Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» Н.П. ЖУКОВ, Н.Ф. МАЙНИКОВА, О.Н. ПОПОВ, Е.В. ПУДОВКИНА, А.О. АНТОНОВ КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Утверждено Учёным советом в качестве учебного пособия к выполнению курсового проекта для студентов, изучающих дисциплину «Котельные установки и парогенераторы» Тамбов • Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ» • 2013 1 УДК 621.181.04 ББК 31.361я73 Ж86 Р еце нз е нт ы: Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Прикладная механика и сопротивление материалов» ФГБОУ ВПО «ТГТУ» В.Ф. Першин Доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии С.А. Нагорнов Ж86 Котельные установки : учебное пособие / Н.П. Жуков, Н.Ф. Майникова, О.Н. Попов, Е.В. Пудовкина, А.О. Антонов. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. – 80 с. – 50 экз. ISBN 978-5-8265-1187-9 Содержит рекомендации к тепловому, аэродинамическому и гидравлическому расчётам котла в связи с переводом его на другое топливо. Рассчитано на совместное использование с «Нормативными методами» теплового, аэродинамического и гидравлического расчётов. Тематика и содержание курсового проекта соответствуют требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 140100 «Теплоэнергетика» специальности 140106 «Энергообеспечение предприятий» и по направлению подготовки 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» магистерской программы 140100.03 «Технология производства электрической и тепловой энергии». Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Котельные установки и парогенераторы». УДК 621.181.04 ББК 31.361я73 ISBN 978-5-8265-1187-9 2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»), 2013 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Курсовой проект выполняется по заданию, выдаваемому преподавателем. В проекте: изучаются характеристики котла-прототипа и его конструкция, условия эксплуатации; уточняются характеристики заданного топлива, способ его сжигания, температура горячего воздуха и коэффициент его избытка в топке; рассчитываются энтальпия продуктов сгорания для всего газового тракта котла; вычисляются потери тепла с уходящими газами, КПД котлоагрегата и расход топлива; производится расчёт теплообмена в топочной камере; производится расчёт конвективных поверхностей нагрева; определяется КПД котлоагрегата (по прямому балансу); производится сравнение полученных характеристик проекта с прототипом и даётся объяснение имеющихся различий; выполняется аэродинамический расчёт газового и воздушного трактов котельного агрегата, гидравлический расчёт контура циркуляции парового котла. Рекомендуемый объём курсового проекта – 60…80 страниц (формат А4), при этом расчётные данные сводятся по возможности в таблицы и графики для обеспечения максимальной компактности расчётнопояснительной записки. Расчёты выполняются с использованием ЭВМ. По завершению расчётов необходимо выполнить графическую часть проекта. 1. Рекомендуемый объём разделов проекта Раздел проекта Объём, % 1. Описание конструкции котла 8 2. Расчёт объёмов и энтальпии продуктов сгорания, построение Н-t-диаграммы 5 3. Составление теплового баланса и определение расхода топлива 5 4. Расчёт топки 10 5. Расчёт конвективных поверхностей нагрева 10 6. Аэродинамический расчёт 8 7. Гидравлический расчёт 8 8. Расчёт тепловой схемы котельной 8 9. Оформление расчётно-пояснительной записки 8 10. Графическая часть 30 3 ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ Для выполнения поверочного теплового расчёта котлоагрегата студентам необходимо выдать следующие исходные данные: – тип котла; – номинальная производительность; – давление пара; – температура перегретого пара; – месторождение и марка топлива; – температура питательной воды. Чертежи агрегата, по которым могут быть определены размеры топочной камеры, площади поверхностей нагрева отдельных элементов и их конструктивные данные (диаметр труб, их число и расположение, продольный и поперечный шаг, проходные сечения для продуктов сгорания и рабочей среды, размеры газоходов), студенты находят самостоятельно. Варианты заданий на выполнение курсового проекта приведены в табл. 2 и 3. Номер варианта задания студент получает у преподавателя. Вариант Тип котла 2. Задания на проектирование паровых котлов 1 2 Водяной пар Производи- Давлетельность D, ние Р, т/ч МПа 3 4 Температура tп.п, °С 5 Температура питательной воды tп.в, °С 6 3 4 5 Е-160-100 2 160 9,8 540 215 Е-320-140 1 320 13,8 560 230 6 7 8 9 10 4 Топливо, месторождение 7 Мазут 40 малосернистый Газ, Саратов–Москва Уголь, Донецкий, ДР Уголь, Кузнецкий, Т Древесина Мазут 40 сернистый Газ, Первомайск– Сторожевка Уголь, Подмосковный, Б2 Уголь, Воркутинское месторождение, Ж Моторное топливо Продолжение табл. 2 1 2 3 4 5 6 Е-420-13,8-560 13,8 560 230 ДКВр-6,5-13 14 420 6,5 1,4 230 100 Пп-2650-25-545 13 2650 25 545 270 ДЕ-10-14 12 10 1,4 230 100 ДКВр-10-13 11 10 1,4 – 104 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 35 7 Мазут 40 высокосернистый Газ, Брянск–Москва Уголь, Березовское месторождение, Б2 Уголь, Азейское месторождение, Б3 Соляровое масло Мазут 100 высокосернистый Газ, Ярино–Пермь Уголь, Норильское месторождение, СС Уголь, Артёмовский, Б3 Торф Мазут 100 сернистый Газ, Ставрополь– Грозный Уголь, Липовецкое месторождение, Д Уголь, Ургальское месторождение, Г Дизельное топливо Мазут 100 малосернистый Газ, Ставрополь– Москва Уголь, Сахалинское месторождение, Д Уголь, Сангарское месторождение, Д Сланцы Уголь , Челябинский, Б3 Газ, Бухара–Урал Уголь, ИршаБородинское месторождение, Б2 Уголь, Кизеловский, Г 5 Вариант Тип котла 3. Задания на проектирование водогрейных котлов Теплопроизводительность, МВт 1 2 3 Температура питательной воды, °С Температура теплоносителя, °С Топливо, месторождение 4 5 6 КВ-ГМ-209-150 4 209 110 150 КВ-ГМ-116,3-150 3 116,3 70 150 КВ-ТС-50 2 58,15 90 130 КВ-ТК-50 1 58,15 70 115 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 6 Мазут 100 сернистый Газ, Брянск–Москва Мазут 100 малосернистый Газ, Ярино–Пермь Дизельное топливо Мазут 100 высокосернистый Газ, Бухара–Урал Мазут 40 сернистый Газ, Саратов–Москва Биогаз Уголь, Челябинский, Б3 Уголь, Кизеловский, Г Уголь, Сучанский, Т Пеллеты Сланцы Уголь, Донецкий, Т Уголь, Кузнецкий, Д Уголь, Печорский, Ж Уголь, Подмосковный, Б2 Торф 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ 1.1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КОТЛА Для поверочного теплового расчёта необходимы следующие данные: объём топочной камеры, площадь поверхности стен топочной камеры, тип экранов, расстояние экранных труб от обмуровки стен топки, наружный диаметр и толщина стенки экранных труб, расположение горелок, наружный диаметр и толщина стенки труб пароперегревателя, расположение змеевиков, продольный и поперечный шаг, живое сечение для прохода продуктов сгорания, площадь поверхности нагрева конвективного газохода, наружный диаметр и толщина стенки труб конвективных пучков, расположение труб, продольный и поперечный шаги труб, число труб в ряду, число рядов труб по ходу продуктов сгорания, площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания в конвективных пучках. Указанные конструктивные характеристики определяют из чертежа рассчитываемого котла. По общим видам котлоагрегата следует составить его расчётную схему. При сложном расположении поверхностей нагрева составляют схемы отдельных газоходов. 1.2. ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ КОТЛА 1.2.1. Расчёт объёмов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания При тепловом расчёте паровых и водогрейных котлов определяются теоретические и действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания [1 – 3]. Это производится в следующей последовательности. 1. Определить теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания: при сжигании сухого газообразного топлива n V 0 = 0,0478 0,5 (CO + H 2 ) + 1,5 H 2S + 2 CH 4 + m + C m H n − O 2 ; 4 при сжигании твёрдого и жидкого топлива ∑ ( ) p V 0 = 0,0889 С p + 0,375Sор + 0,265 H p − 0,0333O 2 . 2. Определить теоретические объёмы продуктов сгорания. Объём двухатомных газов: при сжигании сухого газообразного топлива N VN02 = 0,79V 0 + 2 ; 100 7 при сжигании твёрдого и жидкого топлива VN0 2 = 0,79V 0 + 0,8 Np 100 . Объём трёхатомных газов: при сжигании сухого газообразного топлива VRO2 = 0,01[CO2 + CO + H2S + ∑mCmHn ]; при сжигании твёрдого и жидкого топлива VRO2 = 1,866 p Сp + 0,375Sор 100 . Объём сухих газов 0 Vс.г = VRO 2 + VN0 2 . Объём водяных паров: при сжигании сухого газообразного топлива VH02O = 0,01H 2S + H 2 + n ∑ 2 CmH n + 0,124dг + 0,016V 0 ; при сжигании твёрдого и жидкого топлива VH02 O = 0,111H p + 0,0124W p + 0,0161V 0 , где dг – влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 м 3 сухого газа, г/м3. 3. Определить средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева (П4, П5). 4. Определить избыточное количество воздуха для каждого газохода ( ) в Vизб = V 0 α ср − 1 . 5. Определить действительные объёмы: 1) объём водяных паров VH 8 2O ( ) = VH02 O + 0,0161 α ср − 1 V 0 ; 2) суммарный объём продуктов сгорания 0 в Vг = Vс.г + Vизб + VH 2O . 6. Определить объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, а также суммарную объёмную долю rRO 2 = VRO 2 Vг ; rH 2 O = VH 2 O Vг ; rп = rRO 2 + rH 2 O . 7. При сжигании твёрдого топлива определить концентрацию золовых частиц в продуктах сгорания µ= 10A p aун Vг , где a ун – доля золы топлива в уносе (определяется по [1]). Расчёт энтальпии продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева [1 – 7]. Определение энтальпии воздуха и продуктов сгорания рекомендуется вести в следующей последовательности. 1. Вычислить энтальпию теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона значений температуры Н в0 = V 0 (сθ) в . Здесь: (сθ) в – энтальпия воздуха, кДж/м3 (П6); V 0 – теоретический объём воздуха. 2. Определить энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температуры H г0 = VRO 2 (cθ)CO 2 + VN 2 (cθ) N 2 + VH 2 O (cθ) H 2 O . Здесь: (cθ)CO 2 , (cθ) N 2 , (cθ) H 2 O – энтальпии трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров (П6); VRO 2 , VN 2 , VH 2 O – объёмы трёхатомных газов, теоретического объёма азота и водяного пара, м3/кг (м3/м3). 3. Определить энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона значений температуры в Vизб = (α − 1) Н в0 . 9 4. Определить энтальпию продуктов сгорания (при коэффициенте избытка воздуха α > 1, кДж/кг (кДж/м3)) в Н = Н изб + Н г0 + Н эл , где Н эл – энтальпия золы, кДж/кг. Н эл = (сθ)эл A p aун 100 , где (сθ) эл – энтальпия 1 кг золы, кДж/кг (П6). 1.2.2. Расчётный тепловой баланс и расход топлива Тепловой баланс – это распределение теплоты, вносимой в котлоагрегат при сжигании, на полезно использованную теплоту и тепловые потери. Тепловой баланс составляется на 1 кг твёрдого (жидкого) или на 1 м3 газообразного топлива применительно к установившемуся тепловому состоянию котельного агрегата [1 – 7]. Уравнение теплового баланса имеет вид Qрр = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 . В процентах от располагаемой теплоты: ( ) q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 = 100. ( ) Здесь: q1 = Q1 Qрр ⋅ 100; q2 = Q2 Qрр ⋅ 100 и т.д.; Qрр – располагаемая 3 теплота, кДж/м (кДж/кг); Q1 (q1 ) – теплота, полезно использованная в котлоагрегате на получение пара, кДж/м3 (кДж/кг); Q2 (q2) – потери теплоты с уходящими газами, кДж/м3 (кДж/кг); Q3 (q3) – потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, кДж/м3 (кДж/кг); Q4 (q4) – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, кДж/м3 (кДж/кг); Q5 (q5) – потери теплоты в окружающую среду, кДж/м3 (кДж/кг); Q6 (q6) – потери теплоты с физической теплотой шлака, кДж/м3 (кДж/кг). Располагаемая теплота Qрр = Qнс + Qтл + Qв.