1.1 Задание на тепловой расчет, порядок его выполнения
Как было отмечено выше, тепловой расчет парового котла может быть конструктивным и поверочным.
Задача конструктивного теплового расчета котла заключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла, определении размеров поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных номинатьных параметрах пара, надежность и экономичность его работы. При этом обеспечение надежности работы поверхностей нагрева предполагает получение расчетных тепловых характеристик, исключающих увеличение максимальной температуры стенки сверх допустимого значения по условиям прочности, а на экономичность работы котла определяющее влияние оказывают температура уходящих газов и присосы холодного воздуха в газовый тракт.
Выполнение конструктивного тешіового расчета производится на основании исходных данных, составляющих задание на проект.
Задание должно содержать следующие данные:
— тип парового котла (барабанный или прямоточный, его заводская маркировка);
— номинальную паропроизводительность (/)пе. т/ч (кг/с)) и параметры перегретого пара (первичного (Рпе, МПа (бар), /||с, °С) и вторичного перегрева);
— месторождение и марку энергетического топлива;
— температуру питательно!! воды (/|||;, °С), поступающей в котел после регенеративного подогрева.
При необходимости, кроме указанной информации могут быть заданы и другие характеристики, например способ сжигания твердого топлива (с твердым или жидким шла — коудалением), температуры уходящих газов (<9 , °С) и холодного воздуха (/,.,,, °С), величина непрерывной продувки, доля рециркуляции газов в топку, условия работы котла (под наддувом или при разрежении в газовом тракте) и прочие.
Температуры уходящих газов (,9 , °С), воздуха на входе в воздухоподогреватель
(/ч:|,, °С) и горячего воздуха после воздухоподогревателя (/п,, °С) и ряд других характеристик, в случае их отсутствия в задании, как правило, могут быть выбраны проектантом в соответствии с рекомендациями нормативного метода расчета [1].
После выбора расчетных характеристик приступают к созданию общего эскиза проектируемого парового котла. Проектный эскиз котла представляет собой поперечный разрез котла с последовательным расположением вдоль газового тракта поверхностей нагрева с учетом их разделения на пакеты (секции) и с теми упрощениями и отступлениями от исходного типового котла заводского производства, которые оговорены заданием или дополнительно указаны преподавателем.
Для последующего выполнения теплового и конструктивного расчета котла выбирают возможные присосы холодного воздуха по газовом} тракту котла и коэффициенты избытков воздуха. Правильный выбор всех расчетных показателей свидетельствует о том, что расчет котла будет выполняться для условий его работы, отвечающих требуемой экономичности.
Поверочный расчет котла или отдельных его элементов выполняется для существующей конструкции с целью определения показателей ее работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузки или параметров пара, а также после проведенной реконструкции поверхностей нагрева. В результате поверочного расчета определяют:
— коэффициент полезного действия парового котла;
— расход топлива;
— температуру продуктов сгорания по газовому тракту, включая температуру уходящих газов;
— температуру рабочей среды (пара, воды) за каждой поверхностью нагрева.
Надежность работы поверхности нагрева устанавливают расчетом ожидаемой температуры стенки и сравнением ее с допустимой для использованного металла. Для выполнения расчета приходится предварительно задаваться температурой уходящих газов и температурой горячего воздуха, правильность выбора которых определяется лишь по завершении расчета.
Задание на поверочный расчет включает в себя практически те же исходные данные, что и при конструктивном расчете, и дополнительно — конструктивные данные поверхностей котла. Поэтому расчету предшествует определение по чертежам геометрических характеристик поверхностей (диаметров и шагов труб, числа рядов труб, размеров проходных сечений для газов и рабочей среды, габаритных размеров газоходов и поверхностей нагрева и т. д.).
При поверочном расчете котла, так же как прн конструктивном, вначате определяют объемы и энтатьпии воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчет теплообмена в топочной камере и других поверхностях в последовательности, соответствующей их расположению по ходу газов.
Прн поверочном расчете поверхности нагрева приходится задаваться изменением температуры одної! из теплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этим определяется тепