Тема 1. Расчет котельных агрегатов

За границы объема топки принимаются: за нижнюю границу — ее под в газомазутных топках и топках с жидким шлакоудалением или условную плоскость, проходящую через середину высоты холодной воронки для топок с твердым шлакоудалением. Границами верхней части топки являются плоскости, проходящие по осям потолочного экрана и по осям первого ряда труб ширм или фестона, находящихся на выходе из топки.

Объем призматической топки находится по формуле

                                           (4.1)

где — поверхность боковой стены топки, м²; а_Т — ширина топки, м.

Расчетная лучевоспринимающая поверхность настен­ных и двусветных экранов топки в соответствии с ее определе­нием

                                                      (4.2)                

где  — поверхность стен, занятая экраном, м²; х_н.э  — угловой коэффициент настенных экранов.

Поперечное сечение топки

                                                           S_т = a_т ∙  b_т                                            (4.3)

Здесь a_т ; b_т —ширина и глубина топки, м.

Высота топки при определении геометрических раз­меров и проведении позонных тепловых расчетов принимается от середины холодной воронки или пода до потолка топочной камеры. При определении относительной высоты положения максимума температуры в топке ее высота принимается до середины выходного газового окна.

Относительный уровень положения горелок Х_Г

         Х_Г = Н_Г / Н_Г,                                (4.4)

где Н_Г - расстояние (высота) от середины холодной воронки (или уровня пода) до оси яруса горелок.

Эффективная толщина излучающего слоя, м,

                                     δ = 3,6V_Т / S_ст.                                           (4.5)

 Коэффициент излучения топочной камеры для камер­ных топок

                                                  (4.6)

где _ф - коэффициент излучения факела,

                                                          (4.7)

где е - основание натурального логарифма; к - коэффициент ослабления лучей топочной средой; s - эффективная толщина излучающего слоя для топки, м; р- давление газовой среды в топке.

При сжигании газообразного и жидкого топлива коэф­фициент излучения факела определяется по формуле

                                                (4.8)

Здесь _св и _г - соответствующие коэффициенты излучения, которые имел бы объем топки при заполнении ее светящимся или несветящимся факелом; m - коэффициент усреднения, определяе­мый долей топочного объема, занятого светящимся факелом.

Для открытых и полуоткрытых топок при

независимо от нагрузки для природного газа m = 0,1, а для жидкого топлива m= 0,55. При q_V ≥ 60 кВт/м³ для газа m = 0,6, для мазута m = 1,0. При значениях q_V в интервале между этими значениями m определяется линейной интерполяцией.

Значения _св и _г определяются по формулам

                                                         (4.9)

Коэффициент k_Г определяется по состоянию газов на выходе из топки и рассчитывается по формуле

                               (4.10)

где р_п - суммарное парциальное давление газов, Па,

                                           (4.11)

r_RO и r_{Н2 O} — объемные доли трехатомных газов и водяных паров.

Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров

r_п = 0,094+ 0,194 = 0,288.

Оптические свойства факела топки обычного парового котла:

произведение p_пs= 0,06048 МПа∙м;

- коэффициент  k_Г  = 5,206 1/ Па∙м;

 - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами при значении Ср/Нр = 3,019  k_Г = 1,842 1 /(Па∙м);

 - коэффициенты излучения светящегося и несветящегося факела:

_св = 0,504;    _г = 0,270.

 - коэффициент излучения факела в топке обычного котла

_ф = 0,1 ∙ 0,504 + (1 -0,1)0,270 = 0,293.

Пример решения.

Определить геометрические характеристики топочной камеры котла Е-670-13,8 ГМ, t_пс=545/545ºС в соответствии с рисунком. Котел имеет газоплотные экраны, сжигается мазут через 12 горелок с диаметром амбразуры 1,0 м, имеется шесть лазов диаметром 0,5 м. Ширмы на выходе из топки имеют шаг 720 мм.

Решение. 1. Определяем поверхность стен топки:

- фронтовой стены F_ф=21,472∙18,0=386,5 м²;

- задней стены F_з=(15,57+2,19+0,61+0,37)∙18,0=337,3 м²;

- боковой стены F_б=2,49∙8,0+0,37∙0,87+(0,87+1,30)∙0,5х0,43+(1,30+5,37)х

х 0,5∙0,764+13,472∙7,68+2,06∙0,5∙7,68=133,9 м²;

- пода F_под=7,95∙18,0=143,1 м²;

- потолка F_пот=2,49∙18,0=44,8 м²;

- газового окна F_окн=(8,0+1,82+1,5+0,87)∙18,0=219,4 м²;

- ограждающих стен топки F_ст= F_ф+ F_з+2F_б+F_под+F_пот+F_окн=1398,9 м².

