Расчет топлива по воздуху и продуктам сгорания

Принимаем температуру  газов на выходе из топки

Т'_т = 800°С = 1073 К.

Энтальпия газов на выходе из топки (табл. 1) при этой температуре

I'_т = 9097 кДж/кг.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

(V_гС_ср) = (I_a – I'_т)/(t_a – t'_т),

(V_гС_ср) = (22798 – 9097)/(1835 – 800) = 13,24 кДж/(кг·град).

Условный коэффициент ([1] табл. 5.1) загрязнения поверхности нагрева при слоевом сжигании топлива

ξ = 0,60.

Тепловое напряжение топочного объема

q_v = BQ /V_т,

q_v = 0,77 · 22674/65,1 = 268 кВт/м³.

Коэффициент тепловой эффективности

Ψ_э = Ψξ,

Ψ_э = 0,91 · 0,60 = 0,55.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

,

∙0,228 = 5,39 (м·МПа)^–1.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

k_с = 0,3(2 – α)(1,6Т_т/1000 – 0,5)С^р/Н^р,

k_с = 0,3·(2 – 1,28)·(1,6 · 1073/1000 – 0,5)·54,6/3,9 = 3,68 (м·МПа)^–1.

Часть золы топлива, уносимая из топки в конвективные газоходы ([1] табл. 5.2)

а_ун = 0,1.

Масса дымовых газов

G_г = 1 – А^р/100 + 1,306αV^о,

G_г = 1 – 21,3/100 + 1,306 · 1,28 · 5,54 = 10,0 кг/кг.

Коэффициент ослабления лучей взвешенными частицами  летучей золы ([1] рис. 5.3) при принятой температуре t_т

k_зл = 7,5 (м·ата)^–1.

Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса ([1] с. 29)

k_к = 0,5 (м·ата)^–1.

Концентрация золовых  частиц в потоке газа

μ_зл = 0,01А^ра_ун/G_г,

μ_зл = 0,01 · 21,3 · 0,1/10,0 = 0,002.

Коэффициент ослабления лучей топочной средой

k_т = k_г + k_злμ_зл + k_к,

k_т = 5,39 + 7,5 · 0,002 + 0,5 = 5,91 (м·ата)^–1.

Эффективная степень  черноты факела

а_ф = 1 – е^–kтРтS,

а_ф = 1 – 2,7^{–5,91·0,1·2,32} = 0,74.

Отношение зеркала горения  к полной поверхности стен топки  при слоевом горении

ρ = F_под/F_ст,

ρ = 13,2/101,0 = 0,13.

 

Степень черноты топки при слоевом сжигании топлива

а_т = ,

а_т =

= 0,86.

Величина относительного положения максимума температур для слоевых топок при сжигании топлива в тонком слое (топки с пневмомеханическими забрасывателями) принимается ([1] с. 30) равным:

Х_т = 0,1.

Параметр, характеризующий распределение температур по высоте топки ([1] ф. 5.25)

М = 0,59 – 0,5Х_т,

М = 0,59 – 0,5 · 0,1 = 0,54.

Расчетная температура газов за топкой

Т_т = ,

Т_т =

= 1090 К = 817°С.

Расхождение с предварительно принятым значением составляет

∆t_т = t_т – t'_т,

∆t_т = 817 – 800 = 17°С < ± 100°C.

Энтальпия газов за топкой

I_т = 9259 кДж/кг.

Количество тепла, переданное в топке

Q_т = φВ(I_a – I_т),

Q_т = 1,00 · 0,77·(22798 – 9259) = 10425 кВт.

Коэффициент прямой отдачи

μ = (1 – I_т/I_а)·100,

 

μ = (1 – 9259/22798)·100 = 59,4%.

Действительное тепловое напряжение топочного объема

q_v = Q_т/V_т,

q_v = 10425/65,1 = 160 кВт/м³.

 

3.3  Расчет  теплообмена в конвективной поверхности

Тепловой расчет конвективной поверхности служит для определения количества передаваемого тепла и сводится к решению системы двух уравнений – уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи.

Расчет выполняется  для 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях.

