/
Автор: Пак Г.В.
Теги: тепловые двигатели в целом получение, распределение и использование пара паровые машины паровые котлы теплоэнергетика котельные установки учебное пособие
ISBN: 5-8166-0072-9
Год: 2002
Похожие
Текст
л
пре
щад.ч
что на
“сколько
нем выез/
только деш
Если вам
но качество и
дексу Федералы
лесоустройство. Д
слово за вами.
Наше предложение
1. Создать при Ро
ству из представителей
представителя органов ле
ности лесоустроительных
представителю органа управ
где намечается лесоустройстве*
хоза, которые бы ежегодно рас
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Г.В. Пак
Котельные установки
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.
Тепловой расчет
промышленных котельных агрегатов
Учебное пособие
Рекомендовано Президиумом Совета УМО по образованию в облас-
т । энергетики в качестве учебного пособия для студентов высших учеб-
н х заведений, обучающихся по специальности 100700 «Промышленная
шоэнергетика» и по смежным специальностям энергетического профи-
лл направления 650800 «Теплоэнергетика».
БИБЛИОТЕК»
БРАТСКОГО
ГОС УДА РСТ В Е Ч Н О Г
ТЕХНИЧЕСКОГО
УН и ВЕPC t’п <?тд
Братск 2002
УДК 621.181.04
г :
г.В. Котельные установки промышленных предприятий.
Тепловой расчет промышленных котельных агрегатов: Учебное
пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - Братск: БрГТУ, 2002.- 135 с.
ISBN 5-8166-0072-9
Изложены рекомендации по тепловому расчету котельных
агрегатов малой и средней производительности. Приведены ме~
тодики конструктивных и поверочных расчетов поверхностей
нагрева промышленных котлов. В достаточном объеме представ-
лены нормативные и справочные сведения,необходимые дпя курсо-
вого и дипломного проектирования.
Пособие предназначено для студентов специальности 10 07
'Промышленная теплоэнергетика" всех форм обучения и может
быть полезно для студентов других теплоэнергетических специ-
альностей.
Библиогр. 16 назв. Ил. 33. Табл. 21.
Рецензенты О.Л. Данилов, д-р техн, наук, проф., МЭИ (техн.ун-т),
Ю.В. Видин, зав.каф., проф., чл.-кор. СОАНВШ,
(Красноярский гос. техн, ун-т)
2203060000 - 49
8К9(03) - 2002
Без объявл.
ISBN 5-8166-0072-9
© Братский государственный технический
университет, 2002.
© Пак Г.В., 2002
СОДЕРЖАНИЕ
• < <
Введение.............«................................. 5
1. Общие указания к выполнению курсового проекта.........6
1.1. Задача и тематика курсового проекта ................6
1.2. Задание и исходные данные...........................6
1.3. Содержание и оформление пояснительной записки и гра-
фической части ..........?................................. 7
2. Определение исходных данных для курсового проектиро-
вания 8
2.1. Характеристика топлива............................. 8
2.2. Выбор способа сжигания топлива..................... 9
2.3. Выбор температуры уходящих газов ..................10
2.4. Выбор хвостовых поверхностей нагрева................... 11
»
3. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгора-
ния по газоходам котла ................................... 13
3.1. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания ..... 13
3.2. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газохо-
дам котла ..................................................15
4. Тепловой баланс котла .......................... 17
5. Тепловой расчет топочной камеры.....................22
5.1. Определение конструктивных характеристик топочной ка-
меры 22
5.2. Расчет теплопередачи в топочной камере ....... 26
5.3. Определение радиационных свойств продуктов сгорания.31
5.4. Поверочный и конструктивный расчеты топочной камеры.33
6. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева.......37
6.1. Общие положения по расчету конвективных поверхностей
нагрева 37
6.2. Основные конструктивные характеристики конвективных
поверхностей нагрева............................................37
6.3. Основные уравнения для расчета конвективных поверхно-
стей нагрева....................................................45
6.4. Коэффициент теплопередачи.......................48
6.5. Коэффициенты теплоотдачи конвекцией.............50
6.6. Коэффициенты теплоотдачи излучением ............53
6.7. Расчетные скорости движения потоков ............54
6.8. Расчетные температуры потоков и температурный напор в
поверхностях нагрева........................................55
3
6.9. Расчетная температура стенки поверхности нагрева . 59
б.Ю.Коэффициснты тепловой эффективности, загрязнения и ис-
пользования поверхностей.....................................60
7. Рекомендации по методике теплового расчета конвек-
тивных поверхностей нагрева..................*...............63
7.1. Поверочный расчет фестона и котельного пучка........ 63
7.2. Тепловой расчет пароперегревателя................... 66
7.3. Особенности расчета низкотемпературных (хвостовых) по-
верхностей нагрева ......................................... 76
7.4. Конструктивный расчет трубчатого воздухоподогревателя.78
7.5. Конструктивный расчет водяного экономайзера......... 82
7.6. Сводная таблица и проверка теплового расчета........ 90
Список рекомендуемой литературы.......................... 94
Приложение 1. Теплотехнические характеристики топлив..... 95
Приложение 2. Присосы воздуха в котлоагрегате и системах
пылеприготовления............................................99
Приложение 3. Расчетные характеристики топочных камер.. 101
Приложение 4. Энтальпии продуктов сгорания, воздуха и золы .. 105
Приложение 5. Коэффициент ослабления лучей трехатомными
газами................................................106
Приложение 6. Физические характеристики воздуха и дымо-
вых газов................................................... Ю7
Приложение 7. Физические характеристики воды и водяного
пара......................................................... Ю8
Приложение 8. Термодинамические свойства воды и водяного
пара................................................... 111
Приложение 9. Коэффициент теплоотдачи конвекцией ....... 115
Приложение 10. Коэффициент теплоотдачи излучением...... 123
Приложение 11. Температурный напор в конвективных поверх-
ностях нагрева..............................................124
Приложение 12. Коэффициент теплопередачи чугунных эконо-
майзеров ...................................................126
Приложение 13. Коэффициенты загрязнения при сжигании
твердых топлив ...............................................127
Приложение 14. Условные обозначения .....................128
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития теплоэнергетики преобла-
даюшее количество тепловой энергии, направляемой на цели теп-
лоснабжения и технологические нужды, вырабатывается паровыми
или водогрейными котельными агрегатами. В условиях резкого
роста цен на энергетическое топливо к проектированию и эксплуа-
тации котлоагрегатов предъявляются повышенные требования в
части эффективности и надежности их работы.
В связи с этим дальнейшее развитие источников теплоснабже-
ния предусматривает разработку новых конструкций и модерниза-
цию эксплуатируемых котлов, обеспечение рационального исполь-
зования топливно-энергетических ресурсов на работающих котло-
агрегатах, надежность выработки тепловой энергии и охрану ок-
ружающей среды.
Решение поставленных задач требует соответствующей ква-
лификационной подготовки инженеров теплоэнергетического про-
филя. Этим целям подчинено настоящее учебное пособие. Кроме
этого, одной из мотиваций подготовки этой работы являлось отсут-
ствие в достаточном объеме нормативных и справочных материа-
лов, необходимых для проведения тепловых расчетов и проектиро-
вания котлов.
При подготовке второго издания учебного пособия учтены ре-
комендации [7] для расчета топочных устройств котлов.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности
10.07 "Промышленная теплоэнергетика". С учетом направления
подготовки специалистов, в работе изложены рекомендации по
методике теплового расчета котлов только малой и средней произ-
водительности (D< 75 т/ч).
Основой для подготовки учебного пособия послужили издан-
ные сотрудниками институтов ЦКТИ и ВТИ нормативные методы
«Тепловой расчет котельных агрегатов» (2-е издание) и «Тепловой
расчет котлов» (3-е издание).
5
1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЬШОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
1.1. Задача и тематика курсового проекта
Целью курсового проекта "Тепловой расчет промышленных
котельных агрегатов” является закрепление приобретенных знаний
по дисциплине "Котельные установки промышленных предпри-
ятий" и приобретение практических навыков выполнения тепловых
расчетов и проектирования промышленных котлов.
Тематика курсовых проектов посвящена реконструкции ко-
тельных агрегатов паропроизводительностью D<75 т/ч с целью
перевода их из класса водогрейных в паровые или при переходе
работы котла с одного вида топлива на другое.
В курсовом проекте проводятся как поверочные, так и конст-
руктивные расчеты основных элементов котлоагрегата. В качестве
варианта могут, например, выполняться поверочные расчеты топки
и котельных пучков и конструктивные расчеты пароперегревателя,
водяного экономайзера и воздухоподогревателя.
Выполнение курсового проекта осуществляется по индивиду-
альному заданию в соответствии с нормативными материалами [1]
и рекомендациями, приведенными в [2-11], и требует от студента
достаточного объема теоретических знаний и способности само-
стоятельного решения практических задач теплоэнергетического
характера.
1.2. Задание и исходные данные
Задание на курсовой проект является индивидуальным и вы-
дается руководителем проекта на отдельном листе, содержащем,
кроме перечисленных ниже исходных данных, цель реконструкции
котла, чертежи в случае выполнения поверочных расчетов, сроки
промежуточного контроля, представления и защиты курсового
проекта. Лист с заданием на курсовой проект включается в поясни-
тельную записку.
Задание на курсовой проект содержит следующие исходные
данные и материалы:
1. Тип котлоагрегата.
2. Месторождение, марка и класс топлива.
3. Производительность котла D, кг/с.
4. Абсолютное давление перегретого пара Р, МПа.
6
5. Температура перегретого пара tne, °C.
6. Температура питательной воды tn в, °C.
7. Температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя
8. Температура холодного воздуха tx в, °C.
9. Процент непрерывной продувки р, %.
1.3. Содержание и оформление
пояснительной записки и графической части
Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графи-
ческой части.
Расчетно-пояснительная записка содержит описание котель-
ного агрегата, обоснование принятых технических решений, мето-
дику и результаты выполненных расчетов и заключение по выпол-
ненному проекту.
Пояснительная записка наряду с традиционными разделами
’'Введение", "Содержание", "Использованная литература" включает:
1. Описание котельного агрегата до реконструкции, цель ре-
конструкции и пути ее реализации.
2. Краткую характеристику топлива.
3. Обоснование выбора способа сжигания топлива, описание и
принцип работы топки.
4. Выбор, принцип работы и эскиз топливосжигающего уст-
ройства.
5. Обоснование выбора температур уходящих газов и подогре-
ва воздуха.
6. Обоснование выбора хвостовых поверхностей нагрева (воз-
душного экономайзера и воздухоподогревателя).
7. Описание и эскиз схемы циркуляции котла.
8. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания
по газоходам котлоагрегата.
9. Тепловой баланс котла, определение его КПД и расчетного
расхода топлива.
10. Определение конструктивных характеристик (при выпол-
нении поверочного расчета) или разработку конструкции (при вы-
полнении конструктивного расчета) топки.
11. Тепловой расчет топки котла.
12. Тепловой расчет фестона.
7
13. Тепловой расчет пароперегревателя.
14. Тепловой расчет конвективных испарительных поверхно-
стей (котельного пучка).
15. Тепловой расчет водяного экономайзера.
16. Тепловой расчет воздухоподогревателя.
17. Сводную таблицу теплового расчета.
18. Заключение.
Материал, приведенный в пунктах 12-16 пояснительной за-
писки, рекомендуется излагать в такой последовательности: в пер-
вой части приводится назначение поверхности нагрева, ее распо-
ложение в тепловой схеме котла, описание конструкции, эскиз и
определение конструктивных характеристик, представляемых в
виде таблицы; во второй части выполняется тепловой расчет по-
верхности нагрева, результаты которого оформляются в виде таб-
лицы 3.1.
Пояснительная записка и размещаемые в ней рисунки и таб-
лицы выполняются на листах формата А4. Оформление текста,
рисунков, таблиц и списка использованной литературы проводится
в соответствии с требованиями ЕСКД ГОСТ 2.105-79 " Общие тре-
бования к текстовым документам ".
Расчеты, приведенные в записке, выполняются в международ-
ной системе единиц (СИ). Условное обозначение параметров
должно соответствовать обозначениям, предложенным в приложе-
нии 14.
Графическая часть проекта выполняется на трех листах фор-
мата А1 и включает продольный и поперечный разрезы котла, план
котла и элементы (узлы, детали или топливосжигающее устройст-
во) котла.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
2.1. Характеристика топлива
В соответствии с заданным месторождением и маркой топлива
по приложению I выбираются его характеристики: элементарный
состав рабочей массы топлива, низшая теплота сгорания топлива
QP, кДж/кг, для твердого или жидкого топлива и кДж/м2 3 для газо-
образного топлива.
8
4
Определяются также значения приведенной влажности
\Vn - Wp/Qp , (% кг)/МДж, и приведенной зольности Ап = Ap/Qp ,
(% кг)/МДж.
По данным [1,3] выбираются выход летучих на горючую мас-
су и температуры плавкости золы, °C: начала деформации tb нача-
ла размягчения t2 и начала жидкоплавного состояния t3.
2.2. Выбор способа сжигания топлива
Выбор способа сжигания производится в зависимости от вида
топлива, физико-химических характеристик топлива и золы, про-
изводительности котла и его конструктивных особенностей. При
сжигании твердого топлива (угля) выбор способа сжигания осуще-
ствляется по рекомендациям, приведенным в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Способы сжигания
и конструктивные особенности топки при сжигании угля
Производитель- ность котла D, т/ч Тип топки
<4,0 Слоевая топка, механический или пневмати- ческий забрасыватели, неподвижная решетка с поворотными колосниками
6,5 - 25,0 Слоевая топка, пневмомеханический забрасы- ватель, цепная решетка прямого или обратно- го хода
>50 Факельная топка
С целью снижения вредных выбросов в атмосферу, а также
Для сжигания низкосортных углей могут быть использованы топки
с кипящим слоем.
При сжигании жидкого или газообразного топлива использу-
ются преимущественно факельные топки.
Для сжигания древесных отходов, характеризующихся, как
правило, высокой влажностью (Wp>50%), рекомендуются при
производительности котла D< 10 т/ч шахтные топки с неподвиж-
ной наклонной колосниковой решеткой, а при D>10 т/ч - комбини-
рованные шахтно-цепные топки с предтопком.
9
2.3. Выбор температуры уходящих газов
Температура уходящих газов является одним из основных
факторов, определяющих экономичность работы котлоагрегата.
Так, снижение температуры уходящих газов на 12-16 °C повышают
КПД котла на 1% [8]. В целом потери теплоты с уходящими газами
являются наибольшими среди потерь в тепловом балансе котла и
составляют обычно 5-12%.
Выбор оптимальной температуры уходящих газов произво-
дится на основе технико-экономического анализа. Это связано с
тем, что снижение температуры уходящих газов, с одной стороны,
приводит к повышению КПД котла, а с другой - к необходимости
увеличения площади конвективных поверхностей и затрат на тягу
и дутье. Кроме этого, минимальная температура уходящих газов
ограничивается условиями низкотемпературной коррозии конце-
вых поверхностей нагрева. Выбор температуры уходящих газов
осуществляется также с учетом стоимости топлива, его влажности,
значений температуры питательной воды и давления пара.
Ориентировочные значения температур уходящих газов при-
ведены в табл. 2.2 и 2.3.
Таблица 2.2
Рекомендуемые температуры уходящих газов
при сжигании твердых топлив, &у г, °C [2]
Топливо, приве- денная влажность W ",(% кг)/МДж Давление пара Р, МПа, температура питательной воды в, ®С
Р<1,МПа, tn =100 °C Р=4 ч- 6, МПа, t,,B=150°C Р=3-И8, МПа, tn =215-230 °C
Сухое, W" <0,7 Влажное, Wn=l-5 120-130 140-150 110-120 120-130 120-130 140-150 “1—
Сильно влажное, Wn>5 160-170 140-150 160-170
10
Таблица 2.3
Рекомендуемые температуры уходящих газов
при сжигании жидкого и газообразного топлива, 3 уг9 °C [2]
Топливо Температура уходящих газов S у п °C
'^азут: ‘ малосернистый, Sp <0,5% 130-120
сернистый, Sp=0,5-2,0% 130-140
высокосернистый, Sp>2,0% 150-160
Природный газ 120-130
.4
2.4. Выбор хвостовых поверхностей нагрева
Выбор хвостовых поверхностей нагрева предполагает реше-
ние вопросов о целесообразности установки на рассматриваемом
котлоагрегате водяного экономайзера и воздухоподогревателя, а
также определения их компоновки.
Для котлов низкого давления со слоевой топкой в качестве ду-
тья используется воздух с температурой 25 °C, что исключает не-
обходимость установки воздухоподогревателя. В указанных котлах
устанавливают обычно экономайзер, выполненный из чугунных
ребристых труб. В котлах производительностью D<25 т/ч, имею-
щих развитые поверхности, ограничиваются установкой лишь во-
дяного экономайзера.
В котлах среднего и высокого давления устанавливают как
водяной экономайзер, так и воздухоподогреватель. При этом
используются обычно трубчатые стальные воздухоподогреватели и
змеевиковые стальные водяные экономайзеры.
При температурах подогрева воздуха ниже 250 °C, как прави-
ло, используется одноступенчатая схема компоновки экономайзе-
ра. В этом случае первым по ходу газов располагается водяной
экономайзер, а затем воздухоподогреватель. Установка воздухопо-
догревателя до водяного экономайзера при одноступенчатой схеме
компоновки практикуется только в котлах низкого давления при
Мигании влажных топлив и при отсутствии подогрева воздуха до
в°здухоподогревателя. При сжигании твердого пылевидного топ-
Лива_в факельных топках необходим подогрев воздуха до темпера-
более 250 °C, что требует организации двухступенчатой ком-
11
поновки водяного экономайзера и воздухоподогревателя. При этом
воздухоподогреватель устанавливают в рассечку с водяным эконо-
майзером.
В целом уровень температуры подогрева воздуха в воздухопо-
догревателе определяется характеристиками топлива и способом
его сжигания. Рекомендуемые температуры подогрева воздуха
приведены в табл. 2.4.
Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель выби-
рается из условий предотвращения сернокислотной коррозии и
образования на поверхностях нагрева липких загрязнений. Нагрев
до 70 °C воздуха, поступаемого в воздухоподогреватель, может
осуществляться за счет рециркуляции части газов на всас дутьево-
го вентилятора, а при нагреве воздуха, требующем более высоких
значений температур, используются внешние теплообменные уст-
ройства. Рекомендуемые значения температур воздуха на входе в
воздухоподогреватель представлены в табл. 2.5.
Таблица 2.4
Рекомендуемые температуры подогрева воздуха
Характеристика топочного устройства Характеристика топлива t °C 1г.в>
1. Слоевые топки Бурые и каменные угли 200-250
2. Топки с твердым уда- лением шлаков и замкну- той системой сушки топлива: горячим воздухом смесью воздуха с топочными газами Каменные и тощие угли при выходе летучих, Vr <25% Каменные угли и сланцы при Vr >25% Бурый уголь и фрезерный торф Бурый уголь и фрезерный торф 300-350 250-300 350-400 300-400
3. Топки с жидким шла- коудалением при сушке топлива воздухом Антрацит, полуантрацит Тощий и каменные угли Бурый уголь 380-400 350-400 380-400
4. Открытые камерные топки Мазут, природный газ 250-300
Для сильновлажных бурых углей с W р > 50% и торфа рекомендует-
ся trB=400°C.
Таблица 2.5
Температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель
Топливо t ' °C
^Твердое топливо: сухое, Wn <0,7; Sp < 2% 20-30
влажное, Wn=l-r5; Sp=2-r3% 45-55
сильно влажное, Wn>5; Sp>3% 60-70
Мазут: малосернистый, Sp <0,5% 20-30
сернистый, Sp =0,5 4- 2,0% 50-70
высокосернистый, Sp>2,0% 70-100
Природный газ 20-30
3. РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ И ЭНТАЛЬПИЙ ВОЗДУХА
И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПО ГАЗОХОДАМ КОТЛА
3.1. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
Теоретическое количество сухого воздуха V0 и объема про-
дуктов сгорания Vrc>2 , V^2, V^o, образующихся при полном сго-
рании топлива при коэффициенте избытка воздуха а=1, определя-
ются по табличным данным [1,3] или по формулам:
- теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания при
сжигании твердого и жидкого топлива, м3/кг:
V ° = 0,0899 • (ср + 0,375 • Spp+k)+ 0,265 • Нр - 0,0333 • Ор; (3.1)
V°, = 0,79 • V0 + 0,8 • (Np/100); (3.2)
Vro2
Ср+0,375-Sp
= 1,866----------;
100
V°jO =0,111 Н₽ +0,0124-Wp +O.O161-V0;
(3-4)
- теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания при
сЖигании газообразного топлива, м3/м3:
V ° =0,0476 ^5 CO + 0,5 H2+l,5 H2S+Z(m + n/4) CmHn -О2] ; (3.5)
13
V°2 =0,79-V°+(N2/100); (3.6)
VR02 =0,01-[CO2+CO+H2S + £mCmHn]; (3.7)
Vh2o =0,01fi2S + H2+^(n/2)CroHn + 0,124-drTJ1]+0,0161-V°. (3.8)
Влагосодержание газообразного топлива в уравнении (3.8)
принимается равным drTn = 10г/м3 [1]. Теоретический объем обра-
зующихся дымовых газов Vr° составляет
Ч" - v;, + v,Oi + v;,0. (3.9)
Результаты расчета теоретических объемов продуктов сгора-
ния и воздуха сводятся в форму таблицы 3.1.
Форма таблицы 3.1
№ Определяемая величина Обозна- чение Размер- ность Формула (ссылка на источник) и расчет Результат
1 2 3 4 5 6
Действительные объемы продуктов сгорания по отдельным
газоходам котла определяются с учетом рекомендуемых значений
коэффициента избытка воздуха в конце топки (приложение 3) и
соответствующих нормативных присосов Да (приложение 2).
/ VH2O=V“2O+0,0161(acp-l)V°; (3.10)
Ч = VR02 + V°2 + VH20 + (acp - 1)V°; (3.11)
t а" = а' + Да, (3.12)
где а' и a" - коэффициенты избытка воздуха в дымовых газах на
входе и выходе из поверхности нагрева; аср - среднее значение
коэффициента избытка.
Объемные доли трехатомных газов rR02, гн^0, их сумма гп,
масса дымовых газов при сжигании твердого и жидкого топлива
Gr, кг/кг, и безразмерная концентрация золы в дымовых газах pj
рассчитываются по зависимостям:
гко2 = Vr02 / Vr; гн2о ~ Vh2o \ > (3.13)
14
Гп ~ ГКО2 + ГН20 ’
(3-14)
где Дун - доля золы, уносимой газами, в долях от единицы (прило-
жение 3).
Результаты расчета сводятся в табл. 3.2, в которой последова-
тельно приводятся значения: Да, а', а" , аср, VH;0, Vr, rR02, rHjO ,
гп, Gr. Мзл- Последние две величины включаются в таблицу только
при сжигании твердого топлива. Форма таблицы 3.2 приведена в
качестве примера. Действительная форма табл. 3.2 и 3.3 определя-
ется наличием тех или иных элементов котла и последовательно-
стью их расположения по ходу газов.
• •
Форма таблицы 3.2
Объемы продуктов сгорания, объемные доли
трехатомных газов, концентрация золовых частиц
Опре- деля- емая вели- чина Обоз- наче- ние Раз- мер- ность Формула (ссылка на источник) и расчет Топка СП, фестон (Ф) Паро- пере- грева- тель (ПЕ) Ко- тель- ный пучок (КП) Водя- ной эконо- майзер (ЭК) Возду- хопере- грева- тель (ВП)
Г] 7 «а/ 3 4 5 6 7 8 9 10
3.2. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания по га-
зоходам котла
Энтальпия продуктов сгорания 1 кг твердого и жидкого топ-
ЛИва> кДж/кг, или 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3, определяется
Как сумма энтальпий газообразных продуктов сгорания, избыточ-
Ног° воздуха и золы. Расчет энтальпии продуктов сгорания прово-
зе я на выходе из каждой рассматриваемой поверхности нагрева
пРи соответствующем значении а" по уравнениям (3.17-3.20):
15
____________________-/0
[2~нг = н°г +н; • («"-QTh^T? (3.17)
н: =VRO1 .«o2 +V°2 .«2 + V°20 . (<2O ; (3.18)
H°B=VB°.(cS)o; (3.19)
Нэл = аун(А₽/100)(с1)зя, (3.20)
(сЗ) - энтальпия 1 м3 трехатомных газов, азота, водяных
где Hr - энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг(кДж/м3); Н° и Н° -
энтальпии теоретических объемов продуктов сгорания и воздуха,
кДж/кг, (кДж/м3); - энтальпия золы, кДж/кг; (cS)ro2 ’ (cS)n2 ’
(с
паров и воздуха, кДж/м3; (ct)„ - энтальпия 1 кг золы, кДж/кг.
