Тепловой расчет парового водотрубного котла
Тепловой расчет парового водотрубного котла
Расчет элементарного состава рабочей массы топлива и его теплотворной способности
Таблица 1
| № п/п
| Параметр
| Обозначение
| Источник или формула
| Размерн.
| Числ. знач.
| |
| Марка топлива
|
| задана
| -
| -
| |
| Состав горючих элементов:
| 
| приложение 1
| %
|
| |
| - углерод
| 
|
| %
| |
| - водород
| 
|
| %
| |
| - азот
| 
|
| %
| |
| - кислород
| 
|
| %
| |
| - сера
| 
|
| %
| |
| - зола
| 
|
| %
| |
| - вода
|
|
|
| |
| Состав рабочих элементов:
| 
| k СГ
| %
|
| |
| - углерод
| 
| k НГ
| %
| |
| - водород
| 
| k НГ
| %
| |
| - азот
| 
| k ОГ
| %
| |
| - кислород
| 
| k SГ
| %
| |
| - сера
- зола
| 
| -
-
| %
%
| |
| - вода
|
|
|
| |
| Теплота сгорания горючей массы
| 
| приложение 1
| кДж/ кг
|
| |
| Теплота сгорания рабочей массы
| QР
Н
| QР = 0, 339
Н
СР+1, 236× НР –
– 0, 109(ОР- SР) –
– 0, 0251(9 НР+ WР)
| МДж/ кг
|
|
Расчет количества воздуха и дымовых газов для 1 кг топлива
Таблица 2
| № п/п
| Параметр
| Обозна- чение
| Источник или формула
| Раз- мерн.
| Числ. знач.
| |
| Коэф. избытка воз- духа
| α
| задается
| -
|
| |
| Теоретически необ- ходимое количества сухого воздуха
| Vo
RO2
| 0, 0889(СР+ 0, 375SP) +
+ 0, 267НР- 0, 03330Р =
| м3/кг
|
| |
| Объем трехатомных газов (СО2 и SО2)
| Vo
| 0, 01866(СР + 0, 375SP)=
| м3/кг
|
| |
| Теоретический объем азота (N2)
| Vo N2
| 0, 79V°+ 0, 008NP =
| м3/кг
|
| |
| Теоретический объем водяного
пара при
d = 0, 01 кг/кг
(WФ= 0)
| Vo Н2О
| 0, 111HP+0, 0124WP+
+ 0, 0161V°
| м3/кг
|
| |
| Избыточный объем воздуха
| VИЗБ.
| (α - 1)V° =
| м3/кг
|
| |
| Полный объем водя- ных паров
| VH20
| V°H20+ 0, 0161Vизб =
| м3/кг
|
| |
| Полный объем ды- мовых газов
| Vr
| VRO2 + VОN2 + VH20 +
Vизб =
| м3/кг
|
| |
| Объемная доля трех- атомных газов(СО2
и SО2)
| rR02
| Vo / Vr
RO2
|
|
| |
| Объемная доля водя- ных паров
| rH20
| VH20 / Vr
|
|
| |
| Парциальное давление:
- трехатомных газов;
- водяных паров
| Р R02
Р H20
| 0, 1 · r R2О
0, 1 · r Н2О
| МПа МПа
|
|
Таблица 3
 1.3 Расчет энтальпии продуктов сгорания 1 кг топлива
| υ, oC
| VR02
м3/кг
| V°N2
м3/кг
| V°H2O
м3/кг
| Jo
| Влаж- ный воздух
| (α -1)
| (α -1)Jo МДж/кг
| Jr, МДж/кг
| | CCO2, МДж/(м3·оC)
| VRO2CCO2,
МДж/(кг·оC)
| CN2, МДж/(м3·оC)
| VN2CN2, МДж/(кг·оC)
| CН2О, МДж/(м3·оC)
| VН2ОCН2О,
МДж/(кг·оC)
| Cвл.в, МДж/(м3·оC)
| Jo
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4
Предварительный тепловой баланс
| № п/п
| Параметр
| Обозна- чение
| Формула или источник
| Единица измерения
| Числ. значе- ние
| |
| Теплота сгорания топлива
| QP
H
| из таблицы 1
| кДж/кг
|
| |
| КПД котла
