Определение конструктивных характеристик топочной камеры

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчёт топочных устройств. Конструктивный расчёт производится только при разработке новых агрегатов конструкторскими бюро или при реконструкции топочных камер существующих котлоагрегатов.

Задачей поверочного расчёта топки является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки. При поверочном расчёте основные размеры определяются по чертежу, а затем по ним вычисляются:

· объём топочной камеры V_т

· площадь поверхности стен

· площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева

В курсовом проекте определяется по чертежу и V_т, а Н_л и R определяется по таблицам 8.13-8.25 [12].

Для определения геометрических характеристик топки составляется её эскиз, и определяются конструктивные характеристики котлоагрегата. Здесь выполнен эскиз парогенератора ДКВР-10-13-250 и рассчитана площадь поверхности стен этого котла.

Площадь ограждающих поверхностей камеры сгорания:

А) Боковые стены:

= 2,370 (1,800 + 0,250) = 4,85

F₃= ∙ 1,230 = 4,00м²

F = 4,85 + 5,65 + 4,00 = 14,50м²

2 F = 14,50 ∙ 2 = 29м²

Б) Передняя стена

внутренняя ширина котла в = 2810мм:

F_перед= (0,250 + 1,800 + 1,950 + 1,230) ∙ 2,81 = 14,70

В) Задняя стена:

Из ∆ abd: ad = 1950мм; bd = 3445 – 2370 = 1075мм

аb = = = = 2,226м

Из ∆ bch: hc = 1230мм; bd = 3445 – 3045 = 400мм

вс = = = 1,29м

= (0,250 + 2,226 + 1,290 + 1,80) ∙ 2,81 = 15,60

Г) Под:

= 3,045 ∙ 2,81 = 8,55

Д) Потолок:

F_пот= 2,37 ∙ 2,81 = 6,65

F_ст= 2 + + + + = 29 + 14,70 + 15,60 + 8,55 + 6,65 = 74,50

Площадь ограждающих поверхностей камеры догорания:

А) Боковые стены:

= 2 ∙ (1,48 + 0,250) ∙ 0,812 = 2,81

В) Передняя и задняя стена:

= 2 ∙ (1,480 + 0,250) ∙ 2,81 = 9,72

Г) Под и потолок:

= 2 ∙ 0,812 ∙ 2,81 = 4,56

= 2 + + = 2,81 + 9,72 + 4,56 = 17,09

Общая площадь ограждающих поверхностей камеры сгорания и камеры догорания:

= + = 74,50 + 17,09 = 91,59

Объем топки:

А) Камера сгорания:

= ∙ b = 14,50 ∙ 2,81 = 40,70

= ∙ b = ∙ 2,81 = 3,94

= 44,64

Эффективная толщина излучающего слоя:

= 3,6 = 3,6 ∙ = 1,75м

Относительное положение максимума температуры в топке

X = = = 0,274

Степень экранирования топки

= = 38,43/91,59 = 0,42

где Нл – величина лучевоспринимающей (радиационной) поверхности нагрева,

Расчёт теплообмена в топке

1.Степень экранирования топки представляет собой отношение полной лучевоспринимающей поверхности топки Н_л к суммарной поверхности стен топки F_ст минус R- площадь зеркала горения, которая определяется по таблице 5.3 [12]

Для слоевых топок определяется по формуле:

,

(43)

Для камерных топок определяется по формуле:

(44)

2. Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры по таблице 7.62[12] или на стр. 60 [15].

3. Для принятой температуры определяется энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки I по I- диаграмме, кДж/кг (кДж/м³)

4. Полезное тепловыделение в топке Qт, кДж/кг (кДж/м³) определяется по формуле:

(45)

где - теплота, вносимая в топку воздухом, определяется по формуле:

= (

(46)

где присос воздуха в топку и систему пылеприготовления, табл. 3.1.и 4.7[15]

I - энтальпия теоретически необходимого горячего воздуха, она определяется по таблице 1 расчёта по его температуре, а tгв – по таблицам 8.6, 8.8, 8.14, 9.30 [4].

5. Определяется теоретическая температура горения ,^оС по значению Q_т, равному энтальпии продуктов сгорания − по I- диаграмме.

6. Эффективная толщина излучающего слоя S,м, определяется по формуле:

(47)

7. Определяется коэффициент ослабления лучей по номограмме рис.5.4 [15]

При сжигании жидкого и газообразного топлив коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трёхатомными газами к_г и частиц сажи к_с и определяется по формуле:

(48)

где r_n – суммарная объёмная доля трёхатомных газов (из таблицы 1 расчёта)

к_г - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами к_г определяется по формуле:

(49)

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

р – давление в топочной камере, принимаемое в котлах без наддува 1атм=0,1МПа,

r_н2о – объёмная доля водяных паров, она определяется по таблице1 расчёта.

