Принципиальное устройство котла

Введение

Положительные результаты работы топливно-энергетического комплекса являются основой эффективности экономики любой страны. Причём эти результаты во многом зависят от работы, проводимой в области энергосбережения. В нашей стране задачей повышения эффективности работы энергетической отрасли народного хозяйства придаётся большое значение.

На примере работы минских тепловых электростанций приводим примеры топливоиспользования и системы оценки работы ТЭЦ.

Приоритетными направлениями повышения эффективности работы энергетической отрасли являются:

- увеличение комбинированной выработки энергии на теплоэлектростанциях;

- внедрение во всех сферах новых, более совершенных энергосберегающих мероприятий и технологий;

-  повышение эффективности использования топлива, в первую очередь газа;

- использование местных видов энергоресурсов;

- увеличение использования возобновляемых энергоресурсов.

Получение электрической и тепловой энергии напрямую обусловлено сжиганием органического топлива, а эффективность работы энергетической отрасли неразрывно связана с показателями топливо использования. Чем они лучше, тем ниже себестоимость электроэнергии и тепла, а рентабельность топливно-энергетического комплекса, соответственно, выше. В совокупности это позволяет не только поддерживать основные средства производства в подлежащем техническом состоянии, но и осуществить модернизацию объектов, а также на системном уровне выполнять мероприятия по энергосбережению.

Как известно, основными показателями, которые характеризуют эффективность использования топлива, является удельный расход условного топлива на производство единицы электроэнергии и тепла. Существенное влияние оказывают на них следующие факторы:

- реально сложившееся фактическое потребление электроэнергии и тепла разными группами потребителей, то есть структура энергопотребления;

- техническое состояние оборудования, особенно отработавшего свой ресурс;

- возможности и технические характеристики схем передачи, и распределение энергии, то есть внутренние потери;

- оптимальный выбор состава работающего оборудования и распределение нагрузок.

Ряд перечислений можно расширить, но ясно одно: показатели эффективности топливоиспользования могут носить как объективный, так и субъективный характер.

Оптимальное распределение нагрузок работающего оборудования - задача весьма сложная, требует применения методов математического динамического программирования и решается только при помощи вычислительной техники.

На Минской ТЭЦ-3 удельный расход условного топлива на производство электроэнергии удалось снизить с 208,3 г условного топлива на один киловатт-час до 187,2.

На многих электростанциях такие внешние фактора, как снижение теплофикационной выработки, загрузка оборудования ТЭЦ в конденсационном режиме не позволяют достигать существенного улучшения показателей топливо использования.

Расчет процесса горения

 

Расчет процесса горения выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

Из таблицы характеристик топлив [источн.1] выбираем расчетные характеристики природного газа газопровода Кумертау-Ишимбай-Магнитогорск, %: СН₄=85,9; С₂Н₆=6,1; С₃Н₈=1,5; С₄Н₁₀=0,8; С₅Н₁₂=0,6; N₂=5,0; СО₂=0,1; Q^р_н = 38380,4 МДж/м³.

Определяем теоретический объем воздуха V⁰, м³/м³, необходимого для полного сгорания при сжигании газа

 

V⁰=0,0476 [0,5 СО+0,5Н₂+1,5Н₂S+∑(m+n/4)С_mН_n-О₂],   (1)

 

где m – число атомов углерода;

n – число атомов водорода.

 

V⁰=0,0476[(1+4/4)85,9+(2+6/4)6,1+(3+8/4)1,5+(4+10/4)0,8+(5+12/4)0,6]=10,03.

 

Определяем теоретический объем азота V⁰_N2, м³/м³, в продуктах сгорания при сжигании газа

V⁰_N2=0,79 V⁰ +N^р / 100.       (2)

V⁰_N2=0,79 * 10,03+5,0 / 100 =7,97.

 

Определяем объём трехатомных газов V_RO2, м³/м³, в продуктах сгорания при сжигании газа

 

V_RO2=0,01(СО₂+СО+Н₂S+∑ m С_mН_n).                                             (3)

V_RO2=0,01(0,1+(1*85,9+2*6,1+3*1,5+4*0,8+5*0,6)=1,09.