вн + Qф − Qк . Здесь: Qнс – низшая теплота сгорания сухой массы топлива, кДж/м3 (кДж/кг); Qв.вн – теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/м3 (кДж/кг); Qф – теплота, вносимая в топку с паровым дутьём, кДж/м3 10 (кДж/кг); Qтл – физическая теплота топлива, кДж/м3 (кДж/кг); Qк – теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей CaCO3 и MgCO3, с образованием газообразного COк2 . Тепловые расчёты котлоагрегатов выполняют, пользуясь низшей теплотой сгорания рабочей массы топлива. Низшая теплота сгорания (кДж кг ) рабочей массы твёрдого и жидкого топлива ( ) Qнр = 338 Ср + 1025 Н р − 108,5 О р − Sрл − 25W р , где СР , Н р , О р , S лр , W р – содержание элементов в рабочей массе топлива, %. Низшая теплота сгорания газообразного топлива Qнс = 108 H 2 + 126 CO + 234 H 2S + 358 CH 4 + 591C2 H 4 + + 638 C2H 6 + 860 C3H 6 + 913 C3H8 + 1135 С4 H8 + + 1187 C4H10 + 1461C5H12 + 1403 C6 H 6 . Здесь: H 2 , CO 2 , H 2S, CH 4 , CH 4 и т.д. – объёмное содержание газов, входящих в состав газообразного топлива, %. Теплота, вносимая в топку с воздухом при его внешнем подогреве, кДж/м3 (кДж/кг) Qв.вн = α т V 0 c′рв ∆tв . Здесь: αт – коэффициент избытка воздуха в топке; V0 – теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м3 (кг) топлива, (м3/м3), (м3/кг); с'рв – средняя объёмная теплоёмкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(м3·К) (кДж/(кг·К)); ∆tв – разность значений температуры подогретого и холодного воздуха, °С. Теплота, вносимая в топку с паровым дутьём Qф = Wф (hф − 2510). Здесь: Wф, hф – расход и энтальпия пара, идущие на дутьё и распыливание топлива ( кг/кг и кДж/кг, соответственно). Физическая теплота топлива Qтл = стр t т . Здесь: с тр – теплоёмкость рабочей массы топлива, кДж/(м3·К) (кДж/(кг·К)); t т – температура топлива на входе в топку, °С. 11 Теплота, полезно используемая в котлоагрегате, кВт: Q1 = (1 + Р) Dп.п (hп.п − hп.в ). Здесь: Dп.п – расход перегретого пара, кг/с; hп.п , hп.в – энтальпия перегретого пара, питательной воды, кДж/кг; Р – величина непрерывной продувки. Потери теплоты с уходящими газами Q2 = (Н у.г ) 0 − α у.г Н х.в (100 − q4 ) 100 . Здесь: Hу.г – энтальпия уходящих газов, кДж м 3 (кДж 0 кг ) ; H х.в – энтальпия холодного воздуха, кДж/м ; αу.г – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах; q4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания. 0 Н х.в = V 0срtв . 3 Здесь: V0 – теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м3 сухого газообразного топлива; ср – теплоёмкость воздуха; tв – температура забора воздуха. Величины потерь теплоты от химической q 3 и механической q 4 неполноты сгорания топлива принимают по табл. 4. Потери q 5 в зависимости от паропроизводительности котлоагрегата принимают по табл. 5. Таблица 4 Суммарные потери q3 + q4 , % при нагрузке котла, % Топливо 100 70 – 100 < 70 Мазут 0,1...0,15 0,15...0,2 0,3...0,4 Газ 0,05...0,07 0,05...0,01 0,1...0,15 П р и м е ч а н и е . Для твёрдых топлив величину механического недожога принимают в соответствии с табл. XVIII – XXI [7]. Таблица 5 D, кг/c 25 75 100 125 150 175 200 ≥ 250 q5 , % 0,75 0,5 0,45 0,4 0,3 0,275 0,25 0,2 12 Потери с физической теплотой шлака q 6 , %: q6 = ашл сшл tшл А r QРР . Здесь: ашл – доля золы в шлаке; с шл – теплоёмкость шлака; t шл – температура шлака; А r – зольность. КПД брутто котла (как отношение полезно затраченной теплоты к израсходованной) может быть найдено из уравнения прямого баланса, %: ηка = Q1 В Qнс ⋅ 100. Здесь В – полный расход топлива, м3/с (м3/ч). По обратному балансу КПД брутто, %: ηка = q1 = 100 − (q2 + q3 + q4 + q5 + q6 ). 1.2.3. Расчёт топочной камеры Целью расчёта является определение температуры газов на выходе из топки [1 – 7]. Для достижения поставленной цели расчёт рекомендуется вести в следующей последовательности. 1. Задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топки. 2. Для принятой температуры определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки. 3. Подсчитать полезное тепловыделение в топке, кДж/кг (кДж/м3): 100 − q3 − q4 − q6 Qт = Qpp + Qв − Qв.вн + r H отб . 100 − q4 Здесь Qв – теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/кг (кДж/м3). 0 0 Qв = (α т − ∆α т − ∆α пл ) Н г.в + (∆α т − ∆α пл ) Н х.в . Здесь: α т – коэффициент избытка воздуха; ∆α т – присосы воздуха в 0 топку; ∆αпл – присосы воздуха в системе пылеприготовления; H г.в – энтальпия теоретически необходимого горячего воздуха, кДж/кг 0 (кДж/м3); H г.в – энтальпия присосанного холодного воздуха при 13 0 t = 30 °С ( H г.в = 39,8 V 0 ); Qв.вн – теплота, внесённая в котельный агрегат с поступившим в него воздухом, учитывается только при внешнем подогреве вне котлоагрегата, кДж/кг (кДж/м3); rH отб – теплота рециркулирующих продуктов сгорания, учитывается только при возврате в топку части продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м3). 4. Коэффициент тепловой эффективности экранов ψ = х ξ. Здесь: х – угловой коэффициент (П7); ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева (П8). Для неэкранированных топок ψ = 0. 5. Эффективная толщина излучающего слоя s = 3,6Vт / Fст . Здесь: Vт – объём топочной камеры, м3; Fст – поверхность стен топочной камеры, м2. 6. Определить коэффициент ослабления лучей при сжигании жидкого и газообразного топлива, (м·МПа–1): k = kг rп + kc . Здесь: kг – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)–1 (П9); kс – коэффициент ослабления лучей сжатыми частицами, (м·МПа)–1; rп – суммарная объёмная доля трёхатомных газов. Коэффициент ослабления лучей сжатыми частицами р Т ′′ С kc = 0,3 (2 − α т )1,6 т − 0,5 р , 1000 Н где Ср, Нр – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива. При сжигании природного газа Ср Н р = 0,12 m ∑ n Cm H n , где C m H n – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений. При сжигании твёрдого топлива k = kг rп + kэлµ эл + kк . 14 Здесь: kэл – коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы, (м·МПа)–1 (П10); µэл – средняя массовая концентрация золы; kк – коэффициент ослабления лучей частицами кокса, (м·МПа)–1 (определяется по [1]). 7. Степень черноты факела для твёрдого топлива αф = α , где α – степень черноты среды, заполняющей топку. Степень черноты среды зависит от оптической толщины среды (kps) и определяется по П11. Для жидкого и газообразного топлив α ф = mα св + (1 − m) α г . Здесь: m – коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела (П12); α св , α г – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трёхатомных газов. α св = 1 − е −( k г rп + k c ) ps , α г = 1 − е − kг rп ps . 8. При слоевом сжигании твёрдого топлива определить площадь зеркала горения, м2: R = BQнр / qз.г . Здесь qз.г – удельная нагрузка зеркала горения, кВт/м2. 9. Степень черноты топки. Для слоевых топок αт = α + (1 − α) R / Fст , α − (1 − α) (1 − ψ ср ) (1 − R / Fст ) где R – площадь зеркала горения, м2. Для камерных топок при сжигании твёрдого топлива αт = α α + (1 − α) ψ ср . Для камерных топок при сжигании жидкого и газообразного топлив αт = αф α ф + (1 − α ф ) ψ ср . 15 10. Определить параметр М: – при сжигании газа и мазута М = 0,54 − 0,2 х т ; – при камерном сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех видов топлив М = 0,59 − 0,5 х т ; – при сжигании малореакционных твёрдых топлив, а также каменных углей с повышенной зольностью М = 0,56 − 0,5 х т . Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяется как: хт = hг / Н т . Здесь: hг – расстояние от пода топки до оси горелки, м; H т – расстояние от пода топки до середины выходного окна топки, м. 11. Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания Vccp = Qт − H т′′ . Т а − Т т′′ Здесь: Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; Т т′′ – температура (абсолютная) на выходе из топки, К; Н т′′ – энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг; Qт – полезное тепловыделение в топке, кДж/кг. 12. Действительная температура на выходе из топки ϑ′т′ = Та 5,67 ψ ср Fст aт Т а3 М 1011 ϕ В р Vccp . 0, 6 +1 Полученная температура сравнивается с принятой ранее, если расхождение не превышает ± 30 °С, то расчёт считается оконченным. В противном случае задаются новым значением температуры на выходе из топки и расчёт повторяют. 13. Удельные нагрузки колосниковой решётки (кВт/м2) и топочного объёма (кВт/м3) рассчитывают по формулам: qз.г = B Qнр / R ; qv = B Qнр /Vт . 16 1.2.4. Расчёт конвективных поверхностей нагрева Конвективные поверхности нагрева котлоагрегатов играют важную роль в процессах получения пара и горячей воды, а также при использовании теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару. 1.2.4.1. Расчёт конвективных пучков котла Количество теплоты, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или паром. Для расчёта задают′′ ) ся двумя значениями температуры продуктов сгорания (ϑ1′ и ϑ11 после прохождения рассчитываемой поверхности нагрева. Затем уточняют значение температуры дымовых газов (продуктов сгорания) путём последовательных приближений [1 – 3]. Расчёт конвективных поверхностей нагрева рекомендуется производить в следующей последовательности. 1. Из чертежей котлоагрегата определить конструктивные характеристики (площадь поверхности нагрева, диаметр труб, продольный и поперечный шаги труб, площадь живого сечения, число рядов труб, количество труб в ряду). Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе, м2 Н = π d l n. Здесь: d – наружный диаметр труб, м; l – длина труб, м; n – общее число труб в газоходе, шт. По конструктивным данным подсчитываются относительные поперечный и продольный шаги σ1 = S1 / d , σ 2 = S2 / d . Здесь: S1 – поперечный шаг труб, м; S2 – продольный шаг труб, м. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 : – при поперечном омывании гладких труб F = a b − z1ld ; – при продольном омывании гладких труб F = ab − z πd 2 . 4 17 Здесь: а и b – размеры газохода в расчётных сечениях, м; l – длина труб, м; z – число труб в пучке; z1 – число труб в ряду; z2 – число рядов труб. 2. Предварительно принять два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода. 3. Теплота, отданная продуктами сгорания, кДж/кг (кДж/м3): 0 Qб = ϕ ( H ′ − H ′′ + ∆α к H прс ). Здесь: φ – коэффициент сохранения теплоты; H ′ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, кДж/кг; H ′′ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/кг; ∆α к – присос воздуха в конвективную поверхность нагрева; 0 H прс – энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха при температуре 30 °С. 4. Расчётная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, °С: ϑ= ϑ′ + ϑ′′ , 2 где ϑ′ и ϑ′′ – значения температуры продуктов сгорания на входе в поверхность и выходе из неё. 5. Температурный напор ∆t = ϑ − t к , где t к – температура охлаждающей среды, °С. 6. Средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с: wг = BpVг (ϑ + 273) 273 F . Здесь: Bp – расчётный расход топлива, кг/с (м3/с); Vг – объём продуктов сгорания, м3/кг; ϑ – средняя расчётная температура продуктов сгорания, °С; F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2. 7. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева: – при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм α к = α н с z сs сф ; 18 – при продольном омывании α к = α н сl сф . Здесь: αн – коэффициент теплоотдачи излучением (П13, П14 и [1, 3]); с z , сs , сф – поправки (определяются из тех же номограмм, только необходимо вычислить среднюю температуру воздуха и относительные шаги); сl – поправка на относительную длину, вводится при l / d < 50 в случае прямого входа в трубу. 8. Степень черноты газового потока. Для этого необходимо определить суммарную оптическую толщину kps = (kг rп + k элµ) ps , где р – давление в газоходе, МПа. Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м: 4 ss s = 0,9d 1 22 − 1 . π d 9. Коэффициент теплоотдачи α л , учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м2·К): – для запылённого потока α л = αна ; – для незапылённого потока α л = α н асг . Здесь: αн – коэффициент теплоотдачи (определяется по П15); а – степень черноты; сг – коэффициент (П15). Для определения α н и сг вычисляется температура загрязнённой стенки, °С: t з = t − ∆t . Здесь: t – средняя температура окружающей среды, °С; ∆t при сжигании твёрдого и жидкого топлива принимается 60 °С, при сжигании газа 25 °С. 10. Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2·К): α1 = ξ(α к + α л ) . 19 Здесь ξ – коэффициент использования. Для поперечного омывания пучков принимается 1, для сложно омываемых пучков 0,95. 11. Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К): K = ψα1 . Здесь ψ – коэффициент тепловой эффективности (П16, П17). 12. Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, кДж/кг (кДж/м3): Qт = KH∆t Bp ⋅ 103 . Здесь ∆t – температурный напор, °С. ′′ и полу13. По принятым двум значениям температуры ϑ1′ и ϑ11 ченным двум значениям Qб и Qт производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания ϑ′р′ . Если её значение отличается от одного из принятых не более чем на 50 °С, то для завершения расчёта необходимо по ϑ′р′ повторно определить только Qт, сохранив прежние коэффициенты. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для найденной температуры ϑ′р′ . 1.2.4.2. Расчёт конвективных пароперегревателей Задачей расчёта является определение температуры продуктов сгорания после пароперегревателя и выявление возможности получения необходимой температуры перегретого пара (при имеющейся поверхности нагрева пароперегревателя). Последовательность расчёта пароперегревателя зависит от расположения его в газовом тракте котельного агрегата, способа регулирования температуры перегрева пара и схемы включения регулятора перегрева. Расчёт конвективного пароперегревателя, имеющего поверхностный или впрыскивающий пароохладитель, установленный врассечку, производится по частям [1]. Расчёт первой по ходу продуктов сгорания части пароперегревателя производится в следующей последовательности. 1. Из чертежей котла-прототипа определить конструктивные характеристики (площадь поверхности нагрева первой части, располо20 жение труб, продольный и поперечный шаги труб, площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания и пара). 2. Выбрать основные расчётные параметры: температуру продуктов сгорания на входе в пароперегреватель, давление, температуру и энтальпию перегретого пара. Задаются тепловосприятием пароохладителя ∆hпо = 60...80 кДж/кг. 3. Задаются двумя значениями температуры продуктов сгорания после первой ступени пароперегревателя. Далее расчёт ведётся для принятых значений температуры. 4. Теплота, отданная продуктами сгорания пару, кДж/кг (кДж/м3): ( ) 0 Qб = ϕ Н ′ − Н ′′ + ∆α пп Н прс . Здесь: ∆α пп – присос воздуха в газоход пароперегревателя. 5. Энтальпия пара на выходе из газохода пароперегревателя (с учётом пароохладителя), кДж/кг: ′′ = hп.п − hпо Qб Вр D . Здесь: hп.п – энтальпия перегретого пара, кДж/кг; Вр – расчётный расход топлива, кг/с. 6. Определить температуру пара после пароохладителя. 7. Определить температурный напор ∆tп.п = ψ∆tпрт . Здесь ∆t прт – температурный напор при противотоке; ψ – коэффициент пересчёта от противоточной схемы к последовательно смешанной [П18]. 8. Подсчитать среднюю скорость продуктов сгорания в газоходе пароперегревателя, м/с: wг = BpVг (ϑ + 273) 273F . 9. Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией (п. 1.2.4.1). 10. Вычислить расчётную скорость пара в змеевиках пароперегревателя, м/с: D υcp wп = . f 21 Здесь: D – расход пара, кг/с; υcp – средний удельный объём пара, м3/кг; 2 f – площадь живого сечения для прохода пара, м2; f = 0,785 d вн z ; dвн – внутренний диаметр труб пароперегревателя, м; z – число параллельно включённых труб. 11. Подсчитать коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, Вт/(м2·К): α 2 = α н сd . Здесь: α н – коэффициент теплоотдачи (П19); сd – коэффициент (П19). 12. Найти степень черноты газового потока в соответствии с указаниями, описанными выше (п. 1.2.4.1). 13. Вычислить температуру стенки труб пароперегревателя, принимаемую при сжигании твёрдого и газообразного топлив при температуре наружного слоя золовых отложений на трубах, °С: 1 Bp t3 = t + ε + Qб . α 2 H Здесь: t – среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой части пароперегревателя, °С; ε – коэффициент загрязнения, (м2·К)/Вт (принимается для пароперегревателей с коридорным и шахматным расположением труб при сжигании жидких топлив ε = 0,00257; для пароперегревателей с коридорным расположением труб при сжигании твёрдых топлив ε = 0,0043). При сжигании газообразного топлива t3 = t + 25 , где t – среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой части пароперегревателя, °С. 14. Коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м2·К): – для запылённого потока (при сжигании твёрдого топлива) α л = αна ; – для незапылённого потока (при сжигании жидкого и газообразного топлив) α л = α н асг . Здесь: α н – коэффициент теплоотдачи (П15); а – степень черноты; сг – коэффициент (П15). 15. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке пароперегревателя, Вт/(м2·К): 22 α1 = ξ (α к + α л ) . Здесь ξ – коэффициент использования (для поперечного омывания пучков принимается равным 1). 16. Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К): K= ψα1 . 1 + α1 α 2 Здесь ψ – коэффициент тепловой эффективности (П16, П17). 12. Количество теплоты, воспринятое пароперегревателем, кДж/кг (кДж/м3): Qт = KH∆t Bp ⋅ 103 . Здесь ∆t – температурный напор, °С. 13. По принятым двум значениям температуры и полученным двум значениям Qб и Qт производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после пароперегревателя. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания ϑ′р′ . По этой температуре определяются Qб и энтальпия пара на выходе из пароохладителя. На этом расчёт первой части пароперегревателя закончен. Расчёт второй по ходу продуктов сгорания части пароперегревателя, имеющего пароохладитель, и пароперегревателей без пароохладителей производится в следующей последовательности. 1. Из чертежей определить конструктивные характеристики (площадь поверхности нагрева всего пароперегревателя или рассчитываемой второй части, расположение труб, относительные шаги труб, площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания и пара). 2. Выбрать основные расчётные параметры: температуру продуктов сгорания на входе в пароперегреватель или перед его частью, давление, температуру и энтальпию перегретого пара. Энтальпия пара после второй части пароперегревателя, кДж/кг: ′ = hпо ′′ + ∆hпо . hпо ′ и давле3. По таблице ХХV [3] (XVII [12], П22) по величине hпо нию пара найти температуру перегретого пара после второй части пароперегревателя. 4. Определить тепловосприятие пароперегревателя, кДж/кг (кДж/м3). 23 Без пароохладителя Qпп = D (hп.п − hи ) . Bp С поверхностным пароохладителем Qпп = D (hпо′ − hи ) . Bp С впрыскивающим пароохладителем Qпп = D − ∆D (hпо′ − hи ) . Bp ′ – энтальпия пара Здесь: hп.п – энтальпия перегретого пара, кДж/кг; hпо после второй части пароперегревателя, кДж/кг; D – расход перегретого пара кг/с; Вр – расход топлива м3/с или кг/с; ∆D – расход охлаждающей воды на впрыскивающий пароохладитель, кг/с. Расход воды на впрыскивающий пароохладитель, кг/с: ∆D = D − ∆hпо . ′ − hж hпо Здесь hж – энтальпия воды, подаваемой в пароохладитель. 5. Определить энтальпию продуктов сгорания после пароперегревателя ′′ = Н пп ′ − Н пп Qпп − ∆α пп Н в0 . ϕ ′ – энтальпия продуктов сгорания перед пароперегревателем, Здесь: Н пп кДж/кг (кДж/м3); φ – коэффициент сохранения теплоты; Н в0 – энтальпия теоретического объёма воздуха, кДж/кг (кДж/м3); Qпп – тепловосприятие пароперегревателя или его части. ′′ при коэффициенте избытка воздуха после 6. По величине Н пп пароперегревателя определить температуру продуктов сгорания. 7. При расчёте второй части пароперегревателя коэффициент теплопередачи следует принимать равным коэффициенту теплопередачи, рассчитанному для первой части. 8. В зависимости от схемы взаимного движения продуктов сгорания и пара определить температурный напор [1 – 7]. 24 9. Определить количество теплоты, воспринятое пароперегревателем, кДж/кг (кДж/м3): Qт = KH∆t Bp ⋅ 103 . 10. Произвести сравнение тепловосприятий пароперегревателя Qт и Qпп (в процентах): ∆Q = Qт Qпп ⋅ 100. Если расхождение между Qт и Qпп составляет не более 2% (при отсутствии пароохладителя 3%), расчёт пароперегревателя считается оконченным, так как существующая поверхность нагрева обеспечит необходимую температуру перегретого пара. В противном случае следует определить необходимую площадь поверхности нагрева всего пароперегревателя или его второй части, м2: H′ = Bp ⋅ 103 Qпп K∆t . 1.2.4.3. Расчёт водяных экономайзеров 1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты, кДж/кг (кДж/м3): ( ) ′ − Н эк ′′ + ∆α эк Н в0 . Qб = ϕ Н эк ′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, Здесь: Н эк ′′ – энтальпия уходящих газов, кДж/кг (кДж/м3); кДж/кг (кДж/м3); Н эк φ – коэффициент сохранения теплоты; ∆α эк – присос воздуха в экономайзер; Н в0 – энтальпия теоретического количества воздуха. 2. Определить энтальпию воды после водяного экономайзера, кДж/кг: ′′ = hэк Bp Qб D + Dпр ′ . + hэк 25 ′ – энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг; D – пароЗдесь: hэк производительность котла, кг/с; Dпр – расход продувочной воды, кг/с. 3. В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определить температурный напор [1 – 7]. 4. Выбрать конструктивные характеристики водяного экономайзера. 5. Определить действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с: wг = BpVг (ϑэк + 273) 273Fэк . Здесь: Bp – расчётный расход топлива, кг/с (м3/с); Vг – объём продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха; ϑ эк – среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С; Fэк – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания: – при установке чугунного водяного экономайзера Fэк = z1Fтр ; – при установке стального водяного экономайзера Fэк = ab − z1ld . Здесь: Fтр – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы; z1 – число труб в ряду; а и b – размеры газохода, м; d – наружный диаметр труб, м. 6. Определить коэффициент теплоотдачи: – для чугунных экономайзеров k = kнcν [1, рис. 6.9]; – для стальных водяных экономайзеров k = ψα1 . Здесь ψ – коэффициент тепловой эффективности (П16, П17). 7. Определить площадь поверхности нагрева водяного экономайзера, м2: H эк = 26 103 BpQэк k∆t . 8. По величине площади полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно установить его конструктивные характеристики. Для чугунного экономайзера определить общее число труб и число рядов: n = H эк H тр ; m = n z1 . Здесь: Hтр – площадь поверхности нагрева одной трубы, м2; z1 – принятое число труб в ряду. Для стального экономайзера определить длину каждого змеевика (м), число петель и полную высоту пакетов экономайзера, м: lэк = H эк πdz ; zпeт = lэк a′ ; hэк = zпeт S пeт . Здесь: d – наружный диаметр труб экономайзера, м; z – полное число труб экономайзера, включённых параллельно; a ′ – длина пакета экономайзера, м; S пeт – шаг петли экономайзера, м. 9. Определить невязку теплового баланса, кДж/кг (кДж/м3): q ∆Q = Qpp ηбр − (Qл + Qк + Qпе + Qэк ) 1 − 4 , 100 где Qл , Qк , Qпп , Qэк – количества теплоты, воспринятые лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, пароперегревателем и экономайзером. Невязка не должна превышать 0,5%. 1.2.4.4. Расчёт воздухоподогревателей В современных паровых и водогрейных котлах, особенно при сжигании влажных топлив, широко применяются воздухоподогреватели. Для промышленных паровых и водогрейных котлов в основном применяются трубчатые воздухоподогреватели. Расчёт трубчатых воздухоподогревателей, установленных после водяного экономайзера, производится в следующей последовательности. 