Курсач Вариант 3 (такое...) / Parogeneratory

Qэк = D( iэк −iп.в ). = 1,056(335,6-250,7) = 89,6 кВт

4 Компоновка и тепловой расчет топки

4.1 Данные к расчету теплообмена в топке Построение эскиза парогенератора начинается с определения размеров

топки и ее конфигурации. Для этого, в соответствии с типом парогенератора, необходимо задаться значением тепловой напряженности топочного объема (удельной мощности топки) qv, кВт/м3:

qv = 600 800, кВт/м3 - для водотрубных парогенераторов; Объем топки определяется из выражения, м3

qv 700

Расчетные схемы топок газотрубных парогенераторов приведены в п.

11.

При построении эскиза топки и выполнении чертежа парогенератора следует учитывать толщину футеровки. Толщину шамотных кирпичей выбирают в зависимости от температуры продуктов сгорания:

Задаваясь числом форсунок, N, определяют расход топлива через одну форсунку, кг/с

По итогам расчета расхода топлива через одну форсунку, Вф, мини-

мальную длину топки Lminт , ориентировочно определяют по формуле, м

Lminт = A Bф , = 5 √0,08 = 1,4 м

где А = 5.

Площадь поперечного сечения топки, м2

Fт = VLт . = 4,751,4 = 3,4 м2

т

Наиболее рациональной формой поперечного сечения топки коллекторных водотрубных парогенераторов является круг.

Диаметр фронта топки, м

dфр = 2 Fπт . = 2√3,143,4 = 2,1 м

Расход воздуха через отверстие фурмы, м3/с

12

парогенераторов с топочными экранами – 8.

После выполнения эскиза компоновки реальной топки на миллиметровой бумаге по масштабной сетке, либо используя системы инженерной графики, определяют действительную площадь фронта Fтд , освещенную длину труб экрана lэ и притопочного конвективного пучка lп. При этом следует уточнить объем топки

= 4.48* 2,16 = 9,67 м3

и ее удельную тепловую мощность:

Условная радиационная поверхность нагрева топки, м2

Hтр = Hэр + Hпр = 7,36 + 5,78 =13,15 м2

где H эр − радиационная поверхность топочного экрана. Она определяют по эскизу топки и рассчитывают по формуле, м2

Нэр = lэ Lт = 3,41*2,16 = 7,36 м2

Hпр – радиационная поверхность притопочного конвективного пучка, м2

Нпр = lп Lт = 2,68*2,16 = 5,78 м2

По эскизу топки также определяется полная площадь ее стен, включая стены, покрытые экранными трубами. Так, для двухбарабанного парогенератора с боковым топочным экраном, м2

4.3 Расчет теплообмена в топке Целью расчета является определение температуры и энтальпии

продуктов сгорания на выходе из топки и количества теплоты, отданной газами в топке.

Топка представляет собой сложную систему тел, участвующих в теплообмене. К ним относятся: сам факел, частицы сажи и золы, трехатомные газы, кирпичная кладка и детали топочного устройства, радиационные поверхности нагрева. Расчет лучистого теплообмена осложнен тем, что в топке образуются неравномерные поля температур и степени черноты. На основе теории подобия и экспериментальных данных выражены функциональные связи между параметрами, влияющими на теплообмен в топке, в следующем виде:

14

где – коэффициент сохранения теплоты В – расход топлива, кг/с;

Hтр – радиационная поверхность нагрева топки, м2;

– коэффициент загрязнения радиационной поверхности: =0,9 при сжигании жидких топлив;

(V cp )i - средняя суммарная изобарная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кг К).

здесь Iа – энтальпия продуктов сгорания при адиабатной температуре

По значению Iа по диаграмме “Iг – ” определяется адиабатная температура ( а), а затем производится расчет средней суммарной изобарной теплоемкости продуктов сгорания по (5.26) и критерия Больцмана (5.25).

Степень черноты топки определяется из выражения

где aф – эффективная степень черноты факела. Величина aф рассчитывается по формуле

аф = m асв + (1 – m) аг = 0.55*0,89 +(1-0.55) *0.08 = 0.52

где m – коэффициент, характеризующий соотношение объемов, занимаемых светящимся пламенем и несветящимися трехатомными газами; принимается в зависимости от теплового напряжения топочного

объема: m = 0,55 при qvд 407 кВт/м3.

