Теплотехнический расчет котлоогрегата ДЕ 10 14 (стр. 4 из 6)
Перед началом расчета топочной камеры составляем эскиз топки по чертежам котлоагрегата, для определения её геометрических размеров и дальнейшего расчета площади поверхности стен и объёма топки.
Определение энтальпии продуктов сгорания, кДж/м3Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топки для газа в пределах от 1050°С. Для этой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки. [таблица 4 к.п.]
Т=1050°С
I\ топки = (17749,5565 + 19729,4678) : 2 = 18739,5121 кДж/м3
Определение полезного тепловыделения
Qт = ( Q pp х ( 100 - g3 ) / 100 ) + QB
(2.14)
где QB – теплота уносимая в топку воздухом, кДж/м3
QB = αт * Iхв = 1,05 * 387,039 = 406,39095
Iхв = V° * 39,8 = 9,72468 * 39,8 = 387,039 кДж/м3
Iхв – энтальпия теоретического объема холодного воздуха
g = 0,5 Qpp = 37430 кДж/м3
QТ = 37430 * ((100 – 0,5) : 100 )) + 406,39095 = 37649,24095 кДж/м3
Определение коэффициента тепловой эффективности экрана
ψ = χ * ζ
(2.15)
где χ - угловой коэффициент , который равен отношению количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности ;
ζ - коэффициент загрязнения, учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева из-за их загрязнения (лит. 6, стр.62, табл. 5.1.)
ζ = 0,65
ψ = 0,6 5 * 1 = 0,65
Определение эффективности толщины излучаемого слоя, м
S = 3,6 * Vт : Fс.т. S = 3,6 * 17,2 : 42,73 = 1,45 м (2.16)
где Vт - объем топочной камеры, м3
Fcт- площадь поверхности стен топочной камеры, м3
Определение коэффициента ослабления лучей к(мМпа) -1
При сжигании жидкого или газообразного топлива k зависит от коэффициента ослабления лучей 3-х атомными газами – kr и коэффициента ослабления лучей – kc
k= kr * kn + kc
(2.17)
где r - суммарная, объемная доля 3-х атомных газов (табл. 3, к.п.) r = 0,2824
kr - ( лит. 4, стр. 63, табл. 5.4.) или по формуле
kr = (7,8 + 16 * rН2О) : (31,16 * vPn * S ) * ( 1 – 0,37 ( Тт\ : 1000 ) , (м * мПа ) –1
kr = 9
kс = 0,3 *(2* αт) * 1,6* (Т”т:1000) * (Ср : Мр)
Тт\ - абсолютная температура на выходе из топки (Тт\ - 1323 К )
αт - 1,05
СРНР - содержание углеводорода и водорода в рабочей массе топлива при сжигании природного газа.
Ср /Нр = 0,12 Σ m/n * Сm * Hn
Ср /Нp = 0,12 * ( 1/4 * 95,4 + 2/6 * 3,6 + 3/8 * 0,3 + 4/10 * 0,27 + 5/12 * 0,2) = 3,08826 (м * мПа)-1
Kc = 0,3 ( 2 – 1,05 ) * ( 1,6 * (1323 : 1000 ) – 0,5 ) * 3,088 = 1,29
отсюда,
k = 9 * 0,2824 + 1,29 – 3,83 (м х мПа)-1
Определяем степень черного факела
α ф = m * αсв + ( 1 – m ) * αr
(2,18)
где m - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела
m =0,1
αcв- степень черноты светящейся части факела, та, которой обладал бы факел при заполнении всей топки, только светящейся частью пламени.
αсв = 1 – ехр[-(kr*Rn+kc)PS]
где е - основание натурального логарифма
p- давление в топке для котлоагрегатов, работающих без продува Р = 0,1 мПа
α1 - степень черноты несветящихся 3-х атомных газов
αсв= 1 – e–(9*0,2828+1,29)*0,1*1,45 = 0,4263
α1 =1- е ( kr * rn ) PS
αr = 1- e-( 9*0.2824*0.1*1.61) = 0.33413
αсв= 0,4263
αr = 0,33413
αф = m * αсв + ( 1 – m ) * αr = 0,1*0,4263 + (1-0,1)*0,33413 = 0343347
n – число труб расположенных в газоходе;
из чертежа топки определяем поперечный (S1) и продольный (S2) шаг трубы
Z1 = 6 – число труб в ряду;
Z2 = 41 – число рядов по ходу сгорания;
N = Z1*Z2 = 6*41 = 246 (шт)
S1 = 110мм, S2 = 90мм
H – 3,14*0,056*1,98*246 = 85,65 м2
Определение степени черноты топки
αт = αф :(αф + ( 1- αф )Ψср)
(2.19)
Ψср - среднее значение коэффициента эффективности экранов. Ψср=(Ψпр.б.э*Fпр.б.э+Ψл.б.е.*Fл.б.е.+Ψпот.*Fпот.+Ψпод.*Fпод.+Ψзад.э*Fзад.э+Ψфр*Fфр.) / Fсm= 0,65 αт = 0343347 : (0,343347 + (1-0,343347)*0,65) = 0,44589
Определение параметров М
Параметр М учитывает распределение температуры топочной камеры. Он зависит от максимального положения температуры пламени, по высоте топки
М = 0,48 (принимаем по В.В. Померанцеву, лит.б, стр.67)
М=0,54-(0,2* 0,274) =0,48
Определение средней суммарной теплоёмкости продуктов сгорания на 1 м3 сжигаемого газа, кДж (м3 К)
Vср = (Qт - Iт\ )/ (Tα - Tт\)
(2.20)
где Tт” - температура на выходе из топки принятая по предварительной оценки, К
Tα - теоретическая температура горения в (К), [табл. № 4 к.п.] по Q равному энтальпии продуктов сгорания;
Qт - полезное тепловыделение в топке;
Tт” -энтальпия продуктов сгорания [таб. № 4 к.п. по принятой на выходе из топки температуре]
Qт = 37649,24095
Iт” = 18739,5121
Тт”=1323
Ta = 273 +1900 + ((37649,24095 – 36366,2520) / (38504,1913 – 36366,2520) * 100 =
= 2233,010541
Vср = (37649,24095 – 18739,5121) / (2233,010541 - 1323) = 20,7796
Определение действительной температуры на выходе из топки, °С.
