Масса дымовых газов:
|
7,8741 |
8,0535 |
8,2328 |
8,3524 |
8,5318 |
8,6513 |
8,8307 |
6. Расчёт топки
6.1 Цель, задачи и порядок расчета топки
6.1.1 Цель расчета топки
Поверочный расчет топки существующего котла проводится с целью последующей оценки её работы в непроектных условиях, а также для получения данных, которые в качестве исходных используются при расчете элементов котла, расположенных за топкой.
6.1.2 Задачи поверочного расчета топки
Задачей поверочного расчета топки является определение расчетных параметров работы топки в непроектных условиях при неизменной её конструкции: температуры газов на выходе из топки; лучистого тепла, воспринимаемого поверхностями нагрева топки; теплового напряжения топочного объема; теплового сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения; теплового напряжения стен топочной камеры.
6.1.3 Порядок поверочного расчета топки
Поверочный расчет топки проводится в следующем порядке:
1) определяются конструктивные характеристики топки;
2) рассчитываются (или принимаются по Нормам) тепловые характеристики топки;
Следует отметить, что при определении некоторых из них, в частности, средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания и критерия поглощательной способности, необходимо уже знать температуру газов на выходе из топки. Поэтому этой температурой следует задаться.
3) рассчитывается температура газов на выходе из топки по [1, ном.4], получаемое значение сравнивается с предварительно принятым. Если температура газов на выходе из топки, полученная по номограмме, не будет отличаться от принятой ранее большее, чем на ± 100°С, то расчет на этом заканчивается и для последующих расчетов принимается значение температуры газов на выходе из топки, определенная расчетом, либо по номограмме. В противном случае необходимо задаться другим значением температуры газов на выходе из топки и повторить расчет.
4) определяется количество лучистого тепла, воспринимаемое поверхностями нагрева топки; тепловое напряжение сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения и тепловое напряжение стен топочной камеры.
6.2 Тепловые характеристики топки
К тепловым характеристикам топки относят коэффициент тепловой эффективности экранов ψ, среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания (Vc)ср
; параметр M, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена уровня расположения горелок, критерий поглощательной способности (критерий Бугера)Bu.
6.2.1 Коэффициент тепловой эффективности экранов
Коэффициент тепловой эффективности равен произведению углового коэффициента x на коэффициент ζ, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией
ψ= x∙ζ;
Так как стены топки закрыты экранами с разными значениями коэффициента тепловой эффективности ψ, среднее значение коэффициента тепловой эффективности
,
где 
– коэффициент тепловой эффективности отдельной поверхности топки площадью
;
Топка котла имеет следующее экранирование: стены топки покрываются испарительными поверхностями нагрева, на потолке расположен радиационный пароперегреватель.
Определяем следующие коэффициенты тепловой эффективности: для экранных стен топочной камеры 
, выходного газового окна 
.
6.2.2 Угловой коэффициент гладкотрубных экранов
Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции по номограмме 1 [1]:
Для однорядного настенного экрана номограмма 1а, кривая 3 xвых = 1
Для газового окна xго = 1
6.3.3 Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией
Коэффициент ζ, учитывающий снижение тепловосприятия экрана при его загрязнении или закрытии его поверхности изоляцией, принимается по [1], в зависимости от вида сжигаемого топлива. Для каменных углей принимаются следующие коэффициенты [1, табл. 6-3]:
Для настенных гладкотрубных экранов в камерных топках ζЭК
=0,45.
Для выходного окна топки, отделяющего топку от расположенной за ним поверхности нагрева, коэффициент ζго
определяется по формуле
ζвых
=ζэк
∙β,
где ζ - коэффициент; принимается по таблице 6.3 [1], таким же, как для настенных экранов;
β - коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева. При размещении за окном топки ширм коэффициент β принимается равным 0,6 при сжигании твердых топлив.
ζвых
=0,45∙0,6=0,27;
коэффициенты тепловой эффективности
= xэк
∙ζЭК
=1∙0,45=0,45;
= xго
∙ζвых
=1∙0,27=0,27;
=(0,45∙968,3+0,27∙59,4)/1027,7=0,439.
6.2.4 Параметр М
Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов, определяется по [1.п.6-18].
Для камерных топок параметр М рассчитывается по формуле
М=Мо
∙(1-0,4∙xг
)∙
.
