Расчет камеры топочной камеры котла
Обновлено: 22.04.2024
Тепловой расчет котельного агрегата может быть конструкторским или поверочным.
Поверочный расчет котлоагрегата производится для известной конструкции котлоагрегата из заданного состава топлива. Задачей расчета является определение экономичности котла, проверка надежности работы, определение температуры греющей и нагреваемой среды по газоходам котла. Необходимость поверочного расчета может быть вызвана также реконструкцией котла с целью повышения его производительности и экономичности.
Поверочный расчет существующей конструкции котла производится не только для номинальной, но и для частичных нагрузок, что необходимо для проведения гидравлических и других расчетов.
Особенность поверочного расчета заключается в том, что представляется возможность первоначальной найти расход топлива, так как неизвестен КПД агрегата, в частности, потеря тепла с уходящими газами. Это потеря зависит от температуры уходящих газов, которая может быть определена только в конце расчета. Приходится предварительно задаваться температурой уходящих газов, а по окончании расчета определять истинное ее значение, а также значение КПД и расход топлива.
Конструкторский расчет выполняется при создании нового типа котлоагрегата для определения размеров радиационных и конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную производительность котла при заданных параметрах пара.
Исходные данные для теплового расчета. Расчетное задание для поверочного расчета должно содержать следующие сведения:
· Чертежи котельного агрегата
· Конструктивные характеристики топки и поверхностей нагрева
· Гидравлическую схему котла
· Производительность котла и параметры по первичному пару, температуру питательной воды, давление в барабане
· При наличии промежуточного перегрева – расход и параметры вторичного пара на входе и выходе.
· Величину непрерывной продувки (%)
· Температуру холодного воздуха
Температура уходящих газов за котлоагрегатом выбирается по условиям эффективного использования тепла топлива и расходом металла на хвостовые поверхности нагрева.
Методы, последовательность и объем поверочного теплового расчета
Существует два метода поверочного расчета: метод последовательных приближений и метод параллельных расчетов.
Метод последовательных приближений.
Расчет выполняется в следующей последовательности: по принятой температуре уходящих газов рассчитывают воздухоподогреватель и определяют температуру уходящего воздуха; рассчитывают топку с определением температуры газов на выходе из топки, пароперегреватель и водяной экономайзер, определяют температуру уходящих газов и сравнивают с принятыми температурами уходящих газов и горячего воздуха. Расхождение допускается +/- 10 град. По температуре уходящих газов и +/- 40 град. По температуре уходящего воздуха, после чего дают рекомендации по расчету.
Метод параллельных расчетов.
Расчет ведут параллельно на три температуры, чтобы искомая величина находилась в пределах задаваемых величин. Затем графически определяют истинное значение искомой величины температуры уходящих газов.
Таким образом, принимают значение температуры уходящих газов и ведут параллельно три расчета в следующем порядке: воздухоподогреватель, топка, пароперегревательные и экономайзерные поверхности, расположенные по ходу газов.
При наличии двухступенчатых воздухоподогревателе и экономайзеров после определения расхода топлива рассчитывают первые ступени воздухоподогревателя и экономайзера, вторую ступень воздухоподогревателя, затем топку и т.д. Последним рассчитывают экономайзер второй ступени или пароперегреватель.
Конвективные поверхности нагрева также рассчитывают методом параллельных расчетов. Для графоаналитического решение уравнений теплового баланса и теплопередачи для каждой из трех температур уходящих газов принимают два значения температуры газов на входе в рассчитываемую поверхность и определяют значение температуры рабочей среды. Таким образом, число параллельных расчетов каждой поверхности равно шести.
После этого расчетную невязку баланса определяют по формуле: . Величина невязки не должна превышать 0,5%.
По данным теплового расчета составляют сводную таблицу, в которой для каждой поверхности нагрева указывают тепловосприятие, температуру и энтальпию на входе и выходе омывающих их сред, коэффициент теплопередачи и размеры поверхностей нагрева.
Котельный агрегат ТП-81, Таганрогский котельный завод (ТКЗ) однобарабанный, с естественной циркуляцией, предназначен для получения пара высокого давления при сжигании пыли сухих каменных углей. Котельный агрегат ТП-81 спроектирован для сжигания черемховского каменного угля. Позже он был реконструирован для сжигания азейского бурого угля. В настоящее время на котле сжигаются бурые угли других месторождений, таких, как мугунский, (Иркутская область), ирша - бородинский, рыбинский, переясловский и др., (Красноярский край).