Коэффициент ослабления лучей частицами сажи к_с определяется по формуле:

к =

(50)

При сжигании природного газа определяется по формуле:

(51)

8. При сжигании твердого топлива определяется суммарная оптическая толщина среды крS

9. Степень черноты факела а_ф определяется по формулам:

Для твёрдого топлива она равна степени черноты среды, заполняющей топку (а). Эта величина определяется по графику рис. 5.6 [15] или по формуле:

а =1- ,

(52)

Для жидкого и газообразного топлив степень черноты факела определяется по формуле:

,

(53)

где m– коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела, принимается по таблице 5.2 [15]

Таблица 5.2 -Доля топочного объёма, заполненная светящейся частью факела

Вид сжигаемого топлива и удельная нагрузка топочного объёма	Коэффициент m
Газ при сжигании светящимся факелом с q	0,1
То же при q	0,6
Мазут при q	0,55
То же при q	1,0

Примечание к таблице. При удельных нагрузках топочного объёма больше 400 и меньше 100кВт/м³ коэффициент m определяется линейной интерполяцией.

степень черноты светящейся части факела и несветящихся трёхатомных газов, которые определяются по формулам:

(54)

10. Степень черноты топки определяется по формулам:

Для слоевых топок

(55)

Для камерных топок при сжигании твёрдого топлива:

,

(56)

Для камерных топок при сжигании жидкого и газообразного топлив:

(57)

В приведённых формулах:

- соотношение между активной площадью зеркала горения и суммарной лучевоспринимающей поверхностью в топке;

- коэффициент загрязнения, определяется по таблице 5.1 [15]

11. Определяется параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки (x_m) по формулам:

При сжигании газа и мазута М= 0,54-0,2 ,

При камерном сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех топлив:

М= 0,59-0,5 ,

При камерном сжигании малореакционных твёрдых топлив (антрацит и тощий уголь), а также каменных углей с повышенной зольностью (типа Экибастузского): М= 0,56-0,5 , где М ,

- определяется как отношение высоты размещения горелок к общей высоте топки по формуле: ,

где h -расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок, м,

Н - расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до середины выходного окна топки, м,

Для слоевых топок с ПМЗ и топок системы В.В. Померанцева =0; при сжигании топлива в толстом слое =0,14.

Для полуоткрытых топок при сжигании высокореакционных твёрдых топлив, газа и мазута М=0,48; при сжигании АШ и Т М=0,46

12. Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого твёрдого и жидкого топлива или на 1м³ газообразного топлива при нормальных условиях V , кДж/кг×град (кДж/м³×град) определяется по формуле:

(58)

13. Определяется действительная температура газов на выходе из топки (^оС) по номограмме рис.5.7[15] или по формуле:

(59)

- степень черноты;

- коэффициент сохранения тепла определяется по формуле:

,

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с температурой, принятой в пункте 2. Если расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки не превысит , то расчёт считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточнённым значением температуры на выходе из топки, и весь расчёт повторяется.

14. Тепло, переданное в топке излучением , кДж/кг (кДж/м³) определяется по формуле:

Q = ,

(60)

где I - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки определяется по I- диаграмме по , кДж/кг (кДж/м³)

15. Удельные нагрузки колосниковой решетки q , Вт/м² , топочного объема q , Вт/м³ и поверхности нагрева q , Вт/м², определяются по формулам:

= ; qр ; qV=

(61)

Расчёт пароперегревателя

Расчёт пароперегревателя может быть поверочным или конструктивным. Констру­ктивный расчёт выполняется при создании новых паровых котлов в конструкторс­ких бюро заводов-изготовителей. При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего приходится выполнять поверочный расчёт пароперегревателя. Задачей расчета в этом случае является определение температуры продуктов сгора­ния после пароперегревателя. Последовательность расчёта пароперегревателя зави­сит от расположения его в газовом тракте котельного агрегата, способа регулирова­ния температуры перегрева пара и схемы включения регулятора перегрева.

Последовательность расчёта конвективного пароперегревателя

1. Принимается диаметр труб пароперегревателя, , м; относительный, продольный и поперечный шаги труб, , табл. 8.13-8.25 [12].

2. Расположение труб (шахматное или коридорное).

3. Расчётная скорость пара в змеевиках пароперегревателя , м/сек, определяется по формуле:

=

(62)

где - расход пара, кг/с, определяется из марки котла:

- средний удельный объём пара, табл.3.1 [12];

f - площадь живого сечения для прохода пара, м², определяется по формуле:

f= z z ,

(63)

где d - внутренний диаметр труб пароперегревателя, м;

- число параллельно включённых змеевиков, шт. Это число выбирается с целью получения скоростей пара 15-25 м/сек (для надёжного охлаждения трубок пароперегревателя).

