

17.31. Коэффициент кинематической вязкости пара [2, разд. 10]

ν_п·10⁶ = 0,623 м²/с.

17.32. Критерий Прандтля для пара [2, разд. 10]

Pr_п = 1,044.

17.33. Поправка на температуру потока пара [2, разд. 10]

С_t = 1,0.

17.34. Поправка на длину канала [2, разд. 10]

С_l = 1,0.

17.35. Поправка на форму канала [2, разд. 10]

С_к = 1,0.

17.36. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [2, п. 10.3.7]

17.37. Эффективная толщина излучающего слоя [2, п. 10.3.15]

17.38. Давление газов в газоходе пароперегревателя

p = 0,1 МПа.

17.39. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

17.40. Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

17.41. Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

17.42. Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (4,98 + 1,97)·0,1·0,265 = 0,184.

17.43. Cтепень черноты потока газов, при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1МПа ,

a = 1− e^−kps = 1− e^−0,184 = 0,168.

17.44. Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

17.45. Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности и неполноты омывания ее газами [2, п. 10.4.4]

ψ = 0,52.

17.46. Предварительно принимаемое значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб

Т_з.пр = 1040 К.

17.47. Предварительное значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов сгорания

17.48. Коэффициент использования поверхности [2, п. 10.4.1]

ξ = 1,0.

17.49. Предварительное значение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке

α_1.пр = ξ·(α_к + α_л.пр) =1,0·(65,66 + 44,06) = 109,72 Вт (м²·К).

17.50. Расчетное значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб

Полученное расчетное значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб пароперегревателя мало отличается от предварительно принятого и уточнения не требует.

17.51. Расчетный коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

17.52. Коэффициент A для заданного топлива [2, п. 10.3.16]

A = 0,4.

17.53. Коэффициент теплоотдачи, c учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве,

17.54. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [2, п. 10.3.2]

α₁ = ξ·(α_к + α´_л) =1,0·(65,66 + 61,43) = 127,09 Вт (м²·К).

17.55. Коэффициент теплопередачи

17.56. Разность температур на входе в ступень

Δt´ = ´_г − t´ = 896 – 469 = 427 ^оС.

17.57. Разность температур на выходе из ступени

Δt" = "_г − t" = 824 – 518 = 306 ^оС.

17.58. Температурный напор в ступени при прямотоке

.

17.59. Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

17.60. Невязка теплового баланса ступени

Она невелика, что свидетельствует о достаточно высокой точности проведенного расчета. Допускаемая величина невязки теплового баланса ступени – менее чем 2 %.

 

 

18 Расчет пароохладителя второй ступени

18.1. Пароохладитель второй ступени впрыскивающий, расположен между третьей и четвертой ступенями пароперегревателя. Задачей его расчета является определение изменения (снижения) температуры пара за счет испарения впрыскиваемой воды.

18.2. Температура пара на входе в пароохладитель, равная температуре пара на выходе из третьей ступени пароперегревателя (п. 17.18),

t´_По2 = t"_Кпе3 = 518 ^оС.

18.3. Энтальпия пара на входе в пароохладитель, равная энтальпии пара на выходе из третьей ступени пароперегревателя (п. 17.14),

i´_По2 = i"_Кпе3 = 3372 кДж/кг.

18.4. Величина впрыска в пароохладитель принимается равной 40 % от суммарного впрыска в пароперегреватель, принятого ранее, при общем расчете пароперегревателя, равном 10,0 %:

p_впр1 = 0,4 · p_впр = 0,4 · 12,0 = 4,8 %.

18.5. Расход воды, впрыскиваемой в пароохладитель,

18.6. Давление в пароохладителе принимается равным давлению пара на выходе из третьей ступени пароперегревателя (п. 17.16):

p_По2 = 14,28 МПа.

18.7. Энтальпия впрыскиваемой воды [2, табл. 5.8]

i_впр2 = 1582 кДж/кг.

