Конвективная шахта

Т/час = 116,67 кг/с Мм поступает в паросборную камеру Впрыск - 6 °С; 2 впрыск - 11 °С; 3 впрыск - 2 °С Расчет тепловой баланс и КПД котла Конвективная шахта Расчет пароперегревателя

51317

знаков

таблиц

изображения

Расчет тепловой баланс и КПД котла Читать далее: Расчет пароперегревателя

5. Конвективная шахта

Конвективная шахта представляет собой опускной газоход с размещенными в ней в рассечку, водяным экономайзером и трубчатым воздухоподогревателем. Низкотемпературные поверхности нагрева имеют двухступенчатую схему расположения. Кубы водяного экономайзера и воздухоподогревателя имеют «горячий» каркас и с основным каркасом не связаны. Такая конструкция дает возможность осуществить приварку этих блоков друг к другу. Сплошная заварка всех сочленений блоков устраняет присосы воздуха и повышает тем самым экономичность котла. Тепловое расширение конвективной шахты происходит снизу вверх, стык между верхними пакетами воздухоподогревателя и верхним водяным экономайзером уплотняется линзовым компенсатором.

Расчет первой ступени трубчатого воздухоподогревателя

Расчет трубчатого воздухоподогревателя I

Таблица 4

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет
1	Диаметр труб	d	мм	По конструкт. характеристикам	40×1,5
2	Шаги труб - поперечный - продольный	S₁ S₂	мм	По конструкт. характеристикам	60 40,5
3	Относительные шаги - поперечный шаг - продольный шаг	σ₁ σ₂	мм мм	S₁/d S₂/d	1,55 1,0125
4	Число труб в ряду: - поперек хода - по ходу воздуха	Z₁ Z₂	шт. шт.	По конструктивным характеристикам	156 35
5	Живое сечение для прохода газов		м²	Характер.	17,8
6	Живое сечение для прохода воздуха		м²	Характер.	9,31
7	Поверхность нагрева	H	м²	Характер.	12315
8	Температура уходящих газов		˚С	Принята с последующим уточнением	130
9	Энтальпия	I^//_ух	кДж/кг	I –табл.	833.4155
10	Температура газов на входе в ВП		˚С	Принимается с последующим уточнением	250		300
11	Энтальпия	I^/вп	кДж/кг	табл. 6 по α^//_эк 1.3	1434.1		1728.42
12	Температура холодного воздуха	t_хв	˚С	Задана	30
13	Энтальпия	I_хв	кДж/кг	табл. 6	112,845
14	Тепловосприятие ступени по балансу	Q_{б 1,2}	кДж/кг	φ(I^/ - I^// + ΔαI⁰_хв)	603,7		896,1
15	Присос воздуха в топку	Δα_T	-	таблица 3.2[1]	0,05
16	Присос воздуха в пылесистему	Δα_пл	-	таблица 3.2[1]	0,04
17	Отношение количества горячего воздуха к V^н_o_,хв	β_гв	-	α_T - Δα_T - Δα_пл	1,15
18	Коэффициент избытка воздуха на выходе из ВП	β^//_вп	-		1,05
19	Энтальпия горячего воздуха на выходе из ступени	I^//_гв	кДж/кг		683,5		934,6
20	Температура горячего воздуха на выходе из ступени	t^//_гв	˚С	табл. 6	124,026		169,59
21	Средняя температура воздуха	t	˚С		78,5		99,8
22	Средняя температура газов		˚С		190		215
25	Средняя скорость газов	W_г	м/с		11,46		12,1
26	Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны	α₂		рисунок 5.6[1]	38		40
27	Средняя скорость воздуха	W_в	м/с		4,03		4,27
28	Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны	α₁		рисунок 5.5[1]	48,45		49,82
29	Коэффициент использования поверхности нагрева	ξ	-	таблица 5.5[1]	0,85
30	Коэффициент теплопередачи	k			19,95	18,86
31	Температурный напор на входе газов	Δt^/	˚С	^/ - t^//	125,9	130,41
32	Температурный напор на выходе газов	Δt^//	˚С	^// - t⁰_хв	100
33	Температурный напор при противотоке	Δt_прот	˚С		112,95	115,2
34	Больший перепад температур	τ_б	˚С	t^// - t^/	94,026	139,59
35	Меньший перепад температур	τ_м	˚С	^/ - ^//	120	170
36	Параметр	Р	-		0,545	0,629
37	Параметр	R	-		0,78	0,82
38	Коэффициент	ψ	-	П. 5.3 рис. 5.15 [1]	0,65	0,65
39	Температурный напор	Δt	˚С	ψ Δt_пр	73,41	74,88
40	Тепловосприятие по уравнению теплопередачи	Q_T	кДж/кг		1178	1136