6.3.5 Параметр Мо
Мо
- коэффициент, принимается для пылеугольных топок с твердым шлакоудалением при встречном расположении горелок Мо
=0,44.
6.3.6 Величина xг
xг
- величина, характеризующая относительный уровень расположения горелок в топке.
xг
=hГ
/HТ
,
где HТ
- расчетная высота топки, определяется как расстояние от середины холодной воронки до середины выходного окна топочной камеры HТ
=22,47 м;
hГ
=3,45 м;
xг
=3,45/22,47=0,154.
6.3.7 Параметр забалластированности топочных газов
;
где r = 0 – коэффициент рециркуляции.
.
=0,45
6.3.8 Полезное тепловыделение в топке
,
где 
– располагаемое тепло топлива, кДж/кг;
– тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/кг.
6.3.9 Тепло, вносимое в топку с воздухом
,
где 
-энтальпия теоретически необходимого количества воздуха, определяется по таблице 2 при температуре воздуха за воздухоподогревателем, которую необходимо принять по рекомендациям [1, табл. II-2 ];
Для топок с твердым шлакоудалением при сжигании каменных и тощих углей tГВ
=300÷420 о
С.
Принимаю tГВ
=400 о
С, тогда
=2481,1 кДж/кг;
Энтальпия присасываемого воздуха 
определяется по температуре холодного воздуха (
) равной 30°С.
=184,43 кДж/кг.
=1,03∙2481,1+(0,2+0,01)∙ 184,439=2537,09 кДж/кг
=19415,9∙(100-(0+1+0,0433))/(100-1)+2537,09=21874,54 кДж/кг.
6.3.10 Адиабатическая температура горения
Адиабатическая температура горения 
– это такая температура газов, которая была бы в топке, если бы в ней отсутствовал какой-либо теплообмен, и все выделяющееся тепло затрачивалось на нагрев дымовых газов, т.е. в адиабатных условиях горения.
Адиабатическая температура горения 
определяется по полезному тепловыделению в топке QТ
=21874,54 при избытке воздуха 
αТ
=1,2 по таблице 2.
=2080,07°С.
6.3.11 Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива
,
где 
– температура дымовых газов на выходе из топки, °С;
– энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре
и избытке воздуха на выходе из топки 
, кДж/кг;
– полезное тепловыделение в топке, кДж/кг;
– адиабатическая температура горения, °С.
Величина температуры дымовых газов на выходе из топки
неизвестна, и ее определение является одной из основных задач теплового расчета топки. В связи с этим, прежде чем определять величину 
, необходимо задаться температурой газов на выходе из топки.
Принимаю
= 1150 о
С по рекомендациям [1], тогда
=14407,9 кДж/кг;
=(21874,54 -12872)/(2080,07-1295)=11,47 кДж/(кг∙К).
6.3.12 Критерий Бугера
Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера).
Bu=kps,
где k - коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м∙МПа). Рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов (RO2
, H2
O) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и кокса;
p - давление в топочной камере, МПа. Для котлов без наддува p=0,1 МПа;
s - эффективная толщина излучающего слоя, м.
6.3.13 Коэффициент поглощения топочной среды
При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды
k=kГ
+kЗЛ
∙μЗЛ
+kКОКС
∙μКОКС
,
где kГ
- коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO2
, H2
O) , определяется по формуле
,
где 
- суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания. 
=0,2472; р=0,1 -давление в топочной камере, для парогенераторов без наддува; kг
=0,906
- температура газов на выходе из топки.
=1295+273=1568 К;
- объёмная доля водяных паров в продуктах сгорания.
=0,09;
kμЗЛ
- коэффициент поглощения лучей частицами золы, определяется по формуле
kμЗЛ
=
,
где μЗЛ
- концентрация золы в продуктах сгорания, определяется по таблице1.
μЗЛ
=0,01;
- коэффициент для топок с твердым шлакоудалением принимается по таблице 6.1[1]. Для каменных углей
=0,8.
kμЗЛ
=
kμКОКС
- коэффициент поглощения лучей частицами кокса; принимается по таблице 6.2 [1]. Для каменных углей kμКОКС
=0,2.
k=kг
+ kμЗЛ
+ kμКОКС
k=0,63+1,65+0,2=2,48(м∙МПа)
Bu=k·p·s
Bu=2,48∙0,1∙6,9=1,71.