18.8. Энтальпия пара за пароохладителем второй ступени (определяется из уравнения смешения)

18.9. Температура пара за пароохладителем второй ступени [2, табл. 5.9]

t"_По2 = 488 ^оС.

18.10. Снижение температуры пара в пароохладителе второй ступени

Δt_По2 = t´_По2 − t"_По2 = 518 – 488 = 30 ^оС.

 

 

 

19 Расчет четвертой по ходу пара ступени пароперегревателя

19.1. Конструктивные характеристики четвертой ступени пароперегревателя:

• Тип ступени – коридорная, прямоточная.
• Диаметр труб наружный d = 32 мм.
• Диаметр труб внутренний d_вн =22 мм.
• Поперечный шаг труб S₁ =80 мм.
• Относительный поперечный шаг труб σ₁ = 2,5.
• Продольный шаг труб S₂ = 66 мм.
• Относительный продольный шаг труб σ₂ = 2,06.
• Средний диагональный шаг труб .
• Величина .
• Число рядов труб по ходу газов z₂ = 10.
• Сечение для прохода пара f_п = 0,0687 м².
• Сечение для прохода газов F_г =12,9 м²
• Поверхность нагрева Н_уст = 486 м².
• Число змеевиков n_зм = 126.
• Глубина пакета l_п = 2,75 м².
• Глубина газового объема l_об =0,5 м.

19.2. Расход пара в четвертой ступени, равный расходу пара в третьей ступени пароперегревателя плюс расход впрыскиваемой воды в пароохладителе второй ступени:

D = D_кпе3 + D_впр2 = 55,53 + 2,8 = 58,33 кг/с.

19.3. Температура газов на входе в ступень принимается равной температуре газов на выходе из третьей ступени (п. 17.8):

´_г = 824 ^оС (T´_г = 1097 К).

19.4. Энтальпия газов на входе принимается равной энтальпии газов на выходе из третьей ступени (п. 17.9):

кДж/кг.

19.5. Температура пара на входе в ступень принимается равной температуре пара на выходе из пароохладителей второй ступени (п. 18.9):

t´ = 488 ^оС.

19.6. Давление пара на входе принимается равным давлению пара на выходе из третьей ступени (п. 17.16):

р´ = 14,28 МПа.

19.7. Энтальпия пара на входе принимается равной энтальпии пара на выходе из пароохладителей второй ступени (п. 18.8):

19.8. Температура газов на выходе принимается равной температуре газов на входе в первую ступень пароперегревателя (п. 14.6):

"_г = 690 ^оС (T"_г = 963 К).

19.9. Энтальпия газов на выходе принимается равной энтальпии газов на входе в первую ступень пароперегревателя, рассчитанную ранее (п. 14.7):

кДж/кг.

19.10. Средняя температура дымовых газов в ступени

 (T"_г.ср = 1030 К).

19.11. Энтальпия присасываемого в ступень холодного воздуха при t_хв =30 ^оС

I_0прс = I_0хв = 199 кДж/кг.

19.12. Тепло, отдаваемое дымовыми газами по уравнению теплового баланса,

19.13. Тепло, воспринимаемое ступенью излучением из топки, не учитывается, т.е:

Q_л = 0.

19.14. Энтальпия пара на выходе из ступени подсчитывается из уравнения теплового баланса ступени по пару , исходя из того, что Q_б.г = Q_б.п:

19.15. Потеря давления в ступени

 МПа.

где 5 – число ступеней пароперегревателя.

19.16. Давление перегретого пара на выходе из ступени

р" = р´ − Δp_Кпе4 = 14,28 – 0,28 = 14,0 МПа.

19.17. Среднее давление перегретого пара в ступени

19.18. Температура пара на выходе из ступени по значению i" при давлении р" [2, табл. 5.9],

t" = 559,7 ^оС.

Ее величина мало отличается от заданной температуры перегрева пара, равной t" = 560 ^оС, что свидетельствует о высокой точности проведения расчета пароперегревателя.

