Определение расчётного расхода топлива

 

3.1 Располагаемое тепло топлива Q ^р _р находим по формуле:

 

Q^р_р=Q^р_н+Q_в.вн+i_тл

 

3.2 Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне парового котла, Q _в.вн

 

Учитывают только для высокосернистых мазутов. Топливо проектируемого котла - малосернистый мазут. где (I^o_в)^’ при t^’_вп =100 ^oC Þ (I^o_в)^’=322 ккал/кг;

 

3.3 Величину физического тепла топлива находим по формуле:

 

i_тл= C_тл t_тл, где t_тл =100 ^oC; C_тл =0,415+0,0006×t_тл=0,415+0,0006×100=0,475 ккал/(кг× ^oC);

i_тл= 0,475×100=47,5 ккал/кг;

 

Расход топлива используют при выборе и расчёте числа и мощности горелочных устройств. Тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностям нагрева, производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения:

Выбор схемы сжигания топлива

 

Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и качества топлива. Подготовка к сжиганию мазута заключается в удалении из него механических примесей, повышении давления и подогрева для уменьшения вязкости.

В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110¸120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100¸130^оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 30¸40 м/с.

Поверочный расчёт топки

 

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки J_т^’’ при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.

 

Определение конструктивных размеров и характеристик топки

 

По чертежу парового котла определяем размеры топки и заполняем таблицу

№	Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Источник или формула	Топочные экраны					Выход-ное окно
					Фронтовой		Боко-вой	Задний
					Осн. часть	Под		Осн. часть	Под
1	Расчётная ширина экранированной стенки	bст	м	чертёж или эскиз	5,0	5,0	3,5	5,0	5,0	5,0
2	Освещённая длина стен	lст	м	чертёж или эскиз	9,075	1,675	-	7,05	1,85	2,05
3	Площадь стены	Fст	м^2	bст ·lст	45,5	8,375	30,014	35,125	9,25	10,25
4	Площадь стен, не занятых экранами	Fi	м^2	чертёж или эскиз	-	-	0,9202	-	-	-
5	Наружный диаметр труб	d	м	чертёж или эскиз	0,06
6	Число труб	Z	шт	-²-	70	70	49	70	70	-
7	Шаг труб	S	м	-²-	0,07	0,07	0,07	0,07	0,07	-
8	Отн. шаг труб	S/d	-	-	1,1667
9	Расстояние от оси до обмуровки	е	м	-²-	0,1	0,1	0,1	0,065	0,065	-
10	Относ. -²-	e/d	-	-	1,667	1,667	1,667	1,0833	1,0833	-
11	Угловой к-т экрана	X	-	номо-грамма	0,99	0,99	0,99	0,985	0,985	1
12	К-т загрязнения	x	-	таблица	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
13	К-т тепловой эффективности экрана	y	-	Cžx	0,5445	0,5445	0,5445	0,54175	0,54175	0,55

 

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:

 

 

Активный объём топочной камеры определяют по формуле:

Эффективная толщина излучающего слоя:

 

Расчёт теплообмена в топке

Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки q_т^’’ с критерием Больцмана B_o, степенью черноты топки а_т и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок.

 

При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:

Где T_т^’’ = J_т^’’ + 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; T_a = J_a + 273 -температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, [K]; B_о – критерий Больцмана, определяемый по формуле:

Из этих формул выводятся расчетные.

Определяем полезное тепловыделение в топке Q_т и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Т_а :

 

 

Коэффициент ослабления лучей k_г топочной средой определяют по номограмме.

Коэффициент ослабления лучей k_с сажистыми частицами определяют по формуле:

Поверочный расчёт фестона

 

В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами бокового топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона. Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном J_ф^’’ при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

 

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Ряды фестона			Для всего фестона
			1	2	3
Наружный диаметр труб	d	м	0,06
Количество труб в ряду	z1	--	23	23	24	-
Длина трубы в ряду	lI	м	2,3	2	1,275	-
Шаг труб: поперечный	S1	м	0,21	0,21	0,21	0,21
продольный	S2	м	-	0,35	0,775	0,5197
Угловой коэф фестона	xф	-	-	-	-	1
Расположение труб	-	-	шахматное
Расчётная пов-ть нагрева	H	м^2	9,966	8,666	5,765	24,3977
Размеры газохода: высота	aI	м	2,25	2,05	1,275	-
ширина	b	м	5	5	5	-
Площадь живого сечения	F	м^2	8,283	7,611	4,539	6,7646
Относительный шаг труб: поперечный	S1/d	-	3,5	3,5	3,5	3,5
продольный	S2/d	-	-	5,833	12,92	8,6616

 

Длину трубы в каждом ряду l_i определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду z₁ определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Поперечный шаг S₁ равен утроенному шагу заднего экрана топки, т.к. этот экран образует три ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольный шаг между первым и вторым рядами определяют как кратчайшее расстояние между осями труб этих рядов S₂^’, а между вторым и третьим рядами S₂^’’ как длину отрезка между осями труб второго и третьего рядов, соединяющего их на половине длины труб. Среднее значение продольного шага для фестона определяют с учетом расчетных поверхностей второго и третьего рядов труб, существенно различающихся по величине:

Принимаем x_ф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

По S₁^ср и S₂^ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона S_ф расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

F_i = a_i×b - z₁× l_iпр×d; где l_iпр – длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.

F_ср находим как среднее арифметическое между F₁ и F₃.

Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Н_i = p×d×z_1i× l_i; где z_1i – число труб в ряду; l_i – длина трубы в ряду по её оси. Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

 

Н_ф = Н₁ + Н₂ + Н₃ = 9,966+8,666+5,765 = 24,3977 м;

 

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

 

Н_доп = SF_ст·x^б = (1,7062 + 1,7062)·0,99 = 3,3782 Þ Н_ф^’ = Н_ф + Н_доп = 27,776 м;

 

Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30¸100⁰С ниже, чем перед ним:

 

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов перед фестоном	Jф^’=Jт^’’	^0С	1053,4
Энтальпия газов перед фестоном	I ф^’=I т^’’	ккал/кг	4885,534
Объёмы газов на выходе из топки при a¢¢т	Vг	м^3/кг	12,559
Объёмная доля водяных паров	rH2O	--	0,1216
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	--	0,2474
Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб=45кгс/см^2	tн	^0С	256,23