Мет 1 Курсач

1

Тепловой расчет топки и радиационных поверхностей нагрева котла

Цель работы состоит в овладении методом теплового расчета точных устройств котельных установок и определению величины площади радиационной поверхности нагрева топки котла с использованием графоаналитического метода.

Тепловой расчет топки сводится к определению расхода топлива на один котел, определению основных геометрических размеров топки котла, расчету теплообмена в топке.

но примерно равна tпв, умноженной на 4,186); p – величина непрерывной продувки, %; Qpp – располагаемая теплота, соответствующая теплоте сгорания используемого топлива, кДж/кг; к – КПД котла брутто;

где Nк – расчетная мощность котла, кВт; G – расход воды в кот-

ле, кг/с, i – энтальпия воды на выходе из котла, кДж/кг; i – энтальпия воды на входе в котел, кДж/кг.

Учитывая, что часть топлива не сможет сгореть в топке котла и покинет топочную камеру в виде уноса, провала и в составе

BP B(1 q4 ), 100

где q4 – доля потерь теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %.

Геометрические размеры топки

Размеры топки характеризуются величиной активного топочного объема, а при слоевом сжигании топлива также величиной активной площади зеркала горения.

Необходимая величина активного топочного объема (м3) определяется по формуле

Vт Qpр Bp ,

qv

где qv – видимое тепловое напряжение топочного объема, определяемое из таблиц [2], кВт/м3, а активная площадь горения (м2) – по формуле

R Qpp Bp , q f

где q f – тепловое напряжение зеркала горения, определяемое

из таблиц [2], кВт/м2.

Высота топочной камеры должна быть не менее 3 м и определяется из выражения (м)

h Vт . R

Зная активную площадь горения R , определяют ширину решетки из расчета, что глубина топки b 2,2 м:

R = ab ,

где a – ширина топки, м.

Далее в соответствии с геометрическими размерами топки принимают типовую колосниковую решетку и проверяют тепловое напряжение топочного объема и зеркала горения:

3

qv qvдоп и q f qдопf ,

и qдопf – допустимые тепловые напряжения топочного объема и зеркала горения (характерного сечения) топки.

Расчет теплообмена в топке

Полезное тепловыделение (кДж/кг) в топке или теоретическое теплосодержание продуктов сгорания определяют по формуле

J теор. Qpp 100 q3 q5 q6 Qгв Qхв ,

100

где q3, q5, q6 – соответственно доли потерь теплоты от химического недожога топлива, наружного охлаждения котельного агрегата и с физическим теплом шлака, %; Qгв – количество теплоты,

вносимое горячим воздухом J гв , кДж/кг, – теплосодержание горячего воздуха, поступающего в топку, которое определяется для температуры воздуха на выходе из воздухоподогревателя:

Qгв т V C pгв tгв ;

Qхв – количество теплоты, вносимое холодным воздухом присосов:

Qхв т V C pхв tхв .

Примечание: если рассчитываемый котел не оборудован воздухоподогревателем или другими средствами подогрева воздуха, то весь воздух, поступающий в топку, считается холодным, тогда:

Qхв ( т т ) V C pхв tхв .

Зная J теор. , по диаграмме J-t определяем теоретическую температуру в топке – tтеор. .

Температуру газов на выходе из топки принимают: при сжигании бурого угля в слоевой топке – не более 910 ¶С; при сжигании каменного угля в слоевой топке – не более 950 ¶С; при сжигании твердого топлива в камерной топке – из расчета

t t (50...80),

т 1

где t1 1000...1200 – температура размягчения золы, ¶С.

Вт/(м2 К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; М

– конструктивный параметр; М 0,45 – для слоевых топок, для камерных – рассчитывается в зависимости от конструкции топки;

т – степень черноты топки; 1 q5 – коэффициент сохране100

ния теплоты.

Расчет радиационной поверхности нагрева (экрана)

Величина найденной эффективной радиационной поверхности в топке H p равна сумме величин радиационных по-

верхностей фронтового H фр , заднего H рз , боковых H бр и других

экранов, если они есть.

Радиационная поверхность нагрева чаще всего выполняется в виде однорядного гладкотрубного экрана. Обычно при давлении пара Р < 4,0 МПа экран выполняется из труб ¸ 87/70 мм с шагом S = 100 мм для сильно шлакующих, сжигаемых в виде пыли углей и S = 150 мм для прочих углей.

5

При давлении пара более 4,0 МПа экран выполняется из труб ¸60 мм с шагом S = 64 мм.

Расчет действительной поверхности экрана сводится к определению количества труб, устанавливаемых в топке:

n H p ,

dl

где d – наружный диаметр трубы, м; l – длина трубы, часто равная высоте топки, м; ζ=0,4–0,7 – коэффициент, учитывающий загрязненность поверхности нагрева; χ=0,4–0,7 – коэффициент, учитывающий степень освещенности экранных труб.

Обычно экранные трубы устанавливаются вдоль фронтовой, задней и боковых стен топочной камеры, но в случае необходимости иметь большую экранную поверхность, могут быть установлены двухсветный и потолочный экраны.