Котел спроектирован для работы с параметрами:
- номинальная производительность Dка 420 т/час = 116,67 кг/с
- рабочее давление в барабане Рб = 15,5 МПа
- рабочее давление на выходе из котла (за ГПЗ) Рпп = 13,8 МПа (+ 5)
- температура перегретого пара tпп = 565(+ 5),°С (550±5)
- температура питательной воды tпв = 230, °С
- температура горячего воздуха tгв = 400,°С
- минимальная нагрузка при номинальных параметрах пара 210 т/час
Допускается кратковременная работа котла с tПВ =160°С при соответствующем снижении паропроизводительности котла.
Компоновка котла выполнена по П-образной схеме. Топочная камера размещена в первом (восходящем) газоходе. В поворотном газоходе расположен пароперегреватель, во втором, нисходящем газоходе, расположены в рассечку водяной экономайзер и воздухоподогреватель - двухступенчатая компоновка хвостовых поверхностей нагрева.
Водяной объем котла 116м 3
Паровой объем котла 68 м 3
Топочная камера и экраны
Топочная камера призматической формы, полностью экранирована трубами 60х6,0 мм с шагом 64 мм. Материал – сталь 20. Степень экранирования топки X=96,4%. Фронтовой и задний экраны в нижней части образуют скаты «холодной воронки».
В верхней части топки трубы заднего экрана образуют «аэродинамический козырек», который улучшает аэродинамику топки и частично затеняет ширмы пароперегревателя от прямого излучения факела. Ширмы установлены на выходе из топки.
Аэродинамический козырек образует выступ в топку с вылетом 2000 мм. 50% труб заднего экрана посредством развилок имеют вертикальные участки. В трубах установлены шайбы диаметром 10 мм. Благодаря дроссельным шайбам, основная масса пароводяной смеси проходит через гнутые обогреваемые участки труб.
Экранные панели подвешены к металлоконструкциям потолочного перекрытия за верхние камеры и имеют возможность свободно расширяться вниз.
В верхней и нижней частях топочной камеры трубы экранов подключены к сборным коллекторам.
Для уменьшения влияния неравномерного обогрева на циркуляцию, все экраны разбиты на 18 контуров циркуляции (панели), которые имеют самостоятельные верхние и нижние коллекторы.
Задний и фронтальный экраны имеют по 6 панелей каждый, боковые экраны - по 3 панели. Две крайние панели заднего и фронтальный экранов состоят из 40 параллельно включенных труб, четыре средние панели - из 33 труб.
Две крайние панели боковых экранов состоят из 37 параллельно включенных труб, средняя панель из 36 труб.
Потолок топки и поворотного газохода экранирован трубами потолочного радиационного пароперегревателя.
Конструктивные характеристики топочной камеры
Объем топки, м 3
Напряжение топочного объёма, кВт/м 3
Поверхность нагрева топки, м 2
Ширина в свету, мм
Глубина в свету, мм
Высота топки (расчетная), мм
Тип, количество и расположение горелок
Вихревые, прямоточно-улиточные, 12 шт.
Диаметр и материал труб, мм
Жесткость и прочность топочной камеры обеспечивается установленными по периметру подвижными поясами жесткости, которые связывают все экранные трубы котла в единую систему. Пояса жесткости размещены через каждые 3 м по высоте.
Обмуровка на котле многослойная облегченного типа. В районе топочной камеры она выполнена натрубной и при тепловом расширении труб перемещается в месте с этими трубами.
Конструкция обмуровки следующая: на экранные трубы накладывается слой огнеупорного бетона на объемной металлической сетке, затем идут слои совелитовых плит и наружный слой уплотнительной обмазки, также наносимый на металлическую сетку. Обмуровка к экранам крепится с помощью шпилек, приваренных к экранным трубам.
Обдувка радиационных поверхностей нагрева предусмотрена устройствами аппаратов водяной обдувки системы «Джет». Аппараты расположены в зоне наиболее интенсивного шлакования экранов: на отметке 10.00 м и 16.00 м по два аппарата слева и справа. Удаление шлака из топки производится через устье «холодной воронки» в водяные ванны непрерывного механического шлакоудаления.
Водоопускная система выполнена из труб диаметром 159х12 мм. Пароотводящие трубы диаметром 133х10 мм. Из чистого отсека барабана котловая вода по водоопускным трубам поступает в нижние коллекторы фронтового, заднего и боковых экранов.
В котельном агрегате была принята трехступенчатая схема испарения. В настоящее время котлы переведены на 2-х ступенчатую схему.