Значения энтальпий газов воздуха и золы приведены в прило-
жении 4. Значением Нзл в уравнении (3.17) рекомендуется пренеб-
речь при выполнении условия
*ун • (А р/Q Е )< ИЗ (% кг)/МДж.
Расчет энтальпий продуктов сгорания и воздуха по газоходам
котла производится с интервалом 100 С в следующих диапазонах
температур: для топки и фестона 800-*^2200 °C, пароперегревателя
600- 1100 °C, котельных пучков 300-800 °C, хвостовых поверхно-
стей (экономайзера и воздухоперегревателя) в зависимости от их
расположения по ходу газов: для первой поверхности 200-700 С
и второй 100-300 °C. Результаты расчета сводятся в форму
табл. 3.3.
Данные табл. 3.3 используются при последующих тепловых
расчетах элементов котла. Искомые значения энтальпии или тем-
ператур за поверхностью нагрева определяются по данным табл.
3.3 путем линейной интерполяции. По табличным данным для ка-
ждого элемента котла строится также график H=f( 3 ).
16
Форма таблицы 3.3
Энтальпия продуктов сгорания по газоходам котла
Темпера- тура продуктов сгорания за повер- хностью нагрева 9, °C Эн- тальпия воздуха н:, кДж/кг (кДж/м3) Энталь- пия газов в;., кДж/кг (кДж/.м3) Энталь- пия золы Нзл, кДж/кг Энтальпия продуктов сгорания за поверхностью нагрева Нг, кДж/кг (кДж/м3)
За топкой, фесто- ном За паро- пере- 1ревате- лем За ко- тель- ным пучком За эконо- майзе- ром За воз- духопо- догре- вателем
1 2 3 4 5 6 7 8 9
100
200
300
1
2200
4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА
Целью составления теплового баланса котлоагрегата является
определение коэффициента полезного действия котла, расхода
топлива и тепловых потерь по статьям расхода.^Уравнение тепло-
вого баланса, устанавливающее равенство между приходом и рас-
ходом тепла, составляется для установившегося теплового режима
работы котла и относится к 1 кг твердого и жидкого топлива или
1 м3 газообразного топлива
ox.ni
пол - полезно
М.Н5 Qh О> Q(J) ш>
где Qp располагаемая теплота, кДж/кг (кДж/м3); Q
использованная теплота, кДж/кг (кДж/м3); Qyr, QXH, Q
Qokh - потери теплоты с уходящими газами, от химической и меха-
нической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, с физи-
Ческ°й теплотой удаляемого шлака и с водой, охлаждающей пане-
и балки, не включенных в циркуляционный контур котла,
«Д’Аг (кДж/„>).
В общем виде располагаемая
ДЛя твердого и жидкого топлива
еделяется:
БИБЛИОТЕКА i
БРАТСКОГО
государства ч н qiy
ТЕХНИЧЕСКОГО
УН ИВЕРСА к'ТА
теплота
X
Q’ = 9!; + 9фТ+9ВвН+Рпф-Рк;
для газообразного топлива
Qp = Qh + Q*t+Q..H,
(4-3)
ввн - теплота, внесенная воздухом, по
где Q„ - низшая теплота сгорания рабочей массы твердого или
жидкого топлива, кДж/кг; Q„ - низшая теплота сгорания сухой
массы газообразного топлива, кДж/м ; РфТ - физическое тепло топ-
лива, кДж/кг (кДж/м3); Q
догретым вне котельного агрегата, кДж/кг (кДж/м}); Qn(j>- теплота,
внесенная паром, расходуемым на распиливание мазута, кДж/кг;
QK - расход теплоты на разложение карбонатов, кДж/кг.
Физическое тепло топлива (2фт учитывается при наличии
предварительного подогрева мазута для обеспечения требуемой
его текучести или сушки высоковлажных твердых топлив перед
топкой котла:
ТЛ ^ТЛ Йлэ (4.4)
где tra - температура топлива, °C; стл - теплоемкость топлива.
кДж/(кгК).
Теплоемкость мазута
стл = 1,74 + 0,0025 Ля.
Л*
Теплоемкость твердых топлив:
стл =0,042 Wp+c™
(4.6)
где сст - теплоемкость сухой массы топлива, кДж/(кгК) (приложе-
ние 4).
Расчет количества теплоты QBBH, поступающего с воздухом,
подогретым вне котла (до воздухоподогревателя) внешним тепло-
источником, проводится по уравнению
Qb.BH ~ (^Т ~ ~ ) * (НВП ^хв)’ (4-7)
где ат - коэффициент избытка
воздуха в топке, соответствующий
составу газов в конце топки, принимается в зависимости от типа
топки и вида топлива по таблицам приложения 3; Дат, Дапь,
Дссвп - присосы воздуха в топке, в системе пылеприготовления и в
воздухоподогревателе (приложение 2); Нвл, Н°в - энтальпии воз-
18
духа на входе в воздухоподогреватель и холодного воздуха, кДж/кг
(кДж/м3).
Температура холодного воздуха при отсутствии специальных
указаний принимается равной tx в=30 °C. Остальные составляющие
уравнения (4.7) определяются из приложений 2, 4.
При сжигании жидкого топлива и использовании при этом
форсунок с распиливающей средой необходимо учитывать тепло
Qr внесенное паром:
Рпф = Опф (Ьпф - 2400). 4.8)
Значение энтальпии пара ЬПф определяется его параметрами, а
удельный расход пара Опф, направляемого на форсунки, составляет
0,3 -г 0,5 кг/кг мазута.
Потери теплоты на разложение карбонатов QK учитываются
лишь при сжигании сланцев
QK = 40,0 k (СО2);> (4.9)
где к при слоевом сжигании равно 0,7, при камерном - 1,0; (С О,)
- содержание диоксида углерода в карбонатах в рабочей массе,%.
Уравнение теплового баланса (4.1) может быть выражено в
процентах посредством умножения его левой и правой частей на
множитель
100 % • кг
Q₽’ кДж :
100 = qi + q2+ Чз +14+ 45 + q6,
гДе q6 = [(Q<t>ul+ QoxnV Q₽ ] 100%.
(4.Ю)
Коэффициент полезного действия (брутто) т|, %, определяется
из уравнения обратного теплового баланса:
г|к= 1(Ю<ч2+43+44 + 45+Чб) = 100- £q. (4.11)
Потери теплоты с уходящими газами 42, %, рассчитываются
по зависимости
Гн
,r-ayrH°xg)(100-q4)
Температура уходящих газов выбирается с учетом рекоменда-
ции, изложенных в разделе 2.3. Значения Нуг и ауг для сечения
х°Да после последней поверхности нагрева определяются по
ц\\С
19
табл. 3.2 и 3.3. Потери с уходящими газами являются наибольшими
по сравнению с другими статьями тепловых потерь и составляют
обычно 5-12%.
Потери теплоты с химическим недожогом топлива q3, %, обу-
словлены неполным протеканием химических реакций горения и
появлением вследствие этого в дымовых газах продуктов неполно-
го горения СО, Н2 или СН4. Указанные потери зависят от вида топ-
лива, способа его сжигания, совершенства топливосжигающих
устройств, коэффициента избытка воздуха и уровня температур в
топке. Значения q3 выбираются из приложения 3 и составляют
обычно 0-2%. Потери теплоты с механическим недожогом топлива
q4, %, имеют место только при сжигании твердых топлив и обу-
словлены наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц.
Последние удаляются из топки со шлаком и уносом вместе с
газообразными продуктами сгорания. В слоевых топках, кроме
этого, учитывается также провал части топлива через отверстия
колосниковой решетки. При слоевом сжигании топлива основную
долю в q4 составляют потери теплоты со шлаком и провалом, а при
факельном сжигании - потери с уносом. В общем случае потери
теплоты от механического недожога рассчитываются по зависимо-
сти
шд+пр
юо-г111Д+пр
Яук Гун
100-гун
• Ар•32650 • (Qp)1,
(4.13)
где дшл+(ф, #ун - доли золы топлива в шлаке, провале и уносе; Гщ^пр,
Гун - содержание горючих в шлаке, провале и уносе, %; 32650 -
условная теплота сгорания углерода, кДж/кг.
Тепловые потери q4 являются вторыми по величине среди ста-
тей потерь теплоты и могут для промышленных котлов достигать
12%. Их величина зависит от характеристик топлива, способа сжи-
гания, конструкции топки и наличия возврата уноса. Значения q4
выбираются по данным приложений 2 и 3.
Потери теплоты от наружного охлаждения q5 обусловлены
превышением температуры наружных поверхностей котла над
температурой окружающего воздуха и вследствие этого возникно-
вением процесса переноса теплоты. Величина потерь qs зависит от
конструкции и теплопроводности обмуровки котла и выбирается в
зависимости от его паропроизводительности по данным табл. 4.1.
20
Таблица 4.1
Потери теплоты от наружного охлаждения парового котла
""Паропроизводи- тельность, D, т/ч (кг/с) Потери теплоты q5, %
Котел без хвостовых поверхностей Котел с хвостовыми поверхностями
22^56, 3,4 3,8
4(1,И) 2,1 •2,9 <,
6(1,67) 1,6 2,4 <
8(2,22) 1,2 2,0
10 (2,78) •в 1,7
14 (3,88) — 1,5
18(5,00) * 1,4
20 (5,56) в 1,3
40(11,11) • 1,0
60 (16,67) 0,9
80 (22,22) м» 0,8
100 (27,78) * 0,7
• 200 (55,56) 0,6
300 (83,33) — 0,5
500(138,89) - 0,4
Тепловые потери q6 представляют сумму теплопотерь с физи-
ческим теплом удаляемого из котла шлака Цбю и с водой, сбрасы-
ваемой в канализацию после охлаждения отдельных конструктив-
ных элементов слоевых топок (балки, панели и др.) :
Чб Чбшл Чбохлэ
(4.14)
Чбшл = Ящл а р (сОзл/ Qр; (4.15)
qooxu = (116,6 Howl/QKa) 100, (4.16)
где Нохл - площадь лучевоспринимающей поверхности охлаждае-
мых деталей, обращенных в топку, м2; 116,6 - плотность теплового
у°тока на охлаждаемые поверхности, кВт/м2; QKa - мощность котла
Полное количество полезно отданного в котле тепла), кВт, опреде-
ляемое по уравнению (4.18).
Расчет теплопотерь q6oxjl не производится, если система охла-
^еНия балок и панелей включена в систему циркуляции котлоаг-
21
вт.п
-Ь'втп), (4.18)
- расход пара через вторичный пере-
hHn - энтальпии перегретого и насыщенного
кв - энтальпии питательной воды и котловой
Определив по уравнениям (4.12)-(4.16) тепловые потери, рас-
считывают по зависимости (4.11) коэффициент полезного действия
котла т]к брутто.
Расход топлива В, кг/с, (м3/с), определяется по уравнению
B = [QKa/(Q^x)] 100. (4.17)
Полное полезно отданное в котле тепло Q^, кВт, в общем виде
выражается зависимостью
Q^DCVbn вЭ+ЦфОк B-hn J+DjK^-h,, ,)+D
где D, DHn - количества вырабатываемого перегретого и насыщен-
ного пара, кг/с; D„p=D р/100 - расход воды на продувку, кг/с, здес^
р - процент продувки, %; D
греватель, кг/с; Ьпп,
пара, кДж/кг; hnB, 1
воды (при температуре насыщения, соответствующей давлению в
барабане), кДж/кг; h’BTn, h”BTn - энтальпии пара на входе и выходе из
вторичного перегревателя, кДж/кг. й
При сжигании твердого топлива для определения суммарных
объемов продуктов сгорания и количеств переданного поверхно-
стям нагрева тепла в последующих тепловых расчетах пользуются
расчетным расходом топлива Вр, учитывающим механическую
неполноту сгорания топлива:
Вр = В ’ [l-(q4/100)]. (4.19)
Результаты расчета представляются в виде таблицы, форма
которой аналогична табл.3.1. В таблице последовательно приво-
дятся: Qp, »уг, Ц,
А1ВТ п>
х в ’ Я2> Яз> Я-Ь Я5> Ябз Лкз 1^пез ^п.вз 1^к.вз пз
нп> *^втпз Qxas И ^р*
г?
s. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ
5.1. Определение конструктивных характеристик
топочной камеры
тг Г
К конструктивным характеристикам топки относятся ооъем
топки VT, м3, площадь поверхности стен F,
принимающих поверхностей нагрева Нл, м2, площадь зеркала горе-
ния R, м2, эффективная толщина излучающего слоя S, м, степень
м2, площадь лучевое-
экранирования топки % = соотношение р = R/FCT и конструк-
тивные параметры экранных поверхностей.
В котлах с естественной циркуляцией экраны выполняют из
труб с наружным диаметром 50-60 мм с толщиной стенки
4-6 мм. Относительный шаг для гладкотрубных экранов составляет
Sj/d= 1,06, а для мембранных s1/d=l+//d, где I - размер проставки,
равный 14, 16 и 20 мм.
Для определения геометрических характеристик топки со-
ставляется эскиз. При выполнении поверочного расчета эскиз вы-
полняется по имеющимся чертежам котла, а при конструктивном
расчете выполняется предварительный эскиз, соответствующий
топке типового котла, характеристики которого приближены к
проектируемому котлу. .
Объем топочной камеры ограничивается (рис. 5.1):
- в верхней части топки осевой плоскостью труб потолочного
экрана или при его отсутствии сводом топки, а также плоскостью,
проходящей через оси первого ряда труб фестона или конвектив-
ной поверхности нагрева;
- в средней части топки осевой плоскостью экранных труб, а
при их отсутствии внутренней поверхностью стен;
- в нижней части топки подом при сжигании жидкого или га-
зообразного топлива; при наличии холодной воронки горизонталь-
ной плоскостью, проходящей через середину ее высоты; в слоевых
топках с механическими забрасывателями плоскостью решетки и
вертикальной плоскостью, проходящей через концы колосников
или скребки шлакоснимателя; в слоевых топках с цепными меха-
ническими решетками плоскостью поверхности слоя топлива
(средняя высота слоя топлива принимается для каменных углей
150-200 мм, бурых углей 300 мм, древесной щепы 500 мм).
Объем топок с ширмовыми поверхностями нагрева определя-
ется с учетом их расположения в верхней части топки. Если шир-
мы занимают все поперечное сечение верхней части топки (рис.
5.2; поз. 1.2) или часть по перечного сечения топки в районе выход-
с окна (рис. 5.2; поз.З), то занимаемый ими объем исключается
113 ооъема топки. При ином расположении ширмовых поверхностей
нагрева (рис. 5.2; поз.4-6) межширмовые объемы включаются в
°бъем топочной камеры.
Для определения объема топки и площади поверхности целе-
Со°бразно эскиз топки разбить на элементарные геометрические
23
фигуры, учитывая при этом, что ширина топки котла по высоте,
как правило, не изменяется.
Полная поверхность стен FCT равна сумме площадей поверхно-
стей, ограничивающих объем топочной камеры. Площадь поверх-
ности двухсветных экранов и ширм определяется как удвоенное
произведение расстояния между осями крайних труб экранов на
освещенную длину труб. При наличии ширм, включенных в объем
топки, общая площадь поверхности стен определяется как сумма
площадей поверхности свободного объема топки FCB6, поверхно-
стей ширм Рш и стен, прилегающих к ширмам Fnp, с учетом их не-
полного освещения [1].
Дучевоспринимающая поверхность нагрева Нл, м2, настенных
экранов определяется как площадь непрерывной плоскости, экви-
валентной по тепловосприятию экрану из незагрязненных труб.
HJ1 = SFfuI х, (5.1)
где х-угловой коэффициент, определяемый по рис. 5.3.
Для ошипованных и плавниковых экранов, а также для плос-
кости, проходящей через первый ряд труб поверхностей нагрева,
расположенных в выходном окне топки, угловой коэффициент;
принимается равным 1; Fnjl = b * I - площадь стены, занятая экраном,
здесь b - расстояние между осями крайних труб экрана, м; I - осве-
щенная длина экранных труб, м (рис. 5.1).
Поверхности стен, на которых отсутствуют экраны, и площа^
ди горелок и сопел исключаются при расчете Fn;i. При наличии
ширм, включенных в объем топки, лучевоспринимающая поверх-
ность рассчитывается по рекомендациям [1].
Эффективная толщина излучающего слоя s, м, в топке опреде-
ляется по формуле
s = 3,6 (VT/FCT). (5.2)
Рис. 5.1. Определение активного объема топки и освещенной длины
экранных труб
24
б
Рш
заполненный ширмами
Рис. 5.2. Определение активного объема топки с ишрмовыми
поверхностями нагрева
о
о
Рис- 5.3. Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана.
1 - с учетом излучения обмуровки при е >l,4d;
2 - то же при e-0,8d; S
3 - то же при e=0,5d;
4 - то же при е-0;
5 - без учета излучения обмуровки при е > 0,5d.
25
При наличии ширм в топочном объеме значение s вычисляет
ся по уравнению .
Площадь зеркала горения слоя топлива или активная площадь
колосниковой решетки R, м2, определяется как произведение ши-
рины решетки на ее активную длину. I
Основные конструктивные характеристики топки d, 8, s1? VJ
FCT, ZF™, x, Нл, %, s, для слоевых топок - R, р вносятся в таблицу
форма которой соответствует табл. 3.1. I
5.2. Расчет теплопередачи е топочной камере
Топочная камера предназначена для организации эффективно-
го процесса горения топлива и передачи тепла излучением от про-|
дуктов сгорания к расположенным в ней поверхностям нагрева. I
Тепловой расчет топочной камеры проводится в соответствии
с нормативным методом теплового расчета котлов, разработанным
институтами ЦКТИ и ВТИ и основанным на использовании теория
подобия и законов лучистого теплообмена к топочным процессам!
Тепловой расчет топки предполагает составление двух уравнении
теплового баланса и теплопередачи. Первое определяет количеств
воспринятой теплоты в топке Q,, кДж/кг (кДж/м3), как разницу!
между полезным тепловыделением в топочной камере QT и энталь!
пией дымовых газов на выходе из топки Н"т. fl
Q„ = <p(QT-H^, (5.4|
где (р - коэффициент сохранения теплоты., определяемый по урав!
нению I
nK+q5
Полезное тепловыделение в топке QT, кДж/кг (кДж/м3), ра«
считывается по уравнению В
QT = QP 100~Яз ~44 -Чб +QB +QBBH +гНготб , (5 «
н 100-q4 I
где Q„ - тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/кг (кДж/м3); rHrt,rf 1
тепло рециркулирующих газов, учитываемое только при наличии
возврата в топку части газов из газоходов котла, кДж/кг (кДж/^И
Л
здесь г - степень рециркуляции, Нгот6 - энтальпия рециркулируемых
газов; пояснения к остальным членам уравнения приведены в раз-
деле 4. V
Qb = (®т — ДСЦ- - Д®Ч1Л )' -^ВП (Аат + Д®пл)" -^Х.В ’ (5-7)
где Н°п и Н°в - энтальпии теоретически необходимого количества
воздуха при температурах за воздухоподогревателем и холодного
воздуха, кДж/кг (кДж/м3), определяемые из табл. 3.3; остальные
члены уравнения приведены в разделах 3,4.
Уравнение теплообмена в топочной камере получено в ЦКТИ
в результате анализа и обработки обширного экспериментального
материала.
Т" Во0,6
01 “ Т7 “ М • Ви0,3 + Во0,6 ’ (5'8)
где О'' - безразмерная температура продуктов сгорания на выходе
из топки; Тт и Та - температура газов на выходе из топки и адиа-
батная температура горения топлива, К; Во - критерий Больцмана;
Ви- эффективное значение критерия Бугера, аналитическое вы-
ражение которого приведено в разделе 5.3; М - параметр, учиты-
вающий распределение температуры по высоте топочной камеры.
Адиабатная (теоретическая) температура горения , °C, или
То, К, соответствует условиям, когда в топке отсутствует теплоот-
дача излучением и конвекцией, то есть все полезное тепловыделе-
ние воспринимается продуктами сгорания. В этом случае QT= Ня =
Vr ср Исходя из этого адиабатную температуру определяют,
интерполируя данные табл. 3.3 при значениях ат, приняв Hr= QT.
Критерий Больцмана, пропорциональный отношению коли-
честв теплоты, выделенной в топке и отданной за счет радиацион-
ного теплообмена, рассчитывается по зависимости
ср
Во =-------
Со ‘ Vcp
а
'топлива К°Э^Фициент сохранения теплоты; Вр - расчетный расход
сг°раниЭ ^С^ср ’ сРеАняя суммарная теплоемкость продуктов
излученЯ’ 0ТНесенная к 1 кг топлива, кДж/(кгК); Со - коэффициент
vPcP СИЯ абсо™гно черного тела, равный 5,67 * 10*8 кВт/(м2 ’ К4);
А ее значение коэффициента тепловой эффективности
поверхностей нагрева; FCT - площадь поверхности стен топки, м2; Т,
- адиабатная (теоретическая) температура продуктов сгорания, К. I
Подставив значения критерия Больцмана в уравнение (5.8) и
решая его относительно , °C, получают формулу, используемую
в поверочном расчете, для определения температуры продуктов
сгорания на выходе из топки:
п
9.
-273, (5.10)
5,67-10
•Yep
При выполнении конструктивного расчета топки уравнение
(5.8) решают относительно Fcn м2, получая зависимость для расчета
полной поверхности стен топочной камеры:
Значение параметра М, учитывающего относительное пол
жение максимума температуры факела в топке, определяется: ।
- для камерных топок
М = Мо(1-0,4£))-^, (5.F
- для слоевых топок (хг= 0)
/ М = М0(1 + р)-^/г~, (5.1
где Мо- коэффициент, выбираемый в зависимости от типа топочи
го устройства, вида топлива, расположения топливосжигаюш*
устройств и т.д.; хг - относительная высота расположения гор
лок; rv - параметр забалластированное™ топочных газов, м3 \
р = R/FCT - отношение площади зеркала горения слоя к поверхнос1
стен топки.
Значение коэффициента Мо принимается равным-
1. Для пылеугольных топок с твердым шлакоудале! е
- при однофронтовом расположении горелок____
при тангенциальном и встречном расположён ~'—
НИИ горелок.................................. Мо=0>46
2. Для пылеугольных топок с жидким шлакоуда-
лением .....................................
3. Для газомазутных топок при настенном распо-
Мо=0,44
ложении горелок............................... м =о 4о
4. Для газомазутных топок при подовом распо-
ложении горелок (хг=0)
5. Для слоевых топок
Мо=0,36
Мо~0,46
Для других случаев следует при определении коэффициента
Мо использовать рекомендации, приведенные в [16].
Относительная высота расположения горелок в топке опреде-
ляется по уравнению
= г
Г тт
Л
(5-14)
где hr - средний уровень расположения настенных и угловых горе-
лок, определяемый как расстояние от пода топки или середины
холодной воронки до оси горелок, м; Нт - общая высота топки, оп-
ределяемая как расстояние от пода или середины холодной ворон-
ки до середины выходного окна топки, м.
