Котельные установки 2 (стр. 2 из 3)
2-й контур (фронтовой экран) - вода из нижнего барабана, поднимается по четырем трубам вверх и в виде ПВС поступает в верхний барабан;
3-й контур (подовый, правый боковой и потолочный эк -
ран) - вода из нижнего барабана заполняет их и в виде ПВС поступает в верхний барабан;
4-й контур (задний топочный экран) - вода из нижнего барабана поступает в нижний коллектор экрана и экранные трубы, а из них ПВС поднимается в верхний коллектор, откуда в верхний барабан; отделившиеся от ПВС капельки воды опускаются из верхнего коллектора в нижний по опускной не обогреваемой трубе;
5-й контур (направляющие трубы) - вода из нижнего барабана заполняет эти двенадцать труб, а ПВС поднимается в верхний барабан.
Образующийся влажный насыщенный пар проходит паро-сепарациоииые устройства, в результате чего его влажность уменьшается и образуется сухой насыщенный пар, который по паропроводу идет к потребителю или в пароперегреватель, если потребителю нужен перегретый пар.
2.Специальная часть.
Тепловой расчет парового котла выполняется в следующих случаях:
-при разработке новых конструкций, когда на основе принятой схемы парогенератора определяются поверхности нагрева;
-при выполнении расчетов существующих конструкций, необходимость которых может возникать при переводе парогенератора на другой вид топлива.
2.1.Конструктивные характеристики теплогенератора и состав топлива.
Основные расчетные параметры топлива: газопровод Брянск-Москва.
Элементарный состав: CH4=92,8%; C2H6=3,9%; C3H8=1,1%; C4H10=0,4%; C5H12=0,1%;N2=1,6%;
Теплота сгорания Qн=37,31 МДж/м3.
Теоретический объем воздуха V0 =9,91 м3/м3
Теоретический объем трехатомных газов VRO2=1,06 м3/м3
Теоретический объем азота VN2=7,84 м3/м3
Теоретический объем водяных паров VH2O=2,20 м3/м3
Теоретический объем дымовых газов Vг=11,11 м3/м3
Конструктивные характеристики теплогенератора ДЕ – 6,5 – 14(2.табл. П1).
Параметры:
Паропроизводительность – 6,5 т/ч
Давление пара на выходе из котла – 1,4 МПа
Объем топки – 11,2 м3
Поверхность стен топки – 30 м2
Площадь радиационной поверхности нагрева – 27,9 м2
Площадь поверхности нагрева конвективных пучков – 68 м2
Поперечный шаг труб – 110 мм
Продольный шаг труб - 110 мм
Площадь живого сечения для прохода топочных газов – 0,35 м2
Число рядов труб по ходу продуктов сгорания (1 и 2 пучок) – 26.
Тип горелки ГМ – 4,5 (1).
Вид топлива: газ.
2.2. Расчет объемов, И энтальпии воздуха, И продуктовсгорания
Коэффициент избытка воздуха в топке α т принимается в зависимости отвида топлива и способа сжигания, который по мере движения продуктовсгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что для котлов, работающих под разряжением, давление в топке и газоходах меньше давления окружающего воздуха, и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха, в газовый тракт агрегата.
Присосы воздуха ∆α для каждого элемента котла равны:
· 0,05 - для пароперегревателя, воздухоподогревателя, первого конвективного пучка (газохода);
· 0,1 - для второго конвективного пучка (газохода), чугунного экономайзера с обшивкой, стального экономайзера;
· 0,2 - для чугунного экономайзера без обшивки.
Средний коэффициент избытка воздуха αср. для каждой поверхности нагрева определяется как среднее арифметическое значений коэффициента избытка воздуха до α' и после α" газохода. Результаты расчёта действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам теплогенератора сводятся в табл.1. Расчёты выполняются на 1 м3 (при нормальных условиях) природного газа.
Количество теплоты, содержащейся в воздухе или продуктах сгорания,
называют теплосодержанием, или энтальпией. Расчёт энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха, α >1после каждой поверхности нагрева. Расчёт производится для всего возможного диапазона температур поверхности нагрева 100 ÷ 2000 °С.