 

Определяем теоретический объём водяных паров V⁰_H2O, м³/м³, в продуктах сгорания при сжигании газа

 

V⁰_H2O=0,01(Н₂S+Н₂+∑ n/2 С_mН_n+0,124d_г.тл)+0,0161 V⁰.                 (4)

V⁰_H2O=0,01(4/2*85,9+6/2*6,1+8/2*1,5+10/2*0,8+12/2*0,6+0,124*10)+0,0161*10,03=2,2.

 

Определяем средний коэффициент избытка воздухаa_ср, для каждой поверхности нагрев

 

                            (5)

 

где a^′ и a^″ – коэффициент избытка воздуха перед и после газохода;

a^′_T – коэффициент избытка воздуха на входе в топку; принимаем равным 1,05[источник 3].

 

a″ = a′+ Da,                     (6)

 

где Da – присос воздуха в поверхность нагрева.

Определяем избыточное количество воздуха V^в_изб, м³/м³, для каждого газохода

 

V^в_изб = V⁰ (a_ср –1).                 (7)

 

Определяем действительный объём водяных паров V_H2O, м³/м³, для газа

 

V_H2O=V⁰_H2O + 0,0161 (a_ср–1) V⁰. (8)

 

Определяем действительный суммарный объём продуктов сгорания V_г, м³/м³, для газа

 

V_г= V_RO2 + V⁰_N2 +V^в_изб + V_H2O.      (9)

 

Определяем объемные доли трехатомных газов r_RO2 и водяных паров r_H2O, а также суммарную объемную долю r_п

 

r_RO2= V_RO2 / V_г.        (10)

r_H2O= V_H2O / V_г.            (11)

r_п = r_RO2 + r_H2O.                                                                             (12)

 

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 1.

Таблица 1

– объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов.

Обозначение и расчетные формулы
	10,5315	11,033	11,534	11,785	12,036	12,537	13,039	13,540	14,042
	1,09
	8,4715	8,973	9,4745	9,7252	9,976	10,477	10,979	11,480	11,982
	2,200805	2,2016	2,2024	2,2028	2,2032	2,2040	2,2048	2,2056	2,2064
	11,76231	12,264	12,766	13,018	13,269	13,771	14,273	14,776	15,278
	0,187107	0,1795	0,1725	0,1692	0,166	0,1600	0,1544	0,1492	0,1444
	0,092669	0,0888	0,0853	0,0837	0,0821	0,0791	0,0763	0,0737	0,0713
	0,279776	0,2683	0,2578	0,2529	0,2481	0,2391	0,2308	0,2230	0,2157

 

Построение Н, Т-диаграммы

 

Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт производим для всего возможного диапазона температур от 100 до 2200⁰C.

Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в последовательности, изложенной в источнике [2].

Определяем энтальпию теоретического объёма воздуха H⁰_в, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

 

H⁰_в= V⁰ *(сJ)_в,                       (13)

 

где (сJ)_в – энтальпия 1м³ воздуха, кДж/м³[опред. По табл. 3.4 ист. 2].

V⁰ – теоретический объём воздуха, необходимого для горения, м³/м³ [опред. По табл. 3.3 ист. 2].

Значение теоретического объема воздуха для всего диапазона температур сводим в таблицу 2.

Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания H⁰_г, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

 

H⁰_г = V_RO2 (сJ)_RO2 + V⁰_N2 (сJ)_N2+ V⁰_H2O(сJ)_H2O, (14)

 

где (сJ)_RO2, (сJ)_N2, (сJ)_H2O – энтальпии 1м³ трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/ м³;

V_RO2, V⁰_N2, V⁰_H2O – объёмы трёхатомных газов, теоретические объёмы азота и водяного пара, м³/м³ [ табл. 3.4].

Значение и определение энтальпии теоретического объема продуктов сгорания для всего диапазона температур сведены в таблицу3.

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха H^в_изб, кДж/м³, для всего выбранного диапазона температур

 

H^в_изб=(α–1) H⁰_в.                      (15)

Определяем энтальпию продуктов сгорания H, кДж/м³, при коэффициенте избытка воздуха α >1

 

H= H⁰_г+ H^в_изб.                             (16)

 

Значение и определение продуктов сгорания для всего диапазона температур сводятся в таблицу 4.