6.3.14 Эффективное значение критерия Бугера
Эффективное значение критерия Бугера 
определяется по формуле:
;
=1,6·ln
=0,92.
6.4 Расчет температуры газов на выходе из топки и других показателей работы топки
6.4.1 Расчет температуры газов на выходе
Расчет температуры газов на выходе из топки при заданных конструктивных характеристиках производится по формуле
,
где 
=
+273=2080,07+273,15=2353,22 К;
=
,
т.к. 
(
расч. ÷
прин.)<100
, то
=1294о
С;
=12872 кДж/кг.
6.4.2 Количество тепла, передаваемое в топке излучением
;
=0,9957∙(21874,54-12872)=8963,81 кДж/кг.
6.4.3 Удельная нагрузка стен топки
;
=16,57∙8963,81/(0,45*968,3+0,27*59,4) =328,72 кВт/м2
.
6.4.4 Удельное тепловое сечение зоны активного горения
;
=16,57∙8963,81/(9,024∙15,744)=1045,27 кВт/м2
.
6.4.5 Тепловое напряжение объема топочной камеры
;
=16,57∙8963,81/1036, 8 =143,23 кВт/м3
.
7. Тепловой расчёт ширм
Ход пара в ширмовых перегревателях, включает в себя охлаждающий впрыск. Ширмы делятся на средние и крайние, между ними впрыск. В связи с этим порядок расчета примем следующий: данные которые не подлежат изменению в районе ширм сведем в пункт 7.1-7.3. Затем данные для средних ширм сведем в пункт 7.4
Характеристику впрыска сведем в пункт 7.5, крайние ширмы – 7.6
7.1 Температура дымовых газов на входе в ширмы (из расчёта топки)
7.2 Энтальпия дымовых газов на входе в ширмы (из расчёта топки)
7.2.3 Температура дымовых газов на выходе из ширм
по рекомендации [2] на 150-300° меньше.
7.2.4 Энтальпия дымовых газов на выходе из ширм
по таблице 2.
7.2.5 Средняя температура дымовых газов
;
7.3 Конвективное тепловосприятие ширм
7.3.1 Тепловая нагрузка входного окна
7.3.2 Лучистое тепло, воспринятое плоскостью входного сечения ширм
7.3.3 Тепло излучения из топки, проходящее через ширмы
кДж/кг,
где a
= 0,38- с
тепень черноты потока газов (по номограмме 2);
- угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм
7.3.4 Тепло излучения из ширм на последующие поверхности нагрева
7.3.5 Количество лучистого тепла проходящего через ширмы
= 
+
=304,11 кДж/кг
7.3.6 Количество лучистого тепла, попадающего на ширмы и дополнительные поверхности нагрева
-
=209,45 кДж/кг
7.3.7 Количество лучистого тепла воспринятого экранами
7.3.8 Тепловосприятие ширм по балансу
Q
б
=
0.9957(12862,78-11600)=1145.28
7.3.9 Из них на дополнительные пов-ти средних ширм
Принимается в пределах [80¸400], принимаем
=112 кДж/кг – принимаем
7.4 Средние ширмы
7.4.1 Температура пара на входе
7.4.2 Энтальпия пара на входе
(табл.
XXV)
7.4.3 Температура пара на выходе
7.4.4 Энтальпия пара на выходе
(табл.
XXV)
7.4.5 Средняя температура пара
7.4.6 Температура загрязненной поверхности
Коэффициент загрязнения ширмового пароперегревателя 
, определяется по 
по [1, стр.70].
7.4.7 Температурный напор
7.4.8 Тепловосприятие ширм по уравнению теплообмена
к-
коэффициент теплопередачи
-
коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
- коэффициент использования(по п.7-49)
- средний коэффициент теплоотдачи конвекцией
- средний коэффициент теплоотдачи конвекцией
- коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании (номограмма14)
- коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании (номограмма12)
- коэффициент загрязнения (по п. 7.49)
7.4.9 Тепловосприятие доп. поверхностей по уравнению теплообмена
7.5 Впрыск первый
7.5.1 Температура пара на входе
7.5.2 Энтальпия пара на входе
(табл. XXV)
7.5.3 Температура пара на выходе
7.5.4 Энтальпия пара на выходе
(табл. XXV)
7.5.5 Количество впрыскиваемого конденсата
7.6 Крайние ширмы
7.6.1 Температура пара на входе
7.6 .2 Температура пара на выходе
7.6 .3 Энтальпия пара на входе
7.6.4 Энтальпия пара на выходе
7.6 .5 Средняя температура пара
7.6 .7 Температура загрязненной поверхности
7.6.8 Температурный напор
7.6 .9 Тепловосприятие ширм по уравнению теплообмена
7.6.10 Тепловосприятие доп. поверхностей по уравнению теплообмена
7.7 Итог
7.7.1 Суммарное тепловосприятие ширм
7.7.2 Относительная невязка баланса
;
Такая невязка баланса является допустимой, т.к. она не превышает 2%, и на дальнейшие расчёты не окажет существенного влияния.