Количество труб, которое может быть установлено вдоль стены топочной камеры, определяется геометрическими размерами стены и экранных труб:

na a d , s

где na – количество труб, устанавливаемых вдоль стены а, шт.; а

– длина стены, м; s – шаг установки труб вдоль стены а, м. Набранная суммарная площадь поверхности экранных труб

должна быть не меньше требуемой радиационной поверхности нагрева H p и не более чем на 2 % превышать ее, т. е.:

1,02Н р n dl H p .

Пример расчета

Задание: Рассчитать суточный расход топлива, определить геометрические размеры топки, площадь радиационной поверхности нагрева топки и количество труб экранных поверхностей теплофикационного водогрейного котла ПТВМ100, работающего на мазуте марки М100.

Решение

1. Определяем расход топлива по формуле

6

Учитывая, что часть топлива, поданного в топочную камеру, будет потеряна в виде механического недожога, то весь последующий тепловой расчет топки будем вести на расчетный расход топлива, кг/с, т.е.:

где q4 0,4 – доля потерь теплоты от механического недожога топлива [2].

2. Геометрические размеры топочной камеры.

– объем топочной камеры, м3:

где qv 461 кВт/м3 – видимое тепловое напряжение топочного объема [2];

– площадь характерного сечения топочной камеры, м2:

где q f 2950 кВт/м2 – тепловое напряжение характерного сече-

ния топки [2];

– высота топочной камеры, м:

7

h Vт 245 6,4.

R38,3

Паспортные значения геометрических размеров топки котла ПТВМ100 составляют: ширина – 6,23 м, глубина – 6,23 м, высота

–6,35 м. Объем топочной камеры составляет 246,5 м3, что больше требуемого объема. Выполняем проверку по тепловым напряжениям:

–расчетное тепловое напряжение топочного объема, кВт/м3,:

– расчетное тепловое напряжение характерного сечения топки, кВт/м2:

Поскольку расчетные значения тепловых напряжений не превышают допустимых значений, то принимаем паспортные значения геометрических размеров топочной камеры: а = 6,23 м

– ширина, b = 6,23 м – глубина, h = 6,35 м – высота топки.

3. Определяем требуемую площадь радиационной поверхности нагрева топки.

– Определяем полезное тепловыделение в топке или теоретическое теплосодержание продуктов сгорания топлива, кДж/кг, по формуле

J теор. Qнp 100 q3 q5 q6 Qхв

100

39093100 0 0,9 0 505 39250, 100

где q3 0; q5 0,9; q6 0 – доли потерь теплоты сгорания топлива от химического недожога, наружного охлаждения и с физическим теплом шлака, соответственно; Qхв – количество теплоты, внесенное в топку с воздухом, поданным для горения топлива и присосанным через неплотности в обмуровке топки, кДж/кг:

8

Qхв тV C pхв tхв 1,27 10,2109 1,2981 30 505.

Зная J теор. , по J–t диаграмме, построенной заранее [1] и показанной на рис. 1, определяем теоретическую температуру продуктов сгорания на выходе из топки. Для этого на шкале абсцисс откладываем значение соответствующее J теор. , проводим

линию параллельно оси ординат до пересечения с линией, характеризующей поверхность нагрева топки (обозначена т ), из точки пересечения этих линий проводим перпендикуляр до оси ординат, на которой считываем результат tтеор. 1765 С .

Реальную температуру газов на выходе из топки t прини-

т

маем равной 1200 ¶С [2].

Зная температуру газов на выходе из топки t , определяем

т

энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки. Для этого на

проводим перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с линией, характеризующей поверхность нагрева топки, а из точки пересечения этих линий – линию, параллельно оси абсцисс до пересечения с осью ординат, на которой считываем результат

J 25550 кДж/кг.

т

– Определяем количество теплоты, кДж/кг, переданное в топке от раскаленных газов поверхностям нагрева топочной камеры радиацией:

– Определяем радиационную поверхность топки, м2, воспринявшую количество теплоты Qл :

где Ттеор. 1765 273 2038 – теоретическая температура газов в топке, К; т 1200 273 1473 – температура газов на выходе из топки, К; т 0,72 – степень черноты топки (в данной работе задается преподавателем); М 0,48 – конструктивный параметр,

фициент сохранения тепла.

Полученное значение площади радиационной поверхности нагрева топки показывает величину чистой, полностью освещенной поверхности. В реальности экранные трубы, которые и составляют радиационную поверхность топки, освещены не полностью, что необходимо учитывать при расстановке экранных труб.

4. Расчет действительной площади поверхности экранов. Предварительно принимаем к расчету экранные трубы диаметром d 0,6 м, длину труб принимаем равной высоте топки, т.е.

lh 6,35 м.

–Определяем необходимое для установки в топке котла количество труб, шт.:

ность экранных труб.

– Определяем количество экранных труб, шт., устанавливаемых вдоль фронтовой и задней стен топки котла:

где s 0,064 – шаг установки экранных труб вдоль фронтовой и задней стен топки.