1. Из чертежей котла-прототипа определить конструктивные характеристики (диаметр, продольный и поперечный шаги труб, площадь живого сечения, число ходов). 2. Определить минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя (°С): tгор = ϑ′вп − tг.в , 27 где ϑ′вп – температура продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель, °С; t г.в – температура горячего воздуха, °С. 3. Определить тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе ( ) α 0 0 Qвп = β г.в + вп H г.в − H вп , 2 где β г.в – соотношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому. β г.в = α т − ∆α т − ∆α пл . Здесь: αт, ∆αт, ∆αпл – присосы воздуха в топку, воздухоподогреватель и 0 0 системы пылеприготовления; H г.в , H вп – энтальпия теоретического количества воздуха на входе и выходе из воздухоподогревателя, кДж/кг (кДж/м3). 4. Из уравнения теплового баланса определить энтальпию продуктов сгорания после воздухоподогревателя, кДж/кг (кДж/м3): ′′ = H вп ′ − H вп Qвп + ∆α вп H в0 . ϕ ′′ сравнивается с предварительно приняПолученное значение H вп тым. Если расхождение не превысит 0,5% располагаемой теплоты Qpp , то расчёт выполнен правильно. 5. Определить температурный напор в воздухоподогревателе [1]. 6. Определить скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе, м/с: wг = BpVг (ϑ + 273) 273Fвп . Здесь: Вр – расчётный расход топлива, кг/с (м3/с); Vг – объём продуктов сгорания, м3/кг; ϑ – среднеарифметическая температура продуктов сгорания на входе и выходе из воздухоподогревателя, °С; Fвп – площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания, м2. 7. Определить скорость воздуха в воздухоподогревателе, м/с: wв = Bpβ г.вV 0 (t + 273) 273F . Здесь: V 0 – теоретическое количество воздуха, необходимого для горения, м3/кг; t – среднеарифметическая температура воздуха на входе и 28 выходе из воздухоподогревателя, °С; F – площадь поперечного сечения для прохода воздуха, м2. 8. Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке в соответствии с указаниями [1]. 9. Определить суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2·К): α1 = ξ(α к + α л ) . Здесь: αл – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м2·К); ξ – коэффициент использования при сжигании угля АШ, фрезерного торфа, мазута и древесного топлива принимают 0,8. Для всех других – 0,85. 10. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к воздуху, Вт/(м2·К). При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков α 2 = αн сz сs сф . Здесь: αн – коэффициент теплоотдачи излучением (П16, П17); сz , сs , сф – поправки, определяются из тех же номограмм после вычисления средней температуры воздуха и относительных шагов. 11. Определить коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К): k =ξ α1α 2 . α1 + α 2 12. Из уравнения теплопередачи определить теплоту, воспринятую воздухом, кДж/кг (кДж/м3): Qвп = kH вп ∆t 103 Bp . По значению Qвп определяется энтальпия горячего воздуха после воздухоподогревателя кДж/кг (кДж/м3): 0 H г.в = Qвп 0 + H вп . βг.в + ∆α вп / 2 0 По величине H г.в определяется температура горячего воздуха после воздухоподогревателя tг.в. Если эта температура отличается от принятой при составлении уравнения теплового баланса не более чем на ± 40 °С, то расчёт считается оконченным. 29 1.3. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОТЛА Цель аэродинамического расчёта – выбор тягодутьевых машин по их производительности и перепаду давлений в газовом и воздушном трактах. В котлах с уравновешенной тягой перепады давлений в воздушном тракте (от места забора воздуха из окружающей среды до входа воздуха в топку) и в газовом тракте (от топки до выхода газов из дымовой трубы) рассчитывают раздельно. Основная часть воздушного тракта от вентилятора до входа в топку находится под давлением, а газовый тракт – под разряжением. В топке поддерживается небольшое разряжение (абсолютное давление близко к атмосферному) [8]. В котлах с наддувом весь газовоздушный тракт находится под давлением. Воздушный и газовый тракты рассчитывают совместно. Воздушный и газовый тракты рассчитывают на номинальную нагрузку котла. Исходные данные (скорости, значения температуры, площади живых сечений и т.п.) для расчёта потерь давления в элементах котла принимают из теплового расчёта. Сопротивления участков тракта рассчитывают по средним для данного участка условиям, за исключением сосредоточенных в начале или конце участка отдельных местных сопротивлений, которые рассчитывают по соответствующим условиям [8]. Перепад полных давлений по газовому тракту при уравновешенной тяге, Па ρ ∆рп = ∆р 0 − ∆рс + ∆р′т′ . 1,293 ∑ Здесь: ∆р – суммарное сопротивление без поправки на сжимаемостьгазов на участке от топки до выхода из дымовой трубы, Па; ∑ ∆р с – суммарная самотяга газового тракта, включая дымовую трубу, Па; ∆р т′′ – разряжение на выходе из топки, обычно принимается 20 Па. Перепад полных давлений в воздушном тракте, Па ∆р п = ∆р − р с − р ′т . Здесь: ∆р – суммарное сопротивление на участке от забора воздуха до выхода из горелки, Па; р с – суммарная самотяга воздушного тракта, Па; р ′т = р ′т′ + ρgb ′ – разряжение в топке на уровне ввода воздуха, Па; b′ – разность отметок между выходом газов из топки и вводом воздуха в топку, м. 30 Значение самотяги при температуре окружающего воздуха 20 °С на любом участке газовоздушного тракта (включая дымовую трубу), Па: ∆рс = ±b (ρ − ρ0 ) g . Здесь: b – разность высот рассматриваемого участка, м; ρ – средняя плотность потока по высоте участка, кг/м3. При движении среды вверх значение самотяги берётся со знаком плюс, при движении вниз – минус. При работе котла под наддувом перепад полных давлений во всём тракте (воздушном и газовом) составляет ∆рп = (∆р − рс )возд + (∆р − рс )газ − 0,95b , где индексы «возд» и «газ» относятся к воздушной и газовой частям тракта. Значения указанных выше сопротивлений ∆р определяются по зависимостям, приведённым в [8]. Подача дутьевого вентилятора, м3/с: Vд.в = BрV 0 (α т − ∆α т − ∆α пл + ∆α вп ) t х.в + 273 . 273 Объёмный расход газов перед дымососом, м3/с: [ Vд = Bр Vг0 + (α д − 1) V 0 + 273 ]ϑ 273 . д Здесь: Вр – расчётный расход топлива, кг/с (м3/с); V0 – теоретически необходимое количество воздуха при нормальных условиях, м3/кг; Vг0 – теоретический объём продуктов сгорания при нормальных условиях и избытке воздуха α = 1,0 м3/кг; αт, αд – избыток воздуха в топке и перед дымососом; ∆αт, ∆αпл – присос воздуха в топке и в системе пылеприготовления; ∆αвп – переток воздуха в воздухоподогревателе; t х.в , ϑд – значения температуры холодного воздуха (30 °С) и газов у дымососа, °С. Расчётная подача тягодутьевой машины, м3/с: V . z Расчётное давление (разряжение) тягодутьевой машины, Па: Qр = β1 pр = β 2 ∆pп . Здесь: V – расход газа (воздуха), м3/с; ∆рп – перепад полных давлений, Па; z – число параллельно работающих тягодутьевых машин на 31 котле, шт.; β1, β2 – коэффициенты запаса по подаче и давлению, равные 1,1 и 1,2. Установленная мощность электродвигателей тягодутьевых машин, кВт: N эл = β 3 Qp pp η рэ ⋅10 − 3 . Здесь: β3 – коэффициент запаса мощности электродвигателей (принимают равным 1,1); ηрэ – эксплуатационный КПД тягодутьевой машины при расчётном режиме. Как правило, на один котёл устанавливают два вентилятора и два дымососа, а в случае наддува – два вентилятора. Для мощных котлов допускается установка трёх-четырёх машин. 1.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОТЛА 1.4.1. Гидравлический расчёт котла с естественной циркуляцией Целью гидравлического расчёта котла с естественной циркуляцией является определение действительной скорости циркуляции, полезного напора, возможности застоя и опрокидывания циркуляции при заданной нагрузке котла. Определение полезных напоров (Sпол) подъёмных элементов и гидравлических сопротивлений опускной системы контура производится при нескольких (обычно трёх) предварительно задаваемых расходах (скоростях) циркулирующей в нём воды. Рекомендуемые для этих расчётов значения скоростей циркуляции приведены в табл. 4-1 [9]. Полезный напор (кгс/м2) в элементах определяется как разность движущего напора и гидравлического сопротивления: Sпол = S эл − ∆рэл . Движущие напоры контура подсчитываются раздельно для каждого элемента или его участков. Для расчёта движущих напоров необходимо определить (п. 4-18 – 4-31 [9])следующие характеристики. Высоты экономайзерной (hэк) и испарительной частей контура (hп) (и их участков) hпi= hд.о + hi – hэк. Здесь: hi – высота i-го участка, м; hд.о – высота начального необогреваемого участка трубы, м. 32 Скорости смеси γ′′ ωсм = ω0 + ω′0′ 1 − , γ′ где ω0 – скорость циркуляции, м/с; ω′0′ – среднее значение скорости пара, м/с; γ′ – плотность воды на линии насыщения, кг/м3; γ′′ – плотность пара на линии насыщения, кг/м3. Расходные паросодержания β= ω′0′ ωсм . Движущий напор участка, кгс/м2: Sп = hп ϕп ( γ′ − γ′′) , где hп – высота паросодержащей части рассчитываемого участка; ϕп – среднее напорное паросодержание в рассчитываемом участке труб. Полный движущий напор элемента определяется как сумма движущих напоров отдельных участков. Гидравлическое сопротивление элемента определяется как сумма всех потерь: ∆рэл = ∆рэк + ∆рпар + ∆рп.о + ∆рв.у , где ∆рэк – гидравлическое сопротивление экономайзерного участка, кгс/м2; ∆рпар – гидравлическое сопротивление испарительного участка, кгс/м2; ∆рп.о – гидравлическое сопротивление в участке после обогрева, кгс/м2; ∆рв.у – потери на подъём пароводяной смеси выше уровня в трубах, выведенных в паровой объём, кгс/м2. Действительные расходы циркулирующей в контурах воды и их полезный напор определяются графически по точке пересечения гидравлических характеристик подъёмной системы труб и общих элементов опускной системы или пароотводящих труб. Сопротивление опускных и рециркуляционных труб подсчитывается как сумма гидравлических сопротивлений ∆р и уменьшения веса столба среды в этих трубах из-за сноса в них пара ∆Sнив . ∆роп = ∆р + ∆Sнив . 33 Для построения зависимостей Sп = f ( ω0 ) и ∆роп = f ( ω0 ) задают ∆роп Sп несколько значений скорости ω0 циркуляции (обычно ω0 = 0,5; 1,0; ∆р оп 1,5 м/с) (рис. 1.1). Для сложных контуров с общей опускной системой строятся отдельно гидравлические характеристики каждого из параллельных контуров и опускных труб [9, рис. 4-4]. При некоторых режимах работы ω0 испарительных поверхностей нагрева Рис. 1.1. Зависимости пароводяная смесь в обогреваемых Sп = f ( ω 0 ) и ∆роп = f ( ω 0 ) подъёмных трубах может остановиться или пойти вниз, а не вверх. Застоя циркуляции не произойдёт, если будет выполняться условие безопасности: S заст S пол = 1,1 (1,2), Sп , где S заст – напор в застое, кс/м2. Sзаст = (hоб ϕз + hп.оϕз )( γ′ − γ′′), где hоб – сумма высот всех обогреваемых паросодержащих участков, м; hп.о – высота участков после обогрева, м; ϕ з – среднее напорное паросодержание застоя в трубе [9, номограмма 12], определяемое по средней скорости пара в наименее обогреваемой трубе; ϕ з – напорное паросодержание застоя в трубе [9, номограмма 13], определяемое по средней скорости пара в наименее обогреваемой трубе. Проверка опрокидывания потока производится по формуле Sопр Sпол = 1,1 (1,2), где Sопр – напор опрокидывания для элемента, кгс/м2. Напор опрокидывания для элемента определяется по средней приведённой скорости пара в наименее обогреваемой трубе уд Sопр = Sопр (h − hп.