Рис. Топочная камера газомазутного котла Е-670-13,8 ГМ

 

2. Определяем объем топки. Объем топки без зоны ширм для определения эффективной толщины излучающего слоя

V_т=F_ба_т=133,9∙18,0=2410 м³.

Объем топки с учетом зоны ширм для определения теплового напряжения q_v. Так как шаг ширм превышает 700 мм, то в объем топки включается также объем газохода ширм до входа в последующую поверхность

 м².

3. Определяем лучевоспринимающую поверхность F_лт

 

м² ;

 

 

F_лт=(F_ст-F_гор)х_н.э=(1398,9-10,6)∙1,0=1388,3 м².

 

В отличие от обычных гладкотрубных экранов угловой коэффициент х_н.э для газоплотных экранов, а также пода и газового окна равен единице.

4. Определяем относительный уровень расположения горелок. Расстояние от пода до оси горелок в соответствии с рисунком H_r=4,05 м, тогда

 

Х_r=4,05/(14,5+4,05)=0,219.

 

5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя

 м.

Полезное тепловыделение находится по зависимости

где Q_В—теплота, вносимая воздухом в топку,

                                        (4.12)

Δα_т и Δα_пл — присосы воздуха в топке и в пылесистеме; Н°_в, —энтальпия теоретически необходимого объ­ема воздуха при температурах горячего и присосанного холодного воздуха, кДж/кг (см. приложение); Q_в.внш — теплота воздуха, подогретого вне парового котла, кДж/кг;  —энтальпия и доля газов, отбираемых на рециркуляцию.

Параметр распределения температур по высоте топки

        М = А - В∙Х_Т                                                         (4.13)

где Х_T — относительное положение максимума температур газов в топке. Для однокамерных топок с горизонтальным рас­положением осей вихревых горелок и верхним выводом из топки продуктов сгорания Х_T , как правило, совпадает с от­носительным уровнем расположения горелок Х_Г .

Значение коэффициентов A и В вуравнении (4.13) определя­ется по табл. 4.1.

Таблица 4.1

Значения коэффициентов А и Б

Сжигаемое топливо, топочное устройство	Коэффициент
	А	В
Газ и мазут	0,54	0,20
Высокореакционное твердое в камерной топке и все твердые топлива в слоевой топке	0,59	0,50
Малореакционные твердые топлива, каменные угли с повышенной зольностью в камерной топке	0,56	0,50

При отклонении положения максимальной температуры от среднего уровня горелок

                                                            Х_Т = Х_Т + ΔХ ,                                  (4.14)

где ΔХ—относительное превышение максимума температур над уровнем горелок, определяется по табл. 4.2.                                                                                                                               

 

Таблица 4.2

Значение поправки ∆Х

Условия сжигания топлива	Поправка   ΔХ
Сжигание угольной пыли в прямоточных горел­ках (кроме горелок с плоскими струями) и в вих­ревых горелках (при двух и более ярусах, с фрон­товым или встречным расположением) в котлах производительностью D≥116,67 кг/с (420 т/ч)   То же при производительности котла D≥116,67 кг/с (420 т/ч) При сжигании мазута и газа в топках с Ж9,72кг/с(35 т/ч) При сжигании мазута и газа с избытками возду­ха в горелках otr < 1 Поворотные горелки с поворотом вниз То же вверх	0,05   0,10 0,15 2(1-аг) — 0,1 на поворот 20º + 0,1 на поворот 20º
То же при производительности котла D≤ 116,67 кг/с (420 т/ч)	0,10
При сжигании мазута и газа в топках с D≤ 9,72кг/с(35 т/ч)	0,15
При сжигании мазута и газа с избытками возду­ха в горелках αГ < 1	2(1-αг)
Поворотные горелки с поворотом вниз	-0,1 на поворот 20°
То же вверх	+0,1 на поворот 20°

В остальных случаях, не оговоренных в табл. 4.5, Х_т = Х_г. В инвертных топках при размещении пылеугольных горелок на потолке топки и нижнем отводе газов принимают X_Т = 0,25 ÷0,30.

Независимо от полученного значения М по формуле (4.13) параметр М в призматических топках, кроме инвертных, не должен для твердых топлив превышать 0,5. Для полуоткрытых топок параметр М принимают равным 0,48 при сжигании газа, мазута и высокореакционных топлив и 0,46 при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего угля. В топках с подовым расположением горелок рекомендуется принимать М = 0,39÷0,40.