При расположении горелок в несколько рядов значение hr оп-
ределяют при сжигании одного вида топлива по зависимости
г2
г
та "1^1 м2^2
где п Пл п
В| В 2> Пз' количество горелок в первом, втором и третьем ряду;
и ~ Расход топлива через каждую горелку первого, второго
перВогЬеГ° Ряда’ кг/с; hrl, hr2, hr3 - высоты расположения горелок
пода °* ВтоРого и третьего ряда, определяемые как расстояние от
щего п°Пки или середины холодной воронки до оси соответствую-
горелок.
слоевых топок при подовом расположении горелок хг=0.
29
Параметр забалластированности топочных газов rv, м3/м3, оп
ределяется по уравнению
где Vr, VR0? - продукты сгорания топлива на выходе их топки; г -
коэффициент рециркуляции, равный отношению объемов газов,
отбираемых на рециркуляцию, и газов в сечении газохода за ме-
стом отбора.
Коэффициент тепловой эффективности экранов у представля-
ет отношение тепловых потоков, воспринимаемых экраном и па-
дающих на занимаемую этим экраном стену топки:
v = x-<;,
(5.17)
где х - угловой коэффициент экрана (рис. 5.3); - коэффициент,
учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения
или закрытия изоляцией поверхностей экрана, определяется по
данным табл. 5.1.
Если стены топки закрыты экранами с разными угловыми ко-
эффициентами или на части поверхности стен топки отсутствуют
экраны, то в расчетах пользуются средним значением коэффициен-
та тепловой эффективности поверхности нагрева vpcp.
-Л-1^
(5.18)
где - коэффициент тепловой эффективности отдельного экрана;
FO1 - площадь стены, занятая этим экраном, м2; FCT - полная поверх-
ность стен топки, м2.
Для неэкранированных участков стен топочной камеры \р=0.
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания (Vc)cp,
кДж/(кг К) (кДж/(м3К)), определяется по зависимости
Таблица 5.1
Условный коэффициент загрязнения поверхности
Тип экрана гладкотрубные и мембранные цельно- сварные экраны в камер- ных топках. • Характеристика топлива <;=ц//х
Газообразное топливо Мазут АШ и ПА при > 12%, тощий уголь при Г^ > 8%, каменные и бурые угли средней шлакующей способности (например, кузнец- кий ГСШ) Каменные и бурые угли высокой шлакующей способности (напри- мер, березовский и назаровский, Канско-Ачинского месторожде- ния) Фрезерный торф Сланцы 0,65 0,55 0,45 0,35-0,40 0,45 0,25
Настенные гладкотрубные и плавниковые экраны в слоевых топках Все топлива 0,60
Ошипованные экраны, покрытые огнеупорной массой Все топлива 0,20
Экраны, закрытые шамот- ным кирпичем Все топлива 0,10
5.3. Определение радиационных свойств
продуктов сгорания
Определяющей радиационной характеристикой продуктов
сгорания является критерий Бугера, Ви, характеризующий погло-
щательную способность топочной среды. При сжигании одного
вида топлива критерий Бугера определяется по зависимости
Bu = k-p*s, (5.20)
где к - коэффициент поглощения лучей топочной средой,«
1/(м МПа); р - давление в топке, МПа, для котлов, работающих без
наддува, р=0,1 МПа; s - эффективная толщина излучающего слоя,
определяемая по уравнению (5.2).
31
При сжигании смеси топлив критерий Бугера рассчитывается
по среднему коэффициенту поглощения к, определяемому с учетом
тепловой доли каждого из топлив, составляющих смесь.
Эффективное значение критерия Бугера определяется по урав-
нению
Ви = 1.61п
Г1,4Ви2 + Ви+ 2
J,4Bu2-Bu + 2
I Коэффициент поглощения лучей топочной
средой при сжига-
нии твердого топлива определяется по уравнению
к кгг„ +кзлцзл + кКОКСцКОКС,
(5-22)
где кг, кзд и кК0КС - единичные коэффициенты поглощения лучей
соответственно трехатомными газами, золовыми и коксовыми час-
тицами, 1/(мМПа); гп - суммарная объемная доля трехатомных
газов (определяется по табл. 3.2); - безразмерная концентрация
золы в дымовых газах (выбирается из табл. 3.2); цкокс - коэффи-
циент, учитывающий характеристики топлива и способ его сжига-
ния.
Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами
кг гп, 1/(м МПа), рассчитывается по уравнению (5.24) для темпера-
тур и состава газа на выходе из топки и сопоставляется с величи-
ной кг'гп, определенной по номограмме (приложение 5):
1П
_________
3,162д/рп-5
1000
п »
где ГН2О * объемная доля водяных паров (принимается по
табл. 3.2); рп = гп р - парциальное давление трехатомных газов,
МПа.
Коэффициент поглощения лучей золовыми
кал ’ Цзл, 1/(м МПа), вычисляется по формуле
104-А Мзт
К II _ " -ЭЛ
О1+1’2и”г
частицами
(5-24)
где Азл - коэффициент, выбирается по табл. 5.2.
32
.« .- - ... Таблица 5.2
Значение коэффициента
- Вид топлива _ _ Коэффициент Ачп
Твердое шла- коудаление Жидкое шла- коудаление
АЩ 1,00 1,10
Каменный и тощий уголь 0,80 0,90
Бурый уголь 0,75 0,85 г'
Сланец 0,75 0,85
Торф 0,60 0,70
Коэффициент поглощения лучей коксовыми частицами
ккокс’Цкокс, 1/(мМПа), принимается равным при сжигании: АШ и
тощего угля - 0,25; каменного угля - 0,20; бурого угля, сланца и
торфа - 0,10. Для слоевых топок kK0KC pK0KC= 0j
При сжигании жидкого и газообразного топлива расчет коэф-
фициента поглощения лучей топочной средой проводится по урав-
нению
k = kr + m-kc. (5.25)
При сжигании мазута в газоплотных котлах т=0,3; для негазо-
плотных котлов m=0,1. При сжигании природного и других газов
за исключением доменного т=0,1; для доменного т=0.
Коэффициент
1/(м-МПа),
поглощения лучей частицами сажи Iq,
Ср
Т
с
1000
?
где Ср / Нр - соотношение содержаний углерода и водорода в ра-
бочей массе топлива.
Для газового топлива
^- = 0,12У--ед. (5-27)
Нр п
5.4. Поверочный и конструктивный расчеты
топочной камеры
Для топочных камер может проводиться поверочный или кон-
структивный расчет. Поверочный расчет выполняется с целью on-
fl
33
ределения (при известных конструктивных характеристиках топки)
температуры дымовых газов на выходе из топки $7 и количества
тепла (2Л, передаваемого размещенным в топке поверхностям на-
грева. Для проведения поверочного расчета задаются предвари-
тельным значением температуры газов на выходе из топки 3'' пред,
которое затем сравнивается с расчетным значением 9"расч5 вычис-
ленным по уравнению (5.10). Если расчетное значение З''расч от-
личается от предварительно принятого значения 3;'пред не более
чем на ±100 °C, то расчет считается оконченным. При этом в по-
следующих расчетах используется расчетное значение температу-
ры газов на выходе из топки 3" расч. Если разница между предвари-
тельно принятым 3" Пред и расчетным значениями температур газов
на выходе из топки 3'' расч превышает ±100 °C, то для определения
действительного значения 3" используется метод последователь-
ных приближений, который предполагает повторение расчета при
различных предварительно принятых значениях температур
37 пред До тех пор, пока не будет удовлетворяться вышеуказанное
условие, т.е. 9" расч - 9[' пред < ±100 °C.
При сжигании твердого топлива полученное значение 0" не-
обходимо оценить с позиций возможности шлакования поверхно-
стей нагрева на выходе из топки (фестона, труб первого ряда паро-
перегревателя или котельного пучка . Максимально допустимые
температуры газов на выходе из топки при сжигании твердых топ-
лив должны приниматься не выше температуры начала деформа-
ции золы ti (приложение 1), но не выше 1100 °C. Для некоторых
видов топлив в табл. 5.3 приведены значения максимально пре-
дельных температур 9". '
Наряду с этим температура продуктов сгорания на выходе из
топки ограничивается нижним пределом 9" > 900 °C условиями
устойчивости горения и полноты сгорания топлива.
При сжигании газообразного и жидкого топлива значение 9"
при высоких температурах перегретого пара целесообразно выби-
рать близким к оптимальному 9'' опт= 1200 °C. Для котлов с низкой
температурой перегретого пара значение 9" может быть снижено
до 1000 °C.
34
Таблица 5.3
Максимально допустимые температуры продуктов сгорания
на выходе из топки 9 "
Вид топлива , °C
Антрацитовый штыб (АШ), полуантрациты (ПА), тощие угли (Т) 1050
Угли: донецкий ГСШ кизеловский Г и отсевы кемеровский СС томь-усинский подмосковный Б канско-ачинские Б (ирша-бородинский, назаровский, березовский) 1000 1050 1050 1050 1000 950
Фрезерный торф 950
Результаты поверочного расчета представляются в виде таб-
лицы, форма которой аналогична табл'. 3.1. В таблице последова-
тельно приводятся 9"прсд; q" (приложение 3); qv; Aqv; для слоевых
топок дополнительно определяются q£ (приложение 3); qR и AqR;
QB; QtJ sa; Ta; (Vc)cp; L(^,F,); ц/ср; M; р„; к, гп; при сжигании
твердого топлива Кзл * jxvl и%:окс’Цкокс; при сжигании газа и мазута -
К^, К, K*P'S, Ви, Ви, 9Т расч? т расч ” 9Т пред, Нт расч, ф И Q.t АЛГО-
РИТМ поверочного расчета топки приведен на рис. 5.4.
Целью конструктивного расчета топки является определение
эффективной лучевоспринимающей (радиационной) поверхности
нагрева Нл, м2, которую необходимо расположить в топке для обес-
печения заданной температуры газов на выходе из нее. При этом
тепловые напряжения qv, а для слоевых топок и qR не должны
превышать нормативных значений, приведенных в приложении 3.
Для проведения конструктивного расчета топки задаются
предварительным, значением РстПред5 по которому определяют
Фер пред. Используя принятое значение Рстпр€Д и фсрПред, последова-
тельно определяют величины, входящие в уравнение (5.11). Затем
вычисляются расчетное значение Рст.расч и фсррасч. Если расхождение
между принятым и расчетным значениями коэффициентов тепловой
35
эффективности i|/cp составляет
ср рас и
ср.пред
•100 <5%
ср рас н
расчет считается оконченным. В случае расхождения значений
4>сррасч И Усрпред более чем на 5% расчет проводится по методу
последовательных приближений до выполнения приведенного
выше условия.
Методика расчета, изложенная в данном разделе, приведена
для однокамерных топок. Расчет двухкамерных и полуоткрытых
топок проводится с учетом рекомендаций [1].
Рис. 5.4. Алгоритм поверочного расчета пюпки
36
6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ,
КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
6Л. Общие положения по расчету
конвективных поверхностей нагрева
К конвективным поверхностям нагрева котлов низкого и сред-
него давления относятся фестон (Ф), котельный пучок (КП),
пароперегреватель (ПП), водяной экономайзер (ВЭ) и воздухопо-
догреватель (ВП). Они выполняют важную роль в процессах полу-
чения пара и оказывают решающее влияние на КПД котлоагрегата.
Известны многочисленные варианты конструктивного оформ-
ления конвективных поверхностей нагрева и соответственно их
тепловых расчетов. Учитывая специализацию студентов, которым
адресовано данное пособие, в нем рассмотрены только такие кон-
вективные поверхности нагрева, изучение которых достаточно для
самостоятельного проведения аналогичных расчетов для других
вариантов. В пособии не рассмотрены особенности расчетов по-
лурадиационных поверхностей нагрева, хвостовых поверхностей,
имеющих двухступенчатую схему компоновки, регенеративных
воздухоподогревателей и некоторых других. Расчет перечисленных
поверхностей нагрева требует- дополнительных сведений, приве-
денных в [1,2, 7,15, 16].
Для конвективных поверхностей нагрева, как и для топочной
камеры, могут выполняться конструктивный или поверочный рас-
четы, назначение которых описано ранее.
При курсовом проектировании котла обычно выполняют по-
верочные расчеты фестона, котельного пучка и конструктивные
расчеты пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухопо-
догревателя. Это обусловлено тем, что реконструкция котельного
пучка и фестона представляет большую трудность, чем изменение
конструкции других конвективных поверхностей нагрева.
6.2. Основные конструктивные характеристики
конвективных поверхностей нагрева
Конвективные поверхности нагрева выполняют в виде рядов
труб с коридорным или шахматным расположением труб, омывае-
мых продуктами сгорания топлива. Движение дымовых газов в
трубном пучке обычно поперечное. Исключение составляет труо-
чатый воздухоподогреватель, в котором газы движутся продольно
37
внутри труб, а нагреваемый воздух в межтрубном пространстве
поперечно трубному пучку. Поверхности нагрева пароперегревате-
ля и стального экономайзера выполнены в виде змеевиков (рис. 6.1,
6.2). Фестон представляет собой разреженный из труб заднего эк-
рана топки трубный пучок (рис. 6.3). Конвективные испарительные
поверхности (котельный пучок) выполнены в виде трубного пучка,
соединяющего верхний и нижний барабаны котла (рис. 6.4). Кон-
структивная схема воздухоподогревателя, о которой упоминалось
выше, достаточно понятна из рис. 6.5.
В котлах низкого и среднего давления трубы обычно распола-
гают в конвективном пароперегревателе, чугунном водяном эко-
номайзере и котельном пучке коридорно, в стальном водяном эко-
номайзере и воздухоподогревателе - в шахматном порядке, в фес-
тоне используются оба способа расположения труб.
Расчетная поверхность нагрева Н, м2, определяется по уравне-
нию
Н = л d Zrf Zn, (6.1)
где d - расчетный диаметр труб, м; - обогреваемая длина одного
хода змеевика или трубы, м; zn - общее число труб в пучке.
Расчетный диаметр труб для пароперегревателя, фестона, ко-
тельного пучка и водяного экономайзера равен наружному диамет-
ру трубы, а для воздухоподогревателей среднему d=O,5(d+dBH). При
расчете теплоотдачи от стенки к рабочей среде за расчетный диа-
метр трубы принимается внутренний dBH=d-28.
При наличии в газоходе участков с различным диаметром
труб и с одинаковым характером омывания расчет ведется по ус-
редненному диаметру:
d =-------!----г-------. (6.2)
ср Н, /d. +H2/d,+... 1 ’
Характеристики труб, используемых в конвективных поверх-
ностях нагрева, приведены в табл. 6.1. Радиусы гибов труб состав-
ляют обычно d. Геометрические параметры котельного пучка
и фестона, для которых, как указывалось выше, выполняется пове-
рочный расчет, определяются из чертежей котла. Конструктивные
характеристики чугунных экономайзеров представлены в табл. 7.2.
Рис. 6.1. Схема одноступенчатого конвективного
пароперегревателя (z2=12; пмряд=3; птрзм=4)
д-д
.фффффф
-*-фффффф
Рис. 6.2. Схема одноступенчатого водяного экономайзера
Рис. 6.3. Схема трехрядного фестона
Рис. 6.4. Схема конвективного пучка котла ДКВр-6,5-13
40
Рис. 6.5. Схема однопоточного трубчатого воздухоподогревателя:
1 - стальные трубы;
2 , 3 - нижняя и верхняя трубные доски;
4 - промежуточная трубная доска;
5 - перепускной короб;
6 - секции (кубы) воздухоподогревателя
Таблица 6.1
Конструктивные характеристики
конвективных поверхностей нагрева
Поверх- ность нагрева Наруж- ный диа- метр трубы d, мм Тол- щина стенки трубы 8, мм Относи- тельный попереч- ный шаг s/d Относи- тельный продоль- ный шаг s?/d Скорость дымовых газов Wr, м/с Скорость нагревае- мой среды W„ м/с
Конвектив- ный паропе- регреватель 28-38 3-6 2,3-6,5 1,5-2,5 8-10 пара 15-25
Стальной водяной экономайзер 28-32 3-4 2,3-2,5 1,5-2,5 7-10 некипящий >0,4; кипящий > 1,0
Трубчатый воздухопо- догреватель 32-40 1,5-2,0 1,5-1,6 1,05-1,1 9-13 4,5-6,0
41
Обогреваемая длина трубы определяется как длина линии,
проходящая по оси обогреваемого участка трубы одного хода змее-
вика (для ПП и ВЭ) или трубного пучка (для КП, ВП, ВЭ). Обогре-
ваемая длина труб может изменяться по ходу движения газов. В
этом случае расчет следует вести по отдельным рядам труб, а при
незначительном изменении длин труб на входе и выходе из
рассматриваемой поверхности нагрева по среднеарифметическому
значению их длины. Трубы поперек движения газов (или воздуха в
ВП), число которых обозначается через zb образуют поперечный
ряд труб; Zj - число поперечных рядов труб по движению газов.
При коридорной компоновке трубного пучка число труб поперек
движения газов z, в рядах всегда одинаково. Это справедливо и для
числа рядов труб по ходу движения газов Z2. Общее число труб в
пучке составляет zn = z, ' При шахматном расположении труб
значение в четных и нечетных рядах может отличаться, тогда
z1He4 ~ 21четн ± 1 -Число рядов труб по ходу движения газов z2 соста-
вит z2 - z21ie4 + z24eTH. Общее количество труб в шахматном пучке
определится ПО зависимости Zn= г^ Т^неч^чет '^чстя-
Поперечный sb продольный s2 и диагональный s'2 шаги труб в
пучке (рис. 6.1-6.5) в зависимости от характера проводимого расче-
та (поверочный или конструктивный) определяются из чертежей
котлоагрегата или принимаются согласно рекомендациям, приве-
денным в табл. 6.1. Соответствующие относительные шаги труб в
пучке определяются по выражениям О] = s/d; о2 = s2/d; ст'2 = s'2/d;
s2 = Jo.25 • sf + s2 . При переменном шаге труб по глубине или
ширине газохода вводится усредненное по поверхности нагрева
значение шага sCD, м.
s'H'+ s"H"+..
Н' + Н"+...
(6-3)
где Н', Н", ... - поверхности нагрева частей пучка, м2, с шагом
s', s",...., м.
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания Fr в
ПП, КП, ВЭ и Ф и воздуха в ВП рассчитывается по уравнению
Fr = a b - Z) ’ I ’ d,
(6-4)
где а и b - размер сторон газохода в расчетном сечении, м; d - на-
ружный диаметр труб, м; I - длина труб в расчетном сечении, при
изогнутых трубах за / принимается их проекция; z, - число труб в
поперечном ряду.
Уравнение (6.2) справедливо, если поперечное сечение газо-
хода по длине рассматриваемого элемента не меняется. В против-
ном случае определяют среднюю площадь живого сечения F м2,
для прохода газов:
для участков с одинаковым характером омывания поверхности
нагрева, но с различными живыми сечениями газохода
„ _ Н1+Н2+...
с₽ Н|/Fj+Н2/F2+... ’ (6’5)
при плавном изменении живого сечения газохода
при расхождении площадей сечений по длине газохода не более
чем на 25%
Fcp=0,5(F' + F"). (6.7)
При течении пара, воды, пароводяной смеси (газа в ВП) внут-
ри труб площадь живого сечения для прохода рабочего тела рас-
сматривают по зависимости
тс -d2
fpT=Zni.—(6.8)
где znT - общее число труб или змеевиков, параллельно включен-
ных по рабочей среде: для Ф, КП, ВП т = zn = Zj' Z2; для ПП и ВЭ
znT= = Zjii^p^, здесь птрзм - число труб (ходов) в одном
змеевике, пзмржд - число параллельно включенных змеевиков в од-
ном ряду по ходу газов (рис. 6.1 и 6.2).
Другие конструктивные характеристики конвективных по-
верхностей нагрева, составленных из змеевиков, определяются по
уравнениям:
поверхность Нзм, м, и длина /зм, м, одного змеевика
Нзм = ———•птрзм , (6.9)
zn.T Z, • z2
= (6.10)
nd
43
число петель в одном змеевике
Z„eT=-^-, (6.Н)
где 4p3M - длина трубы (одного хода) в змеевике, м;
глубина (высота для ВЭ) пакета змеевиков по ходу газов h, м,
• Ьп — znCT SnCTJ (6.12)
где SneT = 2 s2 ‘ л}М ряд - шаг петель по ходу газов, м.
Продольный шаг петель (Sner) определяется радиусом гиба
труб (R^g > d) и числом параллельно включенных змеевиков в про-
дольном ряду. Ориентировочно шаг однорядной петли принимает-
ся равным SnCT« 4d, двухрядной SneT® 8d и трехрядной SneT» 12d.
Эквивалентный диаметр d3, м, при течении жидкости или газа
в круглой трубе равен ее внутреннему диаметру. При течении в
трубе некруглого сечения, в кольцевом канале и при продольном
омывании пучков труб эквивалентный диаметр рассчитывается по
зависимости
4F
d3= —, (6.13)
где F - площадь живого сечения, м2; U - полный омываемый пери-
метр, м.
Так при продольном омывании трубного пучка, размещенного
в прямоугольном газоходе, уравнение (6.13) принимает вид
4-^z-b-z-Tr-d2 /4^
d*= -----я ’ (614)
2(fl+bJ+z-nd
где а и b - размеры сторон газохода в поперечном сечении, м;
z - число труб в сечении газохода.
Эффективная толщина излучающего слоя s, м, необходимая
для расчета коэффициента теплоотдачи излучением, определяется:
для излучаемого слоя, ограниченного ограждающими поверхно-
стями, по зависимости, аналогичной уравнению (5.2)7
s = 3,6-—-, (6.15)
FCT
где V - объем излучающего слоя, м3; FCT - площадь ограничиваю-
« 2
щих поверхностей, м ;
44
для гладкотрубных конвективных пучков
s=0,9-d-f4'S| ?2 -1 ,
I п-d2 J
для верхних ступеней трубчатых воздухоподогревателей
s = 0,9 ’ dBH.
(6.16)
(6.17)
6.3. Основные уравнения
для расчета конвективных поверхностей нагрева
В конвективных поверхностях нагрева перенос теплоты от
продуктов сгорания к нагреваемым рабочим средам осуществляет-
ся преимущественно за счет конвекции и частично путем
радиационного теплообмена. Причем доля последней по ходу
движения газов уменьшается из-за снижения их температуры.
Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева основан
на использовании уравнений теплового баланса и теплопередачи.
Уравнение теплопередачи определяет количество теплоты, пере-
данное продуктами сгорания рабочей среде через конвективную
поверхность нагрева Q„ кДж/кг (кДж/м3):
Л k-HAt
Q т=------Г’ <6.18)
Вр-103 v 7
где QT - количество теплоты, передаваемое через поверхности на-
грева, кДж/кг (кДж/м3); к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К);
Н - расчетная площадь поверхности нагрева, м2; At - температур-
ный напор, °C; Вр - расчетный расход топлива, кг/с.
Уравнение теплопередачи связывает количество теплоты, оп-
ределяемое по уравнению теплового баланса, с площадью поверх-
ности нагрева, через которую это тепло передается.
Количество теплоты, отдаваемое продуктами сгорания, опре-
i деляется по уравнению теплового баланса
Q6 =<р-(Н - Н + Аа-Н°рс), (6.19)
где <р - коэффициент сохранения теплоты, определяемый по урав-
нению (5.5); Н' и Н" - энтальпии продуктов сгорания на входе в
поверхность нагрева и выходе из нее, кДж/кг (кДж/м3); Аа - присос
воздуха в рассматриваемый газоход (приложение 2); Н°рс- эн-
тальпия присосанного воздуха, кДж/кг (кДж/м3), определяемая по
45
табл. 3.3 для всех поверхностей нагрева при температуре воздуха,
равной 30 °C. Исключение составляет воздухоподогреватель, для
которого энтальпия воздуха принимается при его средней темпера-
туре. I
Количество теплоты Q6, кДж/кг(кДж/м3), воспринимаемое на-
греваемой средой в различных поверхностях нагрева, определяется
по нижеприведенным уравнениям. I
Для пароперегревателя без пароохладителя
Qe “ р (^пе^^н.п)? (6.20) I
где D - расход перегретого пара, кг/с; hne и hH п - энтальпии перегре-
того и насыщенного пара, кДж/кг (кДж/м3), определяются по таб-
лицам приложения 6. I
Для пароперегревателя, установленного непосредственно за
фестоном и получающего часть тепла излучением из топки. |
Q6 — О^пе “ hHn )~Qb.t ’ (6.21) I
вр
где Qbt - теплота, получаемая пароперегревателем излучением из
топки, кДж/кг (кДж/м3). Расчет Q;IT приведен в конце данного под- I
раздела.