 

Таблица 2 – теплосодержание воздуха.

t0	(сJ)в		(сJ)в*
100	132,7	10,03	1334
200	267,1		2678
300	404		4052,1
400	543,5		5446,3
500	686,3		6880,6
600	832,4		8345
700	982,8		9849,5
800	1134		11374
900	1285,2		12889
1000	1440,6		14443
1100	1600,2		16048
1200	1759,8		17653
1300	1919,4		19248
1400	2083,2		20892
1500	2247		22537
1600	2410,8		24182
1700	2574,6		25817
1800	2738,4		27462
1900	2906,4		29147
2000	3074,4		30832
2100	3242,4		32517
2200	3410,4		34202

 

По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.

Тепловой баланс котла

 

Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.

Определяем потерю теплоты с уходящими газами q₂, %

 

       (17)

 

где H_ух – энтальпия уходящих газов, кДж/м³;

H⁰_х.в – энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяем при t_в = 30⁰С, кДж/м³;

a_ух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

q₄ – потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для природного газа q₄ =0;

Q^р_р – располагаемая теплота топлива, кДж/м³.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха H⁰_хв, кДж/м³, при температуре 30⁰С

 

H⁰_хв =39,8 V⁰                       (18)

H⁰_хв= 39,8 * 10,03 = 399,2

 

Определяем располагаемую теплоту Q^р_р, кДж/м³, для газообразного топлива

 

Q^р_р = Q^с_н                               (19)

где Q^с_н – низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³

 

Q^р_р=38380

 

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃, %, обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н₂, СН₄. По таблице 4.4 [2] q₃=0,5.

Потеря теплоты от механической неполноты горения топлива q₄, %, наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Для газа q₄ = 0 %.

Потеря теплоты от наружного охлаждения q₅, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле

 

q₅= q_5ном (D_ном / D)                (20)

 

где q_5ном – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2] q_5ном =2,3;

D_ном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.

 

q₅=2,3* 6,5/6,5 =2,3

 

Определяем КПД брутто η_бр, %, парового котла из уравнения обратного теплового баланса

 

η_бр=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆).     (21)

При сжигании газообразного топлива уравнение примет вид

 

η_бр =100–(q₂+ q₃ +q₅)                  

η_бр =100–(6,2+0,5+2,3)=91,0

 

Определяем полезную мощность Q_пг, кВт, парового котла

 

Q_пг =D_н.п (h_н.п – h_п.в )+ 0,01рD_н.п (h_кип – h_п.в)                   (22)

 

где D_н.п – расход выработанного насыщенного пара 1,8, кг/с;

h_н.п – энтальпия насыщенного пара определяется из ист.4, 2789 кДж/кг;

h_п.в – энтальпия питательной воды ист.4, 820 кДж/кг;

р – непрерывная продувка парового котла, 2,5 %;

h_кип – энтальпия кипящей воды в барабане котла, 826 кДж/кг.

 

Q_пг =1,8 (2789 – 419) + 0,01*2,5*1,8 (826– 419)=4284,3

 

Определяем расход топлива В_пг, м³/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса

 

В_пг = (Q_пг / (Q^р_р * η_бр))100        (23)

В_пг = (4284,3/ (38380 * 91,0)) 100 =0,123

 

Определяем расчётный расход топливаВ_р, м³/с

 

В_р =В_пг= 0,123

 

Определяем коэффициент сохранения теплоты φ

           (24)

φ = 1-2,3/(91,0 +2,3) = 0,975

 

Расчет топочной камеры

 

Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [2] в следующей последовательности.

Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 1035⁰С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 – Энтальпии продуктов сгорания Н = ƒ (J), кДж/м³.

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Q_т, кДж/м³

 

            (25)

 

где Q_в – теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м³

 

Q_{т =}38380 (100-0,5)/100+419,6=38607,6

 

Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Q_в, кДж/м³, определяем

 

Q_в =α˝_т * H⁰_х.в.         (26)

Q_в =1,05*399,2=419,16

 

Определяю коэффициент ψ тепловой эффективности экранов

 

ψ = χ * ξ,                              (27)

где χ – угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение χ определяется из рисунка 5.3 [2]; χ=0,97;

ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2]: ξ=0,67.