о ), уд где Sопр – удельный напор опрокидывания [9, номограмма 14] опреде- ляется по средней приведённой скорости пара в наименее обогреваемой трубе, кг/(м2·м); h – высота элемента, м. 34 1.4.2. Гидравлический расчёт прямоточного котла При гидравлическом расчёте прямоточных котельных агрегатов определяют массовые скорости среды, запасы надёжности по устойчивости потока гидравлическим и температурным развёрткам, а также температурный режим труб, потери давления в элементах и котле в целом, необходимость установки дроссельных шайб и их размеры [9]. Перепады давления в прямоточном контуре равны сумме перепадов в его последовательных элементах. Перепад давления в элементе определяется как сумма перепадов давлений в отдельных участках: ∆рэл = ∑ ∆руч . Перепад давления в участке определяется по формуле ∆руч = ∆ртр + ∆рм + ∆рнив + ∆руск , где ∆ртр – потеря давления от трения, кгс/м2; ∆рм – потеря давления в местных сопротивлениях, кгс/м2; ∆рнив – нивелирный перепад давления, кгс/м2; ∆руск – потеря давления на ускорение среды, кгс/м2 [9, п. 5-24 – 5-32]. Уравнение гидродинамической характеристики: ∆рэл = AG 3 − BG 2 + CG, где ∆рэл = f (G ). ζL ψ∆hвх γ ′ − 1 ; В= 1 − 2dγ ′ r γ ′′ ζL2 qψ γ ′ − 1 , С= 2 ′ ′ d rγ ′ γ A= 2 ζ ψ∆hвх 16qrγ ′ γ′ − 1 ; γ ′′ где ζ – коэффициент гидравлического сопротивления трения гомогенного потока; ψ – относительный коэффициент гидравлического сопротивления пароводяной смеси [10, рис. 3]; ∆hвх = h1 − hвх – недогрев воды до кипения на входе, кДж/кг; q – средняя удельная тепловая нагрузка, кВт/м2; r – теплота парообразования, кДж/кг. 35 ∆p, кгс/м2 ∆pc 1 ∆pэл 2 3 ∆pк ∆pш G, кг Рис. 1.2. Гидродинамическая характеристика прямоточного котла Если при некотором перепаде давления между коллекторами, объединяющими трубы котла, равном ∆рк , кривая ∆рэл = f (G ) пересекается с прямой ∆рк = const в нескольких точках, то данная гидродинамическая характеристика является неустойчивой (рис. 1.2). Её выравнивание достигается путём установки дроссельных шайб на входе трубы. Сопротивление дроссельной шайбы: ∆рш = ψ шG 2 , где ψ ш = 0,81(ζ ш υвод ) d ш 4 ; ζ – коэффициент сопротивления шайбы (рис. 2 – 8 [9]); υвод – удельный объём среды при входе в трубы, м3/кг; d ш – диаметр отверстия дроссельной шайбы, м. Складывая перепады в трубе и дроссельной шайбе, получаем суммарную кривую: ∆рс = ∆рэл + ∆рш . При этом нужно выбрать такое сопротивление шайбы, при котором характеристика движения потока среды в трубе будет устойчивой. Массовая скорость среды, кг/(м2·с): ω= Gсм , f0 где Gсм – массовый расход пароводяной смеси через систему труб, кг/с (при поступлении воды через парогенерирующие трубы Gсм = Gв ); f 0 – поперечное сечение трубы, м2. 36 Расчёт потерь давления в пароводяном тракте котла ведётся в пределах от запорной арматуры на питательной линии до главной паровой задвижки паропровода острого пара. Потери давления в пароводяном тракте котельного агрегата включают в себя сопротивление запорной арматуры, обратного и регулирующего питательного клапанов (или дифференциального регулятора) питательной линии. Расчёт гидравлического сопротивления котельного агрегата производится при его номинальной нагрузке по выражению ∑ ∆рэл + ∑ ∆рарм + ∆рохл + ∆рр.п.к , ∆рк = где ∑ ∆рэл – сумма перепадов давления во всех элементах пароводя- ного тракта, кгс/м2; ∑ ∆рарм – суммарная потеря давления в котель- ной арматуре, кгс/м ; ∆рохл – потеря давления в пароохладителях, 2 кгс/м2; ∆рр.п.к – перепад давления в регулирующем питательном клапане или дифференциальном регуляторе, кгс/м2. 1.4.3. Гидравлический расчёт котла с многократной принудительной циркуляцией Задачами гидравлического расчёта котельных агрегатов с многократной принудительной циркуляцией могут являться обеспечение надёжности испарительных поверхностей нагрева и работы циркуляционных насосов, разработка мероприятий по повышению их надёжности, определение производительности и напора циркуляционных насосов [9]. Перепады давления равны сумме перепадов в его последовательных элементах. Перепад давления в элементе определяется как сумма перепадов давлений в отдельных участках: ∆р эл = ∑ ∆р уч . Перепад давления в участке определяется по формуле ∆руч = ∆рш + ∆ртр + ∆рм + ∆рнив . Здесь: ∆рш – потери давления в дроссельных шайбах, кгс/м2; ∆р тр – потеря давления от трения, кгс/м2; ∆рм – потеря давления в местных сопротивлениях, кгс/м2; ∆рнив – нивелирный перепад давления, кгс/м2. 37 Построим гидравлическую характеристику для одной из панелей боковых экранов. Панель состоит из подводящих труб от нагнетательного коллектора циркуляционного насоса до коллектора экрана (первый участок), экранных труб (второй участок) и пароотводящих труб (третий участок). Перепады давлений на каждом из участков, соответственно: ∆р1, ∆р2 , ∆р3 [10, п. 10.3]. Для каждого параллельно включённого элемента (панели) строятся гидродинамические характеристики при различных расходах. При этом задаются линейными скоростями на входе в подъёмные трубы (0,5, 1,0, 1 м/с). Пример построения характеристик (линии 1 – 5) и их графического сложения (линия А) дан на рис. 1.3. На этом же рисунке показан перепад давлений в опускной системе от барабана до насоса. ∆роп = z ω2 − gH оп γ′, 2 γ′ где z – суммарный коэффициент сопротивления, z = λl + ζ ; H оп – высота от уровня в барабане до оси насосов, м. В данном уравнении нивелирный напор будет отрицательным (движение среды сверху вниз) и постоянным по значению (линия D). Гидравлические сопротивления будут положительными и будут изменяться пропорционально квадрату величины расхода. Суммарный перепад давлений в опускной линии будет выражаться кривой В. А так как опускная линия последовательно включена с подъёмными элементами контура, то суммарная характеристика всего контура графически будет определяться как алгебраическая сумма линий А и В (линия С). Рис. 1.3. Графоаналитический расчёт циркуляции в паровом котле с многократной принудительной циркуляцией 38 Задаваясь кратностью циркуляции (K = 8…10), откладываем на оси абсцисс расход Gц.расч = 1 2 КDном , проводим перпендикуляр до пересечения с линией С. Точка пересечения а даёт параметры для выбора циркуляционного насоса (напор, производительность). Пересечение этого перпендикуляра с линией А даёт точку в. Линия, проведённая из этой точки, параллельная оси абсцисс в местах её пересечения с характеристиками контуров, определяет расходы по этим контурам (рис. 1.3). Для предотвращения вскипания воды перед насосом (запаривание насоса) должно выполняться условие γ ′gH оп − ∆роп > 1,1∆рвс , где ∆pвс – величина напора насоса, кгс/м2 (устанавливается изготовителем). 1.5. РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ Отпуск пара технологическим потребителям часто производится от котельных, называемых производственными. Расчёт тепловой схемы производственной котельной с учётом технологии получения теплоносителя заданных параметров рекомендуется производить в следующей последовательности [1]. 1. Определить расход воды на подогрев сетевой воды, т/ч: G= 860Q . t1 − t2 Здесь: Q – расчётная тепловая нагрузка потребителей системы теплоснабжения, МВт; t1 и t2 – температура воды перед сетевыми подогревателями и после них, ºС. 2. Определить расход пара на подогреватели сетевой воды Dп.с.в = 4,2G (t1 − t2 ) . ′′ − hк )η (hРОУ ′′ – энтальпия редуцированного пара перед подогревателями Здесь: hРОУ сетевой воды, кДж/кг; hк – энтальпия конденсата после подогревателя сетевой воды, кДж/кг; η – КПД сетевого подогревателя (η = 0,98). 3. Определить расход редуцированного пара внешними потребителями, т/ч: ′′ = Dт + Dп.с.в , DРОУ где D т – расход редукционного пара внешними технологическими потребителями, т/ч. 39 4. Определить суммарный расход свежего пара внешними потребителями, т/ч: ′ + D т′ . Dвн = D РОУ ′ = DРОУ ′′ DРОУ ′ − hп.в hРОУ . ′′ − hп.в hРОУ ′ Здесь: D т′ – расход свежего пара, т/ч; hРОУ – энтальпия свежего пара ′ кДж/кг; hп.в – энтальпия питательной воды, кДж/кг; DРОУ – расход пара перед РОУ, т/ч. 5. Определить количество воды, впрыскиваемой в редукционноохладительную установку, т/ч: ′′ GРОУ = DРОУ ′ − hРОУ ′′ hРОУ . ′ − hп.в hРОУ 6. Расход пара на собственные нужды котельной, т/ч: ′ = 0,01K с.н Dвн , Dс.н где K с.н – расход пара на собственные нужды котельной в процентах расхода пара внешними потребителями (рекомендуется принимать 5…10%). 7. Расход пара на мазутное хозяйство, т/ч: Dм = 0,01K м Dвн , где K м – процент расхода пара внешними потребителями (рекомендуется принимать при отсутствии данных 3%). 8. Расход пара на покрытие потерь в котельной, т/ч: ′ + Dм ) , Dп = 0,01K п (Dвн − Dс.н где K п – процент расхода пара внешними потребителями (рекомендуется принимать при отсутствии конкретных данных 2…3%). 9. Суммарный расход пара на собственные нужды, мазутное хозяйство и покрытие потерь котельной, т/ч: ′ + Dм + Dп . Dс.н = Dс.н 10. Суммарная производительность котельной, т/ч: D = Dс.н + Dвн . 40 11. Потери конденсата в оборудовании внешних потребителей и внутри котельной, т/ч: Gкпот = (1 − β )(Dт + Dт′ ) + 0,01 K к D. Здесь: β – доля конденсата, возвращаемого внешними потребителями; K к – потери конденсата в цикле котельной установки (рекомендуется принимать их равными 3%). 12. Определить расход химически очищенной воды, т/ч: Fх.о.в = Gкпот + 0,01K т.сG, где K т.с – потери воды в тепловой сети (рекомендуется принимать их равными 2…3%). 13. Определить расход сырой воды, т/ч: Gх.в = K х.о.вGх.о.в , где Kх.о.в – коэффициент, учитывающий расход сырой воды на собственные нужды химводоочистки (рекомендуется принимать его равным 1,25). 14. Определить количество воды, поступающей с непрерывной продувкой в расширитель, т/ч: Gпр = 0,01 pпр D , где pпр – процент продувки (принимается 2…5%). 15. Количество пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки, т/ч: Dрасш = ′ ) Gпр (hк.в − hрасш ′ ) х(h′′расш − hрасш . ′′ Здесь: hк.в – энтальпия котловой воды, кДж/кг; hрасш – энтальпия пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг; ′ hрасш – энтальпия воды, получаемой в расширителе непрерывной продувки, кДж/кг; х – степень сухости пара (принимается равной 0,98). 16. Количество воды на выходе из расширителя непрерывной продувки, т/ч: Gрасш = Gпр − Dрасш . 41 17. Определить температуру сырой воды после охладителя непрерывной продувки, °С: ′ = tс.в ′ η − h′′пр ) Gрасш (hрасш 4,2 Gс.в + tс.в , ′′ – энтальпия воды после охладителя непрерывной продувки, где hпр принимается равной 210 кДж/кг. 18. Расход пара на подогреватель сырой воды, т/ч: Dс.в = Gс.в ′ − hс.в ′ hх.о.в . РОУ h′′РОУ − hк ′ Здесь: hх.о.в – энтальпия сырой воды после подогревателя, определяет′ – энся для температуры воды, принимаемой 20…30 °С, кДж/кг; hс.в тальпия сырой воды после охладителя непрерывной продувки, опреде′ , кДж/кг; hРОУ ′′ ляется по температуре tс.в – энтальпия редукционного пара, кДж/кг; hкРОУ – энтальпия конденсата редуцированного пара, определяется по температуре конденсата, принимаемой равной 70…85 °С. 19. Определить температуру химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды, °С: ′′ = t ′х.о.в + tх.о.в 0,01K т.сG (tп.в − t2 )η . Gх.о.в ′ Здесь: t х.о.в – температура химически очищенной воды на входе в охладитель деаэрированной воды, °С; tп.в – температура питательной (деаэрированной) воды на входе в охладитель, °С; t 2 – температура деаэрированной воды после охладителя, принимаемой равной 70 °С; 0,01K т.сG – расход подпиточной воды для покрытия утечек в системе теплоснабжения, т/ч. 20. Определить расход пара на подогрев химически очищенной воды в подогревателе перед деаэратором, т/ч: Dх.о.в = Gх.о.в ′′ hк − hх.о.в . h′′РОУ − hкРОУ Здесь: hк – энтальпия химически очищенной воды после подогревателя, определяется по температуре, равной температуре конденсата, 42 ′′ – энтальпия химически очищенной воды перед подогрекДж/кг; hх.о.в вателем, определяется по температуре химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды, кДж/кг. 21. Суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор, за вычетом греющего пара деаэратора, т/ч: Gд = Gх.о.в + β(Dт + Dт′ ) + Dх.о.в + Dс.в + Dп.с.в + Dрасш . 22. Определить среднюю температуру воды в деаэраторе, °С: t д′ = + Gх.о.