Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива

2.4. Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива.

к.п.д. котла : h_к = 81%

Тепловые потери :

от химической неполноты сгорания : q₃ = 0,7 % ;

в окружающую среду : q₅ = 2,5 % ;

с уходящими газами : q₂ = 100 - (h_к + q₃ + q₅ ) = 12 % ;

Температура воздуха : t_х.в. = 40 ⁰С ;

Количество теплоты вносимое воздухом в топку : Q_х.в. = a × V⁰ × c_х.в. × t_х.в. = 708,35 кДж/ч ;

Температуры топлива : t_т = 40 ⁰С ;

Теплоемкость топлива : с_т = 2,742 кДж/кг × К ;

Коэффициент сохранения : j = ( 100 - q₅ ) / 100 = 0,975

Количество теплоты, вносимое в топку топливом : Q_т = с_т × t_т = 858,34 кДж/кг ;

Энтальпия уходящих газов : I_ух = q₂ × Q_н ^Р + Q_х.в. + Q_т = 6.690,69 кДж/кг ;

Температура уходящих газов : t_ух = 300 ^ОС ( из диаграммы I-t ) ;

Полезное тепловыделение в топке : Q_в.т. = Q_н ^Р × ( 100 - q₂ ) / 100 + Q_х.в. + Q_т = 43.967,79 кДж/кг ;

Полная паропроизводительность : D_к = 0,44 кг/с ;

Энтальпия влажного насыщенного пара : i_п = 2749 кДж/кг ;

Энтальпия питательной воды : i_пв = 640 кДж/кг ;

Расчетный расход топлива : В = D_к × (i_п - i_п.в. ) / Q_н ^Р × h_к = 0,025 кг/с ;

Испарительность топлива : u = D_к / В = 0,005 кг/с ;

2.5. Определение основных элементов топки, характеризующих общую компоновку котла.

Тепловое напряжение топочного объема : q_v = 1150 кВт / м² ;

Объем топки : V_т = В ×  Q_н ^Р / q_v = 0,93 м² ;

Расчетная длина топки : L_т = 0,91 м ;

Площадь стенки топочного фронта : F_т.ф. = V_т / L_т = 1,02 м² ;

Средняя длина парообразующих труб, освещенных излучением из топки :

пучка : l_п = 1,61 м ;

бокового экрана : l_б.э. = 1,96 м ;

Угловой коэффициент лучевоспринимающих труб : х = х_п = х_б.э. = 1 ;

Лучевоспринимающая поверхность нагрева : Н_л = L_т × ( l_п + l_б.э. ) = 3,25 м² ;

Полная площадь стен, ограничивающих топочный объем : F_ст = Н_л + 2 × F_т.ф. = 5,29 м² ;

Степень экранирования топки : y = Н_л / F_ст = 0,614 ;

Эффективная толщина излучающего слоя : s = 3,6 × V_т / F_ст = 0,632 м ;

2.6. Расчет теплообмена в топке.

Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева:x=0,9;

Произведение : y × x = 0,553 ;

Тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева :

q_л = В × Q_в.т. / x × Н_л = 369,74 кВТ / м² ;

Теоретическая температура сгорания : t_а = 1850^ОС или Т_а = 2123 К ; ( из диагр. I-t, т.к. I_а = Q_в.т. )

Температура газов на выходе из топки : t’ _з.т. = 950 ^ОС или Т’_з.т. = 1223 К ;

Энтальпия газов на выходе из топки : I’_з.т. = 22.134 кДж/кг ;

Коэффициент ослабления лучей топочной средой : k = 4,14 ( Мпа × м ) ^–1 ( из номограммы ) ;

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания : kPs = 0,26 при ( P = 0,1 Мпа ) ;

Степень черноты факела : а_ф = 1 – е ^–kPs = 0,22 ;

Степень черноты топки : а_т = 0,36 ( из номограммы по а_ф y x ) ;

Расчетная температура газов на выходе из топки : t_з.т. = 1030 ^ОС ;

Энтальпия газов на выходе из топки : I_з.т. = 23.986 кДж/кг ;

Количество теплоты, переданной в топке : Q_л = (I_а - I_з.т. ) × j = 20.494,143 кДж/кг ;