Фронтальный и задний экраны включены в чистый отсек барабана. Они образуют первую ступень испарения.
Вторая ступень испарения - блоки боковых экранов - состоит из двух групп параллельно включенных выносных циклонов (426х35 мм) каждая группа состоит из двух циклонов.
Для выравнивания солесодержания в отсеках I и II ступени испарения установлены четыре перебросные трубы диаметром 76х6 мм (по две трубы на каждую сторону).
Пароперегреватель
На котле установлен радиационно-конвективный пароперегреватель. Радиационная часть пароперегревателя выполнена виде потолочного пароперегревателя и полурадиационных ширмовых поверхностей, расположенных в котле. Конвективные поверхности пароперегревателя расположены в горизонтальном газоходе котла.
Схема движения пара по пароперегревателю следующая: пар из барабана котла по 12 трубам ø13310 мм подводится к трем входным камерам потолочного пароперегревателя, откуда по 236-ти трубам направляется в холодный пакет КПП I, состоящий из 118 сдвоенных змеевиков, пройдя противоточно эти змеевики пар поступает во входную камеру крайних ширм. Лобовые 1,5 петли холодного пакета выполнены из стали 12ХМФ. Пройдя крайние ширмы пар поступает в выходные камеры крайних ширм, откуда по четырем трубам справа и слева поступает в две камеры регулятора перегрева первой ступени, где наряду с охлаждением осуществляется переработка пара из правых крайних ширм в левые средние ширмы, и наоборот.
Пройдя 8 средних ширм, пар попадает в выходные камеры этих ширм, откуда по 4 трубам справа и слева направляется во входные камеры крайних прямоточных частей “горячего пакета”, из которых каждый состоит из 29 пакетов змеевиков (по 3 петли в каждом пакете).
Пройдя крайние пакеты, пар поступает в камеры регуляторов перегрева II-ой ступени, в которых одновременно с охлаждением осуществляется еще один переброс из правой крайней части в левую среднюю, и наоборот. Выйдя из камер регуляторов перегрева IIой ступени, пар поступает во входные камеры средней части горячих пакетов, каждый из которых состоит из 30 пакетов змеевиков (по 3 петли в каждом пакете), и пройдя их прямотоком пар поступает в выходные камеры, откуда по 8 перепускным трубам ø13377 мм поступает в паросборную камеру.
Барабан котла и сепарационные устройства
Котел ТП-81 имеет один барабан с внутренним диаметром 800 мм, изготовленный из листовой ст. 16ГНМ, толщина стенки барабана - 92 мм, длина цилиндрической части –16200 мм. Барабан установлен на двух роликовых опорах, обеспечивающих его свободное удлинение при нагревании. В середине цилиндрической части барабан жестко прикреплен к металлоконструкциям котла. Барабан предназначен для разделения пароводяной смеси на пар и воду и организации барботажной промывки пара питательной водой. Питательная вода, подогретая в водяном экономайзере до температуры 320-340°С, поступает по восьми трубам диаметром 133х10 мм в чистый отсек барабана под слой котловой воды. Для предотвращения термических напряжений в стенке барабана водоподводящие трубы снабжены защитными рубашками.
В барабане котла питательная вода разделяется на два потока: большая часть вводится в водяное пространство, а меньшая (10-15% питательной воды), по 4-ем соединительным трубам (через питательный коллектор диаметром 133х4 мм) поступает на промывочное устройство. Барботажно - промывочное устройство представляет собой горизонтальный дырчатый щит, который состоит из 44-х промывочных листов с отверстиями диаметром 5 мм. На эти листы непрерывно поступает питательная вода.
Листы имеют бортик, в результате чего поддерживается постоянный уровень питательной воды. Избыток питательной воды по сливным коробам поступает в чистый отсек – под уровень котловой воды. Пароводяная смесь из экранов местными коробами подводится к циклонам, которые расположены внутри барабана вдоль боковых стен (12/58 штук (диаметр 315 мм)). В циклонах происходит «гашение» кинетической энергии пароводяной смеси и основная сепарация пара от воды.
Пар из фронтального и заднего экранов поступает в 46 циклонов чистого отсека, а пар боковых экранов сепарируется в 12-и циклонах. Для того чтобы пар из циклонов не попадал в опускные трубы, под ними установлены так называемые «корыта».