Для первой части пароперегревателя при включении в рассеч-
ку поверхностного пароохладителя
где h„0 - энтальпия пара на входе в пароохладитель, кДж/кг
(кДж/м3).
Для первой части пароперегревателя при включении в рассеч-
ку впрыскивающего пароохладителя
Qб ~ (I1 п 0 — h н п) , (6.23)
AD = D—,
Чо-lk
(6-24)
где AD - расход охлаждающей воды на впрыскивающий пароохла-
дитель, кг/с; Ah„0 = h'n0 - h"no - тепловосприятие пароохладителя
46
(разность энтальпий пара на входе в пароохладитель и выходе из
него), в расчетах может быть принято ДЬ=6О80 кДж/кг; Ьж - эн-
тальпия специально получаемого в котле собственного конденсата,
подаваемого в пароохладитель [8], определяется по приложению 8
при соответствующем давлении в конденсаторе, кДж/кг.
Для водяного экономайзера
где D„p - расход продувочной воды, кг/с; h'3K и Ь"эк - энтальпия воды
на входе и выходе из водяного экономайзера, кДж/кг (кДж/м3).
Для воздухоподогревателя:
где Рср - средний коэффициент расхода воздуха в воздухоподогре-
вателе; Рвп = ат-Дат-Дапл - отношение количества воздуха за
воздухоподогревателем к теоретически необходимому; Давп, Даг,
Да™ - присосы воздуха (приложение 2); Ррц = ДVr „/V°B - доля ре-
циркуляции горячего воздуха на вход в воздухоподогреватель;
С, н£ - энтальпии воздуха, теоретически необходимого для
сгорания, при температурах на входе и выходе из воздухоподогре-
вателя, кДж/кг (кДж/м3), определяются из табл. 3.3.
Теплота QnT, кДж/кг (кДж/м3), воспринимаемая поверхностями
нагрева (пароперегревателем или котельным пучком), располо-
женными за фестоном, обусловлена тем, что часть теплового излу-
чения из топки проникает через фестон.
QOT=Qn^f±^-^}nB, (6.27)
л
где Н и Q„ - лучевоспринимающая поверхность, м2, и восприни-
маемая ею теплота, кДж/кг (кДж/м3); Нлф - площадь лучевоспри-
нимающей поверхности фестона, которая принимается равной пло-
щади газового окна, в котором размещен фестон, Нлф = b /, м ,
здесь Ь и I - ширина и высота газового окна фестона, м; Хф - угло-
вой коэффициент, зависящий от и о, фестона и определяемый по
рис. 6.6; т|в - коэффициент, характеризующий неравномерность
47
теплового напряжения лучевоспринимающих поверхностей по
высоте топки. Для камерных топок с твердым шлакоудалением при
сжигании каменных углей и антрацитового штыба т]в = 0,6; при
сжигании бурых углей и фрезерного торфа т]в = 0,8; для газомазут-
ных топок Т|в = 0,6.
6.4. Коэффициент теплопередачи
В конвективных поверхностях нагрева перенос теплоты от
продуктов сгорания рабочей среде (воде, пароводяной смеси и па-
ру) осуществляется посредством сложного теплообмена-
теплопередачи, состоящей из процесса передачи теплоты от газов к
наружной поверхности труб путем конвекции и частично лучеис-
пускания, переноса теплоты через стенку теплопроводностью и
передачи теплоты от внутренней поверхности стенки рабочей сре-
де конвекцией.
Уравнение для расчета коэффициента теплопередачи
к, Вт/(м2К), для многослойной плоской стенки в общем случае
записывается в виде
к =
(6.28)
(Х| X
м а2
где а, и а2 - коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к на-
ружной поверхности стенки и от внутренней поверхности стенки к
нагреваемой среде, Вт/(м2 К); 8 3, 8 „ и S „ - толщины слоя загрязне-
ний на наружной поверхности трубы, металлической стенки трубы
и слоя накипи на внутренней поверхности трубы, м; к3Д и -
коэффициенты теплопроводности соответственно загрязнений,
металла и накипи, Вт/(м К).
Использование уравнения (6.28) для расчета гладкотрубных
поверхностей нагрева не приводит к большим погрешностям, од-
нако позволяет значительно упростить расчет.
, В уравнении (6.28) значением 6^7^ можно пренебречь, так
как термическое сопротивление стальной трубы значительно
меньше термического сопротивления теплоотдаче 1/А,,. Не учиты-
вается также термическое сопротивление накипи, поскольку нор-
мальная работа котла предполагает отсутствие образования накипи
(ан 0) или ее рост со СК0Р0СТЬЮ> не оказывающей заметного
влияния на коэффициент теплопередачи. *
Рис. 6.6. Угловой коэффициент
z-рядного коридорного (а) и шахматного (б) пучка
С учетом принятых допущений расчет коэффициентов тепло-
передачи в отдельных поверхностях нагрева ведут по уравнениям
(6.29)-(6.34), приведенным в табл. 6.2. Указанные зависимости по-
лучены из общего уравнения (6.28) с учетом особенностей омыва-
ния поверхностей нагрева, вида топлива, параметров и состояния
рабочей среды, конструктивных характеристик трубных пучков и
ДР-
В уравнениях (6.29-6.34): в и у - коэффициенты загрязнения и
тепловой эффективности (см. раздел 6.10); £вп - коэффициент ис-
пользования поверхности воздухоподогревателя; кн - коэффициент
теплопередачи чугунных экономайзеров ВТИ, определяемый по
рис. П.12, Вт/(м2К); с - поправочный коэффициент при смешанном
поперечно-продольном омывании гладкотрубных пучков. Коэффи-
циенты теплопередачи определяются раздельно для каждого уча-
стка по средним скоростям газов в них.
k F 4- к F
. ппоп поп пр пр
к= f +F--------------
‘поп Пр
(6.35)
49
где кпоп, кпр - коэффициенты теплопередачи для участков с попе-
речным и продольным омыванием, Вт/(м2К); Fnon и Fnp - площадь
поверхностей соответствующих участков, м2.
Таблица 6.2
Коэффициенты теплопередачи
для конвективных поверхностей нагрева
Поверхности нагрева Вид топлива Расположение труб в пучке Расчетная формула
Конвективный пароперегрева- тель Твердое Шахматное 1 а1 к = 7 ! г (6.29) 1 + (1 / а, +ЕЬа(
Твердое Газ Мазут Коридорное Любое Любое к = у а|'а2 (6.30) + а2
Испарительные поверхности, водяной ' глад- котрубный эко- номайзер Твердое Шахматное к =—— (6.31) . 1 + Е-а,
Твердое Газ Мазут Коридорное Любое Любое к = се, (6.32)
Экономайзер ВТИ (чугунный, ребристый) Все виды Коридорное к = к„ с (6.33) к„ и с по рис. П.12
Трубчатые воз- духоподогрева- тели (из гладких труб) Все виды Любое (6-34) а, + а2
6.5. Коэффициенты теплоотдачи конвекцией
Передача теплоты от продуктов сгорания к поверхности труб
осуществляется конвективным и лучистым теплообменом. Коэф-
фициент теплоотдачи аь Вт/(м2*К), от газов к конвективной по-
верхности нагрева определяется по формуле
ct I = ^(ак + ал), (6.36)
где £, - коэффициент использования поверхности, (см. раздел 6.10);
ак и ал - коэффициенты теплоотдачи от продуктов сгорания к стен-
ке конвекцией и излучением, Вт/(м2 К).
Уравнение (6.36) справедливо для всех конвективных трубных
пучков, за исключением трубчатого воздухоподогревателя, для
50
которого при температурах дымовых газов v',„ < 400 °C значение а]
= ак.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией ак определяется харак-
тером омывания газами поверхности нагрева (поперечное, про-
дольное, косое), скоростью и температурой потока, расположением
труб в пучке (шахматное, коридорное), определяющим линейным
размером, характеристикой поверхности (гладкая, ребристая), фи-
зическими свойствами омывающей среды и в отдельных случаях
температурой стенки поверхности нагрева.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией ак, Вт/(м2 К), при по-
перечном омывании гладкотрубного пучка и коридорном
расположении труб рассчитывается по уравнению
X (wd 0*65
ak =0,2CzCs— — -Рг0’33, (6.37)
d k v 7
где X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); v - кинематиче-
ская вязкость, м2/с; w - скорость газов (воздуха в ВП), м/с; d - на-
ружный диаметр трубы, м; Рг - число Прандтля; С2 - поправка на
число рядов по ходу газов; Cs - поправка на геометрическую ком-
поновку пучка.
Теплофизические параметры X, v и Рг, входящие в формулу
(6.37) и последующие уравнения, определяются по расчетной тем-
пературе потока (см.раздел 6.8): для газов и воздуха по приложе-
нию 6, а для воды и водяных паров по приложению 7. Расчет ско-
рости потока приведен в разделе 6.7.
Cz = 0,91+0,0125 (z2 - 2) при z,< 10, (6.38)
С2 = 1 при z2> 10. (6.39)
В общем случае
При о2 > 2, а также при <1,5 Cs = 1. Если сг2 < 2 и ст, > 3, в
уравнение (6.40) подставляется значение о1 = 3.
Обозначения конструктивных параметров трубного пучка zb
Z2, О|, и2, ст'2, приведенные в этих и последующих уравнениях, даны
согласно разделу 6.2.
51
Значения ак, вычисленные по уравнению (6.37), сопоставля-
ются с коэффициентом теплоотдачи, определенным по
рис. П.9.1.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омы-
вании гладкотрубного пучка и шахматном расположении труб вы-
числяется по формуле
a (
ак =CZ-CS—|— -Рг0’33, (6.41)
d \ v )
здесь Cs - коэффициент, зависящий от относительного поперечного I
шага Ст| и значения параметра фо=(С|-1)/(о'2-1). I
С$= 0,34 <ро0'* при 0,1 < <ро < 1,7, (6.42)
Cs= 0,275 <ро0-5 при о, < 3 и 1,7 <фо <4,5, (6.43) I
Cs = 0,34 • фа°- при ст, > 3 и 1,7 < фа < 4,5. (6.44)
Поправка на число рядов труб по ходу газов вычисляется по
зависимостям
Cz= 3,12 Z°’05-2,5 при Z2 < 10 и <Т| < 3,0 (6.45)
С2=4 ’ Zj02-3,2 при Z2< 10 и о, > 3,0 (6.46) '
Cz=l,0 npHZ2>10. (647)
Полученную по уравнению (6.41) величину ак следует срав-
нить с аналогичной величиной, определенной по рис. П.9.2. I
Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном обте-
кании поверхностей нагрева однофазным турбулентным потоком ]
газов, воздуха, воды или пара докритических параметров рассчи- ]
тывается по уравнению
, ( л >0’8
ак=0,023~-^- Pr04Ct-Cd. С/,
d~ k V /
(6.48)
где d3 - эквивалентный диаметр, м, (см. раздел 6.2); Ct - поправоч-
ный коэффициент. Для газов и воздуха при их охлаждении, а также
для пара и воды Ct = 1. При нагревании газов и воздуха
С, = (Т/Т„)0,5, здесь Т и Тст - температуры газа (воздуха) и стенки, К;
С; - поправочный коэффициент на относительную длину трубы,
который вводится для труб с Z/d<50. Практически для всех элемен-
тов котла, за исключением в отдельных случаях фестона. С, = 1
[1,2]; Cd - поправочный коэффициент, вводимый для кольцевых
каналов при одностороннем обогреве [16].
52
Вычисленные по уравнению (6.48) значения ак сравниваются с
коэффициентами теплоотдачи, определенными по рис. П.9.3-П.9.5.
6.6. Коэффициенты теплоотдачи излучением
Интенсивность лучистого теплообмена, протекающего между
дымовыми газами и конвективными поверхностями нагрева, опре-
деляются температурой газового потока, температурой и степенью
черноты стенки, формой поверхностей и взаимного расположения
газовых объемов и трубных пучков. Источниками излучения при
сжигании газа и мазута являются трехатомные газы, а при сжига-
нии твердого топлива - трехатомные газы и взвешенные в потоке
частицы золы.
Расчет коэффициентов теплоотдачи излучением а„, Вт/(м2 К),
проводится по уравнениям:
- для запыленного потока (при учете излучения золы)
СГ-, 1Л-8 °з+1 т'З 1-(Т3/Т)4
а = 5,67 • 10 • —--a • Т3---; (6.49)
л 2 1-Т3/Т
- для чистого газового потока (при отсутствии золы)
а = 5,67 10'8 • ^±1. a • Т3 • IzILZltl (6.50)
Л 2 1-Т3/Т
где a - степень черноты потока газов при температуре Т; а2- сте-
пень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверх-
ностей, применительно к поверхностям нагрева котла принимается
а3 = 0,8; Т- расчетная температура продуктов сгорания. К, (см. раз-
дел 6.8); Т3- абсолютная температура загрязненной наружной по-
верхности, К, (см. раздел 6.9).
Степень черноты продуктов сгорания при температуре Т оп-
ределяется по формуле
где kps — суммарная оптическая толщина запыленного потока.
kps = (krrn+kjnp3J,)ps, (6.52)
здесь s - толщина излучающего слоя в конвективных поверхностях
нагрева, м, (см. раздел 6.2); р - давление в газоходах котла, как и
для топки принимается равным 0,1 МПа; остальные величины
уравнения (6.52) определяются по формулам, приведенным в раз-
53
деле 5.3, применительно к рассматриваемой конвективной поверх
ности.
Вычисленные по уравнениям (6.49) или (6.50) значения сопос
тавляются с коэффициентом теплоотдачи излучением, определен
нымпо рис. П.10.
6.7. Расчетные скорости движения потоков
Расчетные скорости газов wr, пара wn и воздуха wB, м/с, опре-
деляются по расчетным температурам потока поверхностях нагре-
ва
Вр • Уг • (3 + 273)
F, 273
Рср Вр У° (t + 273)
Е • 273
Dv
Wn
(6.53)
(6.54)
(6.55)
где Вр и D - расчетные расходы топлива и пара, кг/с; Vr - объем
продуктов сгорания для рассматриваемой поверхности, м3/кг,
(табл. 3.2); V0- теоретически необходимое количество воздуха,
м3/кг, (табл. 3.1); v - удельный объем пара (воды), м3/кг, (прило-
жение 8); Fr, FB, f - живые сечения для прохода газов, воздуха и
пара, м , (см. раздел 6.2); 3 и I - расчетные значения температур
газов и воздуха в поверхностях нагрева, °C, (см. раздел 6.8); Рср-
средний коэффициент расхода воздуха в воздухоподогревателе (см.
уравнение 6.26).
Вычисленные по уравнениям (6.53 - 6.55) расчетные скорости
газов, воздуха и пара не должны выходить за пределы рекомендуе-
мых в табл. 6.1 скоростей. Для газов нижний уровень скоростей
лимитирован условиями заноса труб золой (wr > 6 м/с), а верхний -
условиями, исключающими интенсивный абразивный износ стенок
труб. Диапазон скоростей пара, приведенных в табл. 6.1, обеспечи-
вает необходимую массовую скорость и вследствие этого интен-
сивный теплосъем и предотвращение роста температуры стенки
трубы выше допустимой.
При выполнении конструктивного расчета задаются согласно
табл. 6.1 скоростями движения потоков, а искомыми являются кон-
54
^руктивные параметры, в том числе и площади живых сечений F
г>
6.8. Расчетные температуры потоков
и температурный напор в поверхностях нагрева
Расчетные температуры пара, воды и воздуха t, °C, равны по-
лусумме температур потока на входе в поверхность нагрева t и
выходе из нее t":
t = 0,5(t +t"). (6.56)
Расчетная температура дымовых газов 9, °C, определяется по
уравнению
9 = t + At, (6.57)
где t - расчетная температура нагреваемой среды (пара, воды или
воздуха), определенная по уравнению (6.56), °C; At - средний тем-
пературный напор в поверхности нагрева, °C.
Если в рассматриваемой поверхности снижение температуры
газов не превышает 300 °C, то расчетную температуру продуктов
сгорания вычисляют по зависимости
9 = 0,5(3’ + »") (6.58)
Температурный напор At, °C, - усредненная по всей поверхно-
сти нагрева разность температур, участвующих в теплообмене
сред. Температурный напор зависит от взаимного направления
греющей и нагреваемой сред, а также от уровня их температур.
Направление движения сред не оказывает влияния на температур-
ный напор, если температура одной из сред в пределах поверхно-
сти нагрева остается постоянной (испарительные поверхности на-
грева).
Температурный напор при прямотоке и противотоке, а также
при постоянстве температуры одной из сред определяется как
среднелогарифмическая разность температур
At6 - AtM
(6.59)
55
где Ate - разность температур обеих сред на том конце поверхно-
сти, где она больше, °C; AtM - разность температур на другом кон-
це поверхности, °C, (см. рис. 6.7).
При Ate/AtM < 1,7 температурный напор с достаточной точно-
стью определяется как среднеарифметическая разность температур
At = 0.5(At6+AtM).
(6.60)
Максимально возможный температурный напор достигается
при противотоке AtnpT, наименьший при прямотоке AtnpM, при про-
чих схемах включения температурный напор имеет промежуточ-
ные значения. С учетом этого для любой сложной схемы
температурный напор при AtnpM /AtnpT > 0,92 рассчитывается по
зависимости
At = 0.5(At„pM
+ Д^прт) >
(6.61)
где AtnpM и AtnpT - средние температурные напоры для прямотока и
противотока, определяемые по уравнению (6.59).
При включении поверхностей нагрева по сложным перекрест-
ным и смешанным схемам и при условии, что отношение
AtnpM /AtnpT > 0,92, температурный напор рассчитывается по зависи-
мости
At = \|/-Atnpr, (6.62)
где - поправочный коэффициент, уменьшающий температурный
напор при переходе от противоточной схемы к более сложной.
Рис. 6.7. Изменение температур сред при прямотоке (а),
противотоке (б) и при кипении воды (в)
В схемах с последовательно-смешанным током (рис. 6.8),
применяемым в пароперегревателях и водяных экономайзерах,
56
поверхности нагрева состоят из двух участков, включенных после-
довательно по обеим средам. При переходе из одного участка в
другой изменяется взаимное движение обеих сред.
Поправочный коэффициент \|/ в этом случае определяется по
рис. П.11.1 в соответствии с определяющими безразмерными па-
раметрами
где Н и Нпрм - полная площадь поверхности нагрева и площадь
нагрева прямоточного участка, м2; Tj и т2 - полные перепады тем-
ператур, °C.
Для схем I и II (рис. 6.8, а, б) т, = 9 - 9 ; т2 = t -1 ; для
схемы III (рис. 6.8, в); Т| - t — t ; т2 = 9 — 9 . При использова-
нии рис. П.11.1 следует иметь в виду, что кривые на номограмме
нельзя экстраполировать или использовать для схем, не приведен-
ных на рис. 6.8. Если включение поверхностей не соответствует
схемам на рис. 6.8 или параметры А, Р и R выходят за пределы
номограммы, то расчет температурного напора проводят раздельно
для прямоточного и противоточного участков.
В схеме с параллельно-смешанным током (рис. 6.9) поверх-
ность нагрева состоит из нескольких участков, включенных после-
довательно по одной из сред (многоходовой), и параллельно по
другой (одноходовой). Такие схемы также используются для паро-
перегревателей и водяных экономайзеров. Определение поправоч-
ного коэффициента \|/ проводится по номограмме (рис. П.11.2) в
соответствии с безразмерными параметрами
(6.64)
где 9 и t - начальные температуры греющей и нагреваемой сред,
°C; тб ~ полный перепад температур той среды, для которой он
больше, °C; тм - полный перепад температур другой среды, С.
Поправочный коэффициент для схем с перекрестным током
(рис. 6.10) определяется по номограмме (рис. П.11.3). Безразмерные
параметры Р и R, необходимые для пользования номограммой, рас-
считываются по формулам (6.64). Расчет температурного напора для
схем (рис. 6.10), имеющих более четырех ходов, проводится как
57
для противоточной схемы. Рассматриваемые схемы применяются в
пароперегревателях котлов малой производительности и воздухопо-
догревателях.
Рис. 6.8. Схемы поверхностей нагрева
с последовательно-смешанным током:
а - схема I; б — схема II; в - схема Ill
Рис. 6.9. Схемы поверхностей нагрева с параллельно-смешанным током
Рис. 6.10. Схемы поверхностей нагрева с перекрестным током
58
6.9. Расчетная температура
стенки поверхности нагрева
За расчетную температуру стенки трубы, знание которой Не-
обходимо для определения коэффициента теплоотдачи излучением
а„, принимают температуру наружного слоя золовых отложений t3.
Для настенных труб конвективных пароперегревателей темпе-
ратура стенки (t,, °C) при сжигании твердого и жидкого топлива
вычисляется по формуле
< 1 в
t3=t+ е + — • • (Q6 + Qj-103, (6.65)
< ^2 J
где t - средняя температура среды, протекающей в трубах рассмат-
риваемой поверхности, °C, (см. раздел 6.8); 8 - коэффициент за-
грязнения, м2К/Вт; а2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к
рабочей среде, Вт/м2К, (см. раздел 6.5); Вр - расчетный расход
топлива, кг/с; Н - поверхность нагрева с наружной (газовой) сто-
роны, м2, (см. раздел 6.2); Q6 - тепловосприятие поверхности на-
грева, определяемое из уравнений баланса (см. раздел 6.3) по пред-
варительно принятой конечной температуре одной из сред, кДж/кг;
<2Л - теплота, воспринятая поверхностью нагрева излучением из
топки или из объема газа перед поверхностью, кДж/кг, (см. раздел
6.3).
Значения коэффициентов загрязнения е, приведенные ниже,
могут быть использованы только в уравнении (6.65) для определе-
ния температуры стенки. Для конвективных пароперегревателей
при сжигании твердого топлива коэффициент загрязнения г опре-
деляется при шахматном расположении труб в пучке по уравнению
(6.67). При коридорном расположении труб 8 = 0,005. При сжига-
нии жидкого топлива и при любом расположении труб е = 0,003.
Для настенных труб при сжигании твердого топлива е = 0,005 и
при сжигании жидкого топлива 8 = 0,003.
При конструктивном расчете пароперегревателя тепловая на-
грузка Bp (Q6 + QJ / Н может быть принята предварительно рав-
ной (20-г 30) кВт/м2. Температура t, не уточняется, если погреш-
ность принятого значения тепловой нагрузки не превышает ± 15%.
Температуры стенок загрязненных труб для поверхностей на-
грева котла определяются по уравнению
t = t + At. <66.66)
гу 59
При сжигании твердого и жидкого топлива величина At со-
ставляет для фестонов, расположенных на выходе из топки, 80 °C;
для котельных пучков котлов малой мощности, одноступенчатых
водяных экономайзеров при S > 400 °C и для вторых ступеней во-
дяных экономайзеров 60 °C; для одноступенчатых водяных эконо-
майзеров при 9 < 400 °C и для первых ступеней водяных экономай-
зеров 25 °C.
При сжигании газа для всех поверхностей нагрева котла (за
исключением 2-й ступени воздухоподогревателя) At = 25 °C.
Температура стенки трубы во второй ступени определяется
как полусумма температур газов и воздуха. В первой ступени воз-
духоподогревателя и в одноступенчатом воздухоподогревателе
теплоотдача излучением не учитывается. J
6.10. Коэффициенты тепловой эффективности,
загрязнения и использования поверхностей
Коэффициенты тепловой эффективности у, загрязнения е и
использования поверхности нагрева £ применяются для определе-
ния коэффициентов теплопередачи в различных поверхностях на-
грева котла.
