За ступенью водяного экономайзера

;

.

2.9 За ступенью воздухоподогревателя (в уходящих газах)

;

.

Таблица 2 - Значения коэффициента избытка воздуха

2.10 При избытка воздуха

2.10.1 Объем водяных паров [1, п.4-02]

, ;

.

2.10.2 Объем дымовых газов [1, п.4-02]

+ + ( , ;

+ + ( .

2.10.3 Объемная доля трехатомных газов [1, п.4-02]

;

;

;

.

2.10.4 Суммарная объемная доля трехатомных газов

;

.

Таблица 3 - Средние объемные характеристики продуктов сгорания

Расчетные величины	размерность	10,44103; 8,25; 1,605; 1,36154; Аr = 0,06; аун= --
газоходы котла
топка и фестон	конвек­тив­ный паропе­регрева­тель	Экономайзер	Воздухоподогрева­тель
II ст	I ст.
1 Коэффициент избытка воз­духа за поверхностью	––	1,02	1,05	1,035	1,13	1,19
2 Средний коэффициент из­бытка воздуха в газоходе αi ср	––	1,02	1,035	1,0425	1,0825	1,16
3 Объем водяных паров	м3/кг	1,3649	1,3674	1,3686	1,3754	1,3884
4 Полный объем дым. газов	м3/кг	11,4325	11,5916	11,6682	12,0956	12,917
5 Объемная доля сухих трех­атомных газов	––	0,1404	0,1384	0,1375	0,1327	0,1242
6 Объемная доля водяных паров	––	0,1193	0,1179	0,1173	0,1137	0,1075
7 Суммарная объемная доля трехатомных газов	––	0,2597	0,2564	0,2548	0,2463	0,2317
8 Масса дымовых газов Gг=1-Аr/100+1,306αi ср	кг/кг	14,9081	15,107	15,214	15,754	16,814

3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

3.1 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре , °С [1, п.4-06]

, .

3.2 Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха и температуре

, °С [1, п.4-06]

, .

3.3 Энтальпия дымовых газов на 1м³ сожженного топлива [1, п.4-06]

, .

Энтальпии 1кг влажного воздуха , углекислого газа , азота , водяных паров определяются по рекомендациям [1, таблица XIV].

Поскольку энтальпии воздуха и продуктов сгорания определяются температурами, то они подсчитываются при различных температурах в диапазоне от 100 до 2200°С, а результаты рекомендуется оформить в виде таблицы 4.

Таблица 4 - Энтальпии продуктов сгорания ( -таблица).

t,     0С	I0.г	I0.в
Топка и фестон	КПП II	КПП I	ВЭК	ВП
α˝т
I	I	I	I	I
	1554,294	1385,525	1582,005	1623,57	1602,7875	1734,412	1817,544
	3145,914	2787,755	3201,669	3285,302	3243,4855	3508,322	3675,588
	4785,945	4207,735	4870,1	4996,332	4933,2157	5332,951	5585,415
	6463,977	5659,038	6577,158	6746,929	6662,0434	7199,652	7539,194
	8190,988	7152,106	8334,03	8548,593	8441,3113	9120,761	9549,888
	9964,01	8666,055	10137,33	10397,31	10267,322	11090,6	11610,56
	11779,59	10221,77	11984,03	12290,68	12137,355	13108,42	13721,73
	13626,51	11787,92	13862,27	14215,91	14039,092	15158,94	15866,22
	15517,36	13395,84	15785,27	16187,04	15986,212	17258,82	18062,57
	17436,33	15014,2	17736,61	20200,06	17961,827	19388,18	20289,03
	19367,39	16653,44	19700,45	22251,65	19950,257	21532,33	22531,54
	21335,97	18313,57	21702,24	24262,65	21976,944	23716,73	24815,55
	23263,44	19984,13	23663,12	24262,65	23962,885	25861,38	27060,43
	25264,24	21675,58	25697,75	26348,02	26022,884	28082,06	29382,6
	27283,31	23377,47	27750,86	28452,18	28101,519	30322,38	31725,03
	29317,92	25089,8	29819,72	30572,41	30196,068	32579,6	34084,99
	31376,1	26802,12	31912,14	32716,21	32314,175	34860,38	36468,5
	33440,21	28524,89	34010,71	34866,45	34438,581	37148,45	38859,94
	35508,4	30268,55	36113,77	37021,83	36567,802	39443,31	41259,43
	37591,9	32012,2	38232,15	39192,51	38712,328	41753,49	43674,22
	39686,62	33766,29	40361,95	41374,93	40868,44	44076,24	46102,22
	41784,06	35520,38	42494,47	43560,08	43027,275	46401,71	48532,93

4 Тепловой баланс котла

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступлением в котел количеством тепла и суммой полезного использования тепла Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг жидкого топлива при С и 101,3кПа [1, п.5-01]

, ,

где Q_р - располагаемое тепло топлива, ;

- теплота, внесенная в котельный агрегат горячим воздухом, подогретым вне агрегата, . В нашем случае равна 0.