Далее расчеты сведем в таблицы.
8. Расчет фестона
| Наименование |
Обозна-чение |
Единица величины |
Расчётная формула или способ определения |
Расчёт |
| Температура газов на входе |
|
|
Из расчета ширм |
1178 |
| Энтальпия газов на входе |
|
КДж/кг |
По 
таблице |
11600 |
| Энтальпия газов на выходе |
|
КДж/кг |
По
таблице |
11112,31 |
| Температура газов на выходе |
|
|
Принята предварительно |
1134 |
| Тепловосприятие поверхностей по балансу |
Qб
|
кДж/кг |
|
0,9957(11600-11112,31=485,66 |
| Средняя температура газов |
|
|
|
|
| Оптическая толщина |
|
0,9 |
| Средняя скорость газов |
|
м/сек |
|
|
Коэффициент теплоотдачи конвекцией:
при поперечном омывании
|
|
|
4,19
номограмма 12
|
4,19 
|
| Коэффициент теплоотдачи излучением |
|
|
4,19
номограмма 19
|
4,19∙275∙0,6=691,4 |
| Степень черноты объема |
a |
|
0,6 |
| Коэффициент использова-ния |
|
По п. 7-49 |
0,85 |
| Коэффициент тепловой эффективности |
|
По табл 7-1 |
0,65 |
| Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке |
|
|
|
|
| Коэффициент теплопередачи |
к |
|
|
|
| Температур-ный напор |
|
|
|
1156-352=804 |
| Тепловосприятие ширм по уравнению теплообмена |
Qт
|
кДж/кг |
|
|
;
|
9. Поворотная камера
| Наименование |
Обозначение |
Единица величины |
Расчётная формула или способ определения |
Расчёт |
| Температура газов на входе |
|
|
Из расчета фестона |
1134 |
| Энтальпия газов на входе |
|
кДж/кг |
По
таблице |
11112,31 |
| Тепловосприятие поверхностей по балансу |
Qб
|
кДж/кг |
|
|
| Энтальпия газов на выходе |
|
кДж/кг |
По
таблице |
10408,01 |
| Температура газов на выходе |
|
|
Принята предварительно |
1068 |
| Средняя температура газов |
|
|
|
|
| Произведение |
P∙rп
∙S |
|
P∙rп
∙S |
1∙0,2472∙2,45=0,6 |
| Коэффициент ослабления лучей |
| ----3атомными газами |
|
1/мкгс/
|
По номограмме 3 |
0,3 |
| ----золой |
|
1/мкгс/
|
По номограмме 4 |
8 |
| Оптическая толщина |
|
|
|
| Коэффициент загрязнения |
|
|
По п. 7,49 |
0,00119 |
| Степень черноты объема |
a |
|
0,349 |
| Температура загрязненной стенки труб в поворотной камере |
|
|
|
|
| Температура пара на входе |
|
|
Принята предварительно |
352 |
| Температура пара на выходе |
|
|
Принята предварительно |
380 |
| Средняя температура пара |
t |
|
|
366 |
| Коэффициент теплоотдачи излучением |
|
|
4,19
номограмма 19
|
|
| Тепловосприятие экранов |
|
кДж/кг |
|
|
| Тепловосприя-тие труб |
|
кДж/кг |
|
|
| Тепловосприя-тие потолка |
|
кДж/кг |
|
|
| Суммарное Тепловосприятие |
|
кДж/кг |
|
199,14+203,58+298,34=701,06 |
;
10.
