Курсовая работа: Котельные установки и парогенераторы

Расчет воздухоподогревателя

В современных паровых и водогрейных котлах, особенно при сжигании влажных топлив, широко применяются воздухоподогреватели. Подача горячего воздуха в топку котлоагрегата ускоряет воспламенение топлива и интенсифицирует процесс его горения, уменьшая потери теплоты от химической и механической неполноты горения. Установка воздухоподогревателя позволяет также снизить температуру уходящих газов, что особенно существенно при предварительном подогреве питательной воды, поступающей в водяной экономайзер.

Температура подогрева воздуха выбирается в зависимости от способа сжигания и вида топлива.

При камерном сжигании топлива рекомендуются следующие температуры подогрева воздуха: природного газа и мазута 250-300 °С.

Продукты сгорания, поступающие в воздухоподогреватель, охлаждаются в нем медленнее, чем нагревается воздух. Так, в среднем при охлаждении продуктов сгорания на 1 °К воздух нагревается на 1,15-1,45 °К. Это обусловлено тем, что количество продуктов сгорания и их теплоемкость больше, чем у нагреваемого воздуха, и для достижения высокого подогрева воздуха при одноступенчатом подогреве потребовалась бы поверхность нагрева воздухоподогревателя весьма больших размеров. Поэтому при необходимости высокого подогрева в современных котлоагрегатах применяют двухступенчатый подогрев, размещая воздухоподогреватель в рассечку с водяным экономайзером.

Для промышленных паровых и водогрейных котлов в основном применяются трубчатые воздухоподогреватели, чаще всего устанавливаемые после водяного экономайзера.

Расчет трубчатых воздухоподогревателей, установленных после водяного экономайзера, производится в такой последовательности

1. При конструктивном расчете воздухоподогревателя выбрать диаметр труб, поперечный S1/d и продольный S2/d относительный шаг, площади поперечного сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха, число ходов. Для трубчатых воздухоподогревателей применяются трубы с наружным диаметром 33ч40 мм при толщине стенки 1,5 мм. При сжигании газа допускаются трубы диаметром 29 мм. Относительный поперечный шаг обычно принимается S1/d = 1,54ч1,6, а продольный S2/d = 1,05ч1,1. Площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания выбирается из расчета получения скорости газов 9ч13 м/с, а для прохода воздуха - из расчета 4,5ч6 м/с.

При поверочном расчете существующего воздухоподогревателя перечисленные характеристики и его поверхность нагрева определяются из чертежей.

2. Определим минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя (°С):

(6.29)

где ы'вп - температура продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель, известна из расчета предыдущей поверхности нагрева;

tгв - температура горячего воздуха, принята при составлении уравнения теплового баланса котлоагрегата, °С.

(6.30)

3. Определим тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе. При предварительном подогреве воздуха в калорифере тепловосприятие в воздухоподогревателе:

(6.31)

где вг.в - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому,

(6.32)

где бт, ?бвп, ?бпл - присосы воздуха в топку, воздухоподогреватель и системы пылеприготовления (определяются из табл. 10 и 4.7[2]);

I0г.в и I0вп - энтальпия теоретического количества воздуха на входе в воздухоподогреватель и на выходе из него, определяется из табл. 18 для соответствующих температур, принятых при составлении уравнения теплового баланса котла.

4. Из уравнения теплового баланса определить энтальпию продуктов сгорания после воздухоподогревателя

(6.33)

Полученное значение I"вп сравниваем с предварительно принятым при составлении теплового баланса значением энтальпии уходящих газов.

Так как расхождение не превышает 0,5 % располагаемой теплоты, то расчет выполнен правильно.

5. В зависимости от взаимного движения воздуха и продуктов сгорания определим температурный напор в воздухоподогревателе. При прямотоке и противотоке температурный напор определяем по уравнению:

(6.34)

где ?tб и ?tм - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости;

а при последовательно-смешанном и перекрестном токе - по уравнению:

(6.35)

где - температурный напор при противотоке, определяемый по формуле;

ш - коэффициент пересчета от противоточной схемы к последовательно-смешанному току, определяемый по номограмме.

Поправочный коэффициент при последовательно-смешанном токе определяется по номограмме, а параметры А, Р и R, необходимые для пользования номограммой, - по формулам:

(6.36)

(6.37)

(6.38)

где Нпрм - поверхность нагрева, в которой осуществляется прямоток, м2;

Н - полная поверхность нагрева рассчитываемой части, м2;

ы' и ы" - температура продуктов сгорания на входе и выходе рассчитываемой части поверхности нагрева, °С;

t' и t" - температура подогреваемой среды на входе и выходе рассчитываемой части поверхности нагрева, °С.

6. Определим скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе (м/с)

(6.39)

где Вр - расчетный расход топлива, кг/с или м3/с;

VГ - объем продуктов сгорания, берется из проведенного ранее расчета в табл. 18;

ы - среднеарифметическая температура продуктов сгорания на входе и выходе из воздухоподогревателя, °С;

FBn - площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания, м2 .

7. Определим скорость воздуха в воздухоподогревателе (м/с)

(6.40)

где V0 - теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, берется из проведенного ранее расчета в табл. 18;

вг.в - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому, определена ранее;

t - среднеарифметическая температура воздуха на входе и выходе из воздухоподогревателя, °С;

F - площадь поперечного сечения для прохода воздуха, м2.

8. Определим коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков

бк = бн·сZ·сS·сф; (6.41)

при продольном омывании

бк = бн·сф·сl , (6.42)

где бн - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - по рис. 11, при продольном омывании - по рис. 12;

сZ - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - по рис. 11;

сS - поправка на компоновку пучка, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - по рис. 11;

сф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков труб - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков труб - по рис. 11, при продольном омывании труб - по рис. 12;

сl - поправка на относительную длину, вводится при l / d < 50 в случае прямого входа в трубу, без закругления; при продольном омывании продуктами сгорания поправка вводится для котельных пучков и не вводится для ширм (см. рис. 12).

9. Определим суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2 ·К),

б1= о (бк + бл),

где бл - коэффициент теплоотдачи излучением, для трубчатых воздухоподогревателей первой ступени (по ходу воздуха) принимается бл = 0;

о - коэффициент использования, при сжигании АШ, фрезерного торфа, мазута и древесного топлива принимается равным 0,8, а для всех остальных топлив - равным 0,85.

10. Определим коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к воздуху, Вт/(м2 ·К).

При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков

б2 = бн·сz·сS·сф,

где бн - коэффициент теплоотдачи по номограмме, при поперечном омывании коридорных пучков определяется из рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - из рис. 11;

cz, сS, сФ - поправки, определяемые при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 10, а при поперечном омывании шахматных пучков - из рис. 12.

Для определения перечисленных выше поправок вычислим среднюю температуру воздуха

относительные шаги

11. Определим коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)

12. При конструктивном расчете из уравнения теплопередачи определим площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя (м2)

При поверочном расчете (поверхность нагрева воздухоподогревателя известна) из уравнения теплопередачи определяется теплота, воспринятая воздухом (кДж/кг или кДж/м3)

По значению QВП определяем энтальпию горячего воздуха после воздухоподогревателя (кДж/кг или кДж/м3)

По величине определяем температура горячего воздуха после воздухоподогревателя tг.в.

tг.в = 105 0С

Расчёт окончательного баланса котла

Литературный список

Пак Г. В. Котельные установки промышленных предприятий. Тепловой расчет

Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 280 с.

Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М.: «Энергия», 1980. - 424 с.

Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: «Энергия», 1972. - 200 с.