- тепло, внесенное в топку паровым дутьем (“форсуночным” паром), . В нашем случае равна 0.

Q₁ - полезно использованное тепло, ;

Q₂ - потери тепла с уходящими газами, ;

Q₃ - потери тепла химическим недожогом, ;

Q₄ - потери тепла механическим недожогом, ;

Q₅ - потери тепла от наружного охлаждения через ограждающие стенки газоходов котла, ;

Q₆ - потери тепла с физическим теплом шлака, .

4.1 Располагаемое тепло газообразного топлива [1, п.5-03]

где - величина физического тепла топлива и определяется по формуле

, ,

где - теплоемкость рабочего топлива , ;

- температура рабочего топлива, ^оС.

Физическое тепло топлива учитывается в тех случаях, когда топливо предварительно подогрето посторонним источником тепла (паровой подогрев мазута, паровые сушилки и т.п.), а также при сушке по разомкнутому циклу.

.

4.2 Суммарный недожог [1, таблица.XX]

q₃+q₄=0,3 %.

4.2.1 Потерю теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃ принимаем равной q₃ = 0,2 %.

4.2.2 Потерю теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄ принимаем равной q₄ = 0,1 %.

4.3 Потеря теплоты с уходящими газами зависит от температуры уходящих газов и избытка воздуха [1, п.5-05]

,

где I_ух.г - энтальпия уходящих газов при избытке воздуха α_ух.г и температуре , ;

I_0.х.в. - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт, .

4.3.1 При сжигании мазута расчетное значение температуры уходящих газов при номинальной нагрузке котла принимается в зависимости от содержания серы [1, таблица II-4]

Температуру уходящих газов принимаем = 165 ºC.

4.3.2 Энтальпию уходящих газов определяем по таблице 4 при температуре уходящих газов (по формуле интерполяции)

, ;

.

4.3.3 Коэффициент избытка воздуха уходящих газов за воздухоподогревателем α=1,19 определяем по таблице 3.

4.3.4 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт при температуре холодного воздуха:

- температура холодного воздуха; принятая согласно рекомендациям;

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт [2, п.3.1]

, ;

.

4.3.5 Располагаемое тепло рабочего топлива составляет .

Таким образом, потеря теплоты с уходящими газами равна:

% .

4.4 Потеря тепла от наружного охлаждения q₅ для стационарных котлов принимается по [1, рисунок 5.21] при D = 29 = 8,05 :

%.

4.5 Суммарная потеря тепла в котле [1, п.5-12]:

, %;

%.

4.6 Коэффициент полезного действия котла брутто равен [1, п.5-12]:

η_к = 100 – Σq = 100 – 8,2 = 91,8 % .

4.7 Коэффициент сохранения тепла определим по формуле [1, п.5-09]:

;

.

5 Определение расхода топлива

5.1 Паропроизводительность

D_пп = 29 (по заданию).

5.2 Температура перегретого пара

t_пп = 445 (по заданию).

5.3 Давление перегретого пара

Р_пп = 3,7 МПа (по заданию).

5.4 Энтальпия перегретого пара

Определяется по Р_пп и t_пп в таблице для перегретого пара при докритическом давлении [1, таблица XXV]

I_пп = 3710,1 .

5.5 Температура питательной воды

t_пв = 142 (по заданию).

5.6 Давление в барабане

Р_б = 3,9 МПа (по заданию).

5.7 Давление питательной воды на входе в экономайзер

Р_пв = Р_б + 0,1 Р_б, Мпа;

Р_пв = 3,9+0,1 3,9 = 4,29 Мпа.

5.8 Энтальпия питательной воды

Определяется в таблицах удельных объемов и энтальпий воды по Р_пв и t_пв

[1, таблица XXIV]

I_пв = 600,06 .

5.9 величина продувки

p = 3 % (по заданию).

5.10 Расход воды на продувку

, ;

5.11 Энтальпия продувочной воды

Определяется для состояния кипения по давлению в барабане из таблиц воды и сухого насыщенного пара на кривой насыщения [1, таблица XXIII]

=1080,2 .