19.19. Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса (для контроля),

19.20. Средняя температура пара в ступени

19.21. Средняя скорость дымовых газов

м/с.

19.22. Коэффициент теплопроводности газов, с учетом поправки на их состав [2, 10],

λ_г×10² = 8,75 Вт/(м·К).

19.23. Коэффициент кинематической вязкости газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

ν_г×10⁶ = 117,8 м²/с.

19.24. Критерий Прандтля для газов, с учетом поправки на их состав [2, разд. 10],

Pr_г = 0,594.

19.25. Поправка на геометрическую компоновку пучка [2, п. 10.3.4]

19.26. Поправка на число рядов труб по ходу газов[2, п. 10.3.5]

19.27. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

19.28. Средний удельный объем пара [2, табл. 5.9]

ν_п = 0,023369 м³/кг.

19.29. Расчетная скорость пара

19.30. Коэффициент теплопроводности пара [2, разд. 10]

λ_п·10² = 8,24 Вт/(м·К).

19.31. Коэффициент кинематической вязкости пара [2, разд. 10]

ν_п·10⁶ = 0,707 м²/с.

19.32. Критерий Прандтля для пара [2, разд. 10]

Pr_п = 1,008.

19.33. Поправка на температуру потока пара [2, разд. 10]

С_t = 1,0.

19.34. Поправка на длину канала [2, разд. 10]

С_l = 1,0.

19.35. Поправка на форму канала [2, разд. 10]

С_к = 1,0.

19.36. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [2, п. 10.3.7]

19.37. Эффективная толщина излучающего слоя [2, п. 10.3.15]

19.38. Давление газов в газоходе пароперегревателя

p = 0,1 МПа.

19.39. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

19.40. Коэффициент A_зл для топлива [2, табл. 6.1]

A_зл = 0,8.

19.41. Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы

19.42. Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива

kps = (k_г⁰·r_n + k_зл·μ_зл )·p·s = (6,9 + 2,11)·0,1·0,16 = 0,144.

19.43. Cтепень черноты потока газов, при средней температуре Т_г.ср и давлении p = 0,1МПа ,

a = 1− e^−kps = 1− e^−0,144 = 0,134.

19.44. Cтепень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающей поверхности [2, п. 10.3.12]

a_з = 0,8.

19.45. Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности и неполноты омывания ее газами [2, п. 10.4.4]

ψ = 0,57.

19.46. Предварительно принимаемое значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб

Т_з.пр = 1020 К.

19.47. Предварительное значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов сгорания

19.48. Коэффициент использования поверхности [2, п. 10.4.1]

ξ = 1,0.

19.49. Предварительное значение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке

α_1.пр = ξ·(α_к + α_л.пр) =1,0·(55,77 + 29,46) = 85,23 Вт/(м²·К).

19.50. Расчетное значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб

Полученное расчетное значение абсолютной температуры загрязненной наружной поверхности труб пароперегревателя мало отличается от предварительно принятого и уточнения не требует.

19.51. Расчетный коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

19.52. Коэффициент A для заданного топлива [2, п. 10.3.16]

A = 0,4.

19.53. Коэффициент теплоотдачи, c учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве,

19.54. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [2, п. 10.3.2]

α₁ = ξ·(α_к + α´_л) =1,0·(55,77 + 40,29) = 96,06 Вт/(м²·К).

19.55. Коэффициент теплопередачи

19.56. Разность температур на входе в ступень

Δt´ = ´_г − t´ = 824 – 488 = 336 ^оС.

19.57. Разность температур на выходе из ступени

Δt" = "_г − t" = 690 – 560 = 130 ^оС.

19.58. Температурный напор в ступени при прямотоке

19.59. Тепло, передаваемое ступени по уравнению теплопередачи,

 кДж/кг.