4. Количество тепла, воспринятое паром Q кВт, определяется по формуле

Q = D

(64)

где - энтальпия перегретого пара, табл.3.2 [12];

- энтальпия насыщенного пара, табл. 3.1 [12].

- степень сухости пара, составляет 0,97-0,98

r - теплота парообразования табл. 3.1 [12].

5. Тепло, переданное в пароперегревателе на I кг топлива Q , кДж/сек, определяется по формуле:

Q =

(65)

6. Теплота, отданная продуктами сгорания пару Q , определяется по формуле:

Q =

(66)

Из этой формулы определяем энтальпию продуктов сгорания I , кДж/кг (кДж/м ³), за пароперегревателем

I

(67)

7. Температура газов за пароперегревателем , ^оС, определяется по I- диаграмме по ве­личине , кДж/кг (кДж/м ³).

8. Средняя температура дымовых газов , "С, определяется по формуле:

=

(68)

где , температура, определяемая из расчёта топки.

9. Средний секундный расход дымовых газов V_с м³/сек, определяется по фор­муле:

V

(69)

10. Живое сечение для прохода дымовых газов F , м², определяется по формулам:

- при поперечном омывании гладких труб:

F = z

(70)

- при продольном омывании гладких труб:

F = z

(71)

где - ширина газохода, м;

- высота газохода, м;

l- длина трубы, м, равная

d - наружный диаметр, м.

11. Средняя скорость дымовых газов м/с, определяется по формуле:

= ,

(72)

12. Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности нагрева , Вт/м²хК, определяется по номограмме и формулам:

-при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков по рисунку 6.1 [15]

(73)

- при продольном омывании их же

(74)

13. Коэффициент теплоотдачи от поверхности нагрева к пару , Вт/м² К,

определя­ется по формуле:

(75)

где - коэффициент теплоотдачи, определяемый из номограммы, показанной на рис.6.8 [15] по средним значениям скорости, давления и температуры пара в пароперегревателе

14. Коэффициент загрязнения ,

- для пароперегревателей с коридорным и шахматным расположением труб при сжигании жидких топлив, принимается ;

- для пароперегревателей с коридорным расположением труб при сжигании твёрдых топлив, принимается

15. Температуру стенки труб пароперегревателя, принимаемую равной при сжигании твёрдого и жидкого топлива температуре наружного слоя золовых отложений на тру­бах определяют по формуле:

(76)

где t - среднеарифметическое значение температуры пара определяется по формуле:

t =

(77)

Н- поверхность нагрева, м², ей предварительно задаются из характеристик котла, используя таблицы 8.13-8.25 [12]

При сжигании газообразного топлива определяется по формуле:

(78)

16. Эффективная толщина излучающего слоя, S, мм, определяется по формуле:

S= 0,9

(79)

где - S - продольный и поперечный шаги труб в пучке, м. определяется из таблицы пункта 14.

17. Суммарная поглощательная способность газа определяется по формуле:

(80)

где r - общая объёмная доля трёхатомных газов и водяных паров (из таблицы 1 расчёта).

18. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами к определяется по номо­грамме рис.5.4[15]

19. Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формулам:

- для запылённого потока (при сжигании твёрдых топлив) определяется по формуле:

(81)

- для незапылённого потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива) определяется по формуле:

(82)

где - коэффициент теплоотдачи излучением, определяется из номограммы рис.6.4[1]:

с_г - поправка, вводимая при отсутствии золовых частиц в продуктах сгорания:

а - степень черноты продуктов сгорания рис.5.6 [15]

20. Коэффициент использования - (для поперечно омываемых пучков труб конвективных пароперегревателей принимается ).

21. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб пароперегревате­ля, определяется по формуле:

(83)

22. Коэффициент теплопередачи к, определяется по формуле:

К=

(84)

где - коэффициент тепловой эффективности:

-при коридорном расположении труб и сжигании твёрдых топлив определяется из табл. 6.1 [15];

- при сжигании газа принимается

- при сжигании мазута с определяется по таблице 6.2 [15]

23.Средний температурный напор определяется по формуле:

(85)

,

24. Количество теплоты, воспринятое пароперегревателем Q_т, кДж/кг (кДж/м³), опре­деляется по формуле:

Qт =

(86)

25. Невязка определяется по формуле:

(87)

26. Поверхность нагрева 1 погонного метра трубы h, м, определяется по формуле:

h=

(88)

27. Общая длина труб пароперегревателя l, м, определяется по формуле:

,

(89)

28. Длина одного змеевика,определяется по формуле:

(90)

29. Число труб в одном змеевике определяется по формуле:

,

(91)

где в - высота газохода пароперегревателя, м