5.12 Полное количество тепла, полезно использованное в котле [1, п.5-13]

где третий член формулы учитывается только при впрыске в первичный тракт «сторонней» воды с энтальпией i_впр, отличной от i_пв;

D_пе -количество выработанного перегретого пара, ;

D_обв - расход питательной воды, подаваемой в котел мимо регенеративных подогревателей, , (D_обв = 0, т.к. подача воды в котел помимо регенеративных подогревателей не предусмотрена);

i_обв = 0, т.к. подача воды в котел помимо регенеративных подогревателей не предусмотрена;

i_пе - энтальпия перегретого пара, которая определяется по давлению и температуре перед главной паровой задвижкой, ;

i_пв - энтальпия питательной воды, которая определяется по давлению и температуре на входе в первую поверхность котла, ;

D_нп - количество насыщенного пара с энтальпией , отданного до перегревателя; определяется по давлению в барабане котла, , (D_нп = 0, т.к. отбор насыщенного пара до перегревателя не предусмотрен);

D_пр - расход воды на продувку котла (для прямоточных сепараторных котлов - продувка сепаратора), с энтальпией кипящей воды i_s, при давлении в барабане (сепараторе), . При величине продувки меньше 2 % тепло продувочной воды может не учитываться;

D_пп - расходы пара на входе в промежуточные перегреватели, с начальной i_пп и конечной i_пп энтальпией, , (D_пп = 0, т.к. промежуточный перегрев пара не предусмотрен);

- расходы впрысков в промперегреватели, включая впрыски питательной воды, , ( = 0);

Q_отв - тепло воды, подогреваемой в котле и отдаваемой «на сторону», кВт,

(Q_отв = 0, т.к. отпуск не предусмотрен);

Q_изб - тепло избыточного воздуха (Q_изб = 0, т.к. отпуск не предусмотрен).

После упрощений формула определения полного количества тепла, полезно использованного в котле, принимает вид

кВт.

5.13 Полный расход топлива

Расход топлива, подаваемого в топку, определяется [1, п.5-14]

, ;

- тепло, внесенное в топку воздухом, при его подогреве вне котла, ;

- тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром), .

.

5.14 Расчетный расход топлива

Для определения тепла, отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива, вычисляемый с учетом механической неполноты сгорания [1, п.5-14]

, ;

.

В дальнейшем во все формулы для определения объемов и количеств тепла подставляется величина В_р.

6 Расчет топки

6.1 Задачей 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, а также теплового напряжения стен топочной камеры.

Поверочный расчет топки проводится в следующем порядке:

- определяются конструктивные характеристики топки (п.6.2);

- рассчитываются (или принимаются по Нормам) тепловые характеристики топки (п.6.3);

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;

- рассчитывается температура газов на выходе из топки по формуле (или по номограмме) [1, номограмма 4], получаемое значение сравнивается с предварительно принятым. Если температура газов на выходе из топки, полученная расчетом или по номограмме, не будет отличаться от принятой ранее больше, чем на ± 100°С , то расчет на этом заканчивается и для последующих расчетов принимается значение температуры газов на выходе из топки, определенное расчетом, либо по номограмме. В противном случае необходимо задаться другим значением температуры газов на выходе из топки, и повторить расчет.

- определяется количество лучистого тепла, воспринимаемое поверхностями нагрева топки; тепловое напряжение сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения и тепловое напряжение стен топочной камеры.

6.2 Конструктивные характеристики топки

Конструктивными характеристиками топки являются:

- поверхность стен топочной камеры ;

- сечение топки ;

- объем топки ;

- эффективная толщина излучающего слоя .

Для более простого определения необходимо составить эскиз топки в границах активного объема (по осям экранных труб) (рисунок 2). На эскизе следует указать геометрические размеры топки: высоту расположения горе­лок , общую высоту топки , диаметр и шаг экранных труб , а также расстояние осей экранных труб от ограждающих стен .

Рисунок 2 – Эскиз топки

Все перечисленные величины берутся по чертежам заданного котла:

Ширина топки: м.

Глубина топки: м.

Высота топки: м.

Высота задней стены топки: м.

Высота фронтовой стены: м.

Глубина потолка: м.

Высота выходного газового окна: м.

Высота выступа: м.

Длина выступа: м.

Высота первого яруса горелок: м.

Высота второго яруса горелок: м.

6.2.1 Площадь фронтовой стены [3, стр. 5]

6.2.2 Площадь задней стены [3, стр. 5]

6.2.3 Площадь потолка [3, стр. 5]

6.2.4 Площадь выходного газового окна [3, стр. 5]

6.2.5 Площадь боковой стены [3, стр. 5]

Общая поверхность стен топочной камеры определяется по геометрическим размерам топки как суммам поверхностей фронтовой стены, задней стены, потолка, двух поверхностей боковых стен и площади выходного газового окна.