19.60. Невязка теплового баланса ступени

Полученная величина невязки теплового баланса ступени недопустима, т. к. она более 0,5 %. Это означает, что установленная в заданном котле поверхность нагрева пароперегревателя не обеспечивает перегрев пара до заданной температуры, равной 560 ^оС, и ее (поверхность нагрева) необходимо изменить. Данное изменение поверхности нагрева пароперегревателя и является содержанием реконструкции котла, что предусматривается темой курсового проекта.

19.61. Необходимая поверхность нагрева рассчитываемой последней ступени пароперегревателя определяется из уравнения теплопередачи, в котором Q_т заменяется на Q_б.г , по выражению

Исходя из конструкции ступени, H_необх = π×d×l_{зм.необх}×n_зм, м², где n_зм, l_{зм.необх} – число змеевиков в ступени и их необходимая длина.

Тогда необходимая длина змеевиков

Длина установленных змеевиков рассчитываемой ступени

Следовательно, реконструкция рассчитываемой ступени пароперегревателя должна быть выполнена путем увеличения длины всех его змеевиков на l_{зм.необх} − l_зм.уст = 79,85 – 38,39 = 41,46 м.

19.62. Относительная невязка теплового баланса пароперегревателя (для проверки расчетов всех его ступеней)

что допустимо, т. к. она – меньше 0,5 %.

 

 

 

20 Расчет температуры точки росы дымовых газов и минимальной температуры стенки труб воздухоподогревателя

20.1. Парциальное давление водяных паров в дымовых газах

р_H2O = p_г × r_H2O = 0,1 × 0,096 = 0,0096 МПа.

20.2. Температура конденсации водяных паров, при парциальном их давлении в дымовых газах, t_конд = 45 ^оС.

20.3. Разность температур точки росы дымовых газов и конденсации в них водяных паров

20.4. Температура точки росы дымовых газов

t_p = t_конд + Δt_p = 45 + 51,4 = 96,4 ^оС.

20.5. Коэффициент [3, рис. II.3] .

20.6. Минимальная (по разверке) температура уходящих газов

.

20.7. Минимальная (по разверке) температура стенки труб воздухоподогревателя

.

 

 

 

21 Анализ результатов расчета котла

21.1. Коэффициент полезного действия (КПД) рассчитанного котла равен 93,27 %, что свидетельствует о достаточно высокой экономичности его работы в заданных непроектных условиях.

21.2. Топка котла будет работать удовлетворительно, поскольку расчетная температура газов на ее выходе ”_т, равная 1055 ^оС, не превышает рекомендуемой величины по условию предотвращения шлакования ширм, расположенных в выходном окне топки. Расчетное тепловое напряжение топочного объема q_V, равное 139 кВт/м³, также не превышает допустимого. Следовательно, процесс горения топлива в топке будет протекать вполне удовлетворительно.

21.3. Общая поверхность нагрева пароперегревателя, установленного в котле, такова, что он не способен обеспечить перегрев пара до заданной температуры, равной 560 ^оС. Расчет показал, что для достижения заданной температуры перегрева пара необходимо реконструировать одну из ступеней пароперегревателя. Данную реконструкцию следует провести путем увеличения поверхности нагрева четвертой ступени с 486 до 1011 м², удлинив все ее змеевики на 40 – 43 м.

Что касается расчетных скоростей пара и дымовых газов в отдельных ступенях пароперегревателя, то они достаточно близки к рекомендуемым значениям [2, 3]. Следовательно, проблем, связанных как с заносом, так и износом труб пароперегревателя летучей золой, ожидать не следует.

21.4. Экономайзер котла будет работать в некипящем режиме, т. к. расчетная температура воды на его выходе не превышает температуры кипения при выходном давлении. Следовательно, металл труб экономайзера будет хорошо охлаждаться водой даже при небольшой скорости ее движения, равной 0,91 м/с в первой его ступени и 0,72 м/с − во второй. Такие скорости воды обеспечат также должный снос пузырьков воздуха и других газов с внутренней поверхности верхней части труб, что будет замедлять процесс их коррозии.