Отделившийся в корпусе циклонов пар поднимается вверх и проходит через дырчатый щит где отдает питательной воде растворенные в нем соли. Промывочная вода поступает под уровень котловой воды барабана. После промывки пара питательной водой, он проходит через пластинчатый сепаратор, где происходит вторичная (тонкая) сепарация пара. Для равномерного отвода пара по всей длине барабана в верхней его части расположен потолочный дырчатый щит, который также состоит из 44-х листов.
Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны (426х36 мм, сталь20). В верхней части циклона имеется перфорированный пароприемный потолок, в нижней части расположена крестовина, которая препятствует образованию воронок в опускных трубах.
Пар из циклонов по двум трубам диаметром 133х10 мм поступает под промывочный дырчатый щит первой ступени испарения для промывки. Из водяного объема циклонов предусмотрена непрерывная продувка котловой воды.
Пароперегреватель. По характеру тепловосприятия пароперегреватель радиационно-конвективного типа и делится на радиационную, полурадиационную и конвективную части. Схема пароперегревателя котла ТП-81 представлена на рис. 8.4.
Радиационная часть - потолочные трубы (диаметром 38х4 мм материал сталь 20), полностью закрывающие верх топки и конвективного газохода.
Полурадиационная часть - ширмы, расположенные над аэродинамическим козырьком на выходе из топки.
Конвективные поверхности пароперегревателя размещены в горизонтальном газоходе - три ступени.
Пар из барабана поступает в потолочный пароперегреватель, экранирует потолок топки, горизонтального газохода, поворотной камеры, возвращается, делает большую петлю на входе в опускной газоход (эта петля является первой частью КПП 1) и поступает на вход в ширмовый пароперегреватель (- 2 ступень пароперегревателя) проходит противотоком средние ширмы и поступает в пароохладитель 1 ступени. Далее с перебросом слева на право пар противотоком проходит крайние ширмы и поступает во входные коллекторы пароперегревателя первой ступени - вторая часть КПП 1. После КПП 1 расположена вторая ступень впрыска. Опять, с перебросом слева на право пар поступает во входные коллекторы третьей ступени пароперегревателя, проходит его также прямотоком и поступает во входные коллекторы пароохладителя третьей, ступени, после чего пар подается на вход четвертой, последней ступени пароперегревателя, проходит ее прямотоком и подается в выходные коллекторы. Откуда пар по двенадцати трубам поступает в паросборную камеру с двумя противоположными выходами.
Таким образом, по ходу пара пароперегреватель условно делится на пять частей
- потолочный пароперегреватель с конвективной петлей (1-я часть конвективного пароперегревателя);
- ширмовый пароперегреватель (20 ширм из V - образных труб), каждая ширма - 33 трубы с шагом 40 мм, материал- сталь 12Х1МФ, диаметром 32х4 мм;
- три ступени конвективного пароперегревателя (1,3 и 4 ступени)
Для уменьшения тепловых перекосов предусмотрена трехкратная переброска пара по ширине газохода.
Первая часть КПП 1 расположена в рассечке ширмового пароперегревателя.
Вторая часть КПП 1 - за пакетами ширмового пароперегревателя.
Третья и четвертая ступени пароперегревателя расположены за второй частью КПП 1 выполненным по прямоточной схеме относительно газов.
Пароперегреватель двухпоточный по пару (с независимым регулированием температуры пара в каждом потоке). Каждая ступень регулирования выполняется в виде двух камер пароохладителей впрыскивающего типа, с диаметром - 325 мм.
Для впрыска используется собственный конденсат, получаемый в четырех конденсаторах, расположенных на отметке барабана котла.
Конденсация насыщенного пара, поступающего из барабана, производится питательной водой после первой ступени ВЭ в установке для приготовления собственного конденсата.
После конденсаторов питательная вода поступает во вторую ступень ВЭ (по 4-м трубам диаметром 159х12 мм, материал сталь 20).
Образовавшийся конденсат собирается в сборнике конденсата и одной трубой (диаметр 133х10 мм, материал сталь 20) направляется к сниженному узлу впрыска, а затем (по 6-ти трубам) - к пароохладителям.
Потолочный пароперегреватель. Из барабана котла по 12-ти трубам (диаметром 108х9 мм) пар поступает во входные камеры потолочного пароперегревателя. Последний экранирует потолок топки, горизонтального газохода и поворотной камеры.
Потолочный пароперегреватель состоит из 174 параллельно включенных змеевиков (трубы змеевиков диаметром 38х4 мм, сталь 20, камеры диаметром 219х26 мм). Шаг между трубами 40 и 80 мм, поверхность нагрева 870 м 2 (с конвективной петлей).