| η к
| задано вариантом
| %
|
| |
| Тепловые потери: неполнота сгорания в окружающую среду с уходящими газами
| q3+4
q5 q2
| принимается не более 0, 5 % рекомендуется 1, 0-5-1, 5
100-(η к + q3 + qs)
| %
|
| |
| Температура хо- лодного воздуха
| tхв
| принимается
| °С
|
| |
| Приращение температуры за счет сжатия
| Δ t1
| 20÷ 30
| °С
|
| |
| Температура посту- пающего воздуха
| tB
| tB = tXB + Δ tx
| °С
|
| |
| Теплоемкость хо- лодного воздуха
| свл.в
| приложение 2
| кДж
(м3 °С)
|
| |
| Теплота, вносимая в топку с воздухом
| Jхв
| Jхв = α V°Cвл.в tв
| кДж/кг
|
| |
| Температура топлива перед форсункой
| tT
| принимается стр. 65 [8]
| °С
|
| |
| Теплоемкость топлива
| ст
| ст = 138 +
+ 0, 0025tT
| Дж/ м3 °С
|
| |
| Физическая теплота топлива
| iT
| CT tT
| кДж/кг
|
| |
| Располагаемая теп- лота, вносимая в топку с топливом
| Qp
р
| Qp + i
р T
| кДж/кг
|
| |
| Потеря теплоты с уходящими газами
| Q2
| 0, 01q2Qp
p
| кДж/кг
|
| |
| Энтальпия уходящих газов
| Jуг
| Q2 + JXB
| кДж/кг
|
| Окончание табл. 4
| № п/п
|
Параметр
| Обозна- чение
| Формула или источник
| Единица измерения
| Числ. значе- ние
| |
| Температура ухо- дящих газов
| tyг
| диаграмма J - υ
| °С
|
| |
| Рабочее давление в котле
| РК
| из варианта задания
| МПа
|
| |
| Абсолютное давление в котле
| РКА
| РК + 0, 1
| МПа
|
| |
| Массовое паросо- держание пара на выходе из парового коллектора
|
х
|
принимается
(0, 98–0, 99)
|
-
|
| |
| Теплота парооб- разования при Рка
| r
| из таблицы воды и пара
| кДж/кг
|
| |
| Энтальпия кипящей воды при Рка
| i'
| из таблицы воды и пара
| кДж/кг
|
| |
| Энтальпия влажного пара при выходе коллектора
|
ix
|
i' + г-х
|
-
|
| |
| Температура питательной воды
|
°С
| из варианта зада- ния
|
°С
|
| |
| Энтальпия питательной воды
| iпв
| из таблицы воды и пара
| кДж/кг
|
| |
| Паропроизводи- тельность котла
|
Дк
| из варианта задания
|
кг/с
|
| |
| Коэффициент продувки котла
|
φ пр
|
принимается
|
-
|
| |
| Расход воды на продувание котла
| Дnp
| φ np ДK
| кг/с
|
| |
| Тепловая мощность испарительных поверхностей нагрева котла
|
Qисп
|
Дк (ix - iпв) +
+ Дnp (i' - iпв)
|
кДж/кг
|
| |
| Расход топлива на котел
|
B
| Qисп: 0, 01hкQР
Р
|
кг/с
|
| |
| Испарительная способность топлива
|
И
|
Дк × B
|
-
|
| Таблица 5
Компоновка топки
| № п/п
| Параметр
| Обозна- чение
| Формула или источник
| Единица измере- ния
| Числ. значе- ние
| |
| Удельная мощность топки
| qт
| 0, 4÷ 2, 4 МВт/м3
(по Р наддува)
| МВт/м3
|
| |
| Число форсунок
| n
| принимается по ДК
| -
|
| |
| Расчетная производи- тельность одной форсунки
| ВФ
| В / n
| кг/с
|
| |
| Температура воздуха в отверстиях фурмы
| tГ.В.