I
ступень пароперегревателя (КПП холодной ступени)
| Наименование |
Обозна-чение |
Единица величины |
Расчётная формула или способ определения |
Расчёт |
| Температура газов на входе |
|
|
Из расчета поворотной камеры |
1068 |
| Энтальпия газов на входе |
|
кДж\кг |
По
таблице |
10408,01 |
| Энтальпия газов на выходе |
|
кДж\кг |
По
таблице |
8738,5 |
| Температура газов на выходе |
|
|
Принята предварительно |
895 |
| Тепловоспри-ятие по балансу |
Qб
|
кДж/кг |
|
0,9957(10408,01-8738,5)=
|
| Прирост энтальпии среды |
|
кДж/кг |
|
|
| Температура пара на входе |
|
|
Из расчета ширм с учетом пароохлаждения |
380 |
| Энтальпия на входе |
|
кДж\кг |
По табл. XXV |
2824 |
| Температура пара на выходе |
|
|
По энтальпии |
425 |
| Энтальпия на выходе |
|
кДж\кг |
|
3033,6 |
| Коэффициент загрязнения |
|
|
По п. 7,49 |
0,00095 |
| Средняя температура газов |
|
|
|
|
| Средняя температура пара |
t |
|
|
|
| Средний температурный напор |
|
|
|
|
| Тем-а поверхности загрязненной стенки |
tз
|
|
|
|
| Средняя скорость газов |
Wг
|
м/сек |
|
|
| Средний удельный объем пара |
|
|
По табл XXV |
0,0134 |
| Средняя скорость пара |
|
м/сек |
|
|
| Коэффициент теплоотдачи конвекцией |
|
|
4,19
номограмма 13
|
|
| Произведение |
|
|
|
|
| Коэффициент ослабления лучей |
| ----3атомными газами |
|
1/мкгс/
|
По номограмме 3 |
0,1 |
| ----золой |
|
1/мкгс/
|
По номограмме 4 |
8,5 |
| Оптическая толщина |
|
|
|
| Коэффициент теплоотдачи излучением |
|
|
4,19
номограмма 19
|
4,19∙225∙0,2=188,6 |
| Коэффициент теплоотдачи излучением с поправкой на излучение объема |
|
|
|
|
| Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке |
|
|
+
|
229+275,3=504,5 |
| Коэффициент теплоотдачи от стенки к газам |
|
|
По номограмме 15 |
16760 |
| Коэффициент теплопередачи |
к |
|
|
|
| Тепловосприя-тие по уровнению теплообмена |
|
кДж\кг |
|
|
;
11.
III
,
IV
ступени пароперегревателя (КПП горячая ступени)
Расположение 3 и 4 ступеней КПП в опускном газоходе подобно. Но в следствии наличия впрыска температурные напоры различны, а следовательно энтальпия газов различна. Температура газов на входе в 3 и 4 ступень одинакова, а на выходе примем в расчете среднюю температуру
Расчет 3 и 4 ступеней КПП сведен в таблицы, аналогично расчету района ширм
11
.1
Общее
| Наименование |
Обозна-чение |
Единица величины |
Расчётная формула или способ определения |
Расчёт |
| Температура газов на входе |
|
|
Из расчета холодной ступени |
895 |
| Энтальпия газов на входе |
|
кДж\кг |
По
таблице |
8738,5 |
| Энтальпия газов на выходе |
|
кДж\кг |
По
таблице |
7081,65 |
| Температура газов на выходе |
|
|
Принята предварительно |
725 |
| Тепловоспри-ятие по балансу |
Qб
|
кДж/кг |
|
0,9957(8738,5-7081,65)=1649,72 |
| Прирост энтальпии среды |
|
кДж/кг |
|
|
| Коэффициент загрязнения |
|
|
По п. 7,49 |
0,00095 |
| Средняя температура газов |
|
|
|
|
| Средняя скорость газов |
Wг
|
м/сек |
|
|
| Средняя скорость пара в III, IV ступенях |
|
м/сек |
|
|
| Коэффициент теплоотдачи конвекцией |
|
|
4,19
номограмма 13
|
|
| Произведение |
|
|
|
|
| Коэффициент ослабления лучей |
| ----3атомными газами |
|
1/мкгс/
|
По номограмме 3 |
3.6 |
| ----золой |
|
1/мкгс/
|
По номограмме 4 |
9 |
| Оптическая толщина |
|
|
|
| Коэффициент теплоотдачи излучением |
содержание ..
357
358
359 ..
|
/кг