Из графического уточнения расчетных величин ВП-I (рис. 3) определили значения температур уходящих газов=340˚С и температуру горячего воздуха на выходе из ступени t^//_гв=203˚С Q_б^уточ=1100кДж/кг

Расчет первой ступени водяной экономайзер

Расчет первой ступени водяного экономайзер

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет
1	Диаметр труб	d_н/d_вн	мм	По конструкт. характеристикам	25×3,5
2	Шаги труб - поперечный - продольный	S₁ S₂	мм	По конструкт. характеристикам	80 49
3	Живое сечение для прохода газов	F_r	м²		36,8
4	То же для воды	f_в	м²		0,212
5	Относительные шаги - поперечный шаг - продольный шаг	σ₁ σ₂	- -	S₁/d S₂/d	3,2 1,96
6	Число рядов труб в змеевике	Z₂	-	По конструкт. характеристикам	228
7	Число змеевиков	Z₁	-	По конструкт. характеристикам	114
8	Поверхность нагрева	H	м²	Πdln	2580
9	Температура газов на выходе из ступени		˚С	Из расчета ВП-I	340
10	Энтальпия газов на выходе	I^//_ЭК	кДж/кг	Табл.. по α^//_эк	1968,96
11	Теплосодержание воды	i^/_эк	кДж/кг	i – S табл. [2]	990,21
12	Температура воды на входе в экономайзер	t^/_эк	˚С	задана	230
13	Температура газов на входе в экономайзер		˚С	Принимается с последующим уточнением	400	450
14	Энтальпия газов на входе	I^/_эк	кДж/кг	табл. 6 по α^//_вп=1,28	2329,76	2540,2
15	Тепловосприятие ВЭКпо балансу	Q_б	кДж/кг	φ(I^/ - I^// + Δα_экI⁰_хв)	361,08	533,8
16	Теплосодержание воды на выходе	i^//_эк	кДж/кг	i^/_эк + Q_б	1064,9	1100,6
17	Температура воды на выходе из ступени	t^//_эк	˚С	при Р_эк=11,5 МПа	245,5	253,06
18	Температурный напор на входе газов	Δt^/	˚С	^/ - t^//_эк	154,5	196,94
19	Температурный напор на выходе газов	Δt^//	˚С	^// - t^/=349-215	110
20	Средний температурный напор	Δt	˚С		131,63	149,4
21	Средняя температура газов		˚С		370	395
22	Средняя температура воды	t	˚С		237,75	241,53
23	Температура загрязненной стенки	t_З	˚С	t + 25	262,75	266,53
24	Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров	r_n	-	таблица 5	0,317
25	Средняя скорость газов	W_г	м/с		7,58	7,87
26	Коэффициент теплоотдачи конвекцией	α_К		рисунок 5.5 стр. 53 [1]	30,25	29,4
27	Эффективная толщина излучающего слоя	S	м		0,157
28	∑ поглощательная способность	P_nS	МПа×м	r_n * S*0,1	0,00497
29	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами	k_r	1/ МПа	k⁰_r × r_n k⁰_r – рисунок 5.11[1] (24 и 23)	37	35
30	Коэффициент теплоотдачи излучением	α_л		рис. 5.9	4	4,5
31	Коэффициент тепловой эффективности	ψ	-	п. 5.3 табл. 5.2	0,7
32	Коэффициент теплопередачи	k		ψ(α_К + α_л)	23,97	23,73
33	Тепловосприятие ступени по уравнению теплопередачи	Q_T	кДж/кг		532,324

Из графического уточнения расчетных величин ВЭК-I(рис. 5) найдем значение уходящих газов на входе в ВЭК-I и значение температуры питательной воды на выходе из ВЭК-I: =392 t^//_эк =243С; Q_б^уточ=330кДж/кг

Расчет второй ступени воздухоподогревателя

Двухступенчатая компоновка воздухоподогревателя позволяет подогреть воздух до 350-450 ˚С. Сущность этой схемы заключается в увеличении температурного напора на горячем конце воздухоподогревателя в результате переноса его горячей (второй) ступени в область более высокой температуры продуктов сгорания. Это позволяет сохранить температуру уходящих газов на достаточно низком уровне. Температура газов перед второй ступенью воздухоподогревателя задается из условия обеспечения надежности работы верхней трубной доски. Она должна быть не выше =550-580⁰С.

