Расчет теплообмена в топочной камере

2.5.2 Расчет теплообмена в топочной камере

Целью поверочного расчета является определение тепловосприятия и параметров дымовых газов на выходе из топки. Расчеты ведутся методом приближения. Для этого предварительно задаются температурой газов на выходе из топки, производят расчет ряда величин, по которым находят температуру на выходе из топки. Если найденная температура отличается от принятой более чем на ± 100°С, то задаются новой температурой и повторяют расчет.

Радиационные свойства продуктов сгорания

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера) Bu = kps, где k – коэффициент поглощения топочной среды, p – давление в топочной камере, s – эффективная толщина излучающего слоя. Коэффициент k рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определение учитывается излучение трехатомных газов.задаемся в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из топки 1100°С.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки:

, кДж/м³, (2.5.2-1)

где все минимальные и максимальные величины принимаются по таблице 7.

, кДж/м³. (2.5.2-2)

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания:

, 1/(м*МПа) (2.5.2-3)

где k⁰_г – коэффициент, определяемый по номограмме(1). Для определения данного коэффициента потребуются следующие величины:

р = 0,1 МПа – давление в топочной камере;

 - таблица 5, для топки = 0,175325958;

 - таблица 5, для топки = 0,262577374;

р_n = р*=0,0262577374 МПа;

s – по таблице 12 = 1,39 м;

р_n s = 0,0365 м*МПа;

10 р_n s = 0,365 м*МПа;

 = 1100°С.

k⁰_г = 8,4.

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

, 1/(м*МПа) (2.5.2-4)

где a_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, по таблице 2;

m,n – количество атомов углерода и водорода в соединении соответственно;

C_mH_n – содержание углерода и водорода в сухой массе топлива по таблице 1;

Т^’’_Т.З = v^’’_Т.З + 273 – температура газов на выходе из топки, где v^’’_Т.З = 1100°С.

, 1/(м*МПа) (2.5.2-5)

Коэффициент поглощения топочной среды:

k = k_r + mk_c, 1/(м*МПа) (2.5.2-6)

где k_r – коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания по формуле 2.5.15;1; m – коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем, для газа = 0,1; k_c – коэффициент поглощения лучей частицами сажи по формуле 2.5.16;1.

k = 2,2056 + 0,1*1,4727 = 2,3529 1/(м*МПа) (2.5.2-7)

Критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

Bu = kps = 2,3529*0,1*1,39 = 0,327 (2.5.2-8)

Эффективное значение критерия Бугера:

(2.5.2-9)

Расчет суммарного теплообмена в топке

Полезное тепловыделение в топке

Полезное тепловыделение в топке Q_Т зависит от располагаемого тепла топлива Q_Р, потерь тепла q₃ и тепла, вносимого в топку воздухом. Проектируемый котел не имеет воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

, кДж/м³, (2.5.2-10)

где a_Т – коэффициент избытка воздуха в топке (см. таблица 2) = 1,05,

I_0х.в. – энтальпия холодного воздуха = (ct)_в*V^H₀ = 387,652кДж/м³.

 кДж/м³. (2.5.2-11)

Полезное тепловыделение в топке:

, кДж/м³, (2.5.2-12)

 кДж/м³ (2.5.2-13)

Расчет температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки  зависит от адиабатической температуры горения топлива , критерия Бугера Bu, теплового напряжения стен топочной камеры q_ст, коэффициента тепловой эффективности экранов y, уровня расположения горелок х_Г и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива находится по таблице 7 по полезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгорания в начале топки.