Число Больцмана

                                                  (4.15)

Средняя теплоемкость продуктов сгорания Vc_сp 1 кг топлива, кДж/(кг∙К), при избытке воздуха за топкой и в интервале температур газов  определяется по формуле

                                     (4.16)

Относительная температура продуктов сгорания за топкой

                             (4.17)

Абсолютная температура продуктов сгорания за топкой

                                       (4.18)

Поверхность стен топки, необходимая для охлаждения продук­тов сгорания до заданной температуры на выходе из топки,

  (4.19)

где Q_л - удельное тепловосприятие экранов топки по балансу, кДж/кг,

                                         (4.20)

φ — коэффициент сохранения теплоты, учитывающий долю теплоты газов, воспринятой поверхностью нагрева, φ = 1 .

Пример решения.

Определить адиабатную температуру горения кузнецкого угля марки СС. Условия сжигания топлива: топка с жидким шлакоудалением, температура горячего воздуха t_г.в.=370ºС, Da_т=0, Da_пл=0; котел работает под наддувом, рециркуляция газов отсутствует, избыток воздуха за топкой a_т=1,15, a_ун=0,5.

Решение.1. Определяем энтальпию газов для ожидаемого диапазона адиабатной температуры продуктов сгорания (2200-2000ºС). Для этого используем теоретические энтальпии  и  для данного топлива. Они равны соответственно: при J=2200ºС  кДж/кг,  кДж/кг; при J=2000ºС  кДж/кг,  кДж/кг.

При избытке a_т=1,15 энтальпия  газов равна: при J=2200ºС Н_г=28855+(1,15-1) 24865=32585 кДж/кг; при J=2000ºС Н_г=25971+(1,15-1) 22408=29332 кДж/кг.

Так как отсутствует предварительный подогрев воздуха Q_в.вн=0, физической теплотой топлива пренебрегаем; тогда  кДж/кг.

2. Определяем потери теплоты q₃ и q₄ по таблице с химическим недожогом q₃=0; с механическим недожогом q₄=1,0%.

3. Потери с физической теплотой шлаков

.

Температура шлаков принята t_н.ж=1700ºС, при этом (сJ)_Эл=2064 кДж/кг.

4. Определяем полезное тепловыделение в топке. Теоретическая энтальпия горячего воздуха определяется по таблице для данного топлива: при t_г.в=400ºС  кДж/кг, при t_г.в=200ºС  кДж/кг. Для температуры t_г..в=370ºС:  кДж/кг. Теплота, вносимая воздухом

Q_в=(1,15-0-0)3658,0+0=4207 кДж/кг.

Полезное тепловыделение в топке

кДж/кг.

Для Q_т=31480 кДж/кг адиабатная температура

J_а .

Задача 4.1. Определить лучевоспринимающую поверхность экрана стены топки, имеющей ширину 13 и высоту 21 м. Экран выполнен из гладких труб наружным диаметром 42 мм с шагом 46 мм; в нижней части экрана имеется четыре амбразуры горелок диаметром устья 1,2 м и два лаза диаметром 0,45 м, в верхней части экрана — восемь сопл для рециркуляции газов размером каждое 0,2x0,45 м. В нижней части экран ошипован на высоту 2 м по всей ширине.

Задача 4.2. Определить коэффициент излучения факела _ф при сжигании березовского бурого угля (см. приложение). Избыток воздуха за топкой принять α_т=1,2, температуру продуктов сгорания за ней 1050°С, эффективную толщину излучающего слоя топки 5 м, мельницы — молотковые, α_ун = 0,75.

Задача 4.3. Определить коэффициент излучения топочной камеры _т при сжигании нерюнгринского угля (см. приложение). Принять избыток воздуха за топкой α_т= 1,2, температуру газов за топкой = 1200°С, эффективную толщину излучающего слоя топки s= 7,0 м, мельницы — среднеходные, средний коэффициент эффективности экранов = 0,41, α_ун = 0,95, топка — с уравновешенной тягой, т.е. р_т = 0,1 МПа.

Задача 4.9. Определить для данных примера 4.13, как изменяется повер­хность стен F_сти высота топки Н_тпри увеличении температуры газов на выходе из топки на 50°С. Указание — при решении задачи пренебречь изменениями s; X_Г; ε_T, ψ_cp и Vc_cp.

Задача 4.10. Определить температуру газов за топкой при сжигании природного газа непосредственно после мазута без очистки экранов. Исходные данные принять по примеру 4.13. Сопоставить результаты с решением данного примера.