Змеевики потолочного пароперегревателя за 3-ей ступенью конвективного пароперегревателя образуют конвективную петлю (1-ая часть КПП).
Из выходных камер потолочного пароперегревателя пар поступает во входные смешивающие коллектора «холодных ширм» (по 6-ти трубам диаметром 159х16 мм).
Далее пар поступает во входные коллектора 10-ти «холодных ширм» (10 труб диаметром 133х10 мм).
Каждая ширма- это 33 параллельно включенных змеевика (диаметр 32х4 мм, сталь 12Х1МФ).
Диаметр входного и выходного коллектора ширм 159х16 мм, поверхность нагрева «холодных ширм» 312м 2 .
Из выходных коллекторов ширм пар поступает в пароохладитель №1 (по 10-ти трубам диаметром 133х10 мм), - где происходит снижение температуры перегретого пара и первая переброска пара по ширине газохода.
Из выходного коллектора пароохладителя пар поступает во входные смешивающие коллекторы «горячих ширм» (по 6-ти трубам диаметром 156х16 мм) и дальше - в выходные коллекторы «горячих ширм» (по 10-ти трубам диаметром 133х10 мм).
Поверхность нагрева «горячих ширм» - 312м 2 .
Диаметр выходного коллектора - 273х26 мм.
Конвективный пароперегреватель
Из ширмового пароперегревателя пар поступает в конвективный пароперегреватель (по 6-ти трубам диаметром 156х16 мм) первой, затем второй, третьей и четвертой ступеней КПП.
С целью уменьшения тепловой и гидравлической неравномерности конвективная часть разделена на три последовательно включенные ступени, которые расположены в горизонтальном соединительном газоходе. Каждая ступень состоит из 174 пакетов параллельно включенных змеевиков, расположение змеевиков – коридорное с поперечным шагом 80 мм и продольным шагом 60 мм.
Первая ступень (2 часть КПП 1) - 32х5 мм;
Вторая ступень (3 часть КПП) - 32х5 мм;
Третья ступень (4 часть КПП) - 32х6 мм;
Материал труб сталь 12Х1МФ.
Для выравнивания температуры пара по ширине газохода в пароохладителях №2 и №3 (после первой и второй ступеней КПП), осуществляется переброс пара по ширине газохода.
Площадь поверхности нагрева: 1 ступень - 800 м 2 ; 2 ступень - 1340 м 2 ; 3 и 4 ступеней - по 1025 м 2 .
Максимальная температура металла в обогреваемой зоне не должна превышать значений указанных в таблице.
Регулирование температуры перегретого пара
Для регулирования температуры перегретого пара предусмотрена схема с 3-мя последовательно включенными впрыскивающими пароохладителями.
Расчетное снижение температуры перегретого пара составляет:
1 впрыск - 6 °С; 2 впрыск - 11 °С; 3 впрыск - 2 °С
Температура перегрева для пароперегревателя возрастет при:
- снижении температуры питательной воды,
- увеличении избытка воздуха в топке,
- переходе на сжигание более влажного топлива,
- шлаковании экранных труб,
- затягивании факела в верх топки,
- - при переходе на сжигание более влажного топлива.
В связи с тем, что пароперегреватель котла ТП-81 имеет обширную конвективную часть, большое влияние на температуру перегретого пара оказывает величина избытка воздуха в топке.
Водяной экономайзер. Расположен в конвективной шахте (опускной газоход). Компоновка 2-х ступенчатая.
По ходу газов первой идет 2-ая ступень – поверхность нагрева 870 м 2 , а затем, (после воздухоподогревателя 2 ступени); идет 1-я ступень - поверхность нагрева 2580м 2 .
Водяной экономайзер крепится на пустотелых балках, охлаждаемых воздухом от дутьевого вентилятора.
Для охлаждения водяного экономайзера в период пусков предусмотрена линия рециркуляции ВЭ - барабан, соединяющая входные коллекторы экономайзера с водяным пространством барабана котла.
Между выходными коллекторами 1- ой ступени и входными коллекторами 2-ой ступени смонтирована дренажная линия (опорожнение 2-ой ступени экономайзера).
Шаги труб, мм (S1 x S2 ): 1 ступень - 80х49; 2 ступень - 85х60
Живое сечение по газам, м 2 : 1 ступень - 36,8; 2 ступень - 34,0
Живое сечение по воде, м 2 : 1 ступень - 0,212; 2 ступень - 0,100
Поверхности нагрева м 2 : 1 ступень - 2580; 2 ступень – 870
Водяной экономайзер изготовлении из труб диаметром 25х3,5, материал труб сталь 20; двухступенчатая компоновка хвостовых поверхностей нагрева, т.е. пакеты водяного экономайзера и воздухоподогревателя установлены в «рассечку».