Таблица 6. Расчет воздухоподогревателя второй ступени

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Размерн-ость		Формула или обоснование		Расчет
1	Диаметр труб	d	мм		По конструкт. характеристикам		51 1,5
2	Шаги труб - поперечный - продольный	S₁ S₂	мм		По конструкт. характеристикам		78 51
3	Относительные шаги - поперечный шаг - продольный шаг	σ₁ σ₂	мм мм		S₁/d S₂/d		1,5 1
4	Число труб в ряду: - поперек хода - по ходу воздуха	Z₁ Z₂	шт. шт.		По конструктивным характеристикам
5	Общее количество труб	n	шт.
6	Живое сечение для прохода газов		м²				21,5
7	Живое сечение для прохода воздуха	f_в	м²				21,8
8	Поверхность нагрева	H	м²		Πdln= 3,140,043,4* *12598		9180
9	Температура уходящих газов		˚С		Из расчета ВЭ-I		392,5
10	Энтальпия	I^//_ух	кДж/кг		табл. 6		2239,68
11	Температура газов на входе в ВП		˚С		Принимается с последующим уточнением		450	500
12	Энтальпия	I^/_вп	кДж/кг		табл. 6		2513,5	2812,65
15	Тепловосприятие ступени по балансу	Q_{б 1,2}	кДж/кг		φ(I^/ - I^// + ΔαI⁰_хв)		276,9	573,07
19	Коэффициент избытка воздуха на выходе из ВП	β^//_вп	-		β_гв +		1,065
20	Энтальпия горячего воздуха на выходе из ступени	I^//_гв	кДж/кг				1377,6	1671,52
21	Температура горячего воздуха на выходе из ступени	t^//_гв	˚С	табл. 6		245,09		296
22	Средняя температура воздуха	t	˚С				224,045	249,5
23	Средняя температура газов		˚С				421,25	446,2
26	Средняя скорость газов	W_г	м/с				13,8	14,3
27	Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны	α₂			рисунок 5.6[1]		41,82		41,58
28	Средняя скорость воздуха	W_в	м/с				6,65	6,99
29	Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны	α₁			рисунок 5.5 [1]		90,24	92,15
31	Коэффициент теплопередачи	k					24,3	24,4
32	Температурный напор на входе газов	Δt^/	˚С		^/ - t^//		204,91	204
33	Температурный напор на выходе газов	Δt^//	˚С		^// - t⁰_хв		189,5
34	Температурный напор при противотоке	Δt_прот	˚С				197,35	197
35	Больший перепад температур	τ_б	˚С		t^// - t^/		42,09	93
36	Меньший перепад температур	τ_м	˚С		^/ - ^//		57,5		107,5
37	Параметр	Р	-				0,23	0,36
38	Параметр	R	-				0,732	0,86
39	Коэффициент	ψ	-		П. 5.3 рис. 5.15 [1]		0,65
40	Температурный напор	Δt	˚С		ψ Δt_пр		128,3	128,05
41	Тепловосприятие по уравнению теплопередачи	Q_T	кДж/кг				1163,43	1165,9

Из графического уточнения расчетных величин ВП-II (рис. 7) определили значения температур уходящих газов=500 Стемпературу горячего воздуха на выходе из ступени t^//_гв=177,5 С, Q_б^уточ=573,07 кДж/кг

Расчет водяного экономайзера второй ступени

Температура газов на входе во вторую ступень водяного эокономайзера не должна быть выше 600-650 °С(из условий надежности работы змеевиков). ВЭК-II выполнен двух заходным и двух поточным.