в hк + β(Dт + Dт′ )hк + Dх.о.в hкРОУ + Gд ′′ Dс.в hкРОУ + Dп.с.в hк + Dрасш hрасш Gд . 23. Определить расход греющего пара на деаэратор, т/ч: Dд = Gд hп.в − 4,2tд′ . (h′′РОУ − hп.в )η 24. Определить расход редуцированного пара на собственные нужды котельной, т/ч: РОУ Dс.н = Dд + Dх.о.в + Dс.в . 25. Определить расход свежего пара на собственные нужды котельной, т/ч: с РОУ Dс.н = Dс.н h′′РОУ − hп.в h РОУ − hп.в . 26. Действительная паропроизводительность котельной с учётом расхода пара на собственные нужды, т/ч: с с Dк = ( Dвн + Dс.н ) + 0,01K п ( Dвн + Dс.н ). 27. Невязка с предварительно принятым значением паропроизводительности котельной, %: ∆D = Dк − D Dк ⋅ 100 . 43 Если невязка получится меньше 3%, то расчёт тепловой схемы считается законченным. При большей невязке расчёт следует повторить, изменив расход пара на собственные нужды. Уточнённый расход редуцированного пара, т/ч: РОУ Dу.′′ РОУ = Dт + Dп.с.в + Dс.н . Расход свежего пара на РОУ Dу.′ РОУ = Dу.′′ РОУ h′′РОУ − hп.в h′РОУ − hп.в . Суммарная паропроизводительность котельной с учётом уточнения расхода на собственные нужды (т/ч) Dку = Dт′ + Dу.′ РОУ + 0,01K п (Dт + Dт′ ) . 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА Графическая часть курсового проекта состоит из трёх листов формата А1 (594×841), на которых вычерчивают: – котлоагрегат в двух (или трех) проекциях, характеризующих конструкцию котла [1, 2, 7, 11]; – принципиальную тепловую схему котельной, показывающую технологию получения теплоносителя заданных параметров [1]; – схему газового тракта котла [2]; – горелочное устройство; – схему подготовки топлива к сжиганию (определяется типом применяемого топлива). Чертежи выполняются согласно ЕСКД. Спецификации вшиваются в пояснительную записку (в приложения). Исходными геометрическими параметрами для выполнения чертежей являются величины, полученные при выполнении теплового, аэродинамического и гидравлического расчётов. В качестве пособий, облегчающих выполнение курсового проекта, используются иллюстрации в литературных источниках [1 – 12]. 44 Чертежи должны содержать габаритные, присоединительные и сборочные размеры. На отдельных поверхностях нагрева обозначаются габариты, шаги труб, число и диаметр труб и т.п. На чертежах проекций должны быть изображены лазы, предохранительные клапаны и другая арматура, входные и выходные коллекторы пучков, сепарационные и продувочные устройства. Студент должен детально разобраться в конструкциях узлов и дать в пояснительной записке объяснения по их исполнению, условиям работы, сборке и разборке, а также назначению и месту в конструкции котлоагрегата. Кроме того, необходимо проанализировать условия эксплуатации отдельных узлов и причины выхода их из строя. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Эстеркин, Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование / Р.И. Эстеркин. – СПб. : Интеграл, 2011. – 280 с. 2. Фокин, В.М. Теплогенераторы котельных / В.М. Фокин – М. : Машиностроение-1, 2005 – 106 с. 3. Тепловой расчёт котлов (нормативный метод). – 2-е изд. – СПб. : Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. 4. Сидельковский, Л.Н. Котельные установки промышленных предприятий / Л.Н. Сидельковский, В.Н. Юренев. – М. : ООО «БАСТЕТ», 2009. – 528 с. 5. Котельные установки и парогенераторы / Е.А. Бойко, И.С. Деринг, С.А. Михайленко. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 606 с. 6. Ляшков, В.И. Теоретические основы теплотехники / В.И. Ляшков. – М. : Высш. шк., 2008. – 318 с. 7. Тепловые и атомные электростанции : справочник / под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – М. : Издательство МЭИ, 2003. – 645 с. 8. Аэродинамический расчёт котельных установок (нормативный метод) / под ред. С.И. Мочана. – 3-е изд. – Л. : Энергия, 1977. 9. Гидравлический расчёт котельных агрегатов (нормативный метод) / под ред. В.А. Локшина, Д.Ф. Петерсона, А.Л. Шварца. – М. : Энергия, 1978. 10. Лебедев, И.К. Гидродинамика паровых котлов / И.К. Лебедев. – М. : Энергия, 1978. – 240 с. 11. Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 488 с. 12. Рабинович, О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1969. – 376 с. 45 ПРИЛОЖЕНИЯ П1. Характеристики твёрдого топлива по рабочей массе Состав рабочей массы, % № п/п Месторождение и марка топлива 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Подмосковный, Б2 Донецкий, Д Донецкий, Г Воркутинское, Ж Кизеловское, Г Челябинское, Б3 Кузнецкий, Д Кузнецкий, Т Ирша-Бородинский, Б2 Азейское, Б3 Ургальское, Г Сучанское, Г Липовецкое, Д Березовское месторождение, Б2 Норильское месторождение, СС Артемовский, Б3 Интинское, Д Сланцы Торф Древесина Пеллеты из соломы Wp Ap Sкр S oр Cp Hp Np Op 32,0 13 7 5 5 17 10,5 6,5 3 22,5 6,5 5,5 6,5 33,0 4,0 24,5 11,5 13 48 30 2,5 25,2 15,7 18,1 18,1 26,6 28,2 8,5 16,8 6 10,1 29,9 28,8 26,6 4,7 26,8 24,3 25,4 40 7 0,7 5,0 1,5 1,5 2 1,2 1,5 1,3 28,7 53,9 60,7 64,8 52,6 39,2 63,7 68,4 43,7 49,9 50,9 54,2 51,6 44,3 59,2 35,7 47,7 24,4 25,7 35,4 46,0 2,2 3,9 4 4,1 3,9 2,8 4,5 3,3 3 3,6 3,8 3,5 4 3,0 3,3 2,9 3,2 3,1 2,7 4,2 5,9 0,6 1,1 1,1 1,4 0,9 0,9 1,8 1,5 0,6 0,9 0,6 0,8 0,5 0,4 1,2 0,7 1,3 0,1 1,1 0,4 0,5 8,6 9,4 5,8 5,8 6,3 10,4 10,7 3 13,5 12,6 7,9 6,8 10,4 14,4 4,9 12,1 8,8 3,7 15,4 29,3 40,0 0,8 2,6 2,1 1,5 0,3 0,5 0,2 0,4 0,4 0,4 0,4 0,2 0,5 0,5 2,0 1,3 0,6 0,3 0,1 – 0,08 П2. Характеристики жидкого топлива Состав топлива, % Наименование топлива Мазут малосернистый 40 Мазут малосернистый 100 Мазут сернистый 40 Мазут сернистый 100 Мазут высокосернистый 40 Мазут высокосернистый 100 Соляровое масло Дизельное топливо Моторное топливо C с H Nс + Oс S cоб A W 10,9 10,8 11,2 11,2 10,7 10,3 13,3 13,3 12,6 0,55 0,90 0,80 1,00 0,75 0,45 0,10 0,10 0,5 0,5 0,5 2,0 2,0 3,5 3,5 0,3 0,3 0,4 0,12 0,14 0,12 0,14 0,12 0,14 0,02 0,0025 0,05 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 0 0,09 0 с 85,00 84,75 83,80 83,80 84,10 83,10 86,30 86,30 86,5 П3. Характеристики газообразного топлива Состав газа по объёму, % Газопровод Саратов–Москва Бухара–Урал Брянск–Москва Ставрополь–Грозный Первомайск–Сторожевка Ярино–Пермь Биогаз СН4 С2Н4 С3Н8 С4Н10 С5Н12 H2 N2 СO2 78,2 94,3 92,8 98,2 62,4 38,0 63,0 4,4 2,4 3,9 0,35 3,6 25,1 – 2,2 0,3 1,1 1,15 2,6 12,5 – 0,41 0,3 0,4 0,06 0,9 3,3 – 0,09 0,2 0,1 0,01 0,2 1,3 – 0,12 14 2,6 0,6 1,0 30,2 18,7 – 0,10 – 0,02 – 2,1 1,0 0,10 0,20 0,1 – 33,0 П4. Расчётный коэффициент избытка воздуха на выходе из топки Топка Топливо Коэффициент αт Камерная топка с твёрдым шлакоудалением Антрацит, полуантрацит, тощий уголь 1,2...1,25* Остальное твёрдое топливо 1,15...1,2 Камерная топка с жидким шлакоудалением Антрацит, полуантрацит, тощий уголь 1,2...1,25 Остальное твёрдое топливо 1,15...1,2 Камерная Природный газ Мазут 1,05...1,1** 1,02...1,05*** П р и м е ч а н и я. * Большие значения – при транспортировке пыли горячим воздухом и наличии отдельных сборных горелок. ** При наличии газоплотной топочной камеры принимают αт = 1,05. *** В топках с газоплотными экранами и в уплотнённых топках при ∆αт ≤ 0,05 принимают 1,02...1,03. П5. Величина присоса воздуха Элементы газового тракта котла Величины присоса ∆α Газоплотные 0,02 С металлической обшивкой труб экрана 0,05 С обмуровкой и металлической обшивкой С обмуровкой и без обшивки 0,07 Топочные камеры слоевых топок Механические и полумеханические 0,10 Ручные 0,30 Газоходы конвективных поверхностей нагрева Газоплотный газоход от топки до воздухоподогревателя (величина присоса распределяется равномерно по расположенным в газоходе поверхностям нагрева) 0,02 Топочные камеры пылеугольных и газомазутных котлов 48 0,10 Продолжение прил. П5 Элементы газового тракта котла Газоходы конвективных поверхностей нагрева Золоуловители Газоходы за котлом Негазоплотные газоходы: Фестон, ширмовый перегреватель Первый котельный пучок котлов производительностью ≤ 50 кг/с Второй котельный пучок котлов производительностью ≤ 50 кг/с Первичный перегреватель Промежуточный перегреватель Переходная зона прямоточного котла Экономайзер котлов производительностью > 50 кс/с (каждая ступень) Экономайзер котлов производительностью ≤ 50 кс/с: стальной чугунный с обшивкой чугунный без обшивки Трубчатые воздухоподогреватели: котлов производительностью > 50 кс/с (каждая ступень) котлов производительностью ≤ 50 кс/с (каждая ступень) Регенеративные воздухоподогреватели (вместе «горячая» и «холодная» набивки) котлов производительностью > 50 кс/с (каждая ступень) котлов производительностью ≤ 50 кс/с (каждая ступень) Пластинчатые воздухоподогреватели (каждая ступень) Электрофильтры: котлов производительностью > 50 кс/с (каждая ступень) котлов производительностью ≤ 50 кс/с (каждая ступень) Циклонные и батарейные Скрубберы Стальные (каждые 10 п. м) Кирпичные борова (каждые 10 п. м) Величины присоса ∆α 0 0,05 0,10 0,03 0,03 0,03 0,02 0,08 0,10 0,20 0,03 0,06 0,15 0,20 0,10 0,10 0,15 0,05 0,05 0,01 0,05 49 П6. Энтальпия 1 м3 газов, воздуха , 1 кг золы θ, °С (сθ) СО 2 (сθ) N 2 (сθ) H 2 O (сθ) в кДж/м3 50 (сθ) зл , кДж/кг 100 171,7 130,1 150,5 132,7 80,8 200 360,0 261,0 304,0 267,0 169,1 300 563 394 463 403 264 400 776 529 626 542 360 500 999 667 795 685 458 600 1231 808 969 830 560 700 1469 952 1149 979 662 800 1712 1098 1334 1129 767 900 1961 1247 1526 1283 875 1000 2213 1398 1723 1438 984 1100 2458 1551 1925 1595 1097 1200 2717 1705 2132 1754 1206 1300 2977 1853 2344 1914 1361 1400 3239 2009 2559 2076 1583 1500 3503 2166 2779 2239 1759 1600 3769 2324 3002 2403 1876 1700 4036 2484 3229 2567 2064 1800 4305 2644 3458 2732 2186 1900 4574 2804 3690 2899 2387 2000 4844 2965 3926 3066 2512 2100 5115 3127 4163 3234 2200 5386 3289 4402 3402 2300 5658 3452 4643 3571 2400 5930 3615 4888 3740 2500 6203 3778 5132 3910 П7. Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана x 1,0 S d 0,9 l 0,8 0,7 1 2 0,6 3 0,5 4 5 0,4 0,3 0,2 1 2 3 4 5 6 7 S/d 1 – при расстоянии от стенки l > 1,4d; 2 – при l = 0,8d; 3 – при l = 0,5d; 4 – при l = 0; 5 – без учёта излучения обмуровки при l > 0,5d 51 П8. Коэффициент загрязнения топочных экранов Экраны Открытые гладкотрубные и плавниковые настенные Ошипованные, покрытые огнеупорной массой в топках с твёрдым шлакоудалением Закрытые огнеупорным кирпичом 52 Топливо Значение ξ Газообразное 0,65 Мазут 0,55 АШ и ПА при Гун ≥ 12%, тощий уголь при Гун ≥ 8%, каменные и бурые угли, фрезерный торф 0,45 Экибастузский при Rэф ≤ 15% 0,35…0,40 Бурые угли с W ≥ 3,5% при газовой сушке и прямом вдувании 0,55 Сланцы северо-западных месторождений 0,25 Все виды топлива при слоевом сжигании 0,60 Любое 0,20 0,10 400 60 50 40 30 20 18 600 800 1000 1200 1400 1600 υ = 1800 ºС k r, 1/(м·МПа) 70 300 200 14 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0,05 0,15 2 0,25 rH O 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,01 0,015 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,6 0,0016 0,0018 0,0020 0,0022 0,0024 0,0026 0,0028 0,003 0,0035 0,004 0,0014 p ns = 0,001 м·МПа 0,0012 П9. Номограмма для определения коэффициента ослабления лучей трёхатомными газами 53 П10. Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами kэл 0,14 0,12 0,10 1 2 3 4 5 0,08 0,06 0,04 0,02 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 t, ºС 1 – при сжигании пыли в циклонных топках; 2 – при сжигании углей, размолотых в шаровых барабанных мельницах; 3 – при сжигании углей, размолотых в среднеходных и молотковых мельницах и в мельницах-вентиляторах; 4 – при сжигании дроблёнки в циклонных топках и топлива в слоевых топках; 5 – при сжигании торфа в камерных топках 54 П11. Степень черноты продуктов сгорания a в зависимости от суммарной оптической толщины среды kps a 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,15 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 kps П12. Доля топочного объёма, заполненная светящейся частью факела Вид сжигаемого топлива и удельная нагрузка топочного объёма Коэффициент m Газ при сжигании светящимся факелом с qv ≤ 400 кВт/м2 То же при qv ≥ 1000 кВт/м2 Мазут при qv ≤ 400 кВт/м2 То же при qv ≥ 1000 кВт/м2 0,1 0,6 0,55 1,0 П р и м е ч а н и е. При удельных нагрузках топочного объёма больше 400 и меньше 1000 кВт/м2 коэффициент m определяется линейной интерполяцией. 