Схема пароперегревателя котла ТП-81
Воздухоподогреватель трубчатый, двухступенчатый. По ходу газов первой идет 2-ая ступень воздухоподогревателя поверхность нагрева которой 9180 м 2 , диаметр труб 51х1,5 мм, сталь 3. За 2-ой ступенью воздухоподогревателя следует I ступень водяного экономайзера, а далее - 1 ступень воздухоподогревателя с поверхностью нагрева 19800 м 2 , диаметр труб 40х1,5 мм сталь3.
Весь воздухоподогреватель изготовлен в виде отдельных секций, состоящих из труб, скрепленных трубными досками: верхняя ступень имеет 12 секций, нижняя - 24 секции.
Первая по ходу воздуха ступень выполнена шестипоточной по газу и воздуху и четырехходовой по воздуху. На рис. 8.5. представлена компоновка воздухоподогревателя котла ТП-81.
Вторая ступень - двухпоточная по газу и воздуху и одноходовая по воздуху.
1-я ступень 62х40,5
2-я ступень 78х51
Живое сечение по газам, м 2
Живое сечение по воздуху, м 2
Упрощенная схема воздухоподогревателя котла ТП-81
1-вход воздуха; 2-трубные секции; 3-перепускной короб между нижними и верхними секциями первой ступени ВП; 4-короб, направляющий воздух из первой ступени во вторую; 5-трубные секции второй ступени ВП
3. Исходные данные для расчета
Метод последовательных приближений;
Топливо: Итатское месторождение, Канско-Ачинского бассейна.
=130 0 С; =230 0 C; =30 0 C
воздуха на выходе из топки -
тепловая нагрузка объема по услов. горения
()
Потеря тепла от хим. недожога
Потеря тепла от механичес. недожога
Доля уноса золы из топки,
топка с тв. удалением
Присосы воздуха по газоходам:
Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
Расчет объемов воздуха и продуктов горения ведется на 1 кг рабочего топлива (твердого и жидкого) или на 1 м 3 газового топлива, при нормальных условиях (0 0 С и 101,3 кПа).
V н о,г = + + ;
Объем водяных паров
Объем дымовых газов
Объемные доли 3-х атомных газов
Безразмерная концентрация золы в дымовых газах, кг/кг
где аун - доля золы топлива, уносимой газами.
Масса продуктов сгорания, кг/кг
;
Расчет теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания для барандатского угля:
V н о,г = + + =0,55416+2,40582+0,960986=3,920966;
· для дымовых газов:
· для золы:
Расчет теоретических и действительных значений энтальпий сведен в таблицу. 6.
4. Расчет тепловой баланс и КПД котла
Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход оплива.
Форум для экологов
- исключительное право на воспроизведение;
- исключительное право на распространение;
- исключительное право на публичный показ;
- исключительное право на доведение до всеобщего сведения
ВНИМАНИЕ! Мы не осуществляем контроль за действиями пользователей, которые могут повторно размещать ссылки на информацию, являющуюся объектом Вашего исключительного права.
Любая информация на форуме размещается пользователем самостоятельно, без какого-либо контроля с чьей-либо стороны, что соответствует общепринятой мировой практике размещения информации в сети интернет.
Однако мы в любом случае рассмотрим все Ваши корректно сформулированные запросы относительно ссылок на информацию, нарушающую Ваши права.
Запросы на удаление НЕПОСРЕДСТВЕННО информации со сторонних ресурсов, нарушающей права, будут возвращены отправителю.
5 Расчет топки
Для определения поверхности стен топки () и ее объеманеобходимо начертить эскиз топки и по нему определить основные её размеры. Эскиз топки составляется на основании чертежа топочной камеры типового котла, указанного в задании к проекту.
Объем топки /рис.5.1/ ограничивается осевой плоскостью экранных труб стен и потолка, поверхностью, проходящей через первый ряд труб ширм или фестона, плоскостью пода газомазутного котла или горизонтальной плоскостью, отделяющего половину высоты холодной воронки пылегазового котла. При этом, отсеченная горизонтальной плоскостью нижняя часть холодной воронки в объеме топки не учитывается.
Полная поверхность стен топки вычисляется по размерам (на эскизе топки) поверхностей, ограничивающих объем топки.