21.5. Расчетные скорости газов в обеих ступенях экономайзера находятся на уровне 6 м/с, что значительно ниже рекомендуемых по нормам [2, 3]. Это обстоятельство существенно не скажется на надежности работы экономайзера, хотя тепловая эффективность работы его поверхностей нагрева на заданном угле будет невысокой, поэтому экономайзер рассчитанного котла желательно реконструировать, уплотнив его змеевики. Такая реконструкция позволит уменьшить габариты экономайзера, снизить его металлоемкость и улучшить условия для проведения ремонтных работ.

21.6. Двухступенчатый воздухоподогреватель рассчитанного котла, при его работе на заданном непроектном топливе, обеспечивает нагрев воздуха до температуры 318 ^оС, которая находится в диапазоне рекомендуемых температур [2, 3] для заданного топлива. Такого нагрева воздуха вполне достаточно для обеспечения должной сушки угольной пыли заданного топлива.

Скорость дымовых газов в первой ступени воздухоподогревателя – 9,62 м/с, во второй – 10,34 м/с. Полученные значения скоростей газов близки к рекомендуемым (10–13 м/с) [2, 3]. При скорости воздуха в первой ступени воздухоподогревателя, равной 4,07 м/с, а во второй – 4,06 м/с, отношение скоростей воздуха к скорости газов находится в диапазоне 0,39−0,42 и отличается от рекомендуемого соотношения этих скоростей (0,5 м/с).

Температура точки росы дымовых газов, при сжигании заданного топлива t_p, определенная при расчете воздухоподогревателя, − 96,4 ^оС. Она выше минимальной температуры стенки труб воздухоподогревателя , равной 51,14 ^оС. На этом основании можно заключить, что при работе котла на заданном топливе не исключена вероятность низкотемпературной коррозии воздухоподогревателя.

Температура газов на выходе из воздухоподогревателя (температура уходящих газов) − 128 ^оС. Поскольку она выше точки росы более чем на 30–33 ^оС, то низкотемпературной коррозии газового тракта, расположенного за воздухоподогревателем (газоходы, золоуловители, дымососы, дымовые трубы) ожидать не следует. Не следует ожидать и коррозионноопасных выбросов золы и сажи с серной кислотой.

 

 

 

Заключение

1. Работу рассчитанного котла можно переводить на заданное топливо, но только после реконструкции последней ступени пароперегревателя.
2. Экономичность работы котла на заданном непроектном топливе будет достаточно высокой.
3. Надежность работы топки, пароперегревателя и экономайзера будет вполне удовлетворительной.
4. Для предотвращения низкотемпературной коррозии воздухоподогревателя следует принять меры для повышения минимальной температуры стенки его труб, например, организовать подогрев воздуха до его входа в воздухоподогреватель либо его рециркуляцию.

 

 

Список использованной литературы

 

1. СТО ТПУ 2.5.01–2006. Система образовательных стандартов. Работы выпускные квалификационные, проекты и работы курсовые. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 58 с.
2. Карякин С.К. Котельные установки и парогенераторы. Основы и методика теплового расчета котлов: учеб. пособие / С.К. Карякин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 156 с.
3. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. − 3-е изд., перераб. и доп. − СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. – 256 с.
4. Единая система конструкторской документации. Основные положения. − М.: Изд-во стандартов, 1988. − 276 с.
5. И.Д. Фурсов. Конструирование паровых котлов. 1999- М: Энергия.
6. Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. Компановка и тепловой расчёт парового котла. М: Энергоатомиздат. 1998-208 с.
7. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., М-1969, 408с.
8. Котельные установки и парогенераторы. Курсовое проектирование: учебно-методическое пособие / С.К. Карякин; Национально исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 128 с.

 

ЧЕРТЕЖИ

 

 

Скачать: kursovoy-p.rar