Таблица 7. Расчет водяного экономайзера второй ступени

№ п/п	Наименование величины	Обозначение			Размерность	Формула или обоснование		Расчет
1	Диаметр труб	d_н/d_вн			мм	По конструкт. характеристикам		25 3,5
2	Шаги труб - поперечный - продольный	S₁ S₂			мм	По конструкт. характеристикам		85 60
3	Живое сечение для прохода газов	F_r			м²			34
4	То же для воды	f_в			м²			0,1
5	Относительные шаги - поперечный шаг - продольный шаг	σ₁ σ₂			- -	S₁/d S₂/d		3,4 2,4
6	Число рядов труб в змеевике	Z₂			-	По конструкт. характеристикам
7	Число змеевиков	Z₁			-
8	Поверхность нагрева	H			м²	Πdln		870
9	Температура газов на выходе из ступени				˚С	Из расчета ВП-II		500
10	Энтальпия газов на выходе	I^//_ЭК			кДж/кг	табл. 6		2813
11	Теплосодержание воды	i^/_эк			кДж/кг	i – S табл. [2] При Р=11,5МПа		969,5
12	Температура воды на входе в экономайзер	t^/_эк			˚С	Из расчета ВЭ-I		243
13	Температура газов на входе в экономайзер				˚С	Принимается с последующим уточнением		550		650
14	Энтальпия газов на входе	I^/_эк			кДж/кг	I –табл. 5 по α^//_вп		3105,9		3695,2
15	Тепловосприятие экономайзера по балансу	Q_б			кДж/кг	φ(I^/ - I^// + Δα_экI⁰_хв)		295,6		882,4
16	Теплосодержание воды на выходе	i^//_эк			кДж/кг	i^/_эк + Q_б		1030,6		1151,9
17	Условная темперетура воды на выходе из ступени	t^//_эк			˚С	i – S табл. [2]		377,6	438,2
18	Температурный напор на входе газов	Δt^/			˚С	^/ - t^//_эк		172,4		211,8
19	Температурный напор на выходе газов	Δt^//			˚С	^// - t^/		257
20	Средний температурный напор	Δt		˚С				212,13		233,95
21	Средняя температура газов			˚С				525		575
22	Средняя температура воды	t		˚С				310,3	340,6
23	Температура загрязненной стенки	t_З		˚С		t + 25		370,3	400,6
28	Средняя скорость газов	W_г		м/с				9,9	10,5
29	Коэффициент теплоотдачи конвекцией	α_К				рисунок 5.5 стр. 53 [1]		71,76	76,26
30	Эффективная толщина излучающего слоя	S		м				0,211
31	∑ поглощательная способность	P_nS		МПа×м		r_n * S*0,1		0,007
32	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами	k_r		1/ МПа		k⁰_r × r_n k⁰_r – рисунок 5.11[1] (33и31)		9,5		10,15
34	Коэффициент поглощения частиц кокса	k_к μ_к		1/ МПа		Принимаем для бурого угля		0,1
37	Коэффициент теплоотдачи излучением	α_л				рис. 5.9 = α_Н α_л = α_Н×а		70,98		75,44
39	Коэффициент тепловой эффективности	ψ		-		п. 5.3 табл. 5.2[1] СаО=33%		0,65			0,65
43	Коэффициент теплопередачи	k				ψ(α_К + α_л)		92,8		98,6
44	Тепловосприятие ступени по уравнению теплопередачи	Q_T	кДж/кг				696,2		815,8

Из графического уточнения расчетных величин ВЭ-II (рис. 9) определим значения температур уходящих газов=644Си температуру питательной воды на выходе из ступени t^//_ПВ=420,6СТепловосприятие экономайзера по балансу Q_б^уточ =812,5 кДж/кг

После расчета ВЭК-II приступаем к расчету топочной камеры.

Расчет теплообмена в топочной камере

Расчет топки

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Размерность		Формула или обоснование	Расчет
3	Температура горячего воздуха	t_гв	˚С		Из расчета ВП-II	295
4	Энтальпия горячего воздуха	I^//_гв	кДж/кг		табл. 6	1130
5	Тепло, вносимое в топку с воздухом	Q_в	кДж/кг		(α_Т-Δα_Т-Δα_пл)I⁰_гв + +(Δα_Т+Δα_пл)I⁰_хв	3110,6
6	Полезное тепловыделение в топке	Q_т	кДж/кг			16088,2
7	Теоретическая температура горения	_а	˚С		табл. 6 при Q_т = I_а по α^//_Т	2051
8	Относительное положение максимума температур	X_Г	-		X_Г = h_Г/H_Т	0.219
9	Коэффициент	М	-			0,4805
10	Температура газов на выходе из топки		˚С		принята ориентировочно по t₁ золы	1000
11	Энтальпия	I^//_Т	кДж/кг		табл. 6	7150,6
12	Произведение	РnS	МПа×м		r_n * S*0,1 (S = 5,67)	2,24
13	Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания	(VC)_ср				8,5
14	Коэффициент ослабления лучей
15	- трехатомными газами	k_r	1/ МПа		k⁰_r × r_n k⁰_r =2,1(рисунок 5.11 [1])	2,31
	- золовыми частицами	k_зл μ_зл	1/ МПа			0,57
	- частицами кокса	k_к μ_к	1/ МПа		табл. 7.3 [1]	0,1
	Эффективная толщина излучающего слоя	S	м			6.79
16	Оптическая толщина	k	-		k_r + k_зл μ_зл + k_к μ_к	2,98
17	Критерий Бугера	Bu		-	kPS	2,03
18	Коэффициент тепловой эффективности экранов	ψ_эф		-	п. 7.6 таблица 7.4 [1]	0,45
19	Коэффициент	β		-	п. 7.6 [1]	0,8
20	Коэффициент учитывающий загрязнения ширм			-	ξ×β	0,36
22	Средний коэффициент тепловой эффективности	ψ_ср		-		0,45
23	Температура газов на выходе из топки			˚С		1050
24	Энтальпия	I^//_Т		кДж/кг	табл. 6	7551,6
25	Количество тепла воспринятого в топке излучением			кДж/кг		8536,6
26	Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева			кВт/м2		177.2
27	Теплонапр. Топочного объема			кВт/м3		143,21