55 П13. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков 2 α н, Вт /(м ·К) 190 180 d = 10 мм cz 1,0 12 170 14 0,95 160 150 16 18 0,9 2 4 6 8 10 12 20 140 25 28 30 32 35 38 40 42 45 50 51 55 60 65 70 76 80 83 90 100 110 120 130 120 110 100 90 80 70 60 S2 50 40 W 30 S1 20 0 56 d 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 W, м/с Продолжение прил. П13 cs 1,0 0,9 σ1 = 1,6 1,8 2,0 2,2 0,8 2,4 2,6 2,8 ≥ 3,0 0,7 0,6 1,0 1,2 1,4 1,8 σ2 1,6 cф 1,2 1,1 rH2O = 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0,02 1,0 0,9 0,8 Воздух 0,7 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 t, ºC 57 П14. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков 2 α н, Вт /(м ·К) d = 10 мм 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32 35 38 40 115 42 45 50 110 55 105 120 95 60 65 70 75 80 90 90 85 100 110 120 100 80 75 70 65 60 55 50 45 S2 40 S'2 W 35 S1 30 d 25 2 58 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 W, м/с Продолжение прил. П14 cz 1,0 1 2 0,9 0,8 0,7 0,6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 z2 1 – при σ1 ≥ 3; 2 – при σ1 < 3 cф 1,2 rH2O = 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 1,1 1,0 0,9 Воздух 0,8 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 t, ºC 59 с s, 0,7 0,9 60 1,1 σ1 ≥ 3 1,3 1,5 σ1 < 3 1,7 1 2 3 σ 2 = 0,6 0,7 0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 1,1 1,9 1,8 4 1,3 1,2 2,0 1,4 5 2,5 1,5 6 3,0 1,6 7 4,0 1,7 8 σ1 Окончание прил. П14 П15. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи излучением α н, Вт /(м2·К) 550 500 450 tст = 1000 ºС 950 400 350 900 850 300 800 750 250 200 700 650 170 160 140 600 550 120 100 500 80 cr 400 60 tст = 100 ºC 300 500 700 900 1,0 40 300 200 100 20 200 0,9 400 400 600 800 1000 800 1200 1200 1400 υ, ºС 1600 υ, ºС 61 П16. Коэффициент тепловой эффективности ψ для конвективных поверхностей нагрева* при сжигании различных твёрдых топлив Топливо Значение ψ АШ и тощие угли 0,6 Каменные, бурые угли (кроме подмосковных и канско-ачинских), промпродукты каменных углей 0,65 Подмосковный уголь 0,7 Бурые угли Канско-Ачинского месторождения, фрезерный торф и древесное топливо 0,6 Сланцы (северо-западные, кашпирские) 0,5 П р и м е ч а н и е. Для всех топлив, кроме подмосковного угля, требуется очистка конвективных поверхностей нагрева. * Фестоны паровых котлов большой мощности, развитые котельные пучки котлов малой мощности, конвективные пароперегреватели и экономайзеры с коридорным расположением труб. 62 П17. Коэффициент тепловой эффективности ψ для конвективных поверхностей нагрева при сжигании мазута и газа Скорость продуктов сгорания, м/с Значение ψ Первые и вторые ступени экономайзеров с очисткой поверхности нагрева дробью 12...20 0,65...0,6 4...12 0,7...0,65 Пароперегреватели, расположенные в конвективной шахте, при очистке дробью, а также коридорные пароперегреватели в горизонтальном газоходе, без очистки; котельные пучки котлов малой мощности, фестоны 12...20 0,6 4...12 0,65...0,6 Экономайзеры котлов малой мощности (при температуре воды на входе 100 °С и ниже) 4...12 0,55...0,5 Первые ступени экономайзеров и одноступенчатые экономайзеры, в том числе плавниковые и ребристые, при температуре продуктов сгорания на входе в них ϑ ≤ 400 °С – 0,9 Вторые ступени экономайзеров, пароперегреватели и другие конвективные поверхности нагрева, в том числе плавниковые и ребристые, при температуре продуктов сгорания на входе в них ϑ > 400 °С – 0,85 Поверхность нагрева При сжигании мазута При сжигании газа П р и м е ч а н и я. 1. При сжигании газа после сжигания мазута коэффициент тепловой эффективности принимается средним между значениями для газа и мазута. 2. При сжигании газа после сжигания твёрдого топлива (без остановки котла) коэффициент тепловой эффективности принимается как для твёрдого топлива. 3. Больший коэффициент тепловой эффективности принимается для меньшей скорости. 63 64 ψ 0,9 А = 0,5 0,45 0,4 0,35 0,92 0,94 0,3 0,96 0,98 1,0 0 0,25 0,2 0,15 0,1 0,2 0,4 0,6 1,0 1,2 1,4 0,85 0,75 0,8 0,7 0,65 0,8 0,9 1,6 0,6 1,8 0,55 0,5 2,0 0,45 2,2 0,4 p =0,1 0,2 0,25 0,3 2,4 R = τ1 /τ 2 0,35 П18. Номограмма для определения температурного напора при последовательно-смешанном токе продуктов сгорания α н, Вт/(м2 ·К) 2500 1500 1000 3000 2000 1100 25 30 35 40 6 9 108 1112 13 14 15 16 18 20 5 4,5 5,5 4 3,5 3 2,5 2 500 cd 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0 2 250 4 300 5 7,5 10 275 10 20 30 40 50 60 70 d вн 325 15 20 25 550 600 650 700 500 p, МПа 350 375 400 450 П19. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к перегретому пару при продольном омывании змеевиков пароперегревателя 65 t, °C p·10–5, Па ρ, кг/м3 h, кДж/кг сp, кДж/(кг·°C) λ·102, Вт/(м·°C) a·106, м2/с µ·106, Па·с ν·106, м2/с П20. Физические свойства воды на линии насыщения 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 1,013 1,013 1,013 1,013 1,013 1,013 1,013 1,013 1,013 1,013 1,013 1,43 1,98 2,70 3,61 4,76 6,18 7,92 10,03 12,55 15,55 19,08 23,20 27,98 33,48 39,78 46,94 55,05 64,19 74,45 85,92 98,70 112,90 128,65 146,08 165,37 186,74 210,53 999,9 999,7 998,2 995,7 992,2 988,1 983,2 977,8 971,8 965,3 958,4 951,0 943,1 934,8 926,1 917,0 907,4 897,3 886,9 876,0 863,0 852,8 840,3 827,3 813,6 799,0 784,0 767,9 750,7 732,3 712,5 691,1 667,1 640,2 610,1 574,4 528,0 450,5 0,00 42,04 83,91 125,7 167,5 209,3 251,1 293,0 335,0 377,0 419,1 461,4 503,7 546,4 589,1 632,2 675,4 719,3 763,3 807,8 852,5 897,7 943,7 990,2 1037,5 1085,7 1135,1 1185,3 1236,8 1290,0 1344,9 1402,2 1462,1 1526,2 1594,8 1671,4 1761,5 1892,5 4,121 4,191 4,183 4,174 4,174 4,174 4,179 4,187 4,195 4,208 4,220 4,233 4,250 4,266 4,287 4,313 4,346 4,380 4,417 4,459 4,505 4,555 4,614 4,681 4,766 4,844 4,949 5,070 5,230 5,485 5,736 6,071 6,574 7,244 8,165 9,504 13,984 40,321 55,1 57,4 59,9 61,8 63,5 64,8 65,9 66,8 67,4 68,0 68,3 68,5 68,6 68,6 68,5 68,4 68,3 67,9 67,4 67,0 66,3 65,5 64,5 63,7 62,8 61,8 60,5 59,0 57,4 55,8 54,0 52,3 50,6 48,4 45,7 43,0 39,5 33,7 13,1 13,7 14,3 14,9 15,3 15,7 16,0 16,3 16,6 16,8 16,9 17,0 17,1 17,2 17,2 17,3 17,3 17,3 17,2 17,1 17,0 16,9 16,6 16,4 16,2 15,9 15,6 15,1 14,6 13,9 13,2 12,5 11,5 10,4 9,17 7,88 5,36 1,86 1788 1306 1004 801,5 653,3 549,4 469,9 406,1 355,1 314,9 282,5 259,0 237,4 217,8 201,1 186,4 173,6 162,8 153,0 144,2 136,4 130,5 124,6 119,7 114,8 109,9 105,9 102,0 98,1 94,2 91,2 88,3 85,3 81,4 77,5 72,6 66,7 56,9 1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,272 0,252 0,233 0,217 0,203 0,191 0,181 0,173 0,165 0,158 0,153 0,148 0,145 0,141 0,137 0,135 0,133 0,131 0,129 0,128 0,128 0,128 0,127 0,127 0,126 0,126 0,126 66 t, °C p·10–5, Па ρ", кг/м3 h", кДж/кг r, кДж/кг сp, кДж/(кг·°C) λ·102, Вт/(м·°C) a·106, м2/с ν·106, м2/с П21. Физические свойства водяного пара на линии насыщения 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 1,013 1,43 1,98 2,70 3,61 4,76 6,18 7,92 10,03 12,55 15,55 19,08 23,20 27,98 33,48 39,78 46,94 55,05 64,19 74,45 85,92 98,70 112,90 128,65 146,08 165,37 186,74 210,53 0,598 0,826 1,121 1,496 1,966 2,547 3,258 4,122 5,157 6,394 7,862 9,588 11,62 13,99 16,76 19,98 23,72 28,09 33,19 39,15 46,21 54,58 64,72 77,10 92,76 113,6 144,0 203,0 2675,9 2691,4 2706,5 2720,7 2734,1 2746,7 2758,0 2768,9 2778,5 2786,4 2793,1 2798,2 2801,5 2803,2 2803,2 2801,1 2796,5 2789,8 2779,7 2766,4 2749,2 2727,4 2700,2 2665,9 2621,9 2564,5 2481,2 2330,9 2256,8 2230,0 2202,8 2174,3 2145,0 2114,4 2082,6 2049,5 2015,2 1978,8 1940,7 1900,5 1857,8 1813,0 1765,6 1715,8 1661,4 1604,4 1542,9 1476,3 1404,3 1325,2 1238,1 1139,7 1027,1 893,1 719,7 438,4 2,135 2,177 2,206 2,257 2,315 2,395 2,479 2,583 2,709 2,856 3,023 3,199 3,408 3,634 3,881 4,158 4,468 4,815 5,234 5,694 6,280 7,118 8,206 9,881 12,35 16,24 23,03 56,52 2,372 2,489 2,593 2,686 2,791 2,884 3,012 3,128 3,268 3,419 3,547 3,722 3,896 4,094 4,291 4,512 4,803 5,106 5,489 5,827 6,268 6,838 7,513 8,257 9,304 10,70 12,79 17,10 18,58 13,83 10,50 7,672 6,130 4,728 3,722 2,939 2,339 1,872 1,492 1,214 0,983 0,806 0,658 0,544 0,453 0,378 0,317 0,261 0,216 0,176 0,141 0,108 0,0811 0,0580 0,0386 0,0150 20,02 15,07 11,46 8,85 6,89 5,47 4,39 3,57 2,93 2,44 2,03 1,71 1,45 1,24 1,06 0,913 0,794 0,688 0,600 0,526 0,461 0,403 0,353 0,310 0,272 0,234 0,202 0,166 67 П22. Вода и перегретый водяной пар p, ат 0,04 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,20 t, °C 20 40 60 80 100 120 140 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 0,0010018 20,0 0,0708 0,0010018 20,0 0,0708 0,0010018 20,0 0,0708 0,0010018 20,0 0,0708 0,0010018 20,0 0,0708 0,0010018 20,0 0,0708 0,0010018 20,0 0,0708 36,79 614,9 2,0412 0,0010079 40,0 0,1365 0,0010079 40,0 0,1365 0,0010079 40,0 0,1365 0,0010079 40,0 0,1365 0,0010079 40,0 0,1365 0,0010079 40,0 0,1365 39,16 623,9 2,0684 19,56 623,8 1,9919 15,64 623,7 1,9672 13,02 623,6 1,9470 11,16 623,5 1,9300 9,759 623,4 1,9150 7,797 623,2 1,8903 41,51 633,0 2,0949 20,74 632,9 2,0183 16,58 632,8 1,9935 13,81 632,8 1,9733 11,84 632,7 1,9563 10,358 632,6 1,9415 8,277 632,5 1,9166 43,87 642,1 2,1199 21,92 642,1 2,0432 17,53 642,0 2,0186 14,6 641,9 1,9984 12,51 641,9 1,9813 10,950 641,8 1,9666 8,752 641,7 1,9417 46,23 651,1 2,1436 23,10 651,1 2,0669 18,47 651,0 2,0423 15,39 651,0 2,0221 13,19 650,9 2,0050 11,540 650,9 1,9903 9,226 650,8 1,9655 48,58 660,2 2,1661 24,28 660,1 2,0896 19,42 660,1 2,0649 16,18 660,1 2,0448 13,86 660,0 2,0277 12,130 660,0 2,0129 9,699 659,9 1,9882 Продолжение прил. П22 p, ат 0,30 1,0 1,2 6,0 8,0 10,0 12,0 t, °C 20 40 60 80 100 120 140 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 0,0010018 20,0 0,0708 0,0010018 20,1 0,0708 0,0010018 20,1 0,0708 0,0010016 20,2 0,0708 0,0010015 20,2 0,0708 0,0010014 20,3 0,0707 0,0010013 20,3 0,0707 0,0010079 40,0 0,1365 0,0010079 40,0 0,1365 0,0010078 40,0 0,1365 0,0010077 40,1 0,1365 0,0010076 40,2 0,1365 0,0010075 40,2 0,1364 0,0010074 40,2 0,1364 0,001071 60,0 0,1984 0,001070 60,0 0,1984 0,001070 60,0 0,1984 0,001068 60,1 0,1983 0,001067 60,1 0,1983 0,001066 60,1 0,1982 0,001065 60,2 0,1982 5,507 632,1 1,8713 0,0010289 80,0 0,2567 0,0010289 80,0 0,2567 0,0010287 80,1 0,2566 0,0010286 80,1 0,2565 0,0010285 80,1 0,2565 0,0010284 80,2 0,2565 5,826 641,4 1,8965 1,730 639,2 1,7603 0,0010435 100,1 0,3121 0,0010432 100,1 0,3120 0,0010431 100,2 0,3119 0,0010430 100,2 0,3119 0,0010429 100,2 0,3119 6,143 650,6 1,9204 1,830 649,0 1,7851 1,521 648,5 1,7640 0,0010513 110,2 0,3386 0,0010600 120,3 0,3646 0,0010599 120,4 0,3646 0,0010598 120,4 0,3645 6,459 659,8 1,9439 1,926 658,4 1,8083 1,602 658,0 1,7875 0,0010696 130,5 0,3900 0,0010795 140,7 0,4149 0,0010794 140,7 0,4149 0,0010793 140,8 0,4148 Продолжение прил. П22 p, ат 14,0 16,0 18,0 20,0 30 80 90 t, °C 20 40 60 80 100 120 140 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 0,0010012 20,3 0,0707 0,0010011 20,4 0,0707 0,0010010 20,4 0,0707 0,0010010 20,4 0,0707 0,0010005 20,7 0,0706 0,0009984 21,77 0,0703 0,0009980 22,00 0,0702 0,0010073 40,3 0,1364 0,0010072 40,3 0,1364 0,0010071 40,4 0,1364 0,0010070 40,4 0,1364 0,0010066 40,6 0,1362 0,0010044 41,66 0,1359 0,0010039 41,87 0,1357 0,001064 60,2 0,1982 0,001063 60,2 0,1982 0,001062 60,3 0,1982 0,001061 60,3 0,1981 0,0010157 60,5 0,1980 0,0010135 61,57 0,1973 0,0010130 61,77 0,1971 0,0010283 80,2 0,2564 0,0010282 80,2 0,2564 0,0010281 80,3 0,2564 0,0010280 80,3 0,2563 0,0010275 80,5 0,2561 0,0010254 81,52 0,2553 0,0010250 81,70 0,2551 0,0010428 100,3 0,3118 0,0010427 100,3 0,3118 0,0010425 100,3 0,3117 0,0010425 100,4 0,3117 0,0010419 100,5 0,3115 0,0010398 