| принимается или по вариан- ту
| °С
|
| |
| Расход дутьевого воз- духа через отверстия фурмы (р≈ 0, 1 МПа)
| Vсек
ф
| α VoBф(tгв + 273)
| кг/с
|
| |
| |
| Скорость воздуха в отверстие фурмы
| ω 'ф
| принимается
25÷ 50
| м/с
|
| Продолжение табл. 5
| № п/п
|
Параметр
| Обозна- чение
| Формула или источник
| Единица измере- ния
| Числ. значе- ние
| |
| Живое отверстие фур- мы
|
f'
| Vсекф mFф
| м2
|
| |
| Диаметр отверстия фурмы
|
d'ф
|
fr
J
0, 785
|
м
|
| |
|
Принятый диаметр фурмы
|
dф
| округляется до стандартного размера
(см. ГОСТ)
|
м
|
| |
| Принятое живое сече- ние фурмы
| f
| 0, 785 d2
ф
| м2
|
| |
| Действительная скорость воздуха
в отверстии фурмы
|
ω ф
| Vсекф f
|
м/с
|
| |
| Расстояние между ося- ми форсунок
| а
| > 2dф
| м
|
| |
| Расстояние между осью форсунки и трубами поверхности нагрева
|
b
|
> 2, 5dф
|
м
|
| |
| Расчетный объем топки
| V'т
| ВQP: q
H T
| м3
|
| |
| Длина топки
| l'т
|
3ƒ V′
T
| м
|
| |
| Расчетная площадь фронта
| F'т.ф
| V'т: l'т
| м2
|
| |
| Диаметр фронта (для цилиндрической топки)
|
Dфр
|
Vrт
2J
nIrт
|
м
|
| |
|
Принятая площадь фронта
|
Fт.ф
| с эскиза топки после его выполнения
в масштабе
|
м2
|
| |
| Принятый объем топки
| Vт
| l'т Fт.ф
| м3
|
| |
|
Удельная мощность топки
|
qт
| BQPн
Vт
|
МВт/м3
|
| Окончание табл. 5
| № п/п
|
Параметр
| Обозна- чение
| Формула или источник
| Единица измере- ния
| Числ. значе- ние
| |
| Установочные длины:
- труб экрана;
- первый ряд прямо- точного пучка
| l'э
l'п
|
с эскиза топки
|
м
|
| |
| Активные длины:
- труб экрана;
- первый ряд прямо- точного пучка
|
lэ lп
|
с эскиза топки
|
м
|
| |
| Лучепринимающая поверхность нагрева
| Нл
| ( lэ+lп) l'т
| м 2
|
| |
| Полная поверхность стен топки котла
| Fст
| Нл +2 Fтф
| м 2
|
| |
| Степень экранирования топки
| ѱ
| Hл: Fст
|
|
| |
| Высота топки
| Hт
| из эскиза
| м
|
| |
| Высота расположения форсунок
| hф
| С эскиза
| м
|
|
Таблица 6
Расчет теплообмена в топке
| № п/п
| Параметр
| Обо- знач.
| Источник или формула
| Размерн.
| Числ. знач.
| |
| Объемная теплоемкость воздуха, поступающего в топку
| Сг.в.
| приложение 2
| кДж/ м3оС
|
| |
| Теплота, внесенная воз- духом в топку, отнесен- ная к 1 кг топлива
| JГ.B.
| α V°CГ.B.t Г.B
| МДж/кг
|
| |
| Теоретическая (адиабат- ная) энтальпия продуктов сгорания топлива
| Ja
| p
(1 -q3 ) +
Q p 100
JГ.B.
| МДж/кг
|
| |
| Теоретическая темпера- тура продуктов сгорания
| υ а
| диаграмма J - υ
| °С
|
| |
| Температура газов на выходе из топки
| υ 'з.т.
| предварительно принимаем
| °С
|
| |
| Энтальпия газов на выхо- де из топки
| J'з.t.
| диаграмма J - υ
(рис. 1)
| МДж/кг
|
| |
| Средняя суммарная теп- лоемкость продуктов сго- рания
| vrcp
| Ja — Jr
з.т.