При сжигании твердого топлива значения коэффициентов те-
пловой эффективности для конвективных пароперегревателей,
развитых котельных пучков, фестонов и экономайзеров с коридор-
ным расположением труб определяются по табл. 6.3.
Коэффициенты тепловой эффективности у при сжигании газа
и мазута при а”т > 1,03 приведены в табл. 6.4. При а"т < 1,03 и в
случае очистки поверхностей нагрева дробью коэффициенты у,
приведенные в табл. 6.3, увеличиваются для всех поверхностей
нагрева на 0,05. Если дробеочистка поверхностей нагрева отсутст-
вует, то значения из табл. 6.3 используются в расчетах без измене-
ния. Влияние на коэффициент ц/ твердых и жидких присадок, вво-
димых в мазут для уменьшения коррозии поверхностей нагрева,
приведено в [1, 2].
60
Таблица 6.3
Коэффициенты тепловой эффективности у/
при сжигании твердых топлив
। Марка топлива Коэф, тепловой эффектив- ности , ip Необходи- мость очистки поверхностей
АШ и тощие угли 0,60 требуется
Каменные, бурые угли (кроме Канско- Ачинских), промпродукты каменных I углей 0,65 требуется
Подмосковный уголь 0,70 не требуется
Бурые угли Канско-Ачинского месторо- ждения, фрезерный торф и древесина 0,60 требуется
Сланцы (северо-западные) 0,50 требуется
Таблица 6.4
Коэффициенты тепловой эффективности
при сжигании мазута и газа
Топ- ливо Наименование поверхности нагрева Скоро- сть, м/с Коэф, тепло- вой эффек- тивности , \|/*
Мазут Пароперегреватели в конвективной шахте при очистке дробью; коридорные перегре- ватели в горизонтальном газоходе без очистки; котельные пучки котлоагрегатов малой мощности и фестоны 4-12 12-20 0,65-0,60 0,60
Первые и вторые ступени экономайзеров при очистке дробью 4-12 12-20 0,70-0,65 0,65-0,60
Экономайзеры котлов малой мощности (при температуре питательной воды tnB< 100 °C) 4-12 0,70-0,65 0,65-0,60
Газ Пароперегреватели, вторые ступени эко- номайзеров и другие поверхности нагрева при 3>400°С. 6-14 0,85
Первые ступени экономайзеров, односту- пенчатые экономайзеры при 3 < 400 °C. 6-14 0,95
* Большие значения соответствуют меньшим скоростям газа.
61
Коэффициенты загрязнения е, (м2К/Вт), при сжигании твер-
дого топлива и при шахматном расположении труб в пучке опре-
деляются по уравнению
8 = £0 * Сфр • Cd + Де, (6.67)
где 80 - исходный коэффициент загрязнения, (м2-К/Вт), зависящий
от скорости газов и s2/d и определяемый по рис. ПЛЗ; Cd - поправ-
ка на диаметр труб пучка, определяемая по рис. ПЛЗ; Сфр - по-
правка на фракционный состав золы: для углей и сланцев Сфр =1,0,
для торфа Сфр =0,7; Де - поправка, зависящая от температуры га-
зов, типа поверхности нагрева, (м2-К/Вт), сорта сжигаемого топли-
ва, (м2К/Вт), и принимаемая по табл. 6.5.
При поперечно-продольном омывании гладкотрубных пучков
коэффициенты загрязнения и тепловой эффективности определя-
ются отдельно для поперечно и продольно омываемых участков по
соответствующим средним скоростям в них. Для продольно омы-
ваемых участков коэффициенты £ и принимаются по тем же
данным, что и при поперечном омывании. При сжигании смеси
топлив коэффициенты загрязнения и тепловой эффективности вы-
бираются по более загрязняющему топливу.
Таблица 6.5
Поправка Де, (м2-К/Вт), к коэффициенту загрязнения
Наименование поверхности нагрева Топливо, дающее сыпу- чие отложе- ния (в том числе АШ при Гун>20%) АШ Канско- Ачинские угли*,слан- цы и фре- зерный торф**
С дро- беочи- сткой Без дробе- очистки
Пароперегреватели 0,0026 0,0026 0,0043 0,004
Вторые ступени экономай- зеров, одноступенчатые экономайзеры 3 > 400 °C 0,0017 0,0017 0,0043 0,003
Первые ступени экономай- зеров, одноступенчатые экономайзеры и другие поверхности нагрева при < 400 °C 0 0 0,0017 0
* С дробеочметкой. ** Без дробеочистки.
62
Коэффициенты использования поверхностей нагрева возду-
хоподогревателей риведены в табл. 6.6. Для других элементов
котла, имеющих поперечно омываемые трубные пучки, 5, = 1, а при
смешанном обтекании трубного пучка (котельный пучок ДКВр)
4=0,95. " " ' :
Для трубчатых воздухоподогревателей с промежуточными
трубными досками между отдельными ходами коэффициент ис-
пользования снижается на 0,1 при одной доске (в двух- и трехходо-
вых ступенях) и на 1,5- при двух промежуточных досках (в трех-,
четырех- и пятиходовых ступенях).
Коэффициент также снижается на 0,1 при сжигании мазута с
а/ > 1,03 и при температуре воздуха перед трубчатым подогрева-
телем ниже 80 °C.
Таблица 6.6
Коэффициент использования £
поверхности нагрева воздухоподогревателей
Вид топлива Тип воздухоподогревателя
Трубчатый без промежуточных трубных досок Чугунный из ребристых труб
Нижняя ступень Верхняя ступень
АШ, фрезерный торф 0,80 0,75 0,75
Мазут, древесное топливо 0,80 0,85 0,70
Остальные топ- лива 0,85 0,85 0,80
7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕТОДИКЕ
ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
I. >
7.1. Поверочный расчет фестона и котельного пучка
Как указывалось выше, для фестонов и котельных пучков
проводится обычно поверочный расчет, в результате которого оп-
ределяются параметры (температура и энтальпия) дымовых газов
на выходе из рассматриваемых поверхностей и тепловосприятие в
63
них. Характерной особенностью испарительных поверхностей на-
грева, а к таковым относятся фестон и котельный пучок, является
неизменность температуры рабочей среды (пароводяной смеси)
при ее течении в трубах фестона и котельного пучка. При этом
температура пароводяной смеси равна температуре кипения а
подводимое к поверхностям нагрева тепло расходуется на испаре-
ние жидкости. I
Исходные данные для расчета
1. Конструктивные характеристики котельного пучка (фесто-
на), определяемые из чертежей котла: наружный диаметр труб d, м;
поперечный и продольный шаги труб S! и м; число труб поперек
движения газов и число рядов труб по движению газов -
обогреваемая длина трубы, м; а и b - стороны газохода, в котором
расположена поверхность нагрева, м. I
2. Параметры продуктов сгорания и рабочей среды: темпера-
тура газов на входе в фестон (котельный пучок) °C, и соответст-
вующая ей энтальпия Н', кДж/кг. Для фестона 9ф'-Зт", а для ко-
тельного пучка S'W1 равна температуре газов на выходе из преды-
дущей по ходу газов поверхности нагрева; объем Vr, м3/кг (м3/м3),
(из раздела 3.1); температура рабочей среды t, °C, равная темпера-
туре насыщения и определяемая по табл. П.8.1 при соответствую-
щем давлении.
Порядок расчета
1. Предварительно задаются двумя значениями температур
дымовых газов за фестоном (котельным пучком). В дальнейшем
расчет проводится при двух принятых температурах газа. Ориен-
тировочно перепад температур газа в фестоне принимается: для
двухрядного 15-20 °C, трехрядного 30-40 °C и четырехрядного 50-
60 °C. 1
По табл. 3.3 определяют соответствующие принятым темпера-
турам энтальпии газов за поверхностями нагрева.
2. По балансовому уравнению (6.19) вычисляется количество
теплоты Q6, кДж/кг (кДж/м3), переданное газами поверхности стен-
ки.
3. Определяются Д^, Д^ и температурный напор в рассматри-
ваемой поверхности (см. раздел 6.8). Значения температур рабочей
среды определяются по табл. П.8.1 при заданном давлении.
64
4. Вычисляется живое сечение для прохода газов F. (раздел
6.2) и расчетная скорость газов сог по уравнению (6.53).
5. По уравнениям, приведенным в разделе 6.5, рассчитывают
коэффициент теплоотдачи конвекцией аю Вт/(м; К). Предваритель-
но определяют необходимые для расчета ак коэффициенты Cz и Cs,
а также теплофизические параметры газов X, v, Рг (табл. 6) в соот-
ветствии с их расчетной температурой (см.раздел 6.8).
6. Определяются по уравнению (6.16) толщина излучающего
слоя s,m, и по уравнениям (6.51,6.52) суммарная оптическая тол-
щина продуктов сгорания Kps и степень черноты потока газов а.
7. В соответствии с рекомендациями раздела 6.9 определяется
расчетная температура стенки t3.
8. По уравнениям (6.49)или(6.50) рассчитывается коэффициент
теплоотдачи излучением ал, Вт/(м2К) и затем суммарный коэффи-
циент теплоотдачи а15 Вт/(м2К).
9. В зависимости от вида сжигаемого топлива и компоновки
труб в пучке по уравнениям (6.31)или(6.32) вычисляется коэффи-
циент теплопередачи к, Вт/(м2К). Предварительно определяется
коэффициент тепловой эффективности или коэффициент загрязне-
ния (см.раздел 6.10).
10. По уравнению (6.1) рассчитывается поверхность нагрева
фестона (котельного пучка).
11. По уравнению теплопередачи определяют количество теп-
ла , переданное газами рабочей среде, QT, кДж/кг (кДж/м3).
12. Полученные значения QT сравнивают с рассчитанными в
пункте 2 значениями Q6:
8Q = Q6^ т 100. (7.1)
Если для котельных пучков 8Q < ±2%, а для фестонов
8Q< ±5%, то расчет считается законченным. За окончательную
величину тепловосприятия принимается Q6, рассчитанная по урав-
нению баланса.
В случае превышения 8Q вышеуказанных пределов использу-
ется метод графической интерполяции для определения искомой
температуры газов за поверхностью нагрева. С этой целью по двум
значениям принятых температур и 9% (индексы I и II соответ-
ствуют первому и второму приближениям) и вычисленным значе-
ниям Q6I, Q6Ih QTl и QTl| строится график (рис. 7.1). Точка пересече-
65
ния прямых соответствует искомому расчетному значению темпе-
ратуры 3"Р за поверхностью нагрева. Если значение 9"Р отличается
от ранее принятых и более чем на 50 °C, то расчет повторя-
ется при S" = S"P. При |$"j - &"п| < 50 °C пересчитывают лишь Q6j
At и QT, сохраняя прежним коэффициент теплопередачи. I
Значение искомой температуры 3"Р может быть также опреде-
лено путем аналитической интерполяции
Алгоритм поверочного расчета фестона и котельного пучка
приведен на рис. 7.2.
Результаты теплового расчета конвективных испарительных
поверхностей представляют в пояснительной записке в соответст-
вии с указаниями, изложенными в разделе 1.3.
Рис. 7.1. Графическое определение расчетной температуры S р
7.2. Тепловой расчет пароперегревателя
7.2.1. Общие характеристики пароперегревателей
В котлах низкого и среднего давления используются конвек-
тивные пароперегреватели, устанавливаемые обычно после фесто-
на (БКЗ 75-40, ДКВр) и в некоторых котлах (ГМ-50-14/250) после
конвективного котельного пучка. Температура перегретого пара в
котлах низкого давления (ДКВр, ДЕ, КЕ) не превышает 250 °C, а в
котлоагрегатах среднего давления (Р = 4,0 МПа) составляет
440 °C.
66
Основные коструктивные характеристики пароперегревателей
и скорость движения, газов приведены в таблице 6.1. Рекомендуе-
мая глубина пакета змеевиков пароперегревателя составляет
0,8-5-1,5 м, а расстояние между соседними пакетами 0,6^0,8 м. До-
полнительные сведения о конструкции пароперегревателей и дру-
гих конвективных поверхностей содержатся в [2, 7-10].
Рис. 7.2. Алгоритм поверочного расчета конвективных испарительных
поверхностей
67
Из схем рис 7.3 следует, что конвективные пароперегреватели
могут быть выполнены по прямоточной, противоточной схемам
или с последовательно-смешанным током. Пароперегреватели мо-
гут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми (нумерация сту-
пеней производится по ходу пара). При этом в котлах среднего
давления пароперегреватель содержит обычно поверхностный или
впрыскивающий пароохладитель.
При курсовом проектировании выполняется, как правило,
конструктивный расчет пароперегревателя, в результате которого
определяется его поверхность нагрева.
7.2.2. Конструктивный расчет
одноступен чатого пароперегревателя
Одноступенчатые пароперегреватели применяются в котлах
низкого давления типа ДКВр и ДЕ. . 1
Непосредственно расчету должна предшествовать эскизная
проработка конструкции пароперегревателя, которая включает
выбор диаметров труб, d и dBH поперечных и продольных шагов Sj и
s2; числа труб в ряду, расположенном поперек движения газа Zi и
числа рядов труб по движению газа z2, общего количества труб Zn;
компоновки труб в пучке; числа ходов (труб) в одном змеевике
Птр.зМ; числа параллельно включенных змеевиков в одном ряду по
ходу газов пзмряд; обогреваемой и расчетной длины одного хода
змеевика и /; размеров газохода а и Ь; проходных сечений для
газа Fr и пара f (см. раздел 6.2 и рис. 6.1).
Конструкция пароперегревателя должна быть выбрана таким
образом, чтобы обеспечивались скорости движения газа и пара, а
также относительные шаги ai ио2 5 рекомендуемые в табл. 6.1. В
результате эскизной проработки пароперегревателя определяется
его предварительная поверхность Нпред? м“, используемая при вы-
полнении расчета пароперегревателя в первом приближении.
68
Рис. 7.3. Схемы конвективных пароперегревателей:
а - противоточная; б - прямоточная;
в - с последовательно-смешанным током с пароохладителем;
1 - змеевик пароперегревателя;
2 - барабан котла;
3 - коллектор;
4 - пароохладитель;
I и U - первая и вторая ступени пароперегревателя
Исходные данные для расчета
1. Конструктивные характеристики пароперегревателя, кото-
рые получены в результате эскизной проработки пароперегревате-
ля.
2. Температура газов на входе в пароперегреватель S', °C, аб-
солютное давление пара Р, МПа, температура перегретого пара tnn,
69
Порядок расчета
1. Определяется предварительная поверхность пароперегрева-
теля Нпред, М •
2. По табл. 3.3 и приложению 8 определяются энтальпии газов
на входе в пароперегреватель Н', кДж/кг (кДж/м3), температура
насыщенного пара tHn, °C, энтальпии насыщенного и перегретого
пара hH п и hI(ll, кДж/кг (кДж/м3). I
3. По уравнению (6.20) вычисляется количество теплоты, вос-
принимаемое паром Q6, кДж/кг (кДж/м3). I
4. Из балансового уравнения (6.19) определяются энтальпии
газов за пароперегревателем Н", кДж/кг (кДж/м3). 1
5. С учетом конструкции пароперегревателя вычисляются At6,
AtM и At по уравнению (6.59). При включении поверхностей нагрева
по сложным смешанным схемам определяются AtnpM, AtnpT и далее
средний температурный напор по уравнениям (6.61) или (6.62)
(см.раздел 6.8).
6. По уравнениям (6.56-6.58) определяются расчетные темпе-
ратуры дымовых газов Scp, °C, и пара tcp, °C, по которым находятся
удельные объемы v, м3/кг, и теплофизические параметры X,
Вт/(м К), v, м2/с, и Рг для пара и дымовых газов.
7. Рассчитываются площади живых сечений для прохода газа
Fr, м2, и пара f, м2, (см.раздел 6.2) и затем расчетные скорости газов
wr, м/с, и пара wn, м/с, по уравнениям (6.53), (6.55).
8. По уравнению (6.37) или (6.42) рассчитывается коэффици-
ент теплоотдачи от газа к стенке ак, Вт/(м2К). Предварительно
определяются коэффициенты Cz и Cs.
9. Вычисляется коэффициент теплоотдачи от стенки труб к
пару а2, Вт/(м2К), по уравнению (6.48). Предварительно определя-
ются коэффициенты Cb Cd и С/.
10. Определяется толщина излучающего слоя s, м, (уравнение
6.16), суммарная оптическая толщина продуктов сгорания kps и
степень черноты продуктов сгорания а (см.раздел 6.6). По уравне-
нию (6.65) вычисляется температура загрязненной наружной по-
верхности труб t,, °C. |
И. Рассчитывается коэффициент теплоотдачи излучением ал,
Вт/(м2 К) по уравнению (6.49) или (6.50). I
12. Определяется коэффициент теплоотдачи от газа к стенке
аь Вт/(м2 К), и коэффициент теплопередачи от дымовых газов к
70
пару к, Вт/(м2 К), (см.раздел 6.4). Предварительно находят коэффи-
циент загрязнения е или коэффициент тепловой эффективности у.
13. По уравнению (6.18) определяется расчетная площадь па-
роперегревателя Нрасч, М2.
14. Определяется погрешность расчета по уравнению
АН = -?аси Нпред • 100. (7.3)
рас н
Если АН < ±15%, то расчет считается законченным. По полу-
ченной величине поверхности пароперегревателя Нрасч окончатель-
но уточняют конструктивные характеристики пароперегревателя:
поверхность одного змеевика Нзм, его длину /зм, число петель в
змеевике zneT и глубину пакета змеевиков hn (см. уравнения (6.9) -
(6.12).
При большей величине погрешности (АН > ±15%) расчет сле-
дует повторить, скорректировав площадь поверхности паропере-
гревателя Нпред. При этом уменьшение поверхности пароперегрева-
теля может быть обеспечено прежде всего укорачиванием длины
змеевиков при сохранении поперечного шага S] и площади живого
сечения Fr за счет закладки образовавшихся коридоров огнеупор-
ным кирпичом, а также в необходимых случаях путем уменьшения
zI и ХзМрЯд (см.раздел 6.2). Для увеличения поверхности паропере-
гревателя принимают меры противоположного характера.
Результаты расчеты представляются в соответствии со значе-
ниями раздела 1.3.
Алгоритм конструктивного расчета одноступенчатого паропе-
регревателя приведен на рис. 7.4.
7.2.3. Расчет двухступенчатого пароперегревателя
Расчет двухступенчатого пароперегревателя с последователь-
но-смешанным током и поверхностным пароохладителем, вклю-
ченным в рассечку, проводится по частям. Сначала рассчитывается
вторая ступень (вторая ступень по ходу пара, см. рис. 7.3), а затем
первая ступень пароперегревателя. Расчет второй ступени паропе-
регревателя рекомендуется проводить поверочно, а первой - конст-
руктивно. Это позволяет сохранить заводскую конструкцию второй
ступени, работающую в условиях наиболее высоких температур
газа и пара, и тем самым снизить возможность перегрева стенок
второй ступени пароперегревателя.
71
Обозначения параметров в ступенях пароперегревателя по хо-
ду пара и газов приведены на рис. 7.3.
Поверочный расчет второй ступени пароперегревателя
Целью рассматриваемого расчета является определение теп-
ловосприятия во второй ступени пароперегревателя Q6, температур
газа за ней 9"п и пара за пароохладителем t"no.
Исходные данные для расчета
1. Конструктивные характеристики второй ступени паропере-
гревателя, определяемые по чертежам котла: диаметры труб dn и
шаги Sj lb s2>n, gmi, о2>11; число труб в ряду, расположенном по-
перек движения газов zub число рядов труб по ходу движения га-
зов z2 п; число параллельно включенных змеевиков в ряду по ходу
газов пзм рядП; число ходов в одном змеевике обогреваемая и
расчетная длина труб /обп и /п; радиусы гиба труб 1<гнб; сечение газо-
хода айв; компоновка труб в пучке.
2. Параметры продуктов сгорания и пара: температура газов
на входе во вторую ступень пароперегревателя &'п, °C, температура
перегретого пара t^, °C, абсолютное давление пара Р, МПа.
Порядок расчета
Методика поверочного расчета второй ступени пароперегре-
вателя в целом аналогична методике расчета фестона (см. раздел
7.1).
1. Задаются двумя значениями температур дымовых газов за
второй ступенью пароперегревателя &"11э °C, и определяются соот-
ветствующие им энтальпии (табл. 3.3).
2. По уравнению (6.19) вычисляется количество теплоты Q„
переданное газами поверхностям нагрева.
3. Рассчитывается значение энтальпии перегретого пара за па-
роохладителем Ь”по по уравнению (6.20) или (6.21), в которых эн-
тальпия насыщенного пара hHn заменяется на h”no. По приложению
8 определяется температура перегретого пара за пароохладителем
72
Рис. 7.4. Алгоритм конструктивного расчета одноступенчатого
пароперегревателя
4. Определяются At6 и AtM и далее AtnpT, по уравнению (6.62)
рассчитывается температурный напор At. Предварительно опреде-
ляются безразмерные параметры А, Р, R и коэффициент (см.
раздел 6.8).
73
5. Далее последовательно выполняются пункты 6-И 2 из расче-
та одноступенчатого пароперегревателя (см. подраздел 7.2.2. "По-
рядок расчета").
6. По чертежам определяется площадь второй ступени паро-
перегревателя Нц.
7. По уравнению теплопередачи (6.18) определяется тепловос-
приятие во второй ступени пароперегревателя, QTll.
8. Определяется погрешность расчета по уравнению (7.1), ко-
торая должна быть не более 2%. В случае превышения указанной
погрешности следует воспользоваться методом графической ин-
терполяции для определения искомой температуры газов за второй
ступенью пароперегревателя (см.раздел 7.1). Затем расчет повто-
ряют при новой заданной температуре &"п.
Результаты расчета второй ступени представляются в поясни-
тельной записке в соответствии с указаниями, приведенными в
разделе 1.3.
Алгоритм поверочного расчета второй ступени двухступенча-
того пароперегревателя приведен на рис. 7.5. . . 1
Конструктивный расчет первой ступени пароперегревателя
Расчет проводится с целью разработки конструкции первой
ступени пароперегревателя и определения ее площади нагрева Нь
обеспечивающей с учетом теплопотерь в пароохладителе необхо-
димый перегрев пара после первой ступени пароперегревателя
(рис. 7.3).
Энтальпия перегретого пара перед пароохладителем h'no,
кДж/кг, рассчитывается по уравнению
h'no=h"no+Ahllo, (7.4)
где h"no - энтальпия перегретого пара после пароохладителя,
кДж/кг, определенная в поверочном расчете второй ступени паро-
перегревателя; Ahn0 - тепловосприятие пароохладителя, кДж/кг.
Обычно эта величина принимается в пределах от 60 до 80 кДж/кг
пара.
Методика расчета первой ступени пароперегревателя анало-
гична конструктивному расчету одноступенчатого пароперегрева-
теля (см. подраздел 7.2.2). Расчет также начинается с эскизной пе-
реработки пароперегревателя, в результате которой определяются
74
его конструктивные характеристики и предварительная поверх-
ность пароперегревателя Нпрел1. Последующий порядок расчета
первой ступени пароперегревателя полностью совпадает с поряд-
ком расчета одноступенчатого пароперегревателя.
Рис. 7.5. Алгоритм поверочного расчета второй ступени
пароперегревателя
75
К отличительным признакам следует отнести лишь то, что в
качестве исходных данных используются промежуточные пара-
метры газов и пара: за начальную температуру продуктов сгорания
перед рассчитываемой ступенью 3', принимается температура
газов за второй ступенью пароперегревателя &"п; энтальпия пере-
гретого пара за первой ступенью пароперегревателя равна энталь-
пии пара перед пароохладителем h‘no и определяется по уравнению
(7-4). 1
В целом расчет первой ступени пароперегревателя проводится
по уравнениям, изложенным в подразделе 7.2.2.
7.3. Особенности расчета
низкотемпературных (хвостовых)
поверхностей нагрева
Компоновка водяного экономайзера и воздухоподогревателя
определяется температурой подогрева воздуха, характеристикой
топлива, температурами питательной воды и воздуха на входе в
поверхности нагрева и температурой уходящих газов. Отдельные
рекомендации по разработке схем компоновки хвостовых поверх-
ностей нагрева приведены в разделе 2.4.