Степень черноты светящегося пламени aсв и потока газов aг определяются по следующим формулам:

асв = 1 − е−(kг +kс ) Рг Sт , = 1 − −(0,52+13,77) 0.1 1.57 = 0.89 аг = 1 − e−kг Рг Sт , = 1 − e−0,52 0.1 1.57 = 0,08

где kг – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м МПа)

15

kc – коэффициент ослабления лучей частицами сажи, 1/(м МПа): kс = 16 1000Тт - 5, = 16 11731000 − 5 = 13,77 1/(м МПа)

здесь rH2O и rп – объемные доли водяных паров и трехатомных газов

Рг – давление в топке. Для котлов с вентиляторным дутьем Рг = 0,1 МПа; Sт – эффективная толщина излучающего слоя газов в топке, м

После определения значений Во и ат определяется безразмерная температура т и рассчитывается температура газов на выходе из топки, К

Ттрасч = т Т а = 0,57 * 2123 = 1210К

трасч = Ттрасч − 273= 1210 – 273 = 937 ºС.

Расчет теплообмена в топке завершается определением количества теплоты, передаваемой в топке излучением, кВт

Qл = В (Ia − Iтрасч )= 0,94*0,08(40357 – 20000) = 1530 кВт

где Iтрасч – берется по полученному значению трасч c диаграммы “Iг – ” (

трасч - т ≤ 50 ºС).

5 Компоновка и тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева.

5.1 Последовательность расчета

В соответствии с уравнением теплового баланса количество теплоты, отведенной от газов (продуктов сгорания) (Qг), равно количеству теплоты, подведенной к нагреваемой среде – воде, пароводяной смеси, пару, воздуху (Qн.с), кВт

Qг = Qн.с = Q

По газовой стороне:

Qг = В ( I г − I г ) = Q

По пароводяной стороне, кВт:

Qн.с = D·(iвых – iвх) = Q = 2518 кВт

где D – расход воды или пара, кг/с;

iвых, iвх – энтальпия воды или пара соответственно на выходе из участка поверхности нагрева и на входе в него, кДж/кг.

H=Q/( k t·10-3) = 35 кДж/кг

5.2 Определение коэффициентов теплопередачи

В общем случае для гладкотрубных конвективных поверхностей нагрева парогенераторов коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле,

16

Вт/(м2·К)

Коэффициент теплоотдачи α1

α1 = αк· п = 4779*0,39 = 16,53 Вт/(м2 К);

п – коэффициент полноты омывания поверхности нагрева, характеризующий степень эффективности использования поверхности нагрева, омываемой потоком продуктов сгорания. Он определяется по формуле

ωп = lактl , = 3,571,4 = 0,39

р

5.3 Коэффициенты теплоотдачи конвекцией При поперечном омывании газами коридорных гладкотрубных пучков,

Вт/( м2 К)

Сz – поправка на число рядов труб Z2:

Cz = 0,91 + 0,0125 ( Z2 – 2) = 0,91+0,0125(4-2) = 1

Сs – поправка на относительные поперечные 1 = S1/dн и продольные шаги 2 = S2/dн. Принимается

Cs = [1 + (2 1 – 3) (1 – 0,5 2)3]-2 = [ 1+(2*1,7-3)(1-0,5*1,7)3 ]2= 1

5.4 Коэффициенты теплоотдачи излучением При расчете коэффициента теплоотдачи излучением предварительно

принимается значение плотности теплового потока: q = 20 103 Вт/м2

Тогда температура поверхности загрязняющего слоя в парообразующем пучке, С

tзагр = tж + q = 150+7,5*10-3*20*103= 300 С

Тзагр = tзагр + 273 = 300+273 = 573 К

17

Средняя температура газов в пучке, С

параметры продуктов сгорания – , Вт/(м∙К); ν, м2/с; Pr.

= 7,93 * 10-2 Вт/(мК) ν = 80 * 10-6 м2/с

Pr = 0.61

При этом принимаются значения относительных поперечных

Площадь поверхности нагрева одного ряда парообразующего пучка, м2

Н рп = dнп lрп Z1п = 3,14*0,029*3,57*43 = 13,9 м2

Средняя скорость газов в пучке, м/с

Таблица 4 - Результаты поверочного расчета конвективного парообразующего пучка

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

Графическое решение системы уравнений теплового баланса и теплопередачи

20