Метод. пособие. Поверочный расчет котлов-утилизаторов. Руководство к курсовой работе по дисциплинам Вторичные энергоресурсы, Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях для студентов всех форм обучения cпециальностей
 Скачать 4.9 Mb.
|
|
5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА Основными уравнениями для проведения теплового расчета котла-утилизатора являются уравнения теплового баланса и уравнение теплопередачи [1]:  (6) (7) (8) где Qг - теплота, отданная дымовыми газами, кВт; Qт - теплота, воспринятая рассчитываемой поверхностью нагрева, или тепловосприятие котла-утилизатора, кВт; φ- коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду (принимается φ=0,98); Dпп - паропроизводительность котла-утилизатора, кг/с; iпп- энтальпия перегретого или насыщенного пара на выходе из котла, кДж/кг ; iпв- энтальпия питательной воды, кДж/кг; Go - объемный расход газов при нормальных условиях, м3/ч;k- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); Dпр - расход воды на продувку котла; кг/с:  , где  - величина непрерывной продувки котла, %(принимаемая не более 5%); F - расчетная поверхность нагрева, м2; t - температурный напор, °С.Расчет ведется методом последовательных приближений [1]. Задавшись в первом приближении температурой газов на выходе из котла, из уравнения теплового баланса определяют количество теплоты, отданное дымовыми газами Qг. Приравнивая правые части уравнений теплового баланса (6), (7) находят паропроизводительность котла-утилизатора Dпп. 6. РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ Расчет котла-утилизатора, имеющего пароперегреватель, начинается с расчета последнего, затем следует расчет испарительной поверхности. Теплота, идущая на перегрев пара, кВт, Qпп = Dпп(iпп- i). (9) С учетом затрат теплоты на подогрев пара в пароперегревателе рассчитывают энтальпию газов за ним  (10)и по i-S диаграмме определяют температуру газов за пароперегревателем. Температурный напор определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле  (11)где  - разность температур сред в том конце поверхности нагрева, где она больше, °С;  - разность температур в другом конце поверхности, °С.Когда / 1,7, температурный напор можно с достаточной степенью точности определять как среднеарифметическую разность температур, °С: (12)Средняя температура потока дымовых газов определяется как полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева  и выходе из нее: (13)Скорость движения дымовых газов определяется по формуле  (14)где G0 - объем дымовых газов при нормальных условиях на входе в котел, м3/ч; fг - живое сечение для прохода дымовых газов, м2 (принимается по конструктивной характеристике). При течении в круглой трубе ее эквивалентный диаметр dэравен внутреннему. При течении в трубе некруглого сечения, в кольцевом канале и при продольном омывании пучков  (15)где U - полный омываемый периметр, м. Для газохода прямоугольного сечения, заполненного трубами конвективных пучков,  (16)где a и b - поперечные размеры газохода в свету, м; z - количество труб вгазоходе; d - наружный диаметр труб, м. Средняя температура пара определяется как полусумма температур насыщенного и перегретого пара:  (17)Средняя скорость перегретого пара находится по формуле  (18)где vпп - удельный объем перегретого пара при средней его температуре tср, м3/кг (определяется по табл. 7 либо по i-S диаграмме (рис. 6)); fп - живое сечение для прохода пара, м2 (определяется по конструктивным характеристикам). Коэффициент теплопередачи определяется по формуле  (19)где 1 и 2- коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке и от стенки к обогреваемой среде соответственно, Вт/(м2·К); -коэффициент тепловой эффективности. Коэффициент теплоотдачи конвекцией 1определяется по номограммам 12, 13 или 14 из [1] или по рис. 2,3,4 в зависимости от типа пучка (коридорный или шахматный) и характера омывания его газами (продольное или поперечное). Для газотрубных котлов-утилизаторов характерны высокие скорости движения газов и, как правило, диапазона диаграммы (рис.4) по скоростям недостаточно для определения коэффициента теплоотдачи. В этом случае коэффициент теплоотдачи от газа к стенке необходимо рассчитывать по формуле  (20)где - теплопроводность газов, Вт/(мК); - вязкость газов, м2/с; Pr – критерий Прандтля; Сt – поправка, учитывающая влияние температуры; Сd – поправка на форму канала; Сl – поправка на относительную длину. Данные поправки могут быть приняты по рис.4а. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к обогреваемой среде 2 определяется по номограмме 15 [1] либо по рис.5 по средним значениям давления, температуры, скорости пара и внутреннему диаметру труб. Теплоотдачу излучением лне учитывают ввиду обычно невысокой температуры газов на входе в котел и небольшой толщины излучающего слоя. Коэффициент тепловой эффективности принимают равным = 0,61. Тепловосприятие пароперегревателя определяется из уравнения теплопередачи (8). Если полученное из уравнения теплообмена значение тепловосприятия Qтотличается от определенного по уравнению теплового баланса Qпп не более чем на 2%, расчет поверхности не уточняется. Окончательными считаются температура и тепловосприятие, вошедшие в уравнение теплового баланса. При расхождении более чем на 2% принимают новое значение конечной температуры и расчет повторяют. Для второго приближения целесообразно принимать температуру, отличающуюся от принятой при первом приближении не более чем на 50°С. В этом случае следует пересчитать только температурный напор и заново решить уравнение теплового баланса и теплопередачи. 7. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЯ И ЭКОНОМАЙЗЕРА Расчет испарителя. Из расчета пароперегревателя известны температура  и энтальпия  дымовых газов на входе в испаритель. Температура газов на выходе из испарителя  принимается и последующим расчетом уточняется. Количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси в испарительной части, кВт, , (21)где Qи - количество теплоты, отданное газами пароводяной смеси. Средний температурный напор, средняя температура и скорости газов в газоходе определяются с использованием формул (11)-(16). Коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м2·К):  (22)где 1 определяется по тем же номограммам, что и для пароперегревателя. Коэффициент использования берут в пределах 0,650,8. Тепловосприятие испарительной части рассчитывают по формуле (8). В случае несовпадения тепловосприятия с рассчитанным значением Qп более чем на 2% принимают новое значение температуры на выходе из поверхностей и повторяют расчет. Расчет экономайзера. Количество теплоты, переданное воде в водяном экономайзере, кВт:  . (23)Температура воды  , выходящей из экономайзера, зависит от конструкции последнего. В экономайзере кипящего типа она равна температуре кипения при давлении в барабане, в экономайзере некипящего типа вода на выходе из экономайзера должна иметь температуру на 25-30°С ниже температуры кипения. Исходя из выбранной температуры , определяют энтальпию  . Энтальпия газов на входе в экономайзер равна энтальпии газов на выходе из испарительной части.Средний температурный напор, средняя температура газов в газоходе, скорость газов в поперечном сечении газохода водяного экономайзера определяются по формулам (11)-(16), коэффициент теплопередачи определяются по формуле (22), а тепловосприятие - по формуле (8). 8. особенности расчета котлов-утилизаторов различного типа Тепловой расчет газотрубных котлов, не имеющих ни пароперегревателя, ни экономайзерных поверхностей, сводится только к расчету испарительной части. Несколько сложнее расчет котлов ВТКУ, УККС и ГТКУ. Часть поверхностей этих котлов (чаще всего испарительная или пароперегреватель) размещены в объеме кипящего слоя, а теплоту дымовых газов утилизируют поверхности, расположенные в самом котле. Расчет этих котлов начинают с составления теплового баланса, в котором учитывают дополнительное количество теплоты, подведенное к рабочему телу в кипящем слое:  , (24)где Qк.с - теплота, подведенная к рабочему телу в объеме кипящего слоя, рассчитывается по формуле (8), в которой коэффициент теплопередачи в кипящем слое для современных котлов может быть принят равным kк.с=200 Вт/(м2·К). Температурный напор при этом определяется по формуле (11), где при известной температуре кипящего слоя  где t и t - температура теплоносителя на входе и выходе из поверхности, размещенной в кипящем слое. Например, часть испарительной поверхности котла УККС 8/40 расположена в объеме кипящего слоя, а экономайзер у этого котла отсутствует. В этом случае t - это температура питательной воды, а t - это температура кипения tsпри давлении в барабане. Из уравнения (24) определяется расход вырабатываемого пара Dпп, а в дальнейшем расчет ведется по обычной схеме. При расчетах котлов установок сухого тушения кокса, имеющих пароперегреватель, испарительную и экономайзерные поверхности, последовательно рассчитывается тепловосприятие пароперегревателя, испарителя и экономайзера. 9. ПРИМЕР РАСЧЕТА КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА Задание на проектированиеПровести тепловой и конструктивный расчет котла-утилизатора КСТ -80 при следующих исходных данных: расход газов через котел-утилизатор G0=6500 м3/ч; давление пара Рпп=4 МПа; температура пара tпп=430°С; температура газов перед котлом t - 750°С; температура питательной водыtпв=100°С. Газы имеют следующий состав: С02=7%, СО=16%, N2=60%, H2=12%, SO2=1%, H2O=4%. Тепловой расчет котла-утилизатораРасчет приведен ниже в табл. 8, где в колонке "Параметр" указывается величина, подлежащая определению, в колонке "Формула или рекомендация" - сквозные номера пунктов, таблиц, рисунков, формул из методических указаний к курсовой работе. Таблица 8 Пример расчета котла-утилизатора
|
