Тепловой расчет котла

При сжигании жидкого  и газообразного топлива потери от механического недожога q₄=0.

В судовых котлах, использующих жидкое топливо, потери теплоты  q₃ принимаются в пределах 0,5-1,0%.   Принимаем: q₃ = 0.6  %

Потери теплоты  через обмуровку стационарных котлов q₅ определяют из графика зависимости удельной потери через обмуровку от паропроизводительности

В судовых котлах q₅ принимают в пределах 1-5 %.  Принимаем q₅  = 2,56 %   [5] 

, %       (24)

   %

  - энтальпия питательной воды

   (25)

  кДж/кг

- энтальпия насыщенного пара

= f(Pk)     [9]

= 2768,4 кДж/кг

  (26)

  кДж/кг

 кг/с 
 
 

7 Расчет теплообмена  в топке 

     Для топки проводят поверочный тепловой расчет. Цель расчета – определение  величины тепловосприятия  (температуры дымовых газов на входе из топки ) при заданной величине радиационной поверхности нагрева .

     Перед расчетом процесса теплообмена проверяют  соответствие тепловыделения в топке  ее размерам. Для этого сравнивают величины фактических и допустимых тепловых напряжений:

     

    (27) 

Величину объема топочного пространства берем из прототипа котла Vт=1,93

Допустимая величина теплонапряженности топочного устройства также берётся из прототипа 

 

         

Условие -  не выполняется 

Если  фактические тепловые напряжения превышают  допустимые, то это означает, что  размеры топки недостаточны для  сжигания данного количества топлива. В этом случае по величинам допускаемых тепловых напряжений определяют объем топочного пространства:   [7]

   (28) 

Для вычисления формулу можно переписать в виде:

       
Та – абсолютная температура  горения (теоретическая)

Во - величина критерия Больцмана

- степень черноты топки

- температура дымовых газов  на входе из топки

Поскольку величины критерия Больцмана  и степени черноты топки зависят от температуры дымовых газов на выходе из топки , расчет проводят методом последовательных приближений.

В общем  случае для первого приближения  можно принять  = 1473 К

Степень черноты камерной топки вычисляют по формуле:

     

  (30)

- коэффициент снижения тепловосприятия  зависящий от рода топлива

Для мазута = 0,55

- степень экранирования топки  

Нл – площадь радиационной поверхности нагрева. Берётся из прототипа котла.  [1]            Нл = 6,52

Fст – суммарная поверхность стен топки

      (32)

      

- эффективная степень черноты  факела

            (33)

Степень черноты светящегося пламени (факела) вычисляется по формуле:

     

      (34)

Эффективную толщину излучающего слоя пламени  вычисляют по формуле:

     

     (35)

     

Для топок  котлов, работающих без наддува, . 

Коэффициент ослабления лучей для трехатомных  газов вычисляется по формуле:

     

    (36)

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами  вычисляют по формуле:

     

     (37)

 

 
Степень черноты  не светящегося  пламени (факела) вычисляется по формуле:

     (39)

 

     Коэффициент усреднения выбирается в зависимости от величины теплового напряжения топочного объема и рода топлива:   [5]

       при           - жидкое топливо. 

 

Критерий  Больцмана вычисляют по формуле:

      (40)

Коэффициент сохранения теплоты:

       (41)

0,988

Теплосодержание дымовых газов  , соответствующее абсолютной теоретической температуре горения , вычисляют по формуле:

(42) 

      

По величине   по диаграмме дымовых газов определяют величину абсолютной теоретической температуры горения . Зависимость представлена на Рисунке 2.

= 2009,7 К

По диаграмме  дымовых газов определяют также и величину теплосодержания дымовых газов на выходе из топки по температуре . 

= 29693,3  кДж/кг

Величина коэффициента М зависит от топочного устройства.  Для топки судовых котлов на мазутном отоплении М = 0,64  [5]

Величину средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания вычисляют по формуле:

     

     (43)

 

 
 

По уравнению  баланса для дымовых газов  можно вычислить величину тепловосприятия  в топке:

     (44)

 
 
 

8 Расчет конвективных  поверхностей нагрева 

При расчете  конвективных поверхностей используют: 

а) уравнение  теплового баланса, в которых  приравнивается тепло, отданное газами, с одной стороны:

    (45)

= 29693,4  кДж/кг

По диаграмме  дымовых газов определяют величину по температуре .  Зависимость представлена на Рисунке 2.

      кДж/кг

      кДж/кг

      кДж/кг 

б) уравнение  теплопередачи:

     (46) 

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формулам:

    (47)

- коэффициент теплоотдачи от  дымовых газов к стенке 

 Н – площадь  конвективных поверхностей

- температурный напор

- коэффициент теплоотдачи от  дымовых газов к стенке, , определяется как:

     (48)

- коэффициент теплоотдачи конвекцией

- коэффициент омывания труб. Как правило, для парообразующих  притопочных пучков водотрубных  вертикальных котлов, пучков, находящихся  на резких поворотах газового  потока  .

 

     При поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков труб газом или воздухом коэффициент теплоотдачи конвекцией рассчитывают по формуле:

     

- коэффициент теплопроводности, ;

- наружный диаметр трубы, м;

W- скорость газового потока, ; 

- критерий Прандтля;

- поправка на число рядов  труб;

- поправка на компоновку;

- кинематическая вязкость для  продуктов сгорания; 

Физические  параметры  , , для воздуха и продуктов сгорания среднего состава принимают по средней температуре потока  из таблицы.  [5]

     

   (50)

 

     Таблица 2 

Скорость  потока газов при поперечном омывании пучка труб – W рассчитывают по следующей формуле:

     

   (51)

- площадь живого сечения при поперечном омывании пучка труб:

   (52)

- средняя длина проекции активно  работающей, в рассматриваемом пучке,  трубы

(без учета  застойных зон) на плоскость,  перпендикулярную направлению потока;

- ширина газохода;

- число труб в ряду;

- наружный диаметр.

    (52) 

Значения  , , , определяем по чертежу

 м

=11

=0,029 м

 м

   м/с

  м/с

  м/с

Поправка на компоновку , определяемая в зависимости от относительных поперечного и продольного шагов рассчитывают по формуле (55):