 

ψ = 0, 97*0, 67=0, 65

 

Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя

 

S=3,6V_т/F_ст                          (28)

 

где V_т – объем топочной камеры, м³;

F_ст – поверхность стен топочной камеры, м².

 

S=3, 6*11, 2/29, 97=1, 35

 

Определяем коэффициент k, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами k_г и сажистыми частицами k_с

 

k = k_г r_п + k_с                         (29)

где k_г – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)^–1;

r_п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаю по таблице 1;

k_с –коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)^–1.

Коэффициент k_г, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей трехатомными газами определяю по формуле

 

      (30)

 

где р_п = r_п р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;

р – давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПа;

T˝_т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

 

 

Коэффициент k_с , (м·МПа)^–1, ослабления лучей сажистыми частицами

 

k_с            (31)

 

где С^р, Н^р–содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.

При сжигании природного газа

 

                         (32)

 

где С_mН_n – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %

 

k=8,75*0,257+1,147=3,43

 

Определяем степень черноты факела а_ф.

Для газообразного топлива степень черноты а_ф факела

 

а_ф =mа_св +(1– m) а_г              (33)

 

где m –коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,12 при q_V=421 кВт/м³;

а_св – степень черноты светящейся части факела;

а_г – степень черноты несветящихся трёхатомных газов.

Значения а_св и а_г определяю по формулам

 

а_св=1 – е^{-( kг rп + kс) р s}                    (34)

а_г=1 – е ^{–kг rп р s}                             (35)

а_св=1 – е^{-(3,43*0,1*1,35)}=0,37

а_г=1 – е ^{–8,75*0,257*0,1*1,35}=0,259

а_ф =0,12*0,37+(1-0,12)*0,257=0,274.

Определяем степень черноты топки а_т для камерной топки при сжигании газа

 

                   (36)

а_т=0,274/(0,274+(1-0,274)*0,65)=0,36

 

Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].

Определяем среднюю суммарную теплоёмкость V_с.ср, кДж/м³·К, продуктов сгорания на 1 м^{3 газ}а при нормальных условиях

 

V_с.ср=(Q_т – H^″_т) / (Т_а –Т^″_т)        (37)

 

где Т_а – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Q_т, равному энтальпии продуктов сгорания Н_а; Т_а=2254, К.

Т^″_т –температура (абсолютная) на выходе из топки, К;

H^″_т – энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;

Q_т – полезное тепловыделение в топке, кДж/м³.

 

V_ср

 

Определяю действительную температуру υ^″_т, ⁰С, на выходе из топки

 

υ″т =     (38)

 

Полученная температура на выходе из топки υ^″_т = 1033⁰С сравнивается с температурой, принятой ранее, 1035⁰С. Расхождение между полученной температурой υ^″_т, ⁰С, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±100⁰С, расчет считается оконченным.

Определяем удельную нагрузку топочного объема q_V, кВт/м³

 

q_V= В_рQ^р_н/V_т.                         (39)

q_V=0,123*38380/11,2=421

 

Расчет конвективных пучков

 

При расчете конвективных поверхностей нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м³ сжигаемого газа при нормальных условиях.

Расчёт первого конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода υ^″ = 400⁰С и υ^″ = 300⁰С. Далее весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур.

Определяем теплоту Q_б,кДж/м³, отданную продуктами сгорания

 

Q_б = φ (H^′– H^″+ Δα_к * H⁰_прс)    (40)

 

где H′ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, кДж/м³;

H^″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м³;

Δα_к – присос воздуха в поверхность нагрева;

H⁰_прс – энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30⁰С, кДж/м³;

φ – коэффициент сохранения теплоты.

 

Q⁴⁰⁰_б = 0,975 (20239–7522+0,05*399,2) =12418

Q³⁰⁰_б = 0,975 (20239–5574+0,05*399,2) =14317

 

Определяем расчётную температуру потока υ, ⁰С, продуктов сгорания в конвективной поверхности

 

                              (41)

 

где υ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, ⁰С;

υ^″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева ⁰С.