2.7. Расчет теплообмена в пучке парообразующих труб

Строение трубного пучка – шахматный

Наружный диаметр труб : d = 0,029 х 0, 0025 м ;

Число рядов труб : Z₂ = 8 ;

Поперечный шаг труб : S₁ = 0,04 м ;

Продольный шаг труб : S₂ = 0,04 м ;

Число труб в одном ряду : Z₁ = L_T / S₁ = 0,91 / 0, 04 = 23 ( округлено до целого ) ;

Средняя расчетная длина труб : l_п = 1,61 м ( из эскиза ) ;

Коэффициент учитывающий неравномерность омывания : x = 0,85 ;

Расчетная поверхность нагрева труб : H_п = П × d × l_п × Z₁ × Z₂ - l_п × L_T= 25,5 м² ;

Полная поверхность нагрева пучка : H = П × d × l_п × Z₁ × Z₂ = 26,975 м² ;

Площадь сечения для прохода газов : F = ( L_T - Z₁ × d ) × l_п= 0,39 м² ;

Эффективная толщина излучающего слоя : s = 0,9 × d × ( 4 / П × S₁ / d × S₂ / d –1)=0.065м ;

Температура газов на выходе из топки : t_з.т. = 950 ⁰С ;

Энтальпия газов на выходе из топки : I_з.т. = 23.986 кДж/кг ;

Температура кипения воды при рабочем давлении : t_s = 151,84 ⁰С ;

Температура газов на выходе из первого пучка : t’ _п = 1330 ^ОС ;

Энтальпия на выходе из первого пучка : I’_п = 30.500 кДж/кг ;

Средняя температура газового потока : t’ _г = 0,5 × ( t_з.т. + t’ _п ) = 1140 ^ОС или Т _г=1413 К ;

Расчетная средняя скорость газов : w = В × V_г / F × Т_г / 273 = 4,76 м/сек ;

Количество теплоты, отданное газами : Q’_п = (I_з.т. - I’_п ) × j = 8.156 кДж/кг ;

Коэффициент загрязнения : e = 0,039 ( м² ×К ) / Вт ;

Температура наружного загрязнения стенки труб : t_с.з. = t_s + e × Q’_п / Н_п = 164,3 ^ОС ;

Поправочные коэффициенты для определения a_к : С_z = 0,96 ; C_s = 1,05 ; C_ф = 0,98 ;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией : a_н = 42,5 Вт / ( м² ×К ) ( из номограммы ) ;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией : a_к = a_н × С_z × C_s × C_ф = 41,98 Вт / ( м² ×К ) ( расчетный ) ;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами : к = 4,14 1/( МПа × м ) ( из номограммы ) ;

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания : кPs = 0.0069 ( при P = 0,1 МПа ) ;

Степень черноты газового потока : a = 0,96 ( из номограммы ) ;

Коэффициент, определяющий температурный режим : C_г = 0,98 ( из графика ) ;

Коэффициент теплоотдачи излучением : a_н = 25,1 Вт / ( м² ×К ) ( из номограммы ) ;

Коэффициент теплоотдачи излучением : a_л = a_н × a × C_г = 23,5 Вт / ( м² ×К ) ( расчетный ) ;

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке : a₁ = x × a_к + a_л = 59,183 Вт / ( м² ×К ) ;

Коэффициент теплопередачи : к_п = a₁ / ( 1+ x × a₁ ) = 15,7 Вт / ( м² ×К ) ;

Разность температур теплообменивающихся сред : dt_б = t_з.т. - t_s = 798,16 ^ОС ( бо’льшая );

Разность температур теплообменивающихся сред : dt_м = t_п - t_s = 1178,16 ^ОС (ме’ньшая) ;

Температурный напор : dt_п = ( dt_б - dt_м ) / ( 2,3 × lg × dt_б / dt_м ) = 976,95 ^ОС ;

Количество теплоты воспринимаемое поверхностью нагрева :

Q”_п = к_п × H_п × dt_п × (10^-3 / В ) = 6.445,87 кДж / кг ;

Расчетное количество теплоты переданное в пучке : Q_п = 7.300,935 кДж / кг ;

Расчетная температура газов за пучком : t_п = 1086 ^ОС ;

Энтальпия газов за пучком : I_п = 24.940 кДж / кг ( из диаграммы I – t ) ;