Тепловой расчет котельного агрегата типа КВ-ТС

      Конечной  целью поверочного теплового  расчёта топочной камеры является определение теоретической температуры горения υ_А и расчётной температуры газов на выходе из топки υ_Т``. 

4.1 Определение геометрических  и тепловых характеристик  топочной

камеры: 

      На  основании чертежа котла и  его технических характеристик (Карауш С.А. Современные котлы малой и средней мощности: Методические указания. ТГАСУ, 2000 – 37с. В дальнейшем [2]), определяем: внутренние границы топочной камеры, её объём, площади поверхности стен топочной камеры, занятые экранами, и поверхности стен топочной камеры. Размеры всех поверхностей нагрева, их конструктивные характеристики: длину, ширину, высоту, диаметр, шаг, число и расположение применяемых труб, расположение решётки. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выражаем  высоту (h) из формулы объёма:

;

;

(4.1)

 

      Средний коэффициент тепловой эффективности  экранов топочной камеры вычисляем по формуле:

;

(4.2)

Где φ_ЭК.i – угловой коэффициент экрана, зависящий от расположения экранных труб относительно обмуровки, определяем по рисунку 4.1 [1] Для рассчитываемого котла расположение экранных труб топочной камеры показано на рисунке 1.

ξ_ЭК,i – Коэффициент загрязнения экранов топочной камеры находим по таблице 4.1 [1]

F_СТ =80,4 – полная площадь внутренних поверхностей стен топочной камеры.

(0,98*0,6*11,2435/80,4)+2*(0,6*0,84*9,8611/80,4)+2*(0,6*0,98*13,3672/80,4)=0,402

      При тепловых расчётах топочной камеры часто используют величину – тепловое напряжение топочного объёма q_V,кВт/

(4.3)

Где V_T – объём топочной камеры, м³

 
 

4.2 Поверочный тепловой  расчёт топочной  камеры 

      4.2.1. Принятие температуры на выходе из топки

     Предварительно  задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры υ_T^``. Температура задаётся по таблице 4.2 [1]. Для топочной камеры сжигающей уголь принимаем 850 °С. 
 

      4.2.2. Расчёт полезного тепловыделения

      Подсчитываем  полезное тепловыделение в топочной камере на единицу количества топлива: 

(4.4)

Где Q_В – теплота, вносимая в топку воздухом. Для промышленных или водогрейных котлов без воздухоподогревателя определяется так:

(4.5)

 

      4.2.3. Определение эффективной толщины излучающего слоя газа в топке,м

(4.6)

 

      4.2.4. Определение коэффициента ослабления лучей в топочной камере

      Для этого сначала определяем коэффициент  ослабления лучей трёхатомными газами:

(4.7)

Где Р_П = r_П·Р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа

Р –  давление в топочной камере котельного агрегата (для котлов без наддува типа ДЕ, КЕ, КВ и др. принимается Р = 0,1 МПа)

      Затем рассчитываем коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами при  сжигании природного газа:

(4.8)

 

            Тогда коэффициент  ослабления лучей в топочной камере определяем как:

8(4.9)

      4.2.5. Определение степени черноты факела

При сжигании твердого топлива:

       (4.11) 
 

      4.2.6. Определение степени черноты топочной камеры

При сжигании твердого топлива в слоевых топках:

                                                     (4.13)

Где ψ_СР – средний коэффициент тепловой эффективности экранов топочной камеры, формула 4.2

 

      4.2.7. Вычисление параметра М

      Параметр  М характеризует положение максимальной температуры пламени по высоте топочной камеры:

(4.14)

Где Х_Т = h_Г/Н_Г – отношение высоты размещения горелки к высоте топочной камеры. Для котлов ДЕ Х_Т = 0,4

 

      4.2.8. Вычисление средней суммарной теплоёмкости продуктов сгорания

      Определяем  среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания на расчётную  единицу сжигаемого топлива:

(4.15)

Где υ_А – теоретическая (адиабатная) температура горения топлива, определяемая по таблице 4 по известной величине Q_Т = I, по формуле пересчёта 2.20.

I^{``</sup><sub>T</sub> – энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, определяемая по этой же таблице по принятой ранее в пункте 4.2.1. температуре газов υ<sub>T</sub><sup>``} (пункт 4.2.2.)

 

      4.2.9. Определение расчётной температуры продуктов сгорания на выходе из топки

(4.16)

 
 
 

4.2.10. Определение общего тепловосприятия экранами в топочной камере

Где I^{``</sup><sub>T</sub> – энтальпия продуктов сгорания на выходе из топочной камеры вычисленная по расчётной температуре газов υ<sub>T</sub><sup>``} 
 

 
 

 
 
 

5. Расчёт первого  конвективного пучка 

     К конвективным поверхностям нагрева (теплообменникам) котельного агрегата относят пароперегреватели, конвективные пучки, экономайзеры, воздухоподогреватели. Теплоперенос в таких поверхностях осуществляется в основном за счёт конвективного теплообмена.  
 

     5.1 Основные расчётные  уравнения теплопереноса 

      При расчёте конвективных поверхностей нагрева используют два основных уравнения теплопереноса:

- уравнение теплового  баланса для поверхности нагрева  на единицу используемого топлива:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

(5.1)

- уравнение  теплопередачи:

(5.2)

Где φ – коэффициент сохранения теплоты (3.10)

I^`, I^`` - энтальпии продуктов сгорания на входе в конвективную поверхность и выходе из неё

∆α  – величина присоса воздуха в  конвективную поверхность 

I⁰_ХВ – энтальпия присасываемого в конвективную поверхность холодного воздуха

К –  коэффициент теплопередачи для  конвективной поверхности, отнесённый к расчётной поверхности нагрева

F – расчётная площадь поверхности нагрева

∆Т  – среднелогарифмический температурный  напор между теплоносителями  для конвективной поверхности нагрева. 

      5.2 Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

     Расчёт  конвективных пучков начинаем с уточнения  их конструкций и определения  всёх необходимых размеров и характеристик, приведённых в [2]: длины, высоты, ширины, числа труб, площади сечения для прохода продуктов сгорания, общей площади поверхности теплообмена и т.п.

     Далее с использованием чертежа котла  и его технических характеристик  определяем способ омывания труб конвективной поверхности нагрева продуктами сгорания: поперечный, продольный, смешанный. Находим продольный и поперечный шаги труб пучка, диаметр и число вдоль и поперёк потока. 
 
 
 

     5.2.1. Определение общей площади для пучка