 

υ ⁴⁰⁰=(1033+ 400) / 2=716,5

υ³⁰⁰=(1033+ 300) / 2=666,5

 

Определяем температурный напор ∆t, ⁰С

 

∆t = υ – t_к                                   (42)

 

где t_к – температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, ⁰С.

∆t ⁴⁰⁰ = 716,5 – 194,1 = 522,4

∆t ³⁰⁰ = 666,5 – 194,1 = 472,4

 

Рассчитываем среднюю скорость ω_г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева

 

        (43)

 

где В_р – расчетный расход топлива, м³/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;

V_г – объем продуктов сгорания на 1 м³ газообразного топлива, м³/м³;

υ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ⁰С.  

 

 

 

 

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков

 

α_к = α_н с_zс_sс_ф                         (44)

 

где α_н – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме рис.6.1 [2] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м²·К); α_н⁴⁰⁰=95, α_н³⁰⁰= 91;

с_z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; с_z⁴⁰⁰=1, с_z3⁰⁰=1;

с_s – поправка на компоновку пучка; с_s⁴⁰⁰=1, с_s³⁰⁰=1;

с_ф – коэффициент, учитывающий влияние измерения физических параметров потока; с_ф⁴⁰⁰=1,09, с_ф³⁰⁰=1,11.

 

α⁵⁰⁰_к=95*1*1*1,09=103,5

α⁴⁰⁰_к=91*1*1*1,11=101

 

Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину

 

kрs = (k_г r_п) ps                      (45)

 

где k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

р – давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1.

 

 

 

Определяем толщину излучающего слоя s,м, для гладкотрубных пучков

 

s =            (46)

s =

kрs ⁴⁰⁰ =34,69*0,253* 0,1*0,177=0,155

kрs ³⁰⁰ =35,59*0,253*0,1*0,177=0,159

Определяем коэффициент теплоотдачи α_л, Вт/(м²·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для незапыленного потока при сжигании газообразного топлива

 

α_л =α_н а с_г                             (47)

 

где α_н – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К), определяем по номограмме на рис.6.4 [2];

а – степень черноты;

с_г – коэффициент, определяем по рис.6.4 [2].

Для определения α_н и коэффициент с_г определяем температуру t_з, ⁰С, загрязненной стенки

 

t_з = t + ∆t                                (48)

 

где t – средняя температура окружающей среды, ⁰С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;

∆t – при сжигании газообразного топлива принимаем равной 25⁰С.

 

t_з = 194,1 + 25 = 219,1

α⁴⁰⁰_н =45; α³⁰⁰_н =33

а⁴⁰⁰ = 0,14; а³⁰⁰ = 0,15

с_г⁴⁰⁰ = 0,98; с_г³⁰⁰ = 0,93

α_л⁴⁰⁰ =45*0,14*0,98 = 6,4

α_л ³⁰⁰ =33*0,15*0,93 = 4,7

 

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи α₁, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева

 

α₁ = ξ (α_к+ α_л)                         (49)

где ξ – коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1.

 

α₁⁴⁰⁰ =1(103,5+6,4)=109,9

α₁³⁰⁰ =1(101+4,7)=105,7

 

Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К)

 

К = α₁ ψ                                  (50)

 

где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл.6.2 [2]; принимаем равным 0,85.

 

К⁴⁰⁰ = 0,85*109,9 = 93,5

К³⁰⁰ = 0,85*105,7 = 89,8

 

Определяем количество теплоты Q_т, кДж/м³, воспринятое поверхностью нагрева

 

        (51)

 

где Δt – температурный напор, ⁰С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева

 

          (52)

 

 

 

По принятым двум значениям температуры υ′ и υ^″ полученным двум значениям Q_б и Q_т производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ^″ на выходе из первого конвективного пучка равна 370⁰С.

Расчет второго конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2] аналогично первому конвективному пучку.