Из предыдущих расчетов имеем:

– температура газов перед рассматриваемым газоходом

t₁ = t_т = 817°С;

– энтальпия газов перед газоходом

I₁ = I_т = 9259 кДж/кг;

– коэффициент сохранения теплоты

φ = 1,00;

– секундный расход топлива

В_р = 0,77 кг/с.

Предварительно принимаем  два значения температуры продуктов сгорания после газохода:                     

t'₂ = 220ºC,    

t''₂ = 240ºC.

Дальнейший расчет ведем  для двух принятых температур.

Энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка:

I'₂ = 2320 кДж/кг,    

I''₂ = 2540 кДж/кг.

Количество теплоты, отданное газами в пучке:

Q₁ = φВ_р(I_т – I₁);

Q'₁ = 1,00 ∙ 0,77·(9259 – 2320) = 5343 кДж/кг,

Q''₁ = 1,00 · 0,77∙(9259 – 2540) = 5174 кДж/кг.

Наружный диаметр труб конвективных пучков (по чертежу)

d_н = 51 мм.

Число рядов по ходу продуктов  сгорания (по чертежу)

Z₁ = 35.

Поперечный шаг труб (по чертежу)

S₁ = 90 мм.

Продольный шаг труб (по чертежу)

S₂ = 110 мм.

Коэффициент омывания труб ([1] табл. 6.2)

ω = 0,90.

Относительные поперечный σ₁ и продольный σ₂ шаги труб:

σ = S/d;

σ₁ = 90/51 = 1,8;

σ₂ = 110/51 = 2,2.

Площадь живого сечения  для прохода газов при поперечном омывании труб

F_ж = ab – z₁ld_н,

где  а и b – размеры газохода в свету, м;

l – длина проекции трубы на плоскость рассматриваемого сечения, м;

F_ж = 2,5 ∙ 2,0 – 35 ∙ 2,0 ∙ 0,051 = 1,43 м².

Эффективная толщина излучающего слоя газов

S_эф = 0,9d_н ,

S_эф = 0,9 · 0,051·

= 0,177 м.

Температура кипения  воды при рабочем давлении (по таблицам насыщенного водяного пара)

t'_s = 198°С.

Средняя температура  газового потока

t_ср1 = 0,5(t₁ + t);

t'_ср1 = 0,5·(817 + 220) = 519ºC,

t''_ср1 = 0,5·(817 + 240) = 529ºC.

Средний расход газов

V_cp1 = BV_г(t_ср1 + 273)/273,

V'_cp1 = 0,77 · 7,56·(519 + 273)/273 = 16,89 м³/с.

V''_cp1 = 0,77 · 7,56·(529 + 273)/273 = 17,10 м³/с.

Средняя скорость газов

ω_г1 = V_cp1/F_ж,

ω'_г1 = 16,89/1,43 = 11,8 м/с,

ω''_г1 = 17,10/1,43 = 12,0 м/с.

Коэффициент загрязнения  поверхности нагрева ([1] с. 43)

ε = 0,0043 м²·град/Вт.

Средняя температура  загрязненной стенки ([1] с. 42)

t_з = t'_s + (60÷80),

t_з = (258÷278) = 270°С.

Поправочные коэффициенты для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией ([1] рис. 6.2):

– на количество рядов

С_z = 1,0;

– на относительные шаги

С_s = 1,0;

– на изменение физических характеристик

С_ф = 1,05.

Вязкость продуктов  сгорания ([1] табл. 6.1)

ν' = 76·10^–6 м²/с,

ν'' = 78·10^–6 м²/с.

Коэффициент теплопроводности продуктов сгорания ([1] табл. 6.1)

λ' = 6,72·10^–2 Вт/(м·°С),

λ'' = 6,81·10^–2 Вт/(м·°С).

Критерий Прандтля продуктов  сгорания ([1] ф. 6.7)

Рr' = 0,62,

Рr'' = 0,62.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ([1] табл. 6.1)

α_к1 = 0,233С_zC_фλР (ωd_н/ν)^0,65/d_н,

α'_к1 = 0,233 · 1 · 1,05 · 6,72·10^–2 · 0,62^0,33·(11,8 · 0,051/76·10^–6)^0,65/0,051,

α'_к1 = 94,18 Вт/(м²·К);

α''_к1 = 0,233 · 1 · 1,05 · 6,81·10^–2 · 0,62^0,33·(12,0 · 0,051/78·10^–6)^0,65/0,051,

α''_к1 = 94,87 Вт/(м²·К).