,°С, (2.5.2-14)

, К. (2.5.2-15)

°С, (2.5.2-16)

 К. (2.5.2-17)

Коэффициент сохранения тепла:

 (2.5.2-18)

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м³ топлива:

, кДж/(м³*К) (2.5.2-19)

 кДж/(м³*К) (2.5.2-20)

Для расчета среднего коэффициента тепловой эффективности экранов y_СР, заполняем таблицу:

Таблица 13 – Коэффициент тепловой эффективности экранов

№	Наименование элемента котла	х	x	y	Fпл	yi Fплi
1	2	3	4	5	6	7
1	Фронтовой экран топки	0,96	0,65	0,624	4,296	2,6807
2	Задний экран топки	0,96	0,65	0,624	4,296	2,6807
3	Левый боковой экран топочной камеры	0,96	0,65	0,624	5,525	3,4476
4	Правый боковой экран топочной камеры	0,96	0,65	0,624	15,853	9,8923
5	Итого SyI Fплi	-	-	-	-	18,7013

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:

 (2.5.2-21) Параметр забалластированности топочных газов:

м³/м³ (2.5.2-22)

Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена в камерных топках относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов:

 (2.5.2-23)

 

где М₀ – коэффициент для газомазутных топок при настенном расположении горелок, М₀= 0,4.

 (2.5.2-24)

Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

Проверка точности расчета температуры продуктов сгорания на выходе из топки.

Так как  меньше чем ±100°С, то данную температуру принимаем за окончательную и по ней находим энтальпию по таблице 7.

, кДж/м³ (2.5.2-25)

, кДж/м³

Тепловосприятие топки.

Количество тепла, воспринятого в топке излучением 1 м³ газообразного топлива:

Q_Л = j(Q_T – I’’_T), кДж/м³ (2.5.2-26)

Q_Л = 0,98(37023,03 – 18041,47) = 18602,19. кДж/м³

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры:

 кВт/м³ (2.5.2-27)

Удельное тепловое напряжение стен топочной камеры:

 кВт/м² (2.5.2-28)

Таблица 14 – Расчет теплообмена в топке

Наименование	Обозначение	Расчетная формула	Единица измерения	Расчетное значение
1	2	3	4	5
Активный объем топочной камеры			м3	11,578
Площадь поверхности стен топочной камеры	FCT	Из расчета	м2	29,97
Угловой коэффициент экрана	x	По рис. 5.3 из (3)	-	0,96
Площадь стен занятая экраном	SFПЛ	Fб + Fб.к	м2	29,97
Эффективная толщина излучающего слоя	s		м	1,39
Площадь лучевоспринимающей поверхности топочной камеры	НЛ	SFПЛ*х	м2	28,772
Коэффициент загрязнения	x	по таблице 13		0,65
Коэффициент тепловой эффективности экранов	y	x*х		0,624
Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности	yСР			0,624
Температура газов на выходе из топки		выбирается предварительно		1100
Энтальпия газов на выходе из топки		По рисунку 1	кДж/м3	18041,47
Энтальпия холодного воздуха	I0.х.в	tХВ*VH0	кДж/м3	387,65
Количество теплоты, вносимое в топку с воздухом			кДж/м3	407,03
Полезное тепловыделение в топке			кДж/м3	37023,03
Адиабатическая температура горения		По рисунку 1 в зависимости от	°С	2023
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания			кДж/(м3*К)	19,59
Суммарная доля трехатомных газов		По таблице 5	-	0,26
Давление в топочной камере	Р	По рекомендации (1)	МПа	0,1
Парциальное давление трехатомных газов	рn	р*	МПа	0,026
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами			1/(м*МПа)	2,21
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами			1/(м*МПа)	1,47
Коэффициент ослабления лучей	k	kr + mkc,	1/(м*МПа)	2,35
Параметр, учитывающий распределение температур в топке	М		-	0,3428
Общее тепловосприятие топки	Q	j(QT – I’’T)	кДж/м3	18602,19
Действительная температура газов на выходе из топки			°С	1059,8