Определяем действительный объем водяных паров VH2O, м3/м3,по формуле:
VH2O= VH2O+0,0161 (α СР - 1) V0
гдеVH2O - теоретический объем водяных паров, м3/м3
α СР.- средний коэффициент избытка воздуха
V0 - теоретический объем воздуха, м3/м3
VH2O(т) =2,20+0,0161 (1,05 – 1) 9,91 = 2,20
VH2O(г) =2,20+0,0161 (1,125 – 1) 9,91 = 2,22
VH2O(э) = 2,20+0,0161 (1,25 – 1) 9,91 = 2,24
Определяем суммарный объем продуктов сгорания V0г, м3/м3, по формуле:
V0г = VRO2 +VN2 +VH2O (α СР - 1) V0
где VRO2 - теоретический объем трехатомных газов, м3/м3
VN2 - теоретический объем азота, м3/м3
V0г(т) = 1,06+7,84+2,20+ (1,05 – 1) 9,91 = 11,59
V0г(г) = 1,06+7,84+2,22+(1,125 – 1) 9,91 =12,36
V0г(э) = 1,06+7,84+2,24+(1,25 – 1) 9,91 = 13,61
Энтальпия трехатомных газов VRO2, азота VN2, водяных паров VH2O и избыточного воздуха ∆ ЈB, вычисляются по формулам:
JRO2 = VRO2 (Cυ)RO2
JN2 = VN2 (Cυ)N2
JH2O= VH2O(Cυ)H2O
∆ ЈB= (α - 1) V0(Cυ)B
где (Cυ)RO2, (Cυ)N2, (Cυ)H2O, (Cυ)B– энтальпии 1м3 трехатомных газов, азота,
водяных паров и воздуха, кДж/ м3
Энтальпии продуктов сгорания JГ при коэффициенте избытка воздуха α > 1 вычисляют суммированием
JГ = JRO2+ JN2+ JH2O+∆ ЈB
Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по поверхностям нагрева котлоагрегата сводятся в табл.2. По этим данным строится J – υ диаграмма продуктов сгорания.
2.3 Тепловой баланс и расход топлива
При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре и на покрытие различных потерь теплоты. Тепловой баланс сводится в таблицу 3, и при расчете учитываются вид топлива, тип теплогенератора, параметры пара и воды.
Потери теплоты от наружного ограждения q5 зависят прямопропорционально от номинальной нагрузки парового котла Dном, т/ч и обратнопропорционально от расчетной нагрузки парового котла - В, т/ч. Потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла q5 определяются по таблице П4.
Коэффициент полезного действия брутто
парового котла определяется по уравнению обратного теплового баланса. Расчетный расход топлива Вр при сжигании газа равен полному расходу - В, т.к. потери тепла от немеханической неполноты сгорания q4 =0. Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива пользуются понятием условного топлива.Условным топливом называют такое топливо, теплота сгорания которого равно 29308 кДж/кг. Пересчет расхода натурального топлива В на условное Ву производится с помощью теплового эквивалента по формуле:
Расчет теплового баланса и расхода топлива сводится в табл.3.
2.4.Расчет топочной камеры
При проектировании и эксплуатации теплогенератора выполняется поверочный расчет топочных устройств. Конструктивный расчет производится только при разработке новых агрегатов. При расчете топки по чертежам или конструктивным данным необходимо определить: объем топочной камеры, степень ее экранирования площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих (радиационных) поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр и шаг труб).
Поверочный расчет топок производится в такой последовательности.
1.Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры: для промышленных паровых котлов рекомендуется принимать эту температуру при сжигании газа 1000 оС.
2. Для принятой температуры энтальпия сгорания на выходе из топки определяется по рисунку 2.
3.Вычисляются коэффициенты и параметры топочной камеры:
·коэффициенты загрязнения и тепловой эффективности экранов;
·эффективная толщина излучающего слоя;
·суммарная поглощательная способность трехатомных газов и водяных паров;
·коэффициент ослабления лучей;
·степень черноты светящейся и несветящейся части факела;
·видимое теплонапряжение топочного объема;
·эффективная степень черноты факела;
·степень черноты топки;
·полезное тепловыделение в топке;
·теоретическая температура горения;
·средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания.
4.Вычисляется действительная температура газов на выходе из топки.
5. Полученная температура сравнивается с принятой ранее. Расхождение не должно превышать более ± 1000С. Расчет сводится в таблицу 4.
2.5. Расчет конвективных поверхностей нагрева
Конвективные поверхности нагрева паровых теплогенераторов играют важную роль в процессе получения пара. В паровых котлах - это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя.
Продукты сгорания, покидающие топочную камеру, передают теплоту наружной поверхности труб путём конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней, теплота передаётся через металлическую стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару - конвекцией. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи, т.е. передачи теплоты от продуктов сгорания к воде и пару.
При расчёте используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчёт выполняется для 1м3 газа при нормальных условиях.
1.Определяются конструктивные характеристики (по табл. П1, П2 или чертежам): площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др.
2.Предварительно принимаются два значения температуры продуктов
сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева υ”1 и υ”2.