101,48 0,3105 0,0010394 101,66 0,3103 0,0010596 120,4 0,3644 0,0010595 120,5 0,3644 0,0010594 120,5 0,3644 0,0010593 120,5 0,3643 0,010588 120,7 0,3641 0,0010565 121,54 0,3631 0,0010560 121,71 0,3628 0,0010792 140,8 0,4148 0,0010791 140,8 0,4147 0,0010789 140,9 0,4147 0,0010788 140,9 0,4146 0,0010782 141,1 0,4144 0,0010775 141,84 0,4133 0,0010750 141,99 0,4130 Продолжение прил. П22 p, ат 100 120 130 140 160 240 300 t, °C 20 40 60 80 100 120 140 v h s v h s v h s v h s v h s 0,0009976 22,22 0,0702 0,0009967 22,67 0,0701 0,0009962 22,89 0,0700 0,0009958 23,11 0,0700 0,0009949 23,54 0,0699 0,0009914 25,31 0,0695 0,0009888 26,62 0,0693 0,0010034 42,08 0,1356 0,0010025 42,50 0,1355 0,0010021 42,72 0,1354 0,0010016 42,92 0,1352 0,0010008 43,33 0,1351 0,0009975 45,00 0,1344 0,0009951 46,25 0,1338 0,0010126 61,67 0,1970 0,0010117 62,37 0,1967 0,00101113 62,57 0,1966 0,0010109 62,77 0,1965 0,0010101 63,16 0,1962 0,0010067 64,74 0,1951 0,0010043 65,93 0,1945 0,0010246 81,89 0,2550 0,0010237 82,27 0,2547 0,0010232 82,46 0,2545 0,0010227 82,65 0,2544 0,0010219 83,02 0,2541 0,0010184 84,53 0,2528 0,0010158 85,66 0,2520 0,0010390 101,84 0,3101 0,0010380 102,20 0,3097 0,0010375 102,38 0,3095 0,0010370 102,56 0,3094 0,00110360 102,92 0,3090 0,0010322 104,36 0,3076 0,0010295 105,44 0,3066 0,0010555 121,88 0,3626 0,0010545 122,23 0,3623 0,0010540 122,39 0,3621 0,0010535 122,57 0,3619 0,0010524 1222,92 0,3615 0,0010482 124,28 0,3598 0,0010452 125,32 0,3587 0,0010745 142,15 0,4128 0,0010733 142,47 0,4124 0,0010727 142,63 0,4122 0,0010721 142,80 0,4119 0,0010709 143,11 0,4115 0,0010663 144,39 0,4097 0,0010629 145,36 0,4084 Продолжение прил. П22 p, ат 0,04 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,20 t, °C 160 180 200 220 240 260 280 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 50,94 669,4 2,1877 25,46 669,3 2,1112 20,36 669,3 2,0865 16,96 669,3 2,0664 14,54 669,2 2,0493 12,720 669,2 2,0347 10,172 669,1 2,0098 53,28 678,6 2,2085 26,64 678,5 2,1319 21,30 678,5 2,1073 17,75 678,5 2,0872 15,21 678,4 2,0701 13,310 673,4 2,0554 10,645 678,3 2,0306 55,64 687,8 2,2284 27,82 687,8 2,1518 22,24 687,7 2,1273 18,54 687,7 2,1072 15,88 687,7 2,0901 13,899 687,7 2,0753 11,118 687,6 2,0506 57,99 697,0 2,2476 28,99 697,0 2,1711 23,19 697,0 2,1465 19,32 697,0 2,1264 16,56 697,0 2,1093 14,488 696,9 2,0946 11,591 696,9 2,0698 60,34 706,4 2,2661 30,17 706,3 2,1897 24,13 706,3 2,1650 20,11 706,3 2,1450 17,23 706,3 2,1278 15,076 706,2 2,1132 12,063 706,2 2,0885 62,70 715,8 2,2841 31,35 715,7 2,2076 25,07 715,7 2,1830 20,89 711,0 2,1541 17,90 715,7 2,1458 15,664 715,7 2,1310 12,535 715,6 2,1065 65,05 725,3 2,3015 32,52 725,2 2,2449 26,02 725,2 2,2003 21,68 725,2 2,1803 18,58 725,2 2,1633 16,25 725,2 2,1484 13,007 725,2 2,1238 Продолжение прил. П22 p, ат 0,30 1,0 1,2 6,0 8,0 10,0 12,0 t, °C 160 180 200 220 240 260 280 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 6,776 669,0 1,9648 2,023 667,8 1,8303 1,683 667,5 1,8097 0,3232 659,4 1,6186 0,0011020 161,3 0,4636 0,0011018 161,3 0,4635 0,0011017 161,3 0,4635 7,092 678,2 1,9856 2,119 677,2 1,8515 1,763 676,9 1,8310 0,3416 670,1 1,6431 0,2524 667,3 1,6063 0,1987 663,8 1,5760 0,0011273 182,3 0,5106 7,407 687,5 2,0058 2,214 686,6 1,8717 1,843 686,4 1,8514 0,3591 680,6 1,6655 0,2662 678,2 1,6300 0,2103 675,4 1,6008 0,1728 672,9 1,5762 7,722 696,8 2,0250 2,310 696,0 1,8913 1,923 695,8 1,8710 0,3763 690,7 1,6864 0,2792 688,7 1,6517 0,2214 686,5 1,6236 0,1825 648,5 1,6000 8,038 706,1 2,0436 2,405 705,5 1,9101 2,002 705,3 1,8898 0,3932 700,7 1,7064 0,2925 699,0 1,6722 0,2321 697,2 1,6449 0,1918 695,3 1,6220 8,352 715,5 2,0616 2,500 714,9 1,9284 2,082 714,8 1,9079 0,4099 710,7 1,7254 0,3054 709,2 1,6916 0,2426 707,6 1,6650 0,2007 705,9 1,6425 8,667 725,1 2,0790 2,595 724,5 1,9461 2,161 724,3 1,9258 0,4264 720,7 1,7438 0,3180 719,4 1,7102 0,2529 717,8 1,6839 0,2095 716,4 1,6618 Продолжение прил. П22 p, ат 14,0 16,0 18,0 20,0 30 80 90 t, °C 160 180 200 220 240 260 280 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 0,0011015 161,4 0,4634 0,0011014 161,4 0,4633 0,0011013 161,4 0,4633 0,0011011 161,4 0,4632 0,001104 161,1 0,4629 0,0010973 162,37 0,4614 0,0010855 152,23 0,4373 0,0011272 182,3 0,5105 0,0011270 182,3 0,5104 0,0011268 182,3 0,5103 0,0011267 182,3 0,5102 0,0011259 182,4 0,5098 0,001222 183,14 0,5079 0,0011214 183,28 0,5075 0,1460 670,0 1,5545 0,0011565 203,6 0,5562 0,0011563 203,6 0,5561 0,0011561 203,6 0,5560 0,0011552 203,6 0,5556 0,0011506 204,21 0,5535 0,0011497 204,32 0,5532 0,1547 682,3 1,5796 0,1338 679,9 1,1510 0,1175 677,0 1,5438 0,1043 674,4 1,5280 0,0011892 225,4 0,6006 0,0011835 225,71 0,5981 0,0011824 225,80 0,5977 0,1629 693,5 1,6020 0,1411 691,4 1,5843 0,1242 689,3 1,5681 0,1108 687,2 1,5530 0,06987 675,0 1,4000 0,0012223 247,89 0,6423 0,0012209 247,94 0,6417 0,1708 704,2 1,6229 0,1482 702,3 1,6056 0,1307 700,6 1,5900 0,1168 698,9 1,5756 0,07459 688,9 1,5167 0,0012691 270,9 0,6864 0,0012672 270,9 0,6858 0,1784 714,6 1,6426 0,1551 713,2 1,6257 0,1369 711,8 1,6104 0,1225 710,2 1,5967 0,7889 701,9 1,5405 0,0013280 295,1 0,7308 0,0013250 295,0 0,7300 Продолжение прил. П22 p, ат 100 120 130 140 160 240 300 t, °C 160 180 200 220 240 260 280 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 0,0010961 162,67 0,4608 0,0010947 162,95 0,4603 0,0010940 163,10 0,4601 0,00109 163,24 0,4598 0,0010811 153,29 0,4357 0,0010867 164,71 0,4574 0,0010829 165,59 0,4559 0,0011207 183,41 0,5072 0,0011101 183,66 0,5066 0,0011183 183,79 0,5063 0,0011176 183,92 0,5060 0,0011160 184,18 0,5054 0,0011099 185,22 0,5035 0,0011054 186,01 0,5018 0,0011488 204,43 0,5527 0,0011470 204,64 0,5520 0,0011460 204,75 0,5516 0,0011451 204,86 0,5513 0,0011433 205,08 0,5506 0,0011361 205,97 0,5481 0,0011311 206,64 0,5463 0,0011813 225,89 0,5972 0,0011791 226,06 0,5964 0,0011780 226,15 0,5959 0,0011769 226,23 0,5955 0,0011747 226,40 0,5946 0,0011663 227,08 0,5917 0,0011603 227,63 0,5897 0,0012195 247,99 0,6412 0,0012167 248,07 0,6402 0,0012153 248,11 0,6397 0,0012140 248,16 0,6392 0,0012113 248,25 0,6382 0,00121011 248,68 0,6348 0,0011938 249,06 0,6323 0,0012653 270,9 0,6852 0,0012616 270,8 0,6839 0,0012598 270,8 0,6833 0,0012580 270,8 0,6827 0,0012544 270,7 0,6816 0,0012412 270,7 0,6772 0,0012321 271,0 0,6745 0,0013222 294,4 0,7293 0,0013170 294,6 0,7278 0,0013144 294,5 0,7271 0,0013118 294,5 0,7263 0,0013069 294,4 0,7250 0,0012893 293,9 0,7196 0,0012775 293,8 0,7162 Продолжение прил. П22 p, ат 0,04 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,20 t, °C 300 350 400 450 500 600 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 67,41 734,9 2,3184 33,70 734,8 2,2418 26,96 734,8 2,2172 22,46 734,8 2,1972 19,25 734,8 2,1802 16,84 734,8 2,1654 13,478 734,8 2,1409 73,30 759,0 2,3585 36,64 758,9 2,2821 29,31 558,9 2,2575 24,42 758,9 2,2575 20,93 758,9 2,2205 18,31 758,9 2,2056 14,656 758,9 2,1810 79,18 783,5 2,3963 39,59 783,4 2,3198 31,67 783,4 2,2953 26,39 783,4 2,2752 22,61 783,4 2,2582 19,79 783,4 2,2435 15,833 783,4 2,2189 85,06 808,3 2,4322 42,53 808,3 2,3556 34,02 808,3 2,3311 28,35 808,3 2,3111 24,30 808,3 2,2940 21,25 808,3 2,2793 17,00 808,3 2,2547 90,94 833,6 2,4664 45,47 833,6 2,3899 36,38 833,6 2,3654 30,31 833,6 2,3453 25,98 833,6 2,3283 22,72 833,6 2,3137 18,17 833,6 2,2891 102,71 885,5 2,5303 51,35 885,4 2,4539 41,08 885,4 2,4293 34,24 885,4 2,4092 29,34 885,4 2,3922 25,68 885,4 2,3775 20,54 885,4 2,3529 Продолжение прил. П22 p, ат 0,30 1,0 1,2 6,0 8,0 10,0 12,0 t, °C 300 350 400 450 500 600 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 8,983 734,7 2,0959 2,690 734,1 1,9634 2,240 733,9 1,9431 0,4428 730,7 1,7615 0,3305 729,4 1,7282 0,2630 728,0 1,7019 0,2181 726,7 1,6802 9,769 758,9 2,1364 2,927 758,3 2,0040 2,439 758,1 1,9838 0,4834 755,9 1,8035 0,3613 754,9 1,7705 0,2879 753,8 1,7448 0,2390 752,8 1,7235 10,554 783,4 2,1741 3,163 782,9 2,0421 2,635 782,7 2,0218 0,5237 781,1 1,8422 0,3918 780,3 1,8099 0,3126 779,5 1,7843 0,2598 778,7 1,7633 11,339 808,3 2,2101 3,399 807,9 2,0779 2,832 807,7 2,057 0,5637 806,4 1,8787 0,4219 805,7 1,8464 0,3369 805,1 1,8211 0,2801 804,5 1,8005 12,124 833,6 2,2445 3,636 833,2 2,1119 3,028 833,0 2,0918 0,6036 831,9 1,9131 0,4519 831,4 1,8808 0,3609 830,9 1,8558 0,3003 830,5 1,8351 13,693 885,4 2,3082 4,107 885,1 2,1749 3,422 884,9 2,1548 0,6829 884,0 1,9764 0,5117 883,6 1,9445 0,4088 883,2 1,9195 0,3405 882,8 1,8990 Продолжение прил. П22 p, ат 14,0 16,0 18,0 20,0 30 80 90 t, °C 300 350 400 450 500 600 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 0,1859 725,1 1,6612 0,1618 724,0 1,6447 0,1430 722,8 1,6298 0,1281 721,3 1,6166 0,08294 714,2 1,5624 0,02503 667,0 1,3875 0,0014024 321,1 0,7664 0,2041 751,7 1,7052 0,1779 750,7 1,6893 0,1577 749,7 1,6750 0,1412 748,8 1,6621 0,09239 743,5 1,6112 0,03076 713,9 1,4665 0,02652 706,9 1,4446 0,2220 777,9 1,7454 0,1937 777,1 1,7299 0,1717 776,2 1,7160 0,1542 775,5 1,7035 0,1013 771,4 1,6542 0,03514 749,5 1,5217 0,03070 744,6 1,5031 0,2396 803,9 1,7827 0,2092 803,2 1,7673 0,1856 802,5 1,7538 0,1667 801,9 1,7114 0,1101 798,7 1,6942 0,03903 781,5 1,5676 0,03428 777,8 1,5508 0,2570 829,9 1,8177 0,2245 829,4 1,8024 0,1992 828,8 1,7889 0,1790 828,3 1,7767 0,1185 825,7 1,7295 0,04265 811,8 1,6082 0,03758 809,0 1,5925 0,2915 882,5 1,8817 0,2548 882,1 1,8667 0,2264 881,7 1,8534 0,2035 881,3 1,8415 0,1350 879,6 1,7950 0,04944 869,8 1,6788 0,04372 867,8 1,6642 Окончание прил. П22 p, ат 100 120 130 140 160 240 300 t, °C 300 350 400 450 500 600 v h s v h s v h s v h s v h s v h s v h s 0,0013978 320,7 0,7751 0,0013896 320,1 0,7729 0,0013857 319,8 0,7718 0,0013819 319,5 0,7709 0,0013746 319,1 0,7690 0,0013489 317,9 0,7625 0,0013326 317,4 3,7580 0,02307 699,0 1,4231 0,01780 681,5 1,3798 0,01566 671,2 1,3570 0,01374 660,3 1,3338 0,01032 630,0 1,2780 0,001617 388,5 0,8808 0,001561 384,7 0,8703 0,02709 739,8 1,4858 0,02166 729,5 1,4537 0,01955 724,0 1,4386 0,1772 718,2 1,4234 0,014741 705,6 1,3937 0,00710 636,1 1,2606 0,00306 525,6 1,0859 0,03046 774,4 1,5353 0,02470 766,7 1,5074 0,02248 762,7 1,4944 0,02057 758,8 1,4820 0,01746 750,5 1,4582 0,01006 712,3 1,3718 0,00697 676,4 1,3071 0,03352 806,1 1,5781 0,02740 800,1 1,5522 0,02505 797,1 1,5406 0,02303 794,1 1,5292 0,01974 787,8 1,5086 0,01204 760,0 1,4367 0,00893 736,3 1,3895 0,03916 865,3 1,6509 0,03229 861,1 1,6273 0,02965 859,0 1,6168 0,02739 856,9 1,6067 0,02371 852,7 1,5886 0,1511 835,2 1,5302 0,01171 821,6 1,4940 СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ……………………………………………… ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ……………………………………………... 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ ………………………………. 1.1. Описание конструкции котла ………………………………... 1.2. Поверочный тепловой расчёт котла ………………………… 1.2.1. Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания ………………………………………………………... 1.2.2. Расчётный тепловой баланс и расход топлива ……….. 1.2.3. Расчёт топочной камеры ……………………………….. 1.2.4. Расчёт конвективных поверхностей нагрева …………. 1.2.4.1. Расчёт конвективных пучков котла …………… 1.2.4.2. Расчёт конвективных пароперегревателей ……. 1.2.4.3. Расчёт водяных экономайзеров ………………... 1.2.4.4. Расчёт воздухоподогревателей ………………… 1.3. Аэродинамический расчёт котла ……………………………. 1.4. Гидравлический расчёт котла ……………………………….. 1.4.1. Гидравлический расчёт котла с естественной циркуляцией …………………………………………………… 1.4.2. Гидравлический расчёт прямоточного котла …………. 1.4.3. Гидравлический расчёт котла с многократной принудительной циркуляцией ………………………………... 1.5. Расчёт тепловой схемы котельной …………………………... 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ………………………………... СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………… ПРИЛОЖЕНИЯ ……………………………………………………….. 80 3 4 7 7 7 7 10 13 17 17 20 25 27 30 32 32 35 37 39 44 45 46