Задача 4.11. Насколько изменится температура газов затопкой при сжигании природного газа в котле Е-500-140 производительностью 138,89 кг/с после сжигания отсевов газовых углей. Принять конст­руктивные данные и параметры пара и воды по примеру 4.13; данные по топливу (приложение, табл. П2, топливо № 8). Принять, что предварительный подогрев воздуха и рециркуляция газов отсутствуют, температура горячего воздуха 250^°С, КПД котла 94,2%, потери теплоты q₃ = 0,3%, q₄ = 0, физической теплотой топлива пренебречь, избыток воздуха за топкой α_т=1,05, топка — газоплотная, p_т = 0,103 МПа.

Задача 4.12. Определить температуру газов, покидающих топочную камеру котла Е-670-13,8 ГМ, t_пc= 545/545°С, паропроизводительностью 186,11 кг/с для энергоблока мощностью 200 МВт при сжигании высокосернистого мазута (см. приложение).

Конструктивные данные и параметры пара—по примеру 4.13. При выполнении расчёта принять следующее: избыток воздуха за топкой α_т= 1,03; температура холодного воздуха 30°С, подогретого воздуха в калориферах 70°С; избыток воздуха за калориферами β'= 1,18; температура горячего воздуха 260^° С; рециркуляция газов в нижнюю часть топки 6,8%; температура газов рециркуляции 340° С; отбор газов рециркуляции за экономайзером при α=1,03; котел—газоплотный; наддув в топке 0,103 МПа, потери теплоты с химическим и механическим недожогом принять: q₃ = 0,3%, q₄=0,0; тем­пература подогрева мазута 125°С; КПД котла 93,97%; принять m = 0,35.

Задача 4.13. Как изменится энтальпия продуктов сгорания уходящих газов при сжигании ангренского угля (приложение, табл.П1, топливо № 13), если его влажность увеличить с 34,5 до 45%? Температуру уходящих газов принять 160° С, α_ух=1,4.

Задача 4.14. Как изменится энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании назаровского бурого угля (приложение, табл. П1, топливо № 15), если замкнутую схему сушки заменить на разомкнутую с влажностью W^ПЛ=13%? Принять υ”_T=1100°С, α_T=1,20.

Задача 4.15. Насколько изменит удельную энтальпию и температуру газов в поворотной камере котла присос холодного воздуха в количестве Δα_прс = 0,1 при t_Х.В.=20°С. Принять избыток воздуха в газовом потоке до поворотной камеры α’_П.К.=1,13, температуру газов 850° С, топливо — экибастузский уголь (приложение, табл. П1, топливо № 9).

Задача 4.16.Насколько изменятся потери с уходящими газами для бvporo угля Назаровского месторождения (приложение, табл. П1 топливо № 15) при изменении υ_ух со 160 до 140°С (за счет очистки поверхностей газовою тракта). Принять избыток воздуха в уходящих газах 1,26, температуру холодного воздуха 30°С, температуру воздуха на входе в паровой котел 50°С, относительный избыток воздуха на входе в паровой котел β’=1,22. потери теплоты с механическим недожогом q₄= 0.5%.

Задача 4.17.Определить расход топлива для газоплотного котла произ­водительностью 736,11 кг/с на следующие параметры пара:

Температура перегретого пара ...............  545/545 С

Температура питательной воды ..........  270 С

Давление свежего пара на выходе ......  25,02 МПа

Давление питательной воды ..................  30,41 МПа

Расход пара через промежуточный перегреватель  605,56 кг/с

Температура пара на входе в промежуточный перегреватель 295' С

Давление пара после промежуточного перегревателя     3,92 МПг

Давление пара на входе в промежуточный перегреватель  4,17 МПа

Топливо — природный газ (см. приложение)

При проведении расчетов:

Температура воздуха перед паровым котлом    30° С

Предварительный подогрев воздуха ....  Отсутству­ет

Избыток воздуха на выходе из парового котла    1,30

Температура уходящих газов .............   120 ° С

Впрыск в промежуточный пароперегреватель отсутству­ет.

Задача 4.18.Определить потери q₂ для топлив с различной влажностью при одинаковой температуре уходящих газов υ_ух=140°С и α_ух = 1,45; t_х.в=30°С; t’_в = 30°С; t_тл = 0°С. Принять следующие топлива по табл. П1: АШ(№ 3), кузнецкий СС (№ 6), назаровский уголь и соответственно q₄, равное 4; 1; 0,5%. а_ун = 0,95.

Задача 4.19. Определить потери q₂ при сжигании в паровом котле экибастузского угля (см. приложение) при υ_ух = 140°C и избытке воздуха на выходе из парового котла соответственно 1,20; 1,30; 1,40: 1,50. Принять t_х.в = 30°С, t’_в = 30°С q₄ = 2%, t_тл = 0. Сопоставить изменение объемов. газов и потерь q₂.

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1616; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!