Методика и порядок проведения расчета хвостовых поверхно-
стей нагрева зависит от их компоновки. При одноступенчатой ком-
поновке экономайзера и воздухоподогревателя проводится их кон-
структивный расчет. При этом рекомендуется проводить расчет
воздухоподогревателя до расчета экономайзера. В этом случае теп-
ловой баланс котла замыкается на экономайзере.
При двухступенчатой схеме компоновки водяного экономай-
зера и воздухоподогревателя в рассечку целесообразно с целью
снижения объема работ по реконструкции котла оставить без из-
менения конструкции первых ступеней экономайзера и воздухопо-
догревателя и проводить для них поверочный расчет. Для вторых
ступеней в этом случае выполняются конструктивные расчеты, в
результате которых определяются площади воздухоподогревателя
и водяного экономайзера, обеспечивающие необходимую темпера-
туру подогрева воздуха tBn2 и энтальпию воды Ьэк2 • Для опреде-
ления последней для котлов с естественной циркуляцией
рекомендуется использовать уравнение
76
h,K2 :=77-(hnc-Ahno)-r-^(QJ]+Q(J)+Qi|e+QKn+QBT)5 (7.5)
^ЭК 17 ВЭ
где D3K-расход воды через экономайзер, кг/с; Рл,Рф,Рпе,9кп,Рвт -
количества тепла, переданного соответственно в топке, фестоне,
пароперегревателе, конвективных испарительных поверхностях и
вторичном пароперегревателе, кДж/кг. Дополнительные сведения
по расчету хвостовых поверхностей, имеющих двухступенчатую
компоновку, содержатся в [1, 2, 7].
Если при расчете выявится необходимость установки кипяще-
го экономайзера, то его конструктивно следует разделить на две
части: некипящую и кипящую. Приращение энтальпии воды в не-
кипящей части экономайзера должно соответствовать условию
h%xi = h'Hac- (165-210), (7.6)
где Ь"эк1 и Ьнас - энтальпия воды на выходе из первой (некипящей)
части экономайзера, кДж/кг(кДж/м3), и h’Hac - энтальпия насыщения
воды при заданном давлении, кДж/кг (кДж/м3).
Если паросодержание в воде на выходе из кипящей части эко-
номайзера превысит допустимое значение, равное 30%, то необхо-
димо по уравнениям (6.19) и (6.25) оценить энтальпию и темпера-
туру газов на выходе из экономайзера, при которых паросодержа-
ние в воде не превышает допустимого значения.
При новом значении энтальпии газов на входе в воздухопо-
догреватель (Нвп = Н”эк) по балансовым уравнениям (6.19) и (6.26)
определяются температуры уходящих газов 0уг и горячего воздуха
tr в. Если полученные значения температур &у г и tr в не отличаются
от принятых ранее при расчете теплового баланса и топки более
чем на ±10 °C для температуры уходящих газов и ± 40 °C для горя-
чего воздуха, то с учетом новых значений температур газов, возду-
ха и питательной воды проводят расчет воздухоподогревателя и
водяного экономайзера. В случае несоблюдения указанных требо-
ваний, то есть Д0уг> ±10 °C или AtrB> ± 40 °C, расчет котла повто-
ряют (см. раздел 7.6).
Ниже рассмотрена одноступенчатая схема компоновки хво-
стовых поверхностей, в которой воздухоподогреватель по ходу
газов расположен за экономайзером.
77
7.4. Конструктивный расчет
трубчатого воздухоподогревателя
Целью конструктивного расчета воздухоподогревателя явля-
ется определение площади поверхности, числа ходов по воздуху и
общей его высоты. Трубчатый воздухоподогреватель представляет
газовоздушный теплообменник, в котором газы движутся внутри
вертикально расположенных труб, а нагреваемый воздух - в меж-
трубном пространстве поперечно оси труб, расположенных по ходу
воздуха в шахматном порядке.
До проведения расчета необходима конструктивная проработ-
ка воздухоподогревателя. При этом целесообразно ориентировать-
ся на заводскую конструкцию воздухоподогревателя. Кроме этого,
при выборе температуры подогрева воздуха t"Bn, °C, температуры
воздуха на входе в подогреватель t’Bn, °C, скорости движения газа
wn м/с, и воздуха wB, м/с, поперечных и продольных шагов Sj и s2
необходимо следовать рекомендациям, приведенным в табл. 2.4,
2.5 и 6.1.
Эскизная проработка воздухоподогревателя проводится по
следующей схеме.
1. Принимается предварительная скорость движения газов wr
(табл. 6.1) и определяется общее число труб
BpVr(» + 273)
гп.пред п * v-'/
0,785-dBH ‘^уг.пред’273
2. Выбирается ширина воздухоподогревателя Ьпред, м, которая
должна быть не больше ширины топки и соизмерима с шириной
газохода экономайзера.
3. Принимается шаг труб поперек движения воздуха (в ряду)
sl3 м, (табл. 6.1) и определяется число в нечетном ряду. Если рас-
стояние от крайних труб до внутренней стенки корпуса воздухопо-
догревателя составляет
1_
пред . ✓ о \
Sb то zlHeH=------1, (7.8)
S1
0,5 sb то Z)i|eH=-^ . (7.9)
si
78
Число труб в четном ряду равно
^1чет ^|неч 1.
4. Определяется число рядов вдоль движения газов
7
_ ппред
^2неч ~ "Z Г
2 Iнеч 1
^2чет ^2неч ИЛИ Z2qer ^2неч “ 1 •
(7.10)
(7.11)
(7.12)
5. Уточняются общее число труб z„ (см. раздел 6.1) и скорость
движения газов в сог, м/с, по уравнению (6.53).
6. Принимается шаг S2, м, (табл. 6.1), и определяется глубина
воздухоподогревателя с, м. Если расстояние от крайних труб до
внутренней стенки корпуса воздухоподогревателя равно s2, то
С ~~ 2 22неч S?, (7.13)
если это расстояние составляет 0,5 ' s2, то
с ~ (2 z2lje4 -1) s2. (7.14)
При расчете одноступенчатого воздухоподогревателя необхо-
димо учитывать, что его использование эффективно лишь при тем-
пературах подогрева воздуха до 250 °C. При этом температурный
напор на ''горячем” конце воздухоподогревателя должен быть &'вп-
trB > 30 °C, что исключит неоправданно большие поверхности воз-
духоподогревателя. Подогрев воздуха перед воздухоподогревате-
лем проводится с целью снижения коррозии при сжигании влаж-
ных и сернистых топлив. Целесообразно подогрев холодного воз-
духа до 70 °C осуществлять за счет рециркуляции части нагретого
воздуха. При более высоких температурах подогрева используются
внешние источники тепла (паровые калориферы).
Расчет воздухоподогревателя проводится по действительному
расходу воздуха с учетом имеющихся присосов и утечек воздуха:
Pl = Р'вп + Ррц ; (7.15)
Р2=Р"ви + Ррц, (7.16)
где pi и р2 - коэффициенты, характеризующие отношения коли-
честв воздуха на входе и выходе из подогревателя к теоретически
необходимому при наличии рециркуляции нагретого воздуха; р'вп и
Р"вп - то же самое при отсутствии рециркуляции воздуха; Ррц - ко-
эффициент рециркуляции, равный отношению количества рецир-
79
кулируемого нагретого воздуха к теоретически необходимому
(рис. 6.5),
Р'вп = Р"вп + Давп, (7.17)
Р вп СЦ" * Actj - Д&пл, (7.18)
Рри = (Р"вп + Да8П) 2*7 , (7.19)
Рср = 0,5 (Р, + р2) = р"т + 0,5 Давп+ ррц, (7.20)
где ДаВ11 - утечка воздуха из воздушных каналов, равная присосу по
газовой стороне; От коэффициент избытка воздуха в топке; Ааг и
Дапл - присосы воздуха в топке и системе пылеприготовления; tXB,
tBn и trB - температуры холодного воздуха, на входе в воздухопо-
догреватель (после смешения холодною с рециркулирующим) и
горячего воздуха, °C; рср - средний коэффициент расхода в возду-
хоподогревателе.
Исходные данные для расчета
1. Конструктивные характеристики предварительные, полу-
ченные в результате эскизной проработки: диаметры труб d и
dBH, м; шаги труб в пучке sb s2, оь п2, м; число труб в ряду z1HC4,
z]4eT; число рядов труб г2неч и г2чет? ширина и глубина газохода воз-
духоподогревателя b и с, м; число ходов по воздуху гп и высота
хода а, м; число потоков по воздуху znoT; направление движения
теплообменивающих сред- противоток с m-кратным перекрестным
током; расположение труб в пучке - шахматное.
2. Параметры воздуха и газа: температура холодного воздуха
tXB, °C, при отсутствии внешнего подогрева принимается равной
30 °C или указывается в задании на курсовой проект; температура
воздуха на входе в воздухоподогреватель t'Bn, °C, при отсутствии
рециркуляции нагретого воздуха t'Bn = tXB; температура горячего
воздуха (на выходе из подогревателя) tr B=t"Bn, °C, выбирается при
расчете топки в соответствии с данными табл. 2.4 или указывается
в задании на курсовой проект; температура газов на выходе из воз-
духоподогревателя &"вп, °C, принимается для рассматриваемой в
расчете компоновки хвостовых поверхностей нагрева равной тем-
пературе уходящих газов 9уг = 9"вп (см. раздел 4).
80
Порядок конструктивного расчета воздухоподогревателя
1. По известным температурам воздуха и газа определяются
по табл. 3.3 соответствующие энтальпии воздуха и продуктов сго-
рания Н° и Нг, кДж/кг (кДж/м3).
2. По уравнению (6.26) определяется количество теплоты,
воспринимаемое воздухом Q6, кДж/кг (кДж/м3), и затем по уравне-
нию теплового баланса (6.19) энтальпия дымовых газов на входе в
воздухоподогреватель Н'вп. кДж/кг (кДж/м3), и соответствующая ей
температура газов &'вп, °C.
3. Рассчитывается по уравнению (6.62) температурный напор
At, °C, в воздухоподогревателе. При этом поправочный коэффици-
ент ц/ определяется для схемы с перекрестным током (см. раздел
6.8).
4. Определяются в соответствии с конструктивными характе-
ристиками воздухоподогревателя площади живых сечений для
прохода газов Fr, м2, воздуха FB, м2, (см. раздел 6.2) и расчетные
скорости их движения w„ wB, м/с, по уравнениям (6.53) и (6.54).
5. В соответствии с расчетными температурами газов и возду-
ха (см. раздел 6.8) определяются их теплофизические параметры X,
v, Рг по приложениям 6 и 7.
6. По уравнению (6.48) определяется коэффициент теплоотда-
чи конвекцией от газов к стенке ак, Вт/(м2 К). Для одноступенчато-
го воздухоподогревателя, расположенного по ходу за экономайзе-
ром, перенос тепла излучением не учитывается: ai=aK. Предвари-
тельно определяются коэффициенты Ct, Cd и С/.
7. Рассчитывается коэффициент теплоотдачи а.2, Вт/(м2 К), при
поперечном омывании шахматного пучка (см. раздел 6.5). Предва-
рительно определяются коэффициенты Сг и Cs.
8. По данным табл. 6.6 выбирается коэффициент использова-
ния ^вп поверхности нагрева воздухоподогревателя.
9. Вычисляется коэффициент теплопередачи к, Вт/(м2К), по
уравнению (6.34).
10. По уравнению (6.18) определяется расчетная площадь по-
верхности нагрева воздухоподогревателя Нрасч, м2.
11. Определяются соответствующие НраСЧ новые значения дли-
ны труб воздухоподогревателя L, м2, высоты хода воздуха а, м, и
длины трубы по высоте хода I, м (обозначения см. в разделе 6.2):
81
рас н
a~l = L/m.
(7-21)
(7-22)
12. По уравнению (6.4) рассчитывается площадь живого сече-
ния для прохода воздуха FB, м2, и затем расчетная скорость движе-
ния воздуха wB, м/с [уравнение (6.54)].
13. Определяется расхождение предварительно принятой ско-
рости воздуха wB пр(.д и полученной в результате расчета:
Aw=WB~W-Bn.P^.100. (7.23)
WB
Если Aw > ±10% , то необходимо уточнить принятую в начале
расчета конструкцию воздухоподогревателя и расчет повторить.
При Aw < ±10% значение AQ не превышает 2%, и в этом случае
расчет считается завершенным.
Алгоритм конструктивного расчета воздухоподогревателя
представлен на рис. 7.6.
7.5. Конструктивный расчет водяного экономайзера
7.5.1. Конструкпшвнъгй расчет стального водяного экономайзера
Расчет проводится с целью определения конструктивных ха-
рактеристик экономайзера и приращения энтальпии воды в нем.
Стальной водяной экономайзер выполняется в виде змеевико-
вых поверхностей нагрева, выполненных из гладких стальных
труб, расположенных обычно в шахматном порядке. Радиус гиба
труб RrH6=(l,5-r2,0)d. Поверхность экономайзера разбивается на
пакеты высотой 1,0-1,5 м с разрывами между ними, равными
0,6-0,8м. Расстояние между пакетами экономайзера и воздухопо-
догревателем составляет 0,8-1,0 м.
Расчету теплообмена предшествует эскизная проработка эко-
номайзера, в результате которой определяются его основные кон-
структивные характеристики (рис. 6.2). Последние, а особенно
скорости движения газов и воды, должны строго соответствовать
рекомендуемым в табл. 6.1.
82
Рис. 7.6. Алгоритм конструктивного расчета
одноступенчатого воздухоподогревателя
Предварительное конструирование предполагает задание ша-
гов Sj и S2 в соответствии с табл. 6.1 и определение по уравнениям
(7-7)-(7.9)
^1неч> 2|чет и общего числа змеевиков, параллельно вклю-
ченных по воде. Для водяного экономайзера оно равно
1IT
чет •
(7-24)
83
Расчет проходного сечения для воды Гж, м\ по уравнению (6.8)
и скорости ее движения wx, м/с, по уравнению (6.55). Последняя
сравнивается с рекомендуемой в табл. 6.1. Рассчитывается площадь
живого сечения для прохода газов Fr, м2, (см. раздел 6.2) и скорость
их движения wr, м/с, по уравнению (6.53). Полученную величину
wr сравнивают с рекомендуемой (табл. 6.1), затем определяются
все необходимые для расчета конструктивные характеристики во-
дяного экономайзера.
Исходные данные для расчета
1. Конструктивные характеристики (предварительные): диа-
метры труб d и dBH, м; шаги труб sb s2, О| и о2, м; число змеевиков
поперек движения газов г1неч, z} чет; число рядов труб по движе-
нию газа z2lie4> г2чет; число ходов в одном змеевике число па-
раллельно включенных змеевиков в ряду по ходу газов пзм ряд; обог-
реваемая длина одного хода змеевика /об, м; расчетная длина трубы
/, м; размеры газохода Ьис; число пакетов змеевиков ппзм и число
рядов труб в нем z2n; предварительная площадь поверхности нагре-
ва экономайзера Нпрел.
2. Параметры дымовых газов на входе в водяной экономайзер
9'эк и Нзк (из расчета предыдущей по ходу газов поверхности на-
грева) и на выходе из него 9"эк и Н"эк, полученных из конструктив-
ного расчета воздухоподогревателя. Температура питательной во-
ды на входе в экономайзер tn в = Сэк.
Порядок конструктивного расчета одноступенчатого сталь-
ного водяного экономайзера
1. Рассчитывается расход питательной воды через экономай-
зер D3K, кг/с,
D3K = D + Dnp = (1 + 0,0 Гр) D, (7.25)
где Dnp - расход продувочной воды, кг/с; р - процент непрерывной
продувки, %.
2. Если в схеме пароперегревателя имеется пароохладитель
поверхностного типа (см. раздел 7.2.3), то за энтальпию воды на
входе в экономайзер следует принять
h' =hn.+Ah —, (7.26)
ЭК П.В П О ' X '
84
где hnB - энтальпия питательной воды (табл. П.8.3), кДж/кг, при
отсутствии пароохладителя hn в = h'3K.
3. По балансовому уравнению (6.19) определяется количество
теплоты Q6, кДж/кг (кДж/м3), отдаваемое продуктами сгорания
стенкам труб.
4. Рассчитывается по уравнению (6.25) энтальпия питательной
воды на выходе из экономайзера h"3K, кДж/кг (кДж/м3). По полу-
ченному значению энтальпии определяется температура воды на
выходе из экономайзера t"3K, °C.
5. Определяется температурный напор At, °C, в поверхностях
нагрева экономайзера. Если температура воды на выходе из эконо-
майзера меньше температуры кипения t"3K < tKHn (некипящий эко-
номайзер), то параметры воды определяются по табл. П.8.3 и тем-
пературный напор рассчитывается как для случая противотока по
уравнению (6.59).
Для кипящих экономайзеров температурный напор при паро-
содержании в воде х < 30% может быть определен путем замены в
уравнениях для расчета At температуры воды за экономайзером
условной tycjl, °C,
1усл = ип + 0,119АЬ, (7.27)
где Ah = h"3K - Ькип - изменение энтальпии среды в процессе паро-
образования, кДж/кг; h"3K и Ькип - энтальпии воды на выходе из эко-
номайзера и кипящей воды, кДж/кг; 1КИП - температура кипения
воды при давлении в барабане, °C.
Применимость уравнения (7.26) ограничена наименьшими
значениями разности температур газов и воды на холодном конце
экономайзера. Если эта величина (Э*"^ - t'3K) окажется меньше, чем
приведенные в табл. 7.1 наименьшие разности температур, то рас-
чет температурного напора проводится по участкам (см. уравнение
(7.88) [1]).
Таблица 7.1
Наименьшие разности температур газов и воды
Температурные показатели Давление в котле, МПа
<1,4 >1,4
Температура воды на входе в сту- пень экономайзера f эк, °C >20 100-139 140-179 > 180
Наименьшие разности температур -Гэк, °C 100 150 110 80
85
6. Определяются площадь живого сечения для прохода газов
Fr, м2, и предварительная скорость их движения wr пред (см. разделы
6.2 и 6.7).
7. Находятся расчетная температура газов (см. раздел 6.8) и
соответствующие ей теплофизические параметры газов X, v и Рг
(приложение 6).
8. По уравнению (6.41) определяется коэффициент теплоотда-
чи конвекцией ак, Вт/(м2 К).
9. Рассчитываются толщина излучающего слоя s, м, [урав-
нение (6.16)], суммарная оптическая толщина продуктов сгорания
Kps, степень черноты потока а (см. раздел 6.6) и расчетная темпе-
ратура стенки tj, °C, (см. раздел 6.9).
10. Определяется коэффициент теплоотдачи излучением ап,
Вт/(м2 К), по уравнениям (6.49) или (6.50).
11. Рассчитывается коэффициент теплоотдачи ось Вт/(м2 К).
12. В соответствии с табл. 6.2 вычисляется коэффициент теп-
лоотдачи к, Вт/(м2К). Предварительно определяются коэффициен-
ты загрязнения с или тепловой эффективности ц/ (см. раздел 6.10).
13. По уравнению теплоотдачи (6.18) определяется расчетная
поверхность водяного экономайзера Нрасч, м2. 1
14. Определяется расхождение предварительной Нпред и рас-
четной Нрасч поверхностей нагрева по уравнению (7.3). Если
ДН>15%, то расчет повторяют при скорректированной поверхно-
сти нагрева. Увеличение или уменьшение поверхности нагрева
целесообразно проводить путем изменения длины змеевика, что
позволяет сохранить неизменными скорости движения дымовых
газов и воды.
Если ДН < 15%, то проводят уточнение конструктивных ха-
рактеристик экономайзера.
15. Рассчитывается число рядов труб в змеевике. При шахмат-
ном расположении труб обычно Z2неч ^2чет-
z, =---т------• (7.28)
* \^1неч + ^1чет/ & об I
Полученное значение округляют до ближайшего целого чет-
ного числа. {
16. Определяется действительное число пакетов змеевиков
Пп зм ~~ ^2^2п • (7.29)
86
Расхождение полученной величины ппзм с числом пакетов,
принятым в исходных данных, требует уточнения конструкции
экономайзера и повторного расчета. Если расчетное и принятое
значения ппзм совпадают, то переходят к выполнению пункта 17.
17. Определяется длина одного змеевика
, Н
7---• (7.30)
7T^.ZnT
Обозначения в уравнениях (7.27) - (7.29) даны в разделе 6.2.
Расчет проводится по уравнению (7.23).
18. Число петель в змеевике zneT и высота пакета змеевиков по
ходу газов hn, м, определяются по уравнениям (6.11) и (6.12).
Данные расчета приводятся в пояснительной записке в соот-
ветствии с указаниями, изложенными в разделе 1.3.
Алгоритм конструктивного расчета водяного стального эко-
номайзера приведен на рис. 7.7.
7.5.2. Конструктивный расчет чугунного экономайзера
Чугунные экономайзеры системы ВТИ некипящего типа ис-
пользуются в котлоагрегатах с давлением пара Р < 2,5 МПа.
Они выполняются из ребристых чугунных труб диаметром
76x8 мм, ограниченных по концам квадратными фланцами 150x150
мм, которые при монтаже трубного пучка образуют две стенки
экономайзера (рис. П.12). Расположение труб в пучке - коридорное.
Соседние трубы соединяются между собой специальными калача-
ми. Конструктивные характеристики чугунных труб, из которых
выполняются блочные экономайзеры, приведены в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Конструктивные характеристики труб
чугунных экономайзеров ВТИ и ЦККБ
Характеристика одной трубы Экономайзер ВТИ ЦККБ
Длина, м 1,5 2,0 2,5 з,о 1,99
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2 2,18 2,95 3,72 4,49 5,50
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, 7 М" 0,088 0,120 0,152 0,184 0,21
87
Движение газов и воды в большинстве случаев противоточ-
ное. Скорости движения газов при сжигании зольного топлива на-
ходятся в пределах 74-10 м/с,при этом большие значения скоростей
соответствуют более зольным топливам. При сжигании газа и ма-
зута скорость продуктов сгорания принимается равной 6-е-8 м/с.
Скорость воды в экономайзере составляет 0,54-1,0 м/с.
Блочные экономайзеры ВТИ компонуются из чугунных реб-
ристых труб, при этом количество труб в ряду принимается в пре-
делах от 3 до 9 труб. 1
Число параллельных потоков по воде составляет для котлов
производительностью 6,5 т/ч - 1, а для 20 т/ч - 2 потока.
Температура воды на выходе из блочного чугунного эконо-
майзера должна быть ниже температуры насыщения на котлах с
автоматами питания на 20 °C, а при отсутствии последних на 40 °C.
Конструктивный расчет чугунного экономайзера принципи-
ально не отличается от расчета стального экономайзера. Отличие
составляет лишь определение конструктивных характеристик эко-
номайзера и коэффициента теплоотдачи.
Предварительное конструирование чугунного экономайзера
проводится в такой последовательности. Задавшись длиной трубы
и скоростью движения газов, определяют по уравнению (6.53)
площадь живого сечения для прохода газов Fr. Зная площадь живо-
го сечения одной трубы для прохода газа, рассчитывают число
Труб В ряду Z|.
2 Исходные данные
1. Конструктивные характеристики: длина трубы /, м; площадь
поверхности нагрева Нф, м2, площади живого сечения для прохода
газов Fr, м2, и воды f«, м2; число параллельных потоков по воде z,,^,
ЧИСЛО Труб В ряду Z|.
2. Параметры газов и воды такие же, как и при расчете сталь-
ного экономайзера (см. исходные данные для расчета стального
экономайзера).
88
Рис. 7.7. Алгоритм конструктивного расчета водяного стального эко-
номайзера
Порядок расчета чугунного экономайзера
1. Выполняются пункты 14-5 из раздела "Порядок конструк-
тивного расчета одноступенчатого стального водяного экономай-
зера” (см. раздел 7.5.1).
2. Определяются расчетные температуры газов и воды (см.
раздел 6.8)
3. С учетом числа параллельных потоков zn0T вычисляется ско-
рость движения \уж, м/с, по уравнению (6.55). Полученная величина
wx должна быть не менее 0,4 м/с.
4. Рассчитывается скорость газов wr, м/с, по уравнению (6.53).
5. По графику (рис. П. 12) определяется коэффициент теплоот-
дачи к, Вт/(м2 К).
6. По уравнению теплоотдачи вычисляется требуемая площадь
поверхности нагрева, Н^б, м2.
7. Определяется общее число труб в экономайзере
Z„= Нтреб/Нтр И ЧИСЛО рЯДОВ ПО ХОДУ ГаЗОВ Z2 = Zn/ Z|.
8. Полученную величину z2 округляют до ближайшего целого
числа и рассчитывают действительную площадь поверхности чу-
гунного экономайзера Н = Z| z2 * Н^, м2.
9. Определяют количество теплоты, переданное от газов воде
QT, кДж/кг (кДж/м3), по уравнению (6.18).
10. Определяют расхождение AQ по уравнению (7.1). Если
AQ>2%, расчет экономайзера повторяется. При величине
AQ < 2% расчет считается завершенным.
Алгоритм конструктивного расчета чугунного экономайзера
приведен на рис. 7.8.
7.6. Сводная таблица и проверка теплового расчета
Тепловой расчет котла считается законченным при выполне-
нии следующих условий:
1. Величина погрешности по каждому рассчитанному элемен-
ту котла не должна превышать допустимого предела.
2. Значение расчетной температуры уходящих газов за по-
следней хвостовой поверхностью нагрева не должно отличаться от
принятой в тепловом балансе котла величины Sy г более чем на
±10 °C.
3. Температура горячего воздуха за последней ступенью воз-
духоподогревателя, полученная при его расчете, не должна отли-
чаться от принятой величины trB при расчете топки котла более чем
на ± 40 °C.
90
Рис. 7.8. Алгоритм конструктивного расчета чугунного
экономайзера
Если расхождения Д9уг > ±10 °C или AtrB > ± 40 °C, то необ-
ходимо повторить расчет всего котла, задавшись новыми значе-
ниями 9У г или trB, равными величинам, которые были получены в
результате проведенного расчета.
91
4. Невязка теплового баланса котла AQ не должна превышать
0,5% от величины располагаемого тепла Q£, кДж/кг (кДж/м3):
aq-q;4-(q,+2q«)^
(7.31)
AQ < 0,005-Qp,
(7.32)
где Qn - количество тепла, воспринятое радиационными поверхно-
стями топки, кДж/кг (кДж/м3); EQg- сумма рассчитанных по балан-
совым уравнениям количеств тепла, воспринятых поверхностями
нагрева котла (фестоном <^ф, пароперегревателем Qnn, котельным
пучком QKn, водяным экономайзером Q3K, кДж/кг (кДж/м3).
Если условие в уравнении (7.32) не выполняется, то следует
уточнить расчет отдельных элементов котла и его теплового балан-
са.
После завершения теплового расчета котла составляется свод-
ная таблица (см. форму табл. 7.3), в которой приводятся основные
результаты расчета.
Форма таблицы 7.3
Сводная таблица результатов теплового расчета
Наименование величины Размер- ность Наименование газоходов
т* ф ППи ПП, КП, КПИ ВЭп ВПв ВЭ] ВПп
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1. Температу- ра газов: на входе на выходе °C и
2. Энтальпия газов: на входе на выходе кДж/кг II
3. Температура рабочих сред (пара, воды, воздуха): на входе на выходе °C II 1 • •
92
Продолжение формы табл. 7.3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
4. Темпера- турный напор «в « II
5. Скорость газов м/с
6. Скорость пара, воды и воздуха м/с
7. Коэффици- ент теплопе- редачи Вт/м2К
8. Поверх- ность нагрева м2
9. Тепловос- приятие,Об кДж/кг
10. Доля вос- принятого тепла %
’Для топки (Т) заполняются пункты 1, 2, 8-10, где приводятся пара-
метры газа на выходе из топки, лучевоспринимающая поверхность нагре-
ва экранов Нл и количество тепла, воспринятое топкой Qn.
По результатам выполненного теплового расчета котла со-
ставляется заключение.
93
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный ме-
тод).- М.: Энергия, 1973.
2. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка
и тепловой расчет парового котла.- М.: Энергоатомиздат, 1991.
3. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котель-
ным установкам малой производительности.- М.: Энергоатомиздат,
1989.
4. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник
/Под общ.ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина.- М.: Энергоатомиз-
дат, 1989. 1
5. Теплотехнический справочник/ Под ред. В.Н. Юренева и
П.Д. Лебедева.- М.: Энергия, 1976.- Т.2.
6. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойст-
ва воды и водяного пара. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
7. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). - 3-е изд.,
перераб. и доп. - СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. J
8. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки
промпредприятий.- М.: Энергоатомиздат, 1988. |
9. Зах Р Г. Котельные установки.-М.: Энергия, 1978.
10. Двойников В.А., Деев Л.В., Изюмов М.А. Конструкция и
расчет котлов и котельных установок.- М.: Машиностроение, 1988.
11. Безгрешнов А.Н., Липов Ю.М., Шлейфер Б.М. Расчет па-
ровых котлов в примерах и задачах.- М.: Энергоатомиздат, 1991.
12. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш ЭЯ. Производст-
венные и отопительные котельные.-М.: Энергоатомиздат, 1984.
13. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства.
Отраслевой каталог 15-83.- М.: НИИЭ информэнергомаш, 1984.
14. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и
водогрейных котлов.-М.: Недра, 1980.
15. Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощно-
сти.-Л.: Энергия, 1972.
16. Гидравлический расчет котельных агрегатов (норма-
тивный метод).-М.: Энергия, 1978.
94
Продолжение табл. П. 1.1
О Р
Р
l S-a
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 15
8 Хольбольджинскос БЗ 3 22.Q, - 4^5 0^3 46,5 -—3,3 "0,7 14,7 16,539 1060 -1300
9 Боянгольское д Р 23,0 * 15,4 0,5 47,5 3,4 0,9 9,3 18,046 1110 -1300
Читинская об- ласть: л „
10 Букачачинское г Р 8,0 9,2 0,6 67,9 4,7 0,8 8,8 26,713 1170 1420
11 Черновское Б2 Р 33,5 9,6 0,5 42,7 2,8 0,9 10 14,487 1070 1460
12. Татауровскос Б2 Р 33,0 10,0 0,2 41,6 2,8 0,7 11,7 14,864 1140 1350
13 Харанорское Б1 Р 40,5 8,6 0,3 36,4 2,3 0,5 11,4 12,477 , 1160 1350
Кемеровская область: i :3.’.
14 Кузнецкий д Р,СШ 12,0 13,2 0,3 58,7 4,2 1,9 L_V_ 22,819 изо ? 1380
15 -it- г Р,СШ 8,5 11,0 0,5 66,0 4,7 1,8 7,5 26,127 1100 1350
16 -и- ICC р 9,0 18,2 0,3 61,5 3,7 1,5 5,8 23,866 1100 1500
17 711“ т р 6,5 16,8 0,4 68,6 3,1 1,5 3,1 26,169 1100 1500
18 Томусинские, Черниговский углеразрезы ICC р 12,0 18,9 0,4 59,1 3,4 1,7 4,5 22,568 1120 г 1300
Республика Ка- захстан:
19 Карагандинский к р 8,0 27,6 0,8 54,7 3,3 0,8 4,8 21,312 . 1400 1670
20 Экибастузский, разрезы 1,2,3 сс р 7,0 38,1 0,4 43,4 2,9 0,8 7,0 16,748 1300 1500
21 Подмосковный басе. Б2 Р,ОМ СШ 32,0 25,2 1,5 1,2 28,7 2,2 0,6 8,6 10,426 1350 1700
табл. П.1.1
Р 7?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И t 12 13 14 15
Печорский:
22 Воркутинское Ж Р 5,5 23,6 0,8 59,6 3,8 1,3 5,4 23,657 1140 1450
23 Интинское Р 11,0 25,4 2,0 0,6 47,7 "3,2 1,3 8,8 18,297 1050 1350
Хабаровский край: — —
24 Райчихинское Б2 К,О,Р 37,5 _J.4 0,3 37,7 2,3“ 0,6 12,2 12,728 1100 1350
25 Уральское Г 7,5 29,6 0,4 50,9 3,6 0.6 7,4 20,056 1150 1580
Якутская АССР
26 Нерюнгринское СС р , 9,5 12,7 0,2 66,1 3.3 0,7 7,5 24,682 1240 1500
27 Сангарское д ;Р 10,0 13,5 0,2 61,2 4,7 0,8 9,6 24,243 1100 1250
28 Чульмаканское ж Р 7,5 23,1 0,3 59,0 4,1 1,0 5,0 23,238 1110 1400
29 Приморский край: Липовсцкое Р-,СШ —33 8— L -64 -ДА 1 1 /2
30 Подгородненское т Р 4,0 40,3 0,4 НО, I 48,7 л, и 2,6 0,5 0,3 9,6 3,7 18,255 18,381 1400 1250 1500 1590
31 Артемовское БЗ Р,СШ 24 24,3 0,3 35,7 2,9 0,7 12,1 13,315 ИЗО 1420
Свердловская область: и ——
33 DOJIndHvKOC Веселовское и Богословское Ьэ БЗ 1 Р 24,0 33,2 30,4 u,z 0,4 28,7 29,9 2,3 2,3 0,5 0,5 13,1 12,5 10,635 11,012 1350 1200 1675 1620
Челябинская область:
34 Челябинский БЗ р, МОП 1 18,0 29,5 1,0 37,3 2,8 0,9 10,5 13,943 1150 1390
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Присосы воздуха
в котлоагрегате и системах пылеприготовления
Таблица П.2.1
Присосы воздуха в газоходах
котельных агрегатов при номинальной нагрузке
Газоходы Величина присоса Да
1 2
Камерные топки пылеугольных и газомазутных кот- лов Камерные с твердым шлакоудалени- ем и металлической обшивкой труб экранов То же при наличии обмуровки и об- шивки То же без металлической обшивки Камерные с жидким шлакоудалением и газомазутные с металлической об- шивкой То же без металлической обшивки Циклонные под разрежением 0,05 0,07 0,05 0,08 0,03
Слоевые топки Механические и полумеханические Ручные 0,1 0,3
Газоходы конвек- тивных поверхно- стей нагрева Фестон, ширмовый перегреватель, первый котельный пучок D>50 т/ч Первый котельный пучок D < 50 т/ч Второй котельный пучок D < 50 т/ч Первичный перегреватель Промежуточный перегреватель Экономайзеры котлов D>50 т/ч для каждой ступени Экономайзеры котлов D < 50 т/ч стальной чугунный с обшивкой чугунный без обшивки Воздухоподогреватели: трубчатые: для котлов D>50 т/ч на каждую ступень для котлов D < 50 т/ч пластинчатые на каждую ступень 0,0 (t)j)5 JOT 0,03 J 0,03 0,02 0,Q8 /Со 0,2 0,03 0,06 0,1
99
Продолжение табл. П.2.1
1 2
Золоуловители Электрофильтры: для котлов D > 50 т/ч для котлов D < 50 т/ч Циклонные и батарейные, скрубберы 0,1 0,15 0,05
Газоходы за ко- тельным агрегатом Стальные (каждые 10 м длины) Кирпичные борова (каждые 10 м длины) 0,01 0,05
Присосы воздуха в системах пылеприготовления
Характеристика системы пылеприготовления
1. Молотковые мельницы
- при работе под разрежением
- при работе под давлением горячего воздуха
2. Среднеходовые валковые мельницы при работе
под разрежением
3. Мельницы-вентиляторы с подсушивающей
трубой
4. Шаровые барабанные мельницы
- с промежуточным бункером
- с прямым вдуванием
Г/. ’
Таблица П.2.2
V
0,04
0,02
0,04
0,0
Присос ДоСпл
0,04
100
I
101
Продолжение табл. 3.1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
8. Типа харанорского Wn=3,25 Ап=0,69 '’ 930-1163 233-349 1,4-1,5 15/7 0,5 7,5/5 80 25(150-200)
9. Типа подмосковного -Ш!1=3,О6 Ап=2,12 814^1047 233-349 J4»1.5 ,10,У5 0,5 ^7,5 80 25 (150-200)
II. Цепная решетка прямого хода
10 Донецкий антрацит АС и AM А"= 0,48 930-1163 291-465 1,5-1,6 10 0,5 13,5/10 100 25 (150-200)
Каменные угли: . — . .
11 Типа кузнецких Г и Д А"= 0,33 930-1163 291-465 1,3-1,4 20/9 0,5-1 5,5/3 80 25 (150-200)
12 Типа донецких Г и Д Ап= 0,76 930-1163 291-465 1,3-1,4 17/7,5 0,5-1 6/3,5 80 25 (150-200)
Бурые угли:
13 Типа артемовского Wn=l,77 Ап=1,0 1628 291-465 1,3—1,4 19/8,5 0,5-1 5,5/4 80 200-250
14 Типа веселовского W"=2,01 Ап=1,55 1628 291-465 1,3-1,4 15/7 0,5-1 7,5/5,5 80 200-250
III. Цепная решетка обратного хода • • '’ji
Каменные угли:
15 Типа кузнецких Г и Д АП=О,33 1396-1745 291-465 1,3-1,4 20/9 0,5-1 5,5/3 50 150—200
Продолжение табл. 3.1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
16 Типа донецких Г и Д Ап=0,76 1396-1745 291-465 1,3-1,4 17/7,5 0,5-1 6/3,5 50 150-200
17 Типа сучанского Ап=1,36 1396-1628 291-465 1.3-1,4 11/5 0,5-1 7,5/5,5 50 150-200
18 Типа кузнецкого ГСС А"=0,40 1396-1745 291-465 1,3-1,4 20/8 0,5-1 11/5 50 25 (150-200)
Бурые угли:
19 Типа ирша- бородинского Wn=2,01 Ап=1,10 1396-1745 291-465 1,3-1,4 27/12 0,5-1 6/3 50 150-200
20 Типа артемовского Wn=l,77 А"= 1,0 1396-1745 291-465 1,3-1,4 19/8,5 0,5-1 5,5/4 50 150-200
21 Типа веселовского Wn=2,00 Ап=1,55 1396-1745 291-465 1,3-1,4 15/7 0,5-1 7,5/5,5 50 150-200
22 Типа харанорского W"=3,25 А"=0,69 1396-1745 291-465 1,3-1,4 19/8,5 0,5-1 7/4 50 150-700
23 Типа подмосковного W"=3,06 А"=2,13 1163-1396 । 291-465 1,3-1,4 \ . 1'1/5 0,5-1 7/5,5 50 150-200
* Меньшие значения для котлов D <; 20 т/ч;
* * Меньшие значения для котлов D < 20 т/ч;
* ** Числитель дроби - значение уноса и потерь при отсутствии средств уменьшения уноса; знаменатель - значение
уноса и потери при наличии острого дутья и возврата уноса. ,
Таблица П.3.2
Расчетные характеристики камерных топок
пылевидного топлива с твердым шлакоудален ием
при сжигании газа, мазута и
№ 1 1 1 *" • t • >1 ' 1 •V Топливо Коэффи- циент избытка воздуха в топке От" .1 Видимое теплонапря- жение топочного объе- ма qv (кВт/м3) для кот- лов производительно- стью D (т/ч)
25 35 50 75-400
н Антрацитовый штыб и полуантрациты 1,2-1,25 1 **"* М 140
2. Тощие угли 1,2-1,25 МВ МВ — 160
3. Каменные угли 1,2 1 255 210 185 175
4. 1 Бурые угли 1,2 1 290 245 210 185
5. Фрезерный торф 1,2 1 255 210 185 160
б. 1—— —- 1 Мазут 1,1 | 405 405 405 350
7. Природный газ ! . 1,1 [ 465 465 465 350
Потери от неполноты сгорания, %
механической 44 Для
котлов производительно-
стью D (т/ч)
* Большая величина при транспорте пыли в топку горючим воздухом.
** Меньшие значения для малозольных топлив при А < 1,43.
*** Большие значения для котлов с D< 75 т/ч.
25
Доля
золы
топли-
ва в
уносе
хими-
ческой
***
Чз
О
О
...35 50 75-400 | аун,%
в* м 4-6 0 95
1, МВ 2 ] ' 0 95
3 2-3 1-1,5 ' 0-0,5 95
1,5-2 1-2 0,5-1 1 0-0,5_ ; 95
1,5-2 1-2 0,5-1 1 0-0,5 1 95
0 0 0 1 0,5 1 МВ
0 0 0 > 1 0,5 1
1Л
Ш
106
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Физические характеристики воздуха и дымовых газов
среднего состава (rHjO = 0,11, гсо =0,13)
Таблица
t, °C Воздух Дымовые газы среднего состава
W106, м2/с ХТО2, Вт/(м К) Рг v ТО6, м2/с V102, Вт/(мК) Рг
0 13,2 2.43 0,70 11,9 2,28 0,74
100 23,2 3,19 0,69 20,8 __ 3,13 0.70
200 34,8 3,90 0,69 31,6 4,0Г'5 0,67
300 48,2 4,48 0,69 43,9 _ 4,84 ? 0,65
400 62,9 5,05 0,70 57,8 5,70 0,64
500 79,3 5,62 0,70 73,0 6,56 0,62
600 96,7 6,15 0,71 89,4 7,42 0,61
7£Р 115 6.66 0,71 107 8.27 0,60
JQQ 135 7,14 0,71 9,1£ 9?^
900 155 7,61 0,72 до,оГ \
1000 177 8,05 0,72 СбтЗ С10.90 CJ
1100 200 8,47 0,72 188 11,75 /0,57
1200 223 8,87 0,73 \2Ш 12,56 4V>6
1300 247 9,27 0,73 2?4 13,49 0^5
1400 273 9,65 0,73 258 14,42 0,54
1500 300 10,03 0,73 282 15,35 0,53
1600 327 10,39 0,74 307 16,28 0,52
1700 355 10,75 0,74 333 17,33 0,51
1800 384 11,11 0,74 361 18,14 0,50
1900 415 11,46 0,74 389 18,96 0,49
2000 448 11,86 0,74 419 19,89 0,49
2100 478 12,10 0,75 450 20,70 0,48
2200 511 12,44 0,75 482 21,63 0,47
V
107
ПРИЛОЖЕНИЕ
Физические характеристики воды и водяного пара
Таблица П.7.
Коэффициент динамической вязкости
воды и водяного пара р-106, Па-с
t, °C Давление Р, МПа t, °C Давление Р, МПа
0,1 2,0 4,0 6,0 0,1 2,0 4,0 6,0
0 1792 1788 1783 1779 250 18,22 17,90 105,9 106,4
10 1308 1306 1304 1302 260 18,63 18,34 18,06 1 101,9
20 1003 1002 1001 1001 270 19,04 18,79 18,54 1
30 797,8 797,7 797,5 797,4 280 19,46 19,22 19,01 18,83
40 653,2 653,4 653,5 653,7 290 19,87 19,66 19,47 19,32
50 547,2 547,5 547,8 548,1 300 20,29 20,10 19,93 19,80
60 466,9 467,3 467,7 468,1 310 20,70 20,53 20,39 20,27
70 404,5 405,0 405,5 405,9 320 21,12 20,97 20,84 20,74
80 355 355,5 356,0 356,5 330 21,53 21,40 21,29 21,21
90 315 315,5 316,1 316,6 340 21,95 21,83 21,73 21,67
100 12,27 282,7 283,3 283,8 350 22,37 22,26 22,18 22,13
ПО 12,65 255,5 256,0 256,6 360 22,78 22,69 22,62 22,59
120 13,02 232,6 233,1 233,7 370 23,20 23,12 23,06 23,04
130 13,41 213,2 213,7 214,2 380 23,61 23,55 23,50 23,49
140 13,79 196,6 197,1 197,6 390 24,03 23,97 23,94 23,93
150 14,18 182,3 182,8 183,4 400 22,44 24,40 24,37 24,38
160 14,58 169,9 170,4 1 171,0 410 24,86 24,82 24,81 24,82
170 14,97 159,1 159,6 160,1 420 25,27 25,25 25,24 25,26
180 ] 15,37 149,6 150,1 150,3 430 25,69 25,67 25,67 25,70
190 15,77 141,2 141,7 142,2 440 26,10 26,09 26,10 26,13
200 16,18 133,7 134,2 134,7 450 26,51 26,51 26,53 26,56
210 16,58 127,0 127,5 128,0 460 26,93 29,93 26,93 26,99
220 16,99 16,56 1 121,4 121,9 470 27,34 27,35 27,37 27,42
230 17,40 17,01 1 115,8 116,4 480 27,75 27,76 27,80 27,85
240 17,81 17,46 ! ПОЛ, ] 111,2 490 28,16 28.18 28,22 28,28
108
Таблица П.7.2
Коэффициент теплопроводности воды и водяного пара
Л J02, Вт/(мК)
t,°c Давление Р, МПа t, °C Давление Р, МПа
0,1 2,0 4,0 6,0 0,1 2,0 4,0 6,0
0 56,09 56,21 56,32 56,42 250 3,82 4,35 62,15 62,41
10 58,01 58,10 58,20 58,30 260 3,92 4,40 5,09 | | 61,14
20 59,85 59,94 60,03 60,12 270 4,02 4,46 5,07 59,70
30 61,56 61,64 61,73 61,82 280 4,13 4,53 5,07 5,84
40 63,07 63,15 63,25 63,34 290 4,23 4,60 5,09 5,75
50 64,36 64,45 64,54 64,64 300 4,34 4,68 5,12 5,70
60 65,43 65,53 65,62 65,72 310 4,45 4,77 5,16 5,68
70 66,30 66,40 66,50 66,60 320 4,56 4,85 5,22 5,68
80 66,98 67,08 67,19 67,29 330 4,67 4,94 5,28 5,70
90 67,50 67,61 67,71 67,82 340 4,78 5,04 5,35 5,74
100 2,51 67,99 68,10 68,20 350 4,90 5,14 5,43 5,78
по 2,58 68,25 68,36 68,48 360 5,01 5,24 5,51 5,84
120 2,65 68,39 68,52 68,64 370 5,13 5,34 5,60 5,91
130 2,73 68,45 68,57 68,70 380 5,24 5,45 5,69 5,98
140 2,80 68,41 68,54 68,67 390 5,35 5,55 5,79 6,06
150 2,89 68,28 68,42 68,56 400 5,48 5,66 5,92 6,14
160 2,97 68,07 68,22 68,36 410 5,59 5,78 5,99 6,23
170 3,04 67,78 67,93 68,08 420 5,71 5,89 6,08 6,33
180 3,15 67,40 67,56 67,72 430 5,83 6,00 6,19 6,41
190 3,24 66,93 67,10 67,27 440 5,95 6,12 6,30 6,51
200 3,33 66,37 66,55 66,73 450 6,08 6,23 6,44 6,61
210 3,42 65,71 65,90 66,09 460 6,20 6,35 6,52 6,72
220 3,52 “6п 7 1 1 65,15 65,35 470 6,32 6,47 6,64 6,83
230 3,62 4,28 64,28 64,50 480 6,45 6,59 6,75 6,94
240 3,72 4,31 ' [ 63,29 63,52 490 6,57 6,71 6,87 7,05
109
Таблица П.7.3
Критерий Прандтля Рг для воды и водяного пара
t, °C Давление Р, МПа t, °C Давление Р, МПа
0,1 2,0 4,0 6,0 0,1 2,0 4,0 6,0
О 13,47 13,38 13,28 13,20 200 0,960 0,905 0,904 0,903
10 9,45 9,40 9,36 9,31 220 0,955 1,14 | | 0,857 0,855
20 7,01 6,98 6,95 6,93 240 0,951 1,08 | I 0,832 0,830
30 5,42 5,40 5,38 5,37 260 0,947 1,04 1,27 0,827
40 4,33 4,32 4,31 4,30 270 0,945 1,03 1,21 0,836
280 0,943 1,02 1,17 1,46
50 3,55 3,55 3,54 3,53 300 0,940 0,997 1,10 1,28
60 2,99 2,98 2,98 2,97 320 0,936 0,981 1,06 1,17
70 2,56 2,55 2,55 2,55 340 0,933 0,970 1,03 1.11
80 2,22 2,22 2,22 2,22 360 0,926 0,958 1,01 1,08
90 1,96 1,96 1,96 1,96 380 0,928 0,957 0,997 1,04
100 0,994 1 1,75 1,75 1,75 400 0,923 0,947 0,977 1,01
НО 0,989 1,58 1,58 1,58 420 0,921 0,940 0,966 1,01
120 0,984 1,44 1,44 1,44 440 0,918 0,934 0,956 0,987
130 0,980 1,33 1,33 1,32 460 0,913 0,930 0,948 0,968
140 0,977 1,23 1,23 1,23. 480 0,912 0,923 0,941 0,958
150 0,973 1,15 1,15 1,15 500 0,910 0,921 0,935 0,949
160 0,970 Ц08 1,08 1,08 520 0,907 0,916 0,929 0,943
170 0,967 1,02 1,02 1,02 540 0,904 0,913 0,923 0,937
180 0,965 0,977 0,977 0,977 560 0,902 0,910 0,919 0,929
190 0,962 0,938 0,937 0,936 580 0,899 0,907 0,913 0,922
ПО
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
Термодинамические свойства воды и водяного пара
Таблица П.8.1
Термодинамические свойства водяного пара
в состоянии насыщения
Абсолют- ное давление, Р, МПа Темпера- тура насыще- ния, °C Энтальпия Скрытая теплота испаре- ния, МДж/кг Удельный объем
ЖИДКОСТИ. МДж/кг пара, МДж/кг пара, м3/кг ВОДЫ, (м3/кг)103
1 2 3 4 5 6 7
0,002 17,2 0.0723 2,532 2,460 68,25 1,00
0,004 28,6 0,1200 2,553 2,443 35,46 1,00
0,006 35,8 0,1500 2.566 2,417 24,19 1,00
0,008 41,1 0,1723 2,576 2,403 18,45 1,00
0,010 45,4 0,190 2,583 2,393 14,95 1,01
0,012 49,0 0,205 2,587 2.384 12,59 1,01
0,014 52,2 0,219 2,595 2,377 10,89 1,01
0,016 54,9 0,230 2,600 2,371 9,60 1,01
0,018 57,4 0,240 2,605 2,364 8,60 1,01
0,020 59,7 0,250 2,609 2,359 7,79 1,02
0,022 61,7 0,258 2,612 2,354 7,12 1,02
0,024 63,6 0,266 2,615 2,349 6,56 1,02
0,026 65,4 0,274 2,618 2,345 6,09 1.02
0,028 67,1 0,281 2,621 2,341 5,68 1,02
0,030 68,7 0,288 2,624 2,337 5,32 1,02
0.035 72,2 0,302 2,630 2,328 4,68 1,03
0,040 75,4 0,316 2,636 2,320 4,07 1,03
0,045 78,3 0,328 2,640 2,312 3,64 1,03
0,05 80,9 0,339 2,644 2,306 3,30 1,03
0,06 85,4 0,358 2,652 2,294 2,78 1,03
0,07 89,4 0,375 2,659 2,284 2,41 1,03
0,08 93,0 0,389 2,665 2,275 2,12 1,04
0,09 96,2 0,403 2,670 2,266 1,90 1,04
0,10 99,1 0,415 2,675 * 2,259 1,72 1,04
0,11 101,8 0.426 2,679 2,252 1,59 1,05
0,12 104,2 0,437 2,683 2,245 1,45 1.05
111
Продолжение табл. П.8.1
0,13 106,6 0,447 2,686 2,240 1,35 1,05
0,15 110,8 0,465 2,693 2,190 1,18 1,05
0,20 119,6 0,502 2,706 2,204 1,11 1,06
0,30 132,9 0,559 2,724 2.166 0,617 1,07
-0,40 142,9 0,602 2,738 2.136 0,471 1,08
0.50 151,1 0,637 2,748 2,111 0,382 1,09
0,60 158,1 0,667 2,756 2,089 0.321 1,10
0,70 164,2 0,694 2,763 2,069 0,279 1.11
0,80 169,6 0,718^ 2,768 2,051 0,245 1.11
0,90 - 174,5 0,739/ 2,773 2,034 0,219 1,12
1,00 179,0 0,759 2,777 2,018 0,198 1,13
1,10 183,2 0,778 2,780 2,003 0,181 1,13
1,2_ 187,1 0,795 2,784 1,989 0,166 1,14
Т *7 190,7«' 0,811 278?» 1,976 0,154 1,14
1,V- 194,1 0,826 2,7^9 1,963 0,143 U5
L5 197,4 0,840 2,791 1,951 0,134 U5
1,6 200,4 0,854 2,793 1,940 0,126 1,16
1,7 203,4 0,868 2,795 1,927 0,119 1,16
1,8 206,1 0,880 2,796 1,916 0,112 1,17
1,9 208,8 0,892 2,798 1,906 0,107 1,17
2,00 211,4 0,904 2,799 1,895 0,102 1,18
2,2 216,2 0,926 2,801 1,875 0,092 1,18
2,4 220.8 0,947 2,802 1,855 0,085 1.19
э 6 225,0 0,967 2,803 1,836 0,078 1,20
2,8 229,0 0,986 2,803 1,818 0,073 1,20
3.0 232.8 1,003 2,804 1,800 0.068 1.21
3,2 236,4 1,020 2,804 1,783 0,064 1,22
3,4 239,8 1,037 2,803 1,766 0,060 1,23
3,6 243,0 1,052 2,803 1,751 0,057 1.24
3,8 246,2 1,067 2,802 1,735 0,054 1,24
4,0 249,2 1,082 2,801 1,719 0,051 1,25
5,0 262,7 1,135 2,795 1,646 0,040 1,28
6.0 274,3 1,207 2,786 1,579 0,033 1,31
112
пгт
Таблица П.8.2
Термодинамические свойства перегретого водяного пара
1 Темпера- \ тура, °C Давяение, МПа
1.0 1,4 2,4 4,0 6,0
Удельн объем, м3/кг 1 Зиталь- ; пня, • МДж/кг Удельн объем, м’/кг | Энталь- ! пия, • МДж/кг । Удельн объем, м3/кг 1 I Энталь- 1 пия. 1 • МДж/кг Удельн объем, м3/кг 1 • Энталь- ! пия, • МДж/кт Удельн объем, м3/кг I • Энталь- 1 пия, • МДж/кг
180 0,1944 j 2,7773 - 1 в _ ] - 1 1 1 в - 1 1 1 • в • » 1
190 0,2002 . 2,8029 - в 1 1 1 - 1 1 1 ! - в 1 1 - в
200 0,2059 j 2,8275 1 0,1429 ; 2,8021 - в 1 в - I 1 - • 1
210 0,2115 ! 2,8515 0,1473 2,8289 - 1 1 _ - 1 1 в — в - 1 - 1
220 0,2169 ! 2,8749 0,1515 2,8545 в в 1 1 ь - в в в * 1 L -
230 0,2223 j 2,8979 0,1556 2,8795 0,0856 | 2,8264 - В - -
240 0,2275 2,9205 0,1596 2,9037* 0,0884 2,8562 - - - -
250 0,2327 2,9428 0,1635 2,9274 0,0911 ! 2,8846 —
260 0,2378 2,9648 0,1674 2,9506 0,0937 2,9117 0,05174 2,8356 h
270 0,2429 2,9867 0,1712 . 2,9735 1—_ 0,0962 j 2,9379 0,05366 2.8701 -
280 0,2480 3,0083 0,1749 2,9961 0,0986 ; 2,9633 0,05547 2,9022 0,03317 2,8040
290 0,2530 3.0299 0,1786 3,0185 0,1010 2,9881 0,05719 2,9325 0,03473 2,8465
300 0,2580 3.0513 0,1823 3.0407 0,1033 3,0124 0,05885 2,9615 0,03616 2,8850
310 0,2629 3,0727 0,1859 1 3,0627 0,1056 3,0362 0,06045 2,9892 0,03750 2,9204
320 0,2678 _. .. 3,0940 0,1895 3,0845 0,1079 3,0597 0,06200 3,0162 0,03876 2,9535
330 0,2727 3,1153 0,1931 3,1063 0,1102 3,0829 0,06351 ' 3,0423 0,03996 ; 2,9849
340 0,2776 3,1365 0,1967 3,1280 0,1124 3,1059 0,06499 3,0679 0,04111 3,0149
350 0.2825 г 3,1577 0,2002 1 3,1496 0,1146 3,1288 0,06645 3.0931 0,04223 3,0439
360 0,2873 3,1789 0,2038 1 3,1712 0,1167 3,1516 0,06787 3,1182 0,04331 1 3,0724
370 0,2921 3,2002 0,2073 3,1929 0,1189 3,1743 0,06928 3,1427 0,04436 3,0998
380 i 0,2970 3,2215 0,2108 1 3,2146 0,1210 3,1968 0,07066 1 3,1669 0,04538 1 I 3,1266
390 0,3018 3.2444 0,2143 3,2362 0,1231 3,2192 0,07203 3,1908 0,04639 1 3,1529
400 0,3066 3,2640 0,2178 ! 3,2577 0,1253 3,2415 0,07339 • 3,2145 0,04738 । 3.1786
410 0,3113 3,2853 0,2212 ‘ 3,2793 0,1274 1 3,2638 0,07473 ! 3,2380 0,04835 ! 3,2040
420 0,3161 3,3066 0,2247 • 3,3008 0.1294 3,2860 0,07606 ; 3.2614 0,04931 j 3,2290
430 0,3209 3,3279 0.2281 ! 3,3223 0.1315 ! • 3,3081 1 0,07738 ! 3.2846 0,05026 | 3,2538
440 0,3256 1 3,3493 0,2316 i 3,3439 0,1336 ! 3,3302 0,07869 : 3,3077 0,05119 j 3,2783
450 1 0,2350 | 1 3,3655 0,1357 3,3524 0,07999 1 3,3307 0,05212 ! 3,3026
460 в ( 02384 3,3871 0.1377 1 3,3745 0.08128 ! 1 3,3537 0,05303 I 3,3268
480 ! 1 .1 02453 ! 3,4305 0,1418 3,4187 0,08384 ! 3,3995 0,05484 , 3,3747
500 1 1 1 1 0,2521 ! в 3,4740 0,1459 1 3,4630 0,08638 [ 3,4452 0,05662 ! 1 3,4222
1 fl
Таблица П.8.3
Удельные объемы и энтальпии воды
Давление воды, МПа
t, °C 1 ,0 2,0 3,0 4,0
vlO3, h, vlO3, h, vlO3, и, vlO3, h,
кг/м3 кДж/кг кг/м3 кДж/кг кг/м3 кДж/кг кг/м3 кДж/кг
0 0,9997 0,84 0,9992 2,09 0,9988 2,93 0,9983 3,77
10 0,9998 43,1 0,9993 44,0 0,9989 44,8 0,9984 45,6
20 1,0013 84,6 1,0008 85,8 1,0004 86,7 0,9999 87,5
30 1,0039 126,4 1,0034 127,3 1,0030 128,1 1,0026 129,4
40 1,0074 168,3 1,0069 169,1 1,0065 170,0 1,0061 170,8
50 1,0117 210,2 1,0112 211,0 1,0108 211,9 1,0104 212,7
60 1,0167 252,1 1,0162 252,9 1,0158 253,7 1,0154 254,6
70 1,0224 293,9 1,0219 294,8 1,0215 295,2 1,0210 296,0
80 1,0287 335,8 1,0283 336,6 1,0278 337,0 1,0273 337,8
90 1,0357 377,7 1,0352 378,5 • 1,0347 379,3 1,0342 379,8
100 1,0432 419,5 1,0427- 420,4» 1,0422 421,2 1,0417 422,0
ПО 1,0514 461,8 1,0509 462,7 1,0503 463,5 1,0498 433,9
120 1,0602 504,1 1,0596 504,9 1,0590 505,8 1,0585 506,2
130 1,0696 547,2 1,0690 547,7 1,0684 548,1 1,0678 548,9
140 1,0797 589,5 1,0790 590,4 1,0784 590,8 1,0778 591,6
150 1,0904 632,7 1,0898 633,1 1,0891 633,9 1,0884 634,3
160 1,1020 675,8 1,1012 676,2 1,1005 677,0 1,0998 677,5
170 1,1143 719,3 1,1135 719,7 1,1127 720,2 1,1120 721,0
180 1,1267 763,7 1,1258 764,1 1,1250 764,5
190 1,1408 808,1 1,1399 808,5 1,1390 808,9
200 1,1561 852,5 1,1551 852,9 1,1541 853,3
210 1.1725 897,7 1,1714 898,1 1,1703 898,5
220 1,1892 943,7 1,1879 944,2
230 1,2085 990,2 1,2071 990,6
240 1,2282 1037,5
114
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
Коэффициент теплоотдачи конвекцией
Рис. П. 9.1. Ко ффициент теплоотдачи конвекцией при омывании
коридорных пучков (начало):
а - график для определения а„
115
Рис. П. 9.1. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при омывании
коридорных пучков (окончание): • I
б, в, г - графики для определения поправочных коэффициентов
116
a
Рис. П.9.2. Коэффициент теплоотдачи конвекцией
при поперечном омывании шахматных пучков (начало):
а - график для определения а„
117
Рис. П.9.2. Коэффициент теплоотдачи конвекцией
при поперечном омывании шахматных пучков (окончание):
б, в, г- графики для определения поправочных коэффициентов
cs, cZf сф
118
4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 14 15 16 17 18 <9
скорость газоб сЬозд^хй.} \л/, м/с
а
Рис. 9.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией для воздуха и
дымовых газов при продольном омывании труб (начало):
а - график для определения ап;
119
Рис. 9.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией для воздуха и
дымовых газов при продольном омывании труб (окончание):
б, в, г-графит для определения поправочных коэффициентов
120
«ООО зооо woo пос » •. РаБление пара Р, МПа
Рис. П. 9.4. Коэффициент теплоотдачи конвекцией
для перегретого пара при продольном омывании труб
121
0,6 07 0.8 0.9 1.0 !,t 1.1 1.3
Скорость Вооы W, м/с
Рис. П.9.5. Коэффициент теплоотдачи конвекцией
для некипящей воды при продольном омывании труб
122
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Коэффициент теплоотдачи излучением
<£ц6т/смг-К)
Рис. П.10. Коэффициент теплоотдачи излучением
123
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Температурный напор
в конвективных поверхностях нагрева
Рис. П. 11.1. Номограмма для определения температурного напора
при последовательно-смешанном токе газов
f
Рис. П. 11.2. Номограмма для определения температурного напора
при параллельно-смешанном токе газов
124
шнзпъпффеох
Рис. П.11.3. Номограмма для определения температурного напора
при перекрестном токе газов
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
Рис. П. 12. Коэффициент теплопередачи
чугунных ребристых водяных экономайзеров
126
ПРИЛОЖЕНИЕ 13
Коэффициент загрязнения при сжигании твердых топлив
а
Рис. П.13. Исходный коэффициент загрязнения для шахмат-
ных гладкотрубных пучков при сжигании твердых топлив:
а - график для определения £0:
б - график для определения поправочного коэффици-
ента С а
127
ПРИЛОЖЕНИЕ 14
Условные обозначения
Таблица П.14.1
Сокращения, принятые для индексов
Наименование Ин- декс 1 / Наименование Ин- декс
Элементы оборудования Перегретый пар пе
Котельный агрегат к.а Продукты сгорания (газы) г
Котел к Воздух (обычной влажно- сти) в
Топка т Холодный воздух х.в
Экраны (водяные) э Горячий воздух г.в
Перегреватель пе Сушильный агент с.а
Радиационный перегреватель р.пе Зола зл
Экономайзер эк Шлак шл
Воздухоподогреватель вп Унос ун
Золоуловитель зу Провал пр
Пылеприготовительная уста- новка пл Остальные индексы
Рабочие тела Присос (воздуха) пре •
Топливо тл Рециркуляция ри
Газообразное топливо г.тл Общий общ
Вода (жидкость) ж Максимальный макс
Вода при температуре кипения s; кип Минимальный мин
Питательная вода п.в Эквивалентный э
Пар (независимо от состояния) п Приведенный пр
1 Насыщенный пар н.п Расчетный
128
Таблица П.14.2
Основные условные обозначения
Наименование величины Размер- ность Обозначение
1 2 3
1. Топливо и очаговые остатки
Твердое и жидкое топливо: Содержание на рабочую массу: влаги и золы диоксида углерода карбонатов серы органической и колчеданной углерода, водорода, азота и кислорода Теплота сгорания рабочей массы: низшая и высшая Приведенные зольность и влажность топлива Содержание горючих в уносе, шлаке и провале Доля золы топлива в уносе, шлаке и провале Расход топлива Расчетный расход топлива с поправкой на механическую неполноту сгорания Газообразное топливо: Содержание влаги в газообразном топ- ливе (на 1м3 сухого газа при нормаль- ных условиях) Низшая теплота сгорания 1 м3 сухого газа Плотность сухого и влажного газа % % % % % кДж/кг (%• кг)/МДж % кг/с кг/с г/м3 кДж/м3 кг/м3 WP,AP (СО2 К СР СР O0’OK CP,HP,NP,OP Qh.Qb A", W“ Г г А ун’х шл+пр ^ун >^шл+пр в Вр 1 ^г.тл Qh с в Р г тл»Р г.тл
129
Продолжение таблицы П. 14.2
1 2 3
2. Воздух и продукты сгорания
Теоретический объем воздуха, необхо- димого для сгорания топлива м3/кг; (м3/м3) V0
Теоретический объем азота (при а=1) м3/кг; (м3/м3) V0 VN2
Суммарный объем углекислого СО2 и сернистого газов м3/кг, (м3/м3) VrOj
Объем продуктов сгорания при а =1 м3/кг; (м3/м3) V°
Полный объем продуктов сгорания м3/кг; (м3/м3) Vr
Объем газов, отбираемых для рецир- куляции м3/кг; (м3/м3)
Плотность сухого и влажного воздуха кг/м3 Pc в» Рв
Объемные доли сухих трехатомных газов, водяных паров и их сумма rRO2’rH2O»rn
Суммарное парциальное давление трехатомных газов МПа Pn
Массовая концентрация золы в про- дуктах сгорания кг/кг *4. Цзл
Удельная теплоемкость продуктов сгорания и воздуха кДж/(м3 К)
Суммарная теплоемкость продуктов сгорания кДж/(кгК) [кДж/(м’К)] Vc
Энтальпия продуктов сгорания 1 кг (м3) топлива при а=1 кДж/кг (кДж/м3) H° 1
Энтальпия продуктов сгорания 1 кг (м3) топлива кДж/кг (кДж/м3) H
Энтальпия воздуха, теоретически не- обходимого для сгорания топлива кДж/кг (кДж/м3) h°
Коэффициент избытка воздуха в топке — gT
130
Продолжение таблицы П.14.2
• 1 2 3
Присосы воздуха в газоходах котла и пылеприготовительной установки — Да
Коэффициент динамической вязкости Па - с Р
Коэффициент кинематической вязкости м2/с V
Коэффициент теплопроводности Вт/(м К) X
3. Тепловой баланс, тепловые нагрузки
Располагаемая теплота на 1 кг (м3) топ- лива кДж/кг (кДж/м3) q:
Потери теплоты при работе котла % 42^ Чб
Полезно используемая теплота кДж/кг (кДж/м3) Qi
% q<
Теплота воздуха, поступающего в топку кДж/кг (кДж/м3) Qb
Количество теплоты, переданное по- верхности нагрева излучением кДж/кг (кДж/м3) 0»
Коэффициент сохранения теплоты в Ф
Тепловое напряжение топочного объема кВт/м3 4v
Тепловое напряжение зеркала горения кВт/м2 4r
4. Вода и пар
Паропроизводительность котла кг/с D
Количество воды, идущее на продувку кг/с ОПр
Расход питательной воды кг/с Dn,
Расходы перегретого и насыщенного пара кг/с Dne, DH n
Расход воды через экономайзер кг/с
Энтальпия перегретого и насыщенного пара кДж/кг Ьпе > hH n
131
Продолжение таблицы П.14.2
1 2 _ 3 ~
Энтальпия питательной и котловой воды кДж/кг В > hjf в
Энтальпия пара (воды) на входе в по- верхность нагрева и выходе из нее кДж/кг h', h"
Теплота парообразования кДж/кг г
Снижение энтальпии пара в пароохла- дителе кДж/кг ДЬП0
5. Температура и давление
Теоретическая (адиабатная) темпера- тура сгорания °C sfl
Температура на выходе из топки °C ST"
Температура уходящих газов Температура продуктов сгорания на °C Syr
входе в поверхность нагрева и выходе из нСе °C S', S"
Температура холодного воздуха °C tx.B
Температура воздуха на входе в возду- хоподогреватель и выходе из него °C t"Bn
Температура воды на входе в эконо- майзер и выходе из него °C t' t" 1 эк 5 1 ЭК
Температура питательной воды и пере- гретого пара Температура перегретого пара на вхо- °C tn В J tne
де в пароперегреватель и выходе из °C t' t" L ne > v ne
него
Температура наружной поверхности °C L
.загрязнений v3
Большее и меньшее значение темпера- турных напоров на границах поверх- °C Atg, Atw
ности
Средний температурный напор °C At
132
Продолжение таблицы П.14.2
1 2 3
Абсолютное давление МПа р
6. Теплопередача
Коэффициент поглощения лучей трех- атомными газами Коэффициент поглощения лучей час- тицами золы Коэффициент поглощения лучей час- тицами кокса Коэффициент поглощения лучей час- тицами сажи Эффективная степень черноты потока Коэффициент теплоотдачи межтруб- ным излучением продуктов сгорания Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке конвекцией Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке Коэффициент теплоотдачи от стенки к внутренней среде Коэффициент теплового сопротивле- ния внешнего загрязнения (коэффици- ент загрязнения) Коэффициент тепловой эффективности Коэффициент использования поверх- ности Коэффициент теплопередачи Расчетные скорости газов, воздуха и пара Критерий Бугера Критерий Рейнольдса Критерий Прандтля 1/(м • МПа) 1/(м • МПа) 1/(м • МПа) 1/(м • МПа) ж Вт/(м2К) Вт/'(м2К) Вт/(м2К) Вт/(м2К) (м2К)/Вт Вт/(м2К) м/с в kr’ гп Кьч’ Рзл ккокс’Цкокс кс а Цл схк 1 ’ . ., «1 • 1 а, Л* 8 V К к wr, wB, wn Bu = kps Re = wd/v Pr = v/«
133
Продолжение таблицы П.14.2
1 2 • 3
Критерий Нуссельта Nu = ad/X
7. Геометрические характеристики
Объем топочной камеры м3 VT
Площадь зеркала горения м2 R
Площадь поверхности нагрева м2 H •
Площадь поверхности стен м2 Fcr
Площадь лучевоспринимающей по- м2 н
верхности A 1 л
Степень экранирования топки Коэффициент, учитывающий загряз- — X
нение лучевоспринимающих поверх- ностей • ;
Эффективная толщина газового слоя м s
Наружный и внутренний диаметры м
Эквивалентный диаметр м
Поперечный, продольный и диаго- нальный шаги труб в пучке м S|j S2> S 2
То же, относительные шаги м Oi,o2,o'2
Площадь живого сечения для прохода газа и пара (воды) м2 Fr,fn(fJ
Число труб в ряду поперек движения * Zi
газов
Число рядов труб по движению газов Z2
Общее число труб | Zn
134
ЛР № 020465
от 11.04.97
Геннадий Васильевич Пак
Котельные установки
промышленных предприятий.
Тепловой расчет
промышленных котельных агрегатов
Учебное пособие
Подписано в печать 18.04.02.
Формат 60 х 84 ]/16
Печать трафаретная.
Уч.-изд. л. 8,4. Усл. псч. л. 8,4
Тираж 200 экз. Заказ 473
Отпечатано в издательстве БрГТУ
665709, Братск, ул. Макаренко, 40