6.2.6 Общая поверхность стен опочной камеры [3, стр. 5]

6.2.7 Площадь экранов топки [3, стр. 5]

6.2.8 Объём топочной камеры [3, стр. 5]

6.2.9 Эффективная толщина излучающего слоя объёма топки [3, стр. 5]

6.3 Тепловые характеристики топки

К тепловым характеристикам топки относят: коэффициент тепловой эффективности экранов , среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания ; параметр , учитывающий влияние на интенсивность теплообмена уровня расположения горелок, критерий поглощательной способности (критерий Бугера) .

6.3.1 Коэффициент тепловой эффективности экранов

Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана на коэффициент , учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией [1, п.6-22]

.

Если стены топки закрыты экранами с разными значениями коэффициента тепловой эффективности , или экраны покрывают часть поверхности стен, то среднее значение коэффициента тепловой эффективности равно

,

где – коэффициент тепловой эффективности отдельных поверхностей топки;

– полная (суммарная) поверхность стен топки, м².

В данном случае следует определить следующие коэффициенты тепловой эффективности: для экранных стен топочной камеры , потолка , выходного газового окна . При наличии «зажигательного» пояса для него также определяется коэффициент тепловой эффективности ( , т.к. нет «зажигательного» пояса).

6.3.1.1 Угловой коэффициент гладкотрубных экранов

Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции по номограмме [1, номограмма 1а, кривая 3]

Для нашего случая: , , .

6.3.1.2 Коэффициент , учитывающий снижение тепловосприятия экрана при его загрязнении или закрытии его поверхности изоляцией [1, таблица 6-3]

Для мазута: = 0,55.

; ; ;

Для выходного окна топки, отделяющего топку от расположенной за ним поверхности нагрева, коэффициент определяется по формуле:

,

где - коэффициент, который принимается таким же, как для настенных экранов [1, таблица 6-3];

- коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева. При размещении за окном фестона =0,8 [3, стр. 6]

;

6.3.2 Параметр , учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов, определяется по нормам [1, п.6-18]

Для камерных топок параметр рассчитывается по формуле:

где – коэффициент, который принимается согласно рекомендациям [1, п.6-18]

Для газомазутных топок при настенном расположении горелок: ;

– величина, характеризующая относительный уровень расположения горелок в топке.

,

где – расчетная высота топки, определяется как расстояние от пола до середины выходного газового окна.

– средний уровень расположения настенных и угловых горелок, м.

При двухъярусном расположении горелок производится усреднение высот [1, п.6-05]

,

где – число горелок в первом и втором ярусах;

, ;

– уровень расположения осей горелок в ярусе;

, ;

–расход топлива, подаваемого в горелки каждого яруса;

м³/c.

= 0,39485 м³/c, =0,39485 м³/c.

.

- параметр забалластированности топочных газов.

;

;

.

6.3.3 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 ,°С определяется по полезному тепловыделению в топке при избытке воздуха по таблице 4.

6.3.3.1 Полезное тепловыделение в топке [1, п.6-20]

,

где – располагаемое тепло топлива, ,

– потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, с теплом шлака и охлаждающей воды, %;

– тепло, вносимое в топку паровым дутьем, ;

– тепло, вносимое в топку воздухом, .

, .

Величина - отношение количества воздуха, подаваемого в топку из воздухоподогревателя, к теоретически необходимому [1, п.4-15]

,

где - коэффициент избытка воздуха в топке при сжигании попутных газов принимается .

- присос воздуха в топку. .

- присос в системе пылеприготовления с учетом возможных нарушений плотности во время эксплуатации; определяется по [1, таблицаXVII].

( , т.к. данный проект не имеет системы пылеприготовления)

- коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов на рециркуляцию.

- коэффициент рециркуляции газов в низ топки или горелки. ( , т.к. в данном проекте не предусмотрена рециркуляция).

.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха определяется по таблице 4 при температуре воздуха за воздухоподогревателем, которую необходимо принять по [1, таблице II-2]

Принимаем .

Энтальпия теоретически необходимого воздуха по интерполяции:

.

Энтальпия присасываемого воздуха определяется по температуре холодного воздуха, равной 30°С по таблице 4.

;

– тепло рециркуляции газов ; учитывается в случае возврата в топку части газов, отобранных из газоходов котла, за котлом или из верхней части топки [1, п.4-10].

Так как нет возврата в топку части газов, то

;

.