, м 2 (5.1)
Например, для газомазутной толки на рис.5.1 (а)величинуможно определить следующим образом :
, м 2 ,
где -соответственно .высоты топки, ее призматической части и выходного окна в области фестона, м; - ширина и глубина топки, м.
а - топочная камера для газа и мазута;
в – то же для твердых топлив с твердым шлакоудалением
Рис. 5.1. Эскизы топочных камер
Для пылегазовой топки на рис, 5.1 /в/ боковая поверхность определяется как сумма поверхностей двух прямоугольников и трапеций. При этом на рис. 5.1 /в/ дополнительные размеры обозначены следующим образом:соответственно высоты ширм, газового окна и холодной воронки топки, м:- соответственно глубины ширм, пода топки и верхнего прямоугольника, м.
Объем камерной топки определяется по формуле
,м 3 (5.2)
Основные размеры топок малых котлов типа ДЕ и КЕ приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1 – Основные размеры топок котлов типа ДЕ, КЕ
Длина топки L, м
Ширина топки d, м
Средняя высота топки h, м
Объем топки , м 3
Полная поверхность стен топки Fст, м 2
Экранированная поверхность экранов топки Fэк, м 2
Площадь зеркала горения R , м 2
Данные этой таблицы можно использовать для расчета теплообмена в топках котлов ДЕ и КЕ производительностью до 10 т/ч (0,3 кг/с).
Составление эскиза топки и расчет величин ипозволяет определить коэффициент тепловой эффективности экранов топки, затем произвести расчет теплообмена в топке.
Средний коэффициент тепловой эффективности определяется по формуле усреднения
(5.3)
Здесь ,
где - угловой коэффициент экранов;- коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей (принимается по табл. 5.2). Величина- для открытых экранов из гладких труб одностороннего или двухстороннего облучения определяется из номограммы 1; а для поверхностей нагрева из плавниковых труб, а также для первого ряда ширм или фестона= 1,0.
Таблица 5.2 Коэффициент загрязнения
Открытые гладкотрубные и плавниковые настенные экраны, а также ширмы, расположенные в выходном окне топки
Пыль каменных и бурых углей, Газообразное топливо
Фрезторф, АШ, ПА и Т
Ошипованные экраны, покрытые обмазкой.
Экраны закрытые шамотом
Для всех топлив в топках с твердым шлакоудалением
Для всех топлив при слоевом сжигании
Величина ζ ошипованных экранов, покрытых обмазкой, в топках с жидким шлакоудалением рассчитывается по формуле
ζ = в(0,53 – 0,25 · 10ˉ³·t ), (5.4)
где в =1,0 для однокамерных топок и в = 1,2 - для полуоткрытых топок /с пережимом/ t=t- 50 °С - температура плавления шлака.
Для плоскости, отделяющей объем топки от входа в ширмы или фестон, условный коэффициент загрязнения в выходном окне топки ζ, определяется с учетом коэффициента β,дающего поправку на теплообмен между газами на выходе из топки и в зоне ширм или фестона к
ζ= β ×; β = А/, (5.5)
где А - температурный коэффициент, принимающий значения 1100° -для твердых топлив; 900° - для мазута и 700° - для природного газа.
При расчете величины необходимо учесть: что для неэкранированного участка стены топки= 0.
5.3. Тепловой расчет топочной камеры
Целью поверочного теплового расчета топочной камеры является определение температуры газов на выходе из топки . Расчет этой температуры производится методом последовательного приближения, когда в начале расчета температура газов на выходе из топки задается ориентировочно. Затем, после окончания расчета сравнивают полученное значение температуры с изначально заданным. В зависимости от того на сколько данные температуры отличаются друг от друга расчет, или считается законченным, или производится заново.
5.3.1. Определение геометрических характеристик
топочной камеры
Перед началом расчета топки по чертежам и техническим характеристикам котла, приведенным выше необходимо определить: объем топки, площади поверхности стен топочной камеры и площади лучевоспринимающих поверхностей нагрева (экранов), а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб и их высота, расстояние между осями труб и их число в экране).
Под экраном (лучевоспринимающей поверхностью) понимается поверхность топочной камеры, вдоль которой расположены трубы с водой. Т.е. данными трубами стена топочной камеры экранируется.
Всего в топочной камере шесть поверхностей: фронтальная, задняя, правая боковая, левая боковая, сводовая поверхность (или свод) – потолок топки и подовая поверхность (или под) – пол топки (рис. 5.3).
