Тепловой расчет объекта регулирования на эксплуатационном режиме

На рис.1.4.1 показан поперечный разрез вспомогательного автоматизированного водотрубного парогенератора КАВ 4/7. Индекс парогенератора означает, что он автоматизированный водотрубный вспомогательный с паропроизводительностью 4000 кг/ч и рабочим давлением 0,7 МПа.

Данный котлоагрегат состоит из парообразующих труб конвективного и водяного коллекторов.

Пучки подъемных и опускных труб имеют шахматное строение. Крепление труб в коллекторах выполнено методом вальцовки.

Коллекторы сварные и состоят из обечаек и двух приводных штампованных днищ. К стенкам коллекторов приварены штуцера, патрубки и другие элементы для присоединения труб, арматуры и стенок кожуха.

Кожух ПГ сварной, газоплотный, образован двойными фронтовыми, боковыми и потолочной стенками. Жесткость конструкции кожуха обеспечивается установкой распорных скоб трубных связей и перегородок.

На внутренних и наружных стенках имеются окна, закрываемые крышками.

Рис.1.4.1. Поперечный разрез котла КАВ 4/7

 

Исходные данные вспомогательного котла КАВ 4/7

Паропроизводительность насыщенного пара, кг/с 1,1

Температура питательной воды, °С 50

Давление пара, МПа 0,7

Температура уходящих газов, °С 383

КПД, % 80,7

Давление насыщенного пара, МПа 0,70

Конструктивные данные:

Габариты: высота 3235 мм

ширина 1870 мм

Масса котла без воды 8780 кг

Масса холодной воды 1460 кг

Высота парового пространства 0,31 м

Нагрузка зеркала испарения 3800 кг/(м² *ч)

Удельный паросъем 40,8 кг/(м² *ч)

Парообразующая поверхность нагрева 98,1 м²

 

Элементарный состав рабочей массы топлива в %:

Углерод C_p=84,1

Водород H_p=10,1

Сера S_p=3,0

Кислород O_p=0,3

Азот N_p=0,5

Зола A_p=0,1

Влага W_p=1,9

Содержание влаги в воздухе W_B=0,01

Коэффициент избытка воздуха с учетом продувки α =1,3

 

Определение конструктивных размеров топки

Наименование рассчитываемой величины	Расчетная формула или способ определения	Передний фронт	Задний фронт	Боковая стенка	Притопочная стенка	Суммарное значение
Длина стенок топки: l¢, м	по эскизу	2,2	2,2	2,13	1,86
Ширина стенок топки: b¢, м	по эскизу	1,1	1,1	1,27	1,27
Площадь стен, окружающих топку: F, м2	F=l¢×b¢	2,42	2,42	2,7	2,36	Fст=SFi=9,9
Длина экранов топки: l, м	по эскизу			2,13	1,86
Ширина экранов топки: b, м	по эскизу			1,27	1,27
Угловой коэффициент экранов: x	по приложению (1)				0,98
Площадь экранов топки: H, м2	H=x×l×b			2,7	2,3	Hл=SH = 5
Длина топки: Lт, м	по эскизу			1,27
Объем топки: Vт, м3	Vт=Fср Lт	3,1
Степень экранирования топки: y						0,51
Толщина излучающего слоя: Sт, м		1,13

Рис. 1.4.2. I-t диаграмма

Составление предварительного баланса и определение расхода топлива

Наименование рассчитываемой величины	Расчетная формула или способ определения	Результат расчета
Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива: кДж/кг	339CP+1255HP+ +109(SP-OP)-25,1´ ´(9HP+WP)	3,39×84,1+1255×10,1+109×(3-0,3)-25,1×(9×10,1+1,9)=39150
Температура воздуха, поступающего в топку tв С	Принимается в пределах 20…50
Теплоемкость сухого воздуха Cв кДж/(м3×К)	Из таблицы приложения 3, [8]	1,2983
Теплоемкость водяного пара , кДж/(м3×К)	Из таблицы приложения 3, [8]	1,4981
Тепло, внесенное влажным воздухом в топку: Qв кДж/кг		1,3(1,2983+1,61×0,01×1,4981)´´10,2×35=613,7
Температура холодного топлива перед топливоподогревателем tгт, °С	принимается из пределов 20…50 °С
Температура подогретого топлива, поступающего к форсункам tгт, °С	Применяется для принятой марки топлива
Теплоемкость холодного топлива Схт, кДж/кг×К	1,7375+0,0025×tхт	1,83
Теплоемкость подогретого топлива Сгт, кДж/кг×К	1,7375+0,0025k×tгт	2,01
Тепло, содержащееся в холодном топливе на входе в топливоподогреватель Qхт, кДж/кг	Схт × tхт	1,83 × 35=64,05
Тепло, внесенное 1 кг подогретого топлива в топку Qгт, кДж/кг	Сгт × tгт	2,01 × 110=227,1
Тепло, полученное топливом в топливоподогревателе DQгт, кДж/кг	Qгт – Qхт	157,05
Располагаемое тепло на 1 кг топлива , кДж/кг	+ DQгт	39150,4+157,05=39307,5
Потери тепла от химического недожига q3, %	принимается по рекомендациям в пределах 0,2…0,8 % по [8]	0,3
Потери тепла в окружающую среду q5, %		3,84×0,690,5×0,85-1×81×10-2=2
Энтальпия уходящих газов Iух.г, кДж/кг
Температура уходящих газов	по I-t диаграмме рис.
Потери тепла с уходящими газами q2, %
Коэффициент сохранения тепла j	1-0,01q5	1-0,01×2=0,98
Полное тепловыделение в топке Qв.т кДж/кг
Адиабатическая температура в топке: ta, °C; Ta, K	по I-t диаграмме рис.1.4.2. ta + 273
Давление питательной воды на входе в пароводяной коллектор Pпв, Мпа	Pпв=1,16 Pк (Pк=0,7 МПа по условию)	1,16×0,70=0,812
Температура питательной воды на входе в пароводяной коллектор: tпв, °C	задано
Энтальпия питательной воды hпв, кДж/кг	приложение 6, [8]	168,2
Теплота парообразования r, кДж/кг	приложение 5, [8]	2065,8
Степень сухости насыщенного пара, x		0,99
Энтальпия кипящей воды в паровом котле h¢, кДж/кг	приложение 5, [8]	697,1
Энтальпия влажного насыщенного пара hx, кДж/кг,	h¢ + rx	697,1+2065,8×0,99=2742
Расчетный расход топлива Bp, кг/с

Расчет теплообмена в топке

Наименование рассчитываемой величины	Расчетная формула или способ определения	Результат расчета
Средний условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей топочных экранов xj	Принимается из предела 0,5…0,65 по [6,8]	0,65
Давление газов в топке Pг, Мпа		0,1
Парциальное давление трехатомных газов Pп, Мпа	zп×Pг	0,21×0,1=0,021
Ориентировочная температура газов на выходе из топки: t¢зт, °С; Т¢зт, °К
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, kc
Степень черноты факела, условно состоящего только из светящегося пламени асв
Степень черноты факела, условно состоящего только из несветящихся трехатомных газов аг
Относительная доля светящихся трехатомных газов в факеле m	где
Эффективная степень черноты газов аф	maсв+(1–m)aг	0,84×0,45+(1-0,84) ×0,17=0,41
Степень черноты экранированных камерных топок ат
Энтальпия газов за топкой (tзт=1300°С) I¢зт кДж/кг	по I-t диаграмме рис.1.4.2.
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива VгСф, кДж/кг×К
Критерий В0
Среднее расстояние от пода топки до оси форсунки hф, м	по эскизу	0,35
Расстояние от пода топки до геометрического центра выходного окна газов Нф, м	по эскизу	1,9
Относительный уровень расположения форсунки Хф	hф/Нф	0,3
Относительное расположение максимума температуры пламени по высоте топки Хт	Хт = Хф	0,3
Параметр, зависящий от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки, м	0,54 – 0,2Хт	0,54 – 0,2×0,3=0,48
Температура газов на выходе из топки tзт, °C
Энтальпия газов на выходе из топки	I - t диаграмма
Количество тепла, отданного газами в топке	φвр(Qв.т. - Iз.т.)	0,98·0,069(39867-27800)=816

Определение основных конструктивных размеров котла

Наименование рассчитываемой величины	Расчетная формула или способ определения	Результат расчета
Расположение трубок	по эскизу	Шахматное
Наружный диаметр трубок: d н, м	по эскизу	0,0295
Внутренний диаметр трубок: d вн, м	по эскизу	0,025
Поперечный шаг трубок: S 1, м	по эскизу	0,042
Продольный шаг трубок: S 2, м	по эскизу	0,043
Эффективно омываемая газами длина трубок: l, м	по эскизу	1,61
Расстояние между осями крайних тру по эскизу бок в ряду: L, м	по эскизу	1,27
Количество трубок в ряду: z 1	по эскизу
Количество рядов трубок: z 2	по эскизу
Число перегородок по высоте (ширине) паровоздухогазоходов: n	По эскизу
Площадь поверхности с шахматным расположением трубок: H, м2	Nd н l(z 1 z 2-0,5 z 2 )	20,5
Площадь сечения для прихода газов с наружной стороны труб: F н, м2		1,5
Относительный шаг трубок в ряду: S тр	S 1/ d н	1,4
Относительный шаг рядов трубок: S р	S 2/ d н	1,46
Относительный диагональный шаг трубок: S д		1,62
Коэффициент, учитывающий геометрическое расположение трубок: φs		0,65
Поправка на геометрическую компоновку при шахматном расположении трубок: C S		0,33
Поправка на число рядов при шахматном расположении трубок: Cz
Эквивалентная толщина излучающего слоя газов при наружном омывании газами трубок: S, м		0,044