υ a — υ з.т.
| МДж/кг °С
|
| |
| Постоянная излучения абсолютно черного тела
| σ o
| по справочнику
| МВт/м2К4
|
| |
| Коэффициент сохранения теплоты
| φ
| 1 — q5
η к + q5
| -
|
| |
| Критерий Больцмана, Та = υ а + 273
| В'о
| φ BVrCp σ oHлTа3
| -
|
| |
| Коэффициент
| с
| См. рис. 1
| -
|
| |
| Безразмерная температура газов на выходе из топки
| Qз.т.
| c
1 —
Bro
| -
|
| |
| Температура газов на выходе из топки
| υ з.т.
| Qз.т. Та - 273
| оС
|
| |
| Разность принятого и расчетного значения υ з.т.
| Δ υ з.т.
| υ 'з.т - υ з.т
| °С
|
| 
| № п/п
| Параметр
| Обо- знач.
| Источник или формула
| Размерн.
| Числ. знач.
| |
| Энтальпия газов на выходе из топки
| Jз.т.
| диаграмма J - υ
| МДж/кг
|
| |
| Тепловая мощность лучи- стого теплообмена
| Qл
| φ B(Ja – Jз т.)
| МВт
|
| |
| Коэффициент прямой отдачи
| æ
| 100Qл
BJa
| %
|
|
Таблица 7
Таблица 8
Тепловой баланс котла
| № п/п
| Параметр
| Обо- знач.
| Источник или формула
| Раз- мерн.
| Числ. знач.
| |
| Мощность теплового потока фактическое:
- в топке;
- в испарительном пучке
| Qл Qпо
| из расчета топки из расчета конвект.
испарительн. пучка
| МВт МВт
|
| |
| Фактическая паропро- изводительность котла
| Dфак
| 1000(Qл+Qпо)
(is — iпв) + ߮ пр(ir — iпв)
| кг/см
|
| |
| Отклонения от задания
| ±Δ D
| 100(Dзад — Dфак)/ Dзад
| %
|
| |
| КПД котла по прямому балансу
| η прк
| (Qл+Qпо) ∙ 100 =
BQрp
| %
|
| |
| Потери тепла:
- от хим. неполноты сгорания топлива;
- наружного охлажде- ния
| q3 q5
| из предварительного теплового баланса
| %
%
|
| |
| Температура уходящих из котла газов
| υ ух
| υ ух = υ ”по
| °С
|
| |
| Энтальпия уходящих из котла газов
| Jух
| Jyx = J" по
| МДж/ кг
|
| |
| Энтальпия воздуха, входящего в топку
| Jхв
| из предварительного теплового баланса
| МДж/ кг
|
| |
| Потеря теплоты с ухо- дящими газами
| q 2
| (Jyx—Jxв) · 100 =
Qpp
| %
|
| |
| КПД котла по обратно- му балансу
| η обр
к
| 100 - (q'2 + q3 + q5) =
| %
|
| |
| Погрешность расчета
(не более ± 3 %)
| δ η обрк
| 100(yк–yобрк) =
yк
| %
|
|
Таблица 15
| № п/п
| Параметр
| Обо- знач.
| Источник или формула
| Раз- мерн.
| Числ. знач.
| |
| Материал
| -
| приложение 3
| -
|
| |
| Расчетное давление
| P
| 1, 05 РК =
| МПа
|
| |
| Расчетная температура стенки
| tст
| приложение 4
| °С
|
| |
| Предел текучести материала
| σ ts
| приложение 5
| МПа
|
| |
| Предел длительной прочности материала
| σ t
дп
| приложение 5
| МПа
|
| |
| Коэффициент запаса прочности
| n
| приложение 6
| -
|
| |
| Коэффициент прочности
| φ
| приложение 7
| -
|
| |
| Допустимое напряжение
| σ tдоп
| σ ts / n
| МПа
|
| |
| Наружный диаметр труб
| dH
| из теплового расчета
| мм
|
| |
| Расчетная толщина стенки труб
|
| Pdн =
2otдоп–P
| мм
|
| |
| Прибавка к толщине
| с
| принимается
| мм
|
| |
| Принимаемая толщина стенки трубки
| δ тр
| δ ' + С =
| мм
|
|
Таблица 16
Тепловой расчет парового водотрубного котла
|