2.6 Конструктивный тепловой расчет чугунного экономайзера

Таблица 15 – Геометрические характеристики экономайзера

№	Наименование, условное обозначение, единицы измерения	Величина
1	Наружный диаметр труб d, мм	76х8
2	Толщина стенки труб s, мм	8
3	Размеры квадратного ребра b, мм b’, мм	150 146
4	Длина трубы l, мм	2000
5	Число труб в ряду zP, шт.	5
6	Поверхность нагрева с газовой стороны одной трубы, НТР, м2	2,95
7	Живое сечение для прохода газов одной трубы FТР, м2	0,120
8	Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда НР, м2	14,75
9	Живое сечение для прохода газов FГ, м2	0,6
10	Сечение для прохода воды fВ, м2	0,014
11	Поверхность нагрева экономайзера НЭК, м2	165,07
12	Количество рядов экономайзера nР, шт.	10
13	Количество петель nПЕТ, шт.	5
14	Высота экономайзера hЭК, м	1,5
15	Общая высота экономайзера с учетом рассечек S hЭК, м	2

d, s, b, b’ – принимаем по рисунку 3;

l, z_P – принимается по таблице характеристик чугунных экономайзеров;

Н_Р и F_ТР – принимается по таблице характеристик одной трубы ВТИ в зависимости от длины трубы.

Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда равна:

Н_Р = Н_ТР* z_P.

Живое сечение для прохода газов равно:

F_Г = F_ТР* z_P.

Сечение для прохода воды одного ряда равно:

f_В = p* d²_ВН/4* z_P/10⁶,

где d_ВН = d – 2s - внутренний диаметр трубы, мм.

Поверхность нагрева экономайзера равна:

Н_ЭК = Q_s.ЭК*В_Р*10³/k*Dt, (2.6-1)

где Q_s.ЭК – тепловосприятие экономайзера, определенное по уравнению теплового баланса, принимаем по таблице характеристик чугунных экономайзеров, В_Р – секундный расход топлива, вычисленный в предыдущем задании, k – коэффициент теплопередачи, также принятый по таблице характеристик чугунных экономайзеров, Dt – температурный напор определяем также по таблице характеристик чугунных экономайзеров

Н_ЭК = 3140*0,133*10³/22*115 = 304,35 м (2.6-2)

Количество рядов в экономайзере равно (принимается целое четное число):

n_Р = Н_ЭК/ Н_Р = 304,35/17,7 = 16 (2.6-3)

Количество петель равно: n_ПЕТ = n_Р / 2 = 8. (2.6-4)

Высота экономайзера равна: h_ЭК = n_Р* b*10^-3 = 10*150/1000 =1,5 м. (2.6-5)

Общая высота экономайзера с учетом рассечек равна:

S h_ЭК = h_ЭК + 0,5* n_РАС = 1,5 + 0,5*1 = 2 м, (2.6-6)

где n_РАС – количество ремонтных рассечек, которые ставятся через каждые 8 рядов.

Рисунок 3 – Труба ВТИ

Рисунок 4 – Эскиз чугунного экономайзера ВТИ.

Заключение

В данной курсовой работе мною был произведен тепловой и поверочный расчет парового котла Е (ДЕ) – 6,5 – 14 – 225 ГМ, топливом для которого является газ газопровода «Кумертау – Ишимбай – Магнитогорск». Определила температуру и энтальпию воды, пара, и продуктов сгорания на границах поверхностей нагрева, КПД котла, расход топлива, геометрические и тепловые характеристики топки и чугунного экономайзера.

Список использованной литературы

1.  Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Котельные установки». Иваново. 2004.

2.  Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. – Л.: Энергоатомиздат. 1989.

3.  Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. – 2-е перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. 1985.

4.  Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). – 3-е перераб. и доп. – Спб.: НПО ЦКТИ. 1998.

5.  Роддатис К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М. 1985.

6.  Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие. – 2-е перераб. и доп. Спб.: «Деан». 2000.

7.  Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие/ Сост. А.К.Зыков – 2-е перераб. и доп. Спб.: 1998.

8.  Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. – М.: Энергоатомиздат. 1988.

9.  Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. – М.: Изд-во МЭИ. 1999.