В зависимости от типа котельного агрегата не все поверхности топки котла могут быть экранированы. Таким образом, на первом этапе необходимо определить, какие поверхности топочной камеры экранированы (см. п. 3, 4) и сколько этих поверхностей.
Далее используя расчетную схему (рис. 5.3) и технические характеристики котла необходимо определить площадь каждой лучевоспринимающей поверхности, м 2 ,
где – расстояние между осями крайних труб данного экрана, м; – освещенная длина экранных труб, м.
Рис. 5.3. Расчетная схема топочной камеры котла:
1 – фронтальная поверхность топки; 2 – задняя поверхность топки; 3 – правая боковая поверхность топки; 4 – левая боковая поверхность топки; а – ширина топки; b – глубина топки; с – высота топки
Затем, вычисляется средний коэффициент тепловой эффективности экранов топочной камеры . При этом необходимо учесть, что в формулу подставляются данные только для тех поверхностей топочной камеры, которые экранированы. Таким образом, если в топочной камере экранированы все шесть поверхностей, то в формуле должно быть шесть слагаемых. Если какая-то поверхность топки не экранирована, то соответствующее слагаемое из формулы исключается.
где , , , , , – площади фронтальной, задней, правой боковой, левой боковой, сводовой и подовой лучевоспринимающих поверхностей, соответственно, м 2 , определяемые по формуле (5.36); – площадь поверхности стен топочной камеры (см. п. 3, 4); , , , , , – коэффициенты, учитывающий снижение тепловосприятие фронтальной, задней, правой боковой, левой боковой, сводовой и подовой лучевоспринимающих поверхностей, соответственно вследствие их загрязнения наружными отложениями, определяемые по табл. 5.13; , , , , , – угловые коэффициенты фронтальной, задней, правой боковой, левой боковой, сводовой и подовой лучевоспринимающих поверхностей, соответственно, определяемые по рис. 5.4.
курсач дымовая труба / Мой курсач де 25-14 / 5Расчёт топочной камеры мой курсачь
Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [2,с.60] в следующей последовательности.
Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 1100 0 С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 4 – Энтальпии продуктов сгорания Н = 25547,39 , кДж/м 3 .
Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Qт, кДж/м 3
(25)
где Qв – теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м 3
Qт =42402,8 (100-0,5)/100+465,04=42655,82
Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Qв, кДж/м 3 , определяем
Определяю коэффициент ψ тепловой эффективности экранов
где χ – угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение χ определяется из рисунка 5.3 [2,с.57] ; χ=0,98;
ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2,с.62]: ξ=0,65.
Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя
где Vт – объем топочной камеры, м 3 ;
Fст – поверхность стен топочной камеры, м 2 .
Определяем коэффициент k, (м·МПа) –1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами kг и сажистыми частицами kс
где kг – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа) –1 ;
rп – суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаю по таблице 1;
kс –коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа) –1 .
Коэффициент kг, (м·МПа) –1 , ослабления лучей трехатомными газами определяю по формуле
(30)
где рп = rп р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;
р – давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПа;
T˝т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).
Коэффициент kс , (м·МПа) –1 , ослабления лучей сажистыми частицами
kс (31)
где С р , Н р –содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.
При сжигании природного газа
(32)
где СmНn – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %
Определяем степень черноты факела аф.
Для газообразного топлива степень черноты аф факела
где m –коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,34,при qv=699,4кВт/м 3 ;
асв – степень черноты светящейся части факела;
аг – степень черноты несветящихся трёхатомных газов.
Значения асв и аг определяю по формулам
асв=1 – е -( kг rп + kс) р s (34)
аг=1 – е –kг rп р s (35)
Определяем степень черноты топки ат для камерной топки при сжигании газа
(36)
Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].
Определяем среднюю суммарную теплоёмкость Vс.ср, кДж/м 3 ·К, продуктов сгорания на 1 м 3 газа, а при нормальных условиях
где Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Qт, равному энтальпии продуктов сгорания На; Та=1856,30 К.
Т ″ т –температура (абсолютная) на выходе из топки, К;
H ″ т – энтальпия продуктов сгорания, кДж/м 3 ; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;
Qт – полезное тепловыделение в топке, кДж/м 3 .
Vср
Определяю действительную температуру υ ″ т, 0 С, на выходе из топки
υ″т = (38)
Полученная температура на выходе из топки υ ″ т = 1090 0 С сравнивается с температурой, принятой ранее, 1100 0 С.
Читайте также: