Расчет параметра котлов

Исходные  данные 

1. Топливо - природный газ Уренгой-Надым-Пунга-Ухта

2. Температура  питательной воды на входе  в котел                                        265 °С

3. Температура острого пара                                                                              545°С

4. Давление острого  пара                                                                                    255 атм

5. Температура  уходящих газов                                                                         125 °С

6. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель                              40 °С 

Состав природного газа: 

V0н = 9,42 м3/м3                         Vн0.H2O = 2.13 м3/м3                       СН4 = 98,72 %       С4Н10 = <0.01 %    

VнRO2 = 0,99 м3/м3                   Vн0.г = 10,58м3/м3                          С2Н6 = 0,12 %        СО2 = 0,14 % 

Vн0.N2 = 7.46 м3/м3                   QНс = 8479ккал/м3                        С3Н8 = 0,01 %       N2=1% 

Коэффициент избытка воздуха 

Топка:

присосы в топке                                                                   α = 1,05                      ∆αт = 0,05  

присосы за КПП  ВД                                                            αКПП ВД = 1,1             ∆αКПП = 0,03  

присосы за КПП  НД-2                                                        αКПП НД-2 = 1,13           ∆αКПП = 0,03  

присосы за КПП  НД-1                                                        αКПП НД-1 = 1,16           ∆αКПП = 0,03  

присосы за водяным  экономайзером                                αВЭ = 1,19                   ∆αВЭ = 0,02   

присосы за РВП                                                                  αРВП = 1.21                  ∆αРВП = 0,15

в уходящих газах                                                                 αух = 1,36  
 

Таблица 1.  

Расчетная величина
          Газоход
ТОПКА КПП ВД КПП НД 2 КПП НД 1 ВЭ РВП
Коэффициент

избытка воздуха, α = αi + ∆α

 1,05 1,1 1,13 1,16 1,19 1,21
Среднее значение коэффициента избытка воздуха, αср 1,05 1,075 1,115 1,145 1,175 1,2
VH20 = Vн0.H2O +0,0161*(αСР-1)*V0, м3/ м3 2,218 2,222 2,228 2,233 2,238 2,242
VГ = VнRO2 + Vн0.N2 + VH2O +(αСР-1)*V0, м3/м3 11,625 11,877 12,280 12,583 12,886 13,138
rRO2 = VнRO2 / VГ 0,091 0,089 0,086 0,084 0,082 0,08
rH2O = VH20 / VГ 0,191 0,187 0,181 0,177 0,174 0,171
rn = rRO2 + rH2O 0,282 0,276    0,267 0,261 0,256 0,251
 
 
 
 
 
 
 

Энтальпии продуктов сгорания 

Таблица I-ϑ 

υ ,  ° С
    Iг0,

 ккал/нм3
    Iв0,

ккал/нм3

Iр = I0г + (α – 1)*I0в + rрг*Iг ккал/нм3
α = 1,05 α = 1,075 α = 1,115 α = 1,145 α = 1,175 α = 1,2
100 367 315  
    -
    -
    -
    464
    473
200 742 634
    -
    -
    -
    -
    938
    956
300 1131 960
    -
    -
    -
    1397
    1429
    1455
400 1520 1286
    -
    -
 1835
    1877
    1920
    1955
500 1931 1628
    -
    -
 2330
    2384
    -
    -
600 2341 1969
    -
 2738 2824
    2889
    -
    -
700 2771 2324 3176 3240 3342
    -
    -
    -
800 3200 2679 3667 3741
    -
    -
    -
    -
900 3648 3046 4180 4264
    -
    -
    -
    -
1000 4096 3412 4693 4787
    -
    -
    -
    -
1100 4556 3787 5220 5324
    -
    -
    -
    -
1200 5016 4161 5746
    -
    -
    -
    -
    -
1300 5481 4544 6279
    -
    -
    -
    -
    -
1400 5945 4926 6810
    -
    -
    -
    -
    -
1500 6425 5314 7360
    -
    -
    -
    -
    -
1600 6904 5702 7908
    -
    -
    -
    -
    -
1700 7393 6092 8467
    -
    -
    -
    -
    -
1800 7882 6482 9027
    -
    -
    -
    -
    -
1900 8375 6879 9591
    -
    -
    -
    -
    -
2000 8868 7275 10155
    -
    -
    -
    -
    -
2100 9367 7673
    -
    -
    -
    -
    -
    -
2200 9865 8071
    -
    -
    -
    -
    -
    -
2300 10872 - - - - - - -
 

Iг = I0г + (α – 1)*I0в 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

              Тепловой  баланс

Величина Обозна - чение Размер - ность Формула или  обоснование Расчет
1 2 3 4 5
Располагаемое тепло топлива Qрр ккал / нм3 Qрн 8971
Температура уходящих газов ϑух ° С задана 130
Энтальпия Iух ккал / нм3 по I - ϑ таблице 690
Температура холодного воздуха tхв ° С задана 40
Энтальпия холодного воздуха Iхв ккал / нм3 по I - ϑ таблице 126
   Потери тепла:

- от хим. недожога

- от мех. недожога

- с уходящ. газами 
 

от наружного  охл.

  
q3

       q4

q2 
 

q5

  
%

%

       % 
 

%

  
            таблица №4 

[(Iух-α*Iхв°)*(100-q4)]/Qрр

  

Рис. 5.1 “Н.м” стр. 30

                   

                    0,5                

                     0

         (690-1,36*126)

         *100/8971=5,78 

0.2

Сумма тепловых потерь ∑q % q2 + q3 + q5  5,78+0,5+0,2=6.48
Коэффициент полезного действия ηка % 100 - ∑q 100 – 5,93 = 93,52
Давление  перегретого пара pпп кгс / см2 задано 255
Температура перегретого пара tпп ° С задано 540
Энтальпия перегретого пара iпп ккал / кг i - s 789,82
Расход  вторичного пара Двт т / ч задан 670
Давление  питательной воды pпв кгс / см2 задано 300
Температура питательной воды tпв ° С задана 270
 
 
 
1 2 3 4 5
Энтальпия питательной воды 
 iпв ккал / кг i – s 282,3
Давление  вторичного пара на входе КА p'вт кгс / см2 задано 39
Температура вторичного пара на входе КА t'вт ° С задано 310
Энтальпия вторичного пара на входе КА i'вт ккал / кг i - s 715,9
Давление  вторичного пара на выходе КА p''вт кгс / см2 задано 37
Температура вторичного пара на выходе КА t''вт ° С задано 545
Энтальпия вторичного пара на выходе КА i''вт ккал / кг i - s 848,8
Расход  первичного пара Дпп т / ч по условиям работы 970
Тепло, полезно используемое в котле Qка ккал / ч Дпп*(iпп – iпв) + Двт*( i´´вт - i´вт) [970*(789,82 - 282,3) + 670*(848,8 - 715,9)]*103= 581*106
Полный  расход топлива В м3 / ч Qка/100 Qрр* ηка 581*106*100/8971*93,52 = 69252
Расчетный расход топлива Bр м3 / ч В 69252
Коэффициент сохранения тепла φ - 1 – q5 / (ηка + q5) 1 -0,2/(93,52 + 0,2) = 0,998
 
1 2 3 4 5
 
Диаметр ротора 		 
dвн		  
мм		  
конструкторские данные 		 
6800
Количество  воздухоподогревателей на котле  
n		  
-		  
конструкторские данные 		 
2
Количество  секторов  
- 		 
-		  
конструкторские данные		 9 воздух + 13 газ  + 2 разд. = 24
Доли  поверхности, омываемой газами и  воздухом  
x1, x2		    
конструкторские данные		  
13/24=0,542; 9/24=0,375
Холодная  часть        
Эквивалентный диаметр  
dэкв		  
мм		  
конструкторские данные		  
10,2???
Поверхность нагрева  
Н		  
м2		  
конструкторские данные		  
13003???
Сечение для прохода газов  
Fг		  
м2		  
конструкторские данные		  
29,4???
Сечение для прохода воздуха  
Fв		  
м2		  
конструкторские данные		  
20,4???
Высота  набивки h м конструкторские данные 0,7????
Температура холодного воздуха  
t'хв 		 
° С		  
задана		  
40
Энтальпия i'хв ккал / нм3 по I - ϑ таблице 126
Температура уходящих газов  
ϑух		  
      °  С		  
задана		  
130
Энтальпия Iух ккал / нм3 по I - ϑ таблице 690
Температура воздуха на выходе (промежуточная)  
tпр		  
° С		  
принимаем		  
80
Энтальпия Iпр ккал / нм3 по I - ϑ таблице 255
Отношение расходов воздуха

на выходе из холодной части

  
β''хч 		 
-		  
αт - ∆αпл + ∆αвп / 2		  
1,05 - 0 + 0,15 / 2= 1,125

Регенеративный  воздухоподогреватель 
 
 

1 2 3 4 5
Присосы воздуха ∆αхч - по таб. XVII (стр.171 [Н.м]) 0,07
Тепловосприятие

(по  балансу) 

  
Qб 		 
ккал / нм3 		 
(β''хч + ∆αхч/2)*( Iпр – i'хв) 		 
(1,125+0,07/2)*(255-126) = 150
Энтальпия газов на входе в ХЧ  
I'		  
ккал / нм3		  
Iух + Qб / φ - ∆αхч* i’хв 		 
690 + 150/0,998 – 0,07*126 = 832
Температура газов на входе в ХЧ  
ϑ'		  
° C		  
по I – ϑ таблице 		 
174
Средняя температура газов  
ϑср		  
° С		  
(ϑ' + ϑух) / 2		  
(174+130) / 2 = 152
Средняя температура воздуха  
tср		  
° С		  
(tхв + tпр) / 2		  
(40 + 80) / 2 = 60
Средняя температура стен  
tст		  
° С		 (x1* ϑср + x2*tср)/(x1 + x2) (0,542*152+0,375*60)/(0,542+0,375) = 114
Температурный напор  
∆t		  
° С		  
ϑср – tср		  
152 – 60 = 92
Скорость  газов ωг м/с Bр*Vг*( ϑср+273)/(3,6*273*Fг) 69,252*13,138*(152+273)/

(3,6*273*29,4)=13,38

 
 
Скорость  воздуха 		 
 
ωв		  
 
м/с		  
 
(β''хч+∆αхч/2)* Bр*V0*

( tср+273)/3,6*Fв*273 

  
 
(1,125+0,07/2)*69,252*9,93*(60+273)/3,6*20,4*273=

13,25 

Коэффициент теплоотдачи от газов

к стенке

  
αгк		  
ккал/м2ч°С		  
αн*Сф*С1

(по номограмме 18)

стр.259 [Н.м.]

  
46,5*1,2*0,9=50,22
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху  
αвг		  
ккал/м2ч°С		  
αн*Сф*Сн*С1

(по номограмме 18)

стр.259 [Н.м.]

  
47*1,23*0,9*1=52
Коэффициент использования  
ξ		  
-		   0,85
Коэффициент теплопередачи  
k		  
ккал/м2ч°С		  
ξ/(1/(x1* αгк)+1/(x2* αвг))		  
0,85/(1/(0,542*50,76)+

1/(0,375*53,72))=9,64

 
 
 
1 2 3 4 5
Тепловосприятие (по уравнению теплопередачи)  
Qт		  
ккал / нм3		  
H*∆t*k/Bp		  
13003*92*9,64/69252

= 166,7

Отношение тепловосприятий  
Qт/Qб 		 
%		  
Qт/Qб*100 		 
166,77/150 * 100 = 111,1

отличаются  на 11,1 %

Горячая часть        
Эквивалентный диаметр dэкв мм конструкторские данные 9,6
Поверхность

нагрева

 Н м2 конструкторские данные 30303
Сечение для прохода газов Fг м2 конструкторские данные 32,3
Сечение для прохода воздуха Fв м2 конструкторские данные 22,4
Высота  набивки h м конструкторские данные 1,31
Температура воздуха на входе в ГЧ tпр ° С из расчета  холодной части 80
Энтальпия воздуха Iпр ккал / нм3 по I - ϑ таблице 255
Отношение расходов воздуха

на выходе из холодной части

  
β''гч 		 
-		  
αт - ∆αпл + ∆αвп / 2		  
1,05 - 0 + 0,15/2 = 1,125
Присосы воздуха ∆αгч - по таб. XVII (стр.171 [Н.м]) 0,15
Тепловосприятие (по балансу) Qб ккал / нм3  
(β''гч + ∆αгч/2)*( Iгв – Iпр) 		 
(1,125+0,15/2)*(602-220)=458,4??????
Энтальпия газов на входе в ГЧ  
I´´		  
ккал / нм3		  
I´+ Qб / φ - ∆αгч * Iпр 		 
725+458,4/0,998-0,15*220=

1151

Температура газов на входе в ГЧ ϑ´´        ° С по I - ϑ таблице 239
Температура горяч. воздуха на выходе tгв ° С принимаем 190
Энтальпия Iгв ккал / нм3 по I - ϑ таблице 602
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 2 3
      4
      5
Средняя

температура газов

 ϑср ° С
    (ϑ''+ϑ') / 2
    (239+ 150)/2 = 195
Средняя температура воздуха tср ° С
    (tпр + tгв) / 2
    (80+ 190)/2 =135
Средняя

температура стен

 tст ° С (x1* ϑср + x2*tср)/(x1 + x2)
    (0,542*195 + 0,375*135) /

    (0,542 + 0,375) = 170

Температурный напор ∆t ° С
    ϑср – tср
    195 - 135=60
Скорость  газов       ωг м/с Bр*Vг*(ϑср+273)/(3,6*273*Fг) 69,252*13,138*(195+273)/

(3,6*273*32,3)=13,4

Скорость  воздуха ωв м/с β''гч+∆αгч/2)* Bр*V0*

( tср+273)/3,6*Fв*273

 (1,125+0,15/2)*69,252*9,93*(135+273)/3,6*22,4*273=

15,3

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке  
αгк		  
ккал/м2ч°С		 αн*Сф*Сн

(по номограмме 18)

стр.259 [Н.м.]

  
48,2*1,15*1,6=88,7
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху  
αв		  
ккал/м2ч°С		 αн*Сф*Сн*С1

(по номограмме 18)

стр.259 [Н.м.]

  
52*1,1*1,6*1=91,52
Коэффициент использования ξ -   0,85
Коэффициент теплопередачи к ккал/м2ч°С ξ/(1/(x1* αгк)+1/(x2* αвг)) 0,85/(1/(0,542*88,7)+

1/(0,375*88,3))=17

Тепловосприятие (по уравнению теплопередачи) Qт ккал / нм3 H*∆t *к / Вр 30303*60*17/69252 = 446
Отношение тепловосприятий Qт/Qб     458,4/446 * 100 = 102,78

отличаются  на 2,78 %

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Топка 

1 2 3 4 5
Объем топки Vт м3 конструкторские данные 1434
Поверхность стен Fст м2 конструкторские данные 879,7
Температура в отборе tотб ° С tгв+40 190+40=230
Энтальпия в отборе Iотб ° С по I - ϑ таблице 1085
Тепло рециркуляции газов Qрец ккал / нм3 г*Iотб 0,1*1085 =108,5
Тепло, вносимое в топку с воздухом Qв ккал / нм3 (αт - ∆αт)*Iгв + ∆αт*Iхв (1,05+0,05) *602 +

+ 0,05*126 = 668,5

Полезное  тепло, выделяемое в топке Qт ккал / нм3 (Qрр*(100-q3)/100 ) + Qв +Qрец 8971*(100- 0,5)/100 + 668,5 + 108,5 = 9703
  Теоретическая температура ϑа ° С по I - ϑ таблице 1920
Температура газов на выходе ϑт'' ° С принимаем 1250
Энтальпия Iт" ккал / нм3 по I - ϑ таблице 6013
  Эффективная

толщина излучающего слоя

 S м 3,6* Vт / Fст 3,6*1434/879,7 = 5,87
Коэффициент ослабления лучей 

3-х атомными  газами

  
 
кг		  
 
-		  
по номограмме 3 стр.242 [H.м.]		  
0,3
Произведение pп s - p*rп*s 1 * 0,283 * 5,87 = 1,66
Оптическая  толщина kps - kr*pп*s 0,3 * 1,66 = 0,498
Степень черноты факела аф - по номограмме 2 стр.241 [Н.м.] 0,39
Расчет параметра котлов