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода υ″ =300⁰С и υ″ =200⁰С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

Определяем теплоту Q_б,кДж/м³, отданную продуктами сгорания по формуле

 

Q_б = φ (H^′– H^″+ Δα_к * H⁰_прс)

Q³⁰⁰_б = 0,975 (7422–3945+0,1*399,2) =3897

Q²⁰⁰_б = 0,975 (7422–5980+0,1*399,2) =1912

 

Определяем расчётную температуру потока υ, ⁰С, продуктов сгорания в конвективной поверхности по формуле

 

υ ³⁰⁰=(370+ 300) / 2=335

υ ²⁰⁰=(370+200) / 2=285

 

Определяем температурный напор ∆t, ⁰С, по формуле (42)

 

∆t = υ – t_к

∆t ³⁰⁰ = 335 – 194,1 = 140,9

∆t ²⁰⁰ = 285 – 194,1 = 90,9

 

Рассчитываем среднюю скорость ω_г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева по формуле

 

 

 

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков по формуле

 

α_к = α_н с_zс_sс_ф

α_н³⁰⁰=73, α_н²⁰⁰= 68

с_z³⁰⁰=1, с_z²⁰⁰=1

с_s³⁰⁰=1, с_s²⁰⁰=1

с_ф³⁰⁰=1,11, с_ф²⁰⁰=1,15

α³⁰⁰_к=73*1*1*1,11=81

α³⁰⁰_к=68*1*1*1,15=78,2

Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину по формуле

 

kрs = (k_г r_п) ps

 

 

Определяем толщину излучающего слоя s, м, для гладкотрубных пучков по формуле

 

s =  

s =

kрs ³⁰⁰ =40,6*0,236* 0,1*0,177=0,17

kрs ²⁰⁰ =42,5*0,236*0,1*0,177=0,18

 

Определяем коэффициент теплоотдачи α_л, Вт/(м²·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для

незапыленного потока при сжигании газообразного топлива по формуле (47)

 

α_л =α_н а с_г

 

Для определения α_н и коэффициент с_г определяем температуру t_з, ⁰С, загрязненной стенки по формуле

 

t_з = t + ∆t

t_з = 194,1 + 25 = 219,1

α³⁰⁰_н =33; α²⁰⁰_н =26

а³⁰⁰ = 0,14; а²⁰⁰ = 0,15

с_г³⁰⁰ = 0,94; с_г²⁰⁰ = 0,9

α_л⁴⁰⁰ =67*0, 14*0,94 = 4,5

α_л ²⁰⁰ =59*0,15*0,9 =3,6

 

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи α₁, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева по формуле

 

α₁ = ξ (α_к+ α_л)

α₁³⁰⁰ =1(81+4,5)=85,5

α₁²⁰⁰ =1(78,2+3,6)=81,7

 

Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К), по формуле

 

К = α₁ ψ

К³⁰⁰ = 0,85*85,5 = 72,7

К³⁰⁰ = 0,85*81,7 = 69,5

 

Определяем количество теплоты Q_т, кДж/м³, воспринятое поверхностью нагрева по формуле

 

 

где Δt – температурный напор, ⁰С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева, определяемый по формуле

 

 

 

 

 

По принятым двум значениям температуры υ′ и υ^″ полученным двум значениям Q_б и Q_т производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ^″ на выходе из второго конвективного пучка равна 274.

 

Расчет экономайзера

 

Расчёт водяного экономайзера производим по формулам в соответствии с источником [2].

Определяем теплоту отданную продуктами сгорания Q_б, кДж/м³ при приятой температуре уходящих газов

 

Q_б = φ (H′ – H″+ Δα _эк * H⁰_прс)       (53)

 

где H′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, кДж/м³

H″ – энтальпия уходящих газов, кДж/м³;

Δα_эк – присос воздуха в экономайзер;

H⁰_прс – энтальпия теоретического количества воздуха, Дж/м³;

φ – коэффициент сохранения теплоты.

 

Q_б =0,975 (5450–3150+0,1*399,2) =2339,9

 

Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды h″_эк, кДж/кг, после водяного экономайзера

 

        (54)

 

где h′_эк – энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг;

D – паропроизводительность котла, кг/с;

D_пр – расход продувочной воды, кг/с.

 

 

По энтальпии воды после экономайзера определяем температуру воды после экономайзера t″_эк, ⁰С.

 

t″_эк = h″_эк/с                           (55)

t″_эк = 575,2/4,19 = 137,3

 

В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определяем температурный напор Δt, ⁰С

<

	Δ t, ºС
				274
		Δ tб
				137,3