gт = ( Тα / М * ((5,67 * ψср * Fст * Qт * ( Tα )3) / (1011 * φ * Вр * Vср )0,6 ) +1) –273
(2.21)
где Тα - теоретическая температура горения, К
ψср - среднее значение коэффициента эффективности экранов
Qт - степень черноты топки кДж/м3
φ- коэффициент сохранения теплоты
Вр - расчетный расход топлива, м3 /с
Fст - площадь поверхности стен топочной камеры, м2
Vср -теплоёмкость продуктов сгорания, кДж/м3
gт = ( 2233,010541 / 0,485((5,67*0,632*42,717*0,44(2233,010541)3) / (1011* 0,981* 0,19*20,7796)0.6)+1) - - 273 =1016
Определение удельной нагрузки топочного объёма
qv = Вр * QpH / VT
(2.22)
qv = 0,19 * 37430 / 17,2 = 413,47093 rDn/v3
где Вр - расчетный расход топлива
QpH- низшая теплота сгорания на 1 м3 газа
Vт - объем топочной камеры
Расчет конвективных поверхностей нагрева.
Конвективные поверхности нагрева котлов играют важную роль в процессе получения пара и использования теплоты продуктов сгорания, попадающих в топочную камеру. Эффективность работы поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи тепла продуктам сгорания и пару. Продукты сгорания передают теплоту наружным поверхностям труб путем конвенции и излучения. Расчет выполняется для 1 м3 газа при нормальных условиях. При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.
Определяем площади поверхности нагрева, расположенные в рассчитываемом газоходе.
H = π d Iср n , м3
d = 0,056 - наружный диаметр труб;
I - длина труб в газоходе
Расчет первого конвективного пучка.
Определение температуры продуктов сгорания:
задаёмся температурой сгорания продуктов, °С
t = 300 °С t = 500 °С
Расчет ведем для обеих выбранных температур
Определяем теплоту отданною продуктами сгорания
QБ = φ * ( I’ – I’’ + Δακ * I°пр ) ; кДж/м3
(2.23)
φ- коэффициент сохранения теплоты φ = 0,98 %
I’ - энтальпия продуктов сгорания перед первым конвективным пучком.
I" - энтальпия продуктов сгорания после первого конвективного пучка ( берём по таблице 4 к. п. для двух выбранных температур )
I’300 =5265,2016 кДж/м3 I"500 = 9002,8840 кДж/м3
Δακ - присос воздуха в конвективной поверхности нагрева Δακ = 0,05
Qб=0,98 *(18066,34–5265,2+ Qб = 0,98*(18066,34-9002,8840+
+0,05*387,039) = 13231,68 +0,05*387,039) = 9927,034
Определяем температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе,°С
g = g’- g" / 2 ,
(2.24)
где g’ – действительная температура на выходе из топки
g" - заданная температура.
g’ = (1016 + 300) / 2 = 685 g" = (1016 + 500) / 2 = 758
Определяем среднюю скорость продуктов сгорания на поверхности нагрева, (м/с)
Wr = Bp * Vr * ( ν * 273 ) / (F * 273)
(2.25)
Где Bp -расчетный расход топлива, Bp = 0,19 т/ч. Vr - объём продуктов сгорания на 1 м3 (табл. 3) , Vr = 11,9077
ν - средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С
F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания - 0,41 м/с
Wr300 = 0,19*11,9077* (658+273) / 0,41*273 = 18,89
Wr500 = 0,19* 11,9077 * (758+273) / 0,41*273 = 20,8
Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания (Вт/м2K)
αк = αн * Cz * Cs * Cф
(2.26)
где αн - коэффициент теплоотдачи (лит. 6, стр.71)
αн = 97 αн = 107
Cz - поправка на число труб по ходу продуктов сгорания (лит.б, стр.71)
Cs - поправка на компоновку пучка; Cs = 1
Сф - коэффициент, учитывающий влияние, изменения физических параметров потока (лит.1, стр.71, рис.6.1.) Сф = 1,13 Сф =1,1 αк = 97*0,97*1,13 = 106,32 αк = 107*0,97*1,1 = 114,16