Действительный объем водяных паров : VH2O = VH2Oa + VH2O0 = 1,696 м3 / кг ;
Действительный суммарный объем дымовых газов : Vг =Vг0 + ( a - 1 )× V0=14,35 м3/кг ;
Объемные доли продуктов сгорания :
углекислого газа : rRO2 = VRO2 / Vг = 0,112 ;
водяных паров : rH2O = VH2O / Vг = 0,118 ;
суммарная для трехатомных газов : rп = rRO2 + rH2O = 0,23 ;
Давление в топке без наддува : P = 0,1 МПА ;
Парциальные давления :
углекислого газа : PRO2 = P × rRO2 = 0,0112 Мпа ;
водяных паров : PH2O = P × rH2O = 0,0118 Мпа ;
суммарное для трехатомных газов : Pп = P × rп = 0,023 Мпа ;
2.3. Определение энтальпии дымовых газов Iг , кДж/кг, в зависимости от их температуры.
Таблица 1
| t0 C | Iг0 , кДж/кг | Iв0 , кДж/кг | IH2Oa , кДж/кг | Iг , кДж/кг |
| 100 | 1671.95 | 1477.08 | 5.436 | 1972.802 |
| 200 | 3377.81 | 2976.54 | 10.944 | 3984.062 |
| 300 | 5133.85 | 4509.57 | 16.668 | 6052.432 |
| 400 | 6940.76 | 6064.98 | 22.536 | 8176.292 |
| 500 | 8791.36 | 7653.96 | 28.584 | 10350.736 |
| 600 | 10680 | 9287.7 | 34.812 | 12572.35 |
| 700 | 12618.87 | 10955.01 | 41.292 | 14851.16 |
| 800 | 14621.66 | 12644.7 | 48.06 | 17198.66 |
| 900 | 16659.07 | 14334.39 | 54.864 | 19580.81 |
| 1000 | 18731.68 | 16068.84 | 62.1 | 22007.55 |
| 1100 | 20810.73 | 17848.05 | 69.336 | 24449.68 |
| 1200 | 22904.47 | 19627.26 | 76.716 | 26906.64 |
| 1300 | 25036.4 | 21406.47 | 84.384 | 29402.08 |
| 1400 | 27222.24 | 23320.44 | 92.088 | 31960.42 |
| 1500 | 29384.34 | 25054.41 | 100.044 | 34495.27 |
| 1600 | 31581.85 | 26889.57 | 108.036 | 37067.8 |
| 1700 | 33794.05 | 28713.54 | 116.172 | 39652.93 |
| 1800 | 36023.39 | 30537.51 | 124.488 | 42255.38 |
| 1900 | 38277.59 | 32417.43 | 132.768 | 44893.84 |
| 2000 | 40516.15 | 34286.16 | 141.336 | 47514.72 |
| 2100 | 42785.09 | 36166.08 | 149.796 | 50168.1 |
| 2200 | 45059.01 | 38034.81 | 158.364 | 52824.34 |
Строим диаграмму I – t : ( на миллиметровой бумаге прилагается к данному дипломному проекту )
Расчеты велись по формулам :
Теоретические энтальпии дымовых газов Iг0 , кДж/кг :
Iг0 = VRO2 × (ct)RO2 + VN20 × (ct)N2 + VH2O0 × (ct)H2O ;
Теоретические энтальпии избыточного воздуха Iв0 , кДж/кг :
Iв0 = V0 × (ct)в ;
Энтальпии водяных паров содержащихся в избыточном воздухе IH2Oa , кДж/кг :
IH2Oa = VH2Oa (ct)в ;
Энтальпии дымовых газов в зависимости от температуры Iг , кДж/кг :
Iг = Iг0 + (a - 1 ) × Iв0 + VH2Oa ;
2.4. Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива.
к.п.д. котла : hк = 81%
Тепловые потери :
от химической неполноты сгорания : q3 = 0,7 % ;
в окружающую среду : q5 = 2,5 % ;
с уходящими газами : q2 = 100 - (hк + q3 + q5 ) = 12 % ;
Температура воздуха : tх.в. = 40 0С ;
Количество теплоты вносимое воздухом в топку : Qх.в. = a × V0 × cх.в. × tх.в. = 708,35 кДж/ч ;
Температуры топлива : tт = 40 0С ;
Теплоемкость топлива : ст = 2,742 кДж/кг × К ;
Коэффициент сохранения : j = ( 100 - q5 ) / 100 = 0,975
Количество теплоты, вносимое в топку топливом : Qт = ст × tт = 858,34 кДж/кг ;
Энтальпия уходящих газов : Iух = q2 × Qн Р + Qх.в. + Qт = 6.690,69 кДж/кг ;
Температура уходящих газов : tух = 300 ОС ( из диаграммы I-t ) ;
Полезное тепловыделение в топке : Qв.т. = Qн Р × ( 100 - q2 ) / 100 + Qх.в. + Qт = 43.967,79 кДж/кг ;
Полная паропроизводительность : Dк = 0,44 кг/с ;
Энтальпия влажного насыщенного пара : iп = 2749 кДж/кг ;
Энтальпия питательной воды : iпв = 640 кДж/кг ;
Расчетный расход топлива : В = Dк × (iп - iп.в. ) / Qн Р × hк = 0,025 кг/с ;
Испарительность топлива : u = Dк / В = 0,005 кг/с ;
2.5. Определение основных элементов топки, характеризующих общую компоновку котла.