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

,

·0,228 = 23,30 (м·МПа)^–1,

·0,228 = 23,18 (м·МПа)^–1,

Суммарное парциальное  давление трехатомных газов (определено ранее)

Р_п = 0,023 МПа.

Коэффициент ослабления луча в объеме заполненном золой при температуре t_ср ([1] рис. 5.3)

К'_зл = 9,0;

К''_зл = 9,0.

Концентрация золовых  частиц в потоке газа (определена ранее)

μ_зл = 0,002.

Степень черноты запыленного газового потока

а = 1 – е^{–kгkзлРпμзлSэф},

а' = 1 – е^{–23,30·9,0·0,002·0,023·0,177} = 0,002,

 

а'' = 1 – е^{–23,18·9,0·0,002·0,023·0,177} = 0,002.

Коэффициент теплоотдачи  излучением при сжигании каменного угля

а_л = 5,67·10^–8(а_ст + 1)аТ³ /2,

где  а_ст – степень черноты стенки, принимается ([1] с. 42)

а_ст = 0,82;

а'_л = 5,67·10^–8·(0,82 + 1)·0 · 543³ ·

/2 = 0,02 Вт/(м²·К);

а''_л = 5,67·10^–8·(0,82 + 1)·0 · 543³ ·

/2 = 0,02 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

α₁ = ω(α_к + α_л),

α'₁ = 0,90·(94,18 + 0,02) = 84,78 Вт/(м²·К)

α''₁ = 0,90·(94,87 + 0,02) = 85,40 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи

К = α₁/(1 + α₁ε),

К' = 84,78/(1 + 84,78 · 0,0043) = 62,13 Вт/(м²·К),

К'' = 85,40/(1 + 85,40 · 0,0043) = 62,46 Вт/(м²·К).

Средний температурный  напор

Δt = ,

Δt' =

= 179ºС;

Δt'' =

= 214ºС.

Площадь нагрева конвективного  пучка (из технической характеристики котла)

Н_к1 = 418 м².

 

Тепловосприятие поверхности  нагрева конвективного пучка

Q_к = КН_к∆t;

Q'_к = 62,13 · 418 · 179/1000 = 4649 кДж/кг;

Q''_к = 62,46 · 418 · 214/1000 = 5587 кДж/кг.

По принятым двум значениям температуры

t'₁ = 220ºC;    

t''₁ = 240ºC

и полученным значениям

Q'_б1 = 5343 кДж/кг;    

Q''_б1 = 5174 кДж/кг;

Q'_к1 = 4649 кДж/кг;    

Q''_к1 = 5587 кДж/кг

производим графическую  интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после конвективной поверхности нагрева. Для графической интерполяции строим график (рис. 3.2) зависимости Q = f(t).

Рис. 3.2 – График зависимости Q = f(t)

 

Точка пересечения прямых укажет температуру t_р газов, выходящих после конвективной поверхности:                       

t_к = 232ºС.

Количество теплоты, воспринятое  поверхность нагрева

Q_к1 = 5210 кВт.

Энтальпия газов при  этой температуре

I_к1 = 2452 кДж/кг.

 

3.4  Расчет  экономайзера

Энтальпия питательной  воды на входе в экономайзер

i_хв = 377 кДж/кг.

Энтальпия питательной  воды на выходе из экономайзера

i_гв = 719 кДж/кг.

Коэффициент сохранения теплоты (найден ранее)

φ = 1,00.

Количество тепла, отданное уходящими газами в экономайзере

Q_эк = D(i_гв – i_хв);

Q_эк = 6.94∙(719 – 377) = 2373 кДж.

Энтальпия уходящих газов  за экономайзером

I_ух = I_к – Q_эк/В_р,

I_ух = 2452 – 2373/0,77 = 103 кДж/кг.

Температура уходящих газов  за экономайзером

t_ух = 10ºС.

 

 

 

 

 

 

 

4  ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ   ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС

 

После выполнения теплового  расчета устанавливается окончательный тепловой баланс, целью которого является определение достигнутой паропроизводительности при заданном расходе топлива и коэффициента полезного действия котла.

Располагаемое тепло