Расчет парового котла типа Е-75-40 ГМ

 
 

Среднее значение тепловой эффективности Ψ_ср для топки в целом определяют по формуле: 

,

где в  знаменателе  – расчетная площадь стен топки, которую определяют как сумму площадей (плоскостей), ограничивающих активный объем топки, (из табл. 5.1); в числителе – алгебраическая сумма произведений коэффициентов   тепловой эффективности экранов на соответствующих этим экранам площади стен, покрытые испарительными поверхностями ; - площади участков стен i – ого экрана, не защищенных трубами. 

Площадь стен топки:  

F _^тст = F_^фст + F_^ф’ст + 2*F_^бст + F_^зст + F_^з’ст + F_ок =

= 77,63 + 13,58 + 102,7 + 44,5 + 14,45 + 23,12 = 276 м_². 

Тогда среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки: 

ψ_ср = [0,6045*(77,63 – 2,625) + 0,2*13,58 + 2*0,6045*51,35 +

+0,6045*44,5 + 0,2*14,45 + 0,65*23,12] / 276 = 0,507. 

Активный  объем топочной камеры определяют по формуле: 

V_т = F_^бст* b_т = 51,35*5,78 = 297 м^₃    (5.2) 

Эффективную толщину излучающего слоя в топке определяют по формуле: 

S_т = 3,6 * V_т / F _^тст = 3,6*297 / 276 = 3,874 м.  (5.3) 

3.  Расчет  теплообмена в топке.

 

1. Расчет  основан на приложении теории подобия  к топочным процессам. Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки с критерием Больцмана Bо, степенью черноты топки и параметром M, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок. При расчете используется в качестве исходной формулы:

 

      

,                              (5.4) 

где θ_т^” - безразмерная температура на выходе из топки;

      Т_т^” = v_т^”+273 – абсолютная температура газов на выходе из топки, K;

      T_a = ν_a+273 – температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива;

        a_т – степень черноты топки;

        М – параметр, учитывающий характер распределения температур по высоте топки;

        Во – критерий Больцмана определяется по формуле: 

      

       (5.5) 

      Из  формул (5.4) и (5.5) выводится расчетная формула для определения температуры газов на выходе их топки υ_т^”: 

 

•  коэффициент сохранения тепла;
• - расчетный расход топлива;
• - расчетная площадь стен топки;
• - средний коэффициент тепловой эффективности экранов;
• - коэффициент излучения абсолютно черного тела, ;
• - средняя суммарная теплоемкость продуктов горения 1 кг топлива в интервале температур газов от до , .

 

2. Определяется  полезное тепловосприятие в топке  Q_т и соответствующая ей адиабатическая температура горения Т_а.

                            (5.7) 

где Q_p^p, q₃, q₄  – по данным пункта 3, q₆ – в данном случае не учитывается.

Количество  тепла вносимое в топку с воздухом: 

Q_в = Q_гв + Q_xв = (α_т'' - Δα_т - Δα_пл)∙I_гв^о + (Δα_т + Δα_пл)∙I_хв^о,                 (5.8) 

где I_гв^о и I_хв^о – энтальпии теоретических объемов воздуха соответственно горячего и холодного: I⁰_гв = 636 ккал/кг;  I⁰_хв = 95 ккал/кг. Присосы из табл. 1.1. α_пл = 0.05 – присос в топку (из [2, табл.2.3]). 

Q_в = (1.1 - 0.05) · 636 + 0,05· 95 = 672,5 ккал/кг. 

Подставляя  все данные в (5.7) получаем: 

Q_т = 9548,44*(100 – 0,5)/100 + 672,5 = 9567,88 ккал/кг 

Полезное  тепловыделение в топке Q_т соответствует энтальпии газов I_а, которой они располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е. = , по значению которой из таблицы 2.2. находят адиабатическую температуру горения при

I_т=9567,8  V_а=1991^_oС 

3. Параметр  М, характеризующий температурное  поле по высоте топки,  определяется по формуле

 

                           М = А – В - x_т,                                      (5.9)  

где А = 0.54 и В = 0.2 – опытные коэффициенты.