Тепловое напряжение топочного объема : qv = 1150 кВт / м2 ;
Объем топки : Vт = В × Qн Р / qv = 0,93 м2 ;
Расчетная длина топки : Lт = 0,91 м ;
Площадь стенки топочного фронта : Fт.ф. = Vт / Lт = 1,02 м2 ;
Средняя длина парообразующих труб, освещенных излучением из топки :
пучка : lп = 1,61 м ;
бокового экрана : lб.э. = 1,96 м ;
Угловой коэффициент лучевоспринимающих труб : х = хп = хб.э. = 1 ;
Лучевоспринимающая поверхность нагрева : Нл = Lт × ( lп + lб.э. ) = 3,25 м2 ;
Полная площадь стен, ограничивающих топочный объем : Fст = Нл + 2 × Fт.ф. = 5,29 м2 ;
Степень экранирования топки : y = Нл / Fст = 0,614 ;
Эффективная толщина излучающего слоя : s = 3,6 × Vт / Fст = 0,632 м ;
2.6. Расчет теплообмена в топке.
Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева:x=0,9;
Произведение : y × x = 0,553 ;
Тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева :
qл = В × Qв.т. / x × Нл = 369,74 кВТ / м2 ;
Теоретическая температура сгорания : tа = 1850 ОС или Та = 2123 К ; ( из диагр. I-t, т.к. Iа = Qв.т. )
Температура газов на выходе из топки : t’ з.т. = 950 ОС или Т’з.т. = 1223 К ;
Энтальпия газов на выходе из топки : I’з.т. = 22.134 кДж/кг ;
Коэффициент ослабления лучей топочной средой : k = 4,14 ( Мпа × м ) –1 ( из номограммы ) ;
Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания : kPs = 0,26 при ( P = 0,1 Мпа ) ;
Степень черноты факела : аф = 1 – е –kPs = 0,22 ;
Степень черноты топки : ат = 0,36 ( из номограммы по аф y x ) ;
Расчетная температура газов на выходе из топки : tз.т. = 1030 ОС ;
Энтальпия газов на выходе из топки : Iз.т. = 23.986 кДж/кг ;
Количество теплоты, переданной в топке : Qл = (Iа - Iз.т. ) × j = 20.494,143 кДж/кг ;
2.7. Расчет теплообмена в пучке парообразующих труб
Строение трубного пучка – шахматный
Наружный диаметр труб : d = 0,029 х 0, 0025 м ;
Число рядов труб : Z2 = 8 ;
Поперечный шаг труб : S1 = 0,04 м ;
Продольный шаг труб : S2 = 0,04 м ;
Число труб в одном ряду : Z1 = LT / S1 = 0,91 / 0, 04 = 23 ( округлено до целого ) ;
Средняя расчетная длина труб : lп = 1,61 м ( из эскиза ) ;
Коэффициент учитывающий неравномерность омывания : x = 0,85 ;
Расчетная поверхность нагрева труб : Hп = П × d × lп × Z1 × Z2 - lп × LT = 25,5 м2 ;
Полная поверхность нагрева пучка : H = П × d × lп × Z1 × Z2 = 26,975 м2 ;
Площадь сечения для прохода газов : F = ( LT - Z1 × d ) × lп = 0,39 м2 ;
Эффективная толщина излучающего слоя : s = 0,9 × d × ( 4 / П × S1 / d × S2 / d –1)=0.065м ;
Температура газов на выходе из топки : tз.т. = 950 0С ;
Энтальпия газов на выходе из топки : Iз.т. = 23.986 кДж/кг ;
Температура кипения воды при рабочем давлении : ts = 151,84 0С ;
Температура газов на выходе из первого пучка : t’ п = 1330 ОС ;
Энтальпия на выходе из первого пучка : I’п = 30.500 кДж/кг ;
Средняя температура газового потока : t’ г = 0,5 × ( tз.т. + t’ п ) = 1140 ОС или Т г=1413 К ;
Расчетная средняя скорость газов : w = В × Vг / F × Тг / 273 = 4,76 м/сек ;
Количество теплоты, отданное газами : Q’п = (Iз.т. - I’п ) × j = 8.156 кДж/кг ;
Коэффициент загрязнения : e = 0,039 ( м2 × К ) / Вт ;