    Относительное положение максимума температур факела в топке определяется по формуле

                               x_т = x_г +Δх,                                       (5.10)  

где   x_г = h_г/Н_г – относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения горелок (от пода топки) к общей высоте топки (от пода топки до середины выходного окна из топки); h_г=2,142м,  x_г = 0.2279 

X_г=0,54-0,2*0,2279=0,49 

4. Степень черноты  а_т и критерий Больцмана Во зависят от искомой температуры газов на выходе из топки υ_т''.

    Ориентировочно  примем υ_т'' = 1000°С; при этом I_т^'' = 4461 ккал/кг.

    Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива от υ_a до υ_т'' определяют по формуле 

(Vc)_ср = (Q_т-I_^’’т)/(υ_а-υ_^’’т) = (9567,8–4461)/(1991–1000) = 5,21 ккал/(кг*°C),   (5.11) 

где – энтальпия продуктов горения 1 кг топлива для принятой нами температуры газов , определяем по таблице 2.2 при  

5. Степень черноты  топки определяется по формуле

                                          

                                       (5.12) 

где а_ф- эффективная степень черноты факела. 

      При камерном сжигании жидкого топлива  основными излучающими компонентами являются трехатомные газы (С0₂ и H₂O). В этом случае а_ф определяется по формуле

                               (5.13)  

k_г = 0.5 (м∙кгс/см²)^-1 - коэффициент ослабления лучей топочной средой определяется по номограмме 3 [2, рис.2.4].

В зависимости  от r_H2O = 0,182 произведение 

Р_п∙S_т = 1.05 (м∙кгс/см²),

       

где P_п = P*r_п = r_п = 0,27 кгc/cм² (P = 1 кгс/см²). 

Пo (5.13) a_ф = 1 – e^{_{–0,2377*1*3,746}} = 0,5917.

По (5.12)  

K_c – коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

  
 
 

6. Подставляя  М, а_ф, а_т, (Vc)_cp в формулу (5.6), получаем:

Так как  полученная υ_т^'' = 1059°C менее чем на 100 градусов отличается от υ_т'' = 1000°C, принятой в начале расчетов, то принимаем υ_т’’ = 1059°С и I_т''=4720 ккал/кг. 

7. Определяется  количество тепла, переданное излучением топке по формуле

Q_л = φ(Q_т – I^’’_т)  = 0,9919*(9567,8 – 4720) = 4807 ккал/кг         (5.15) 

8. Удельное  тепловое напряжение объема топки рассчитывается по формуле

q_V = B_р*Q^р_р / V_т = 5923,8*8940 / 297 = 178,3 Мкал/(м²*ч)    (5.16) 

Удельное  тепловое напряжение сечения топки в области горелок рассчитывается по формуле

      

                 (5.17) 

где f = b^ф_ст*b^б_ст = 5,87*5,02 = 29,4674 м² – сечение топки. 

                                                    

6. Поверочный расчет фестона.

 

1. По чертежам и эскизу составляют таблицу 6.1. конструктивных размеров и характеристик фестона, определяем расчетную поверхность  и площадь живого сечения для  прохода газов. Конструктивные размеры  определяем для каждого ряда труб фестона и для поверхности в целом.
2. Конструктивные размеры и характеристики фестона. Длина трубы l_i определяется по осевой линии трубы с учетом ее конфигурации. Поперечный шаг S₁ равен восьми шагам заднего экрана.

 

        Площадь живого сечения для  прохода газов в каждом ряду определяется по формуле 

                          F_i=a_i*b-z_1*l_inp*d,                                           (6.1)

где – длина проекции трубы на плоскости сечения, проходящую через ось труб рассчитываемого ряда, м;

-  высота газохода, м;

  -  ширина газохода, м(одинакова для всех рядов фестона);

  - количество труб в ряду;

d -    наружный диаметр труб, м.

, , , d берем из таблицы 6.1 для соответствующего ряда фестона:

Так как  F_вx и F_вых отличаются менее чем на 25%, F_cp находится усреднением: 

F_ср = (F_вх+F_вых)/2 

Таблица 6.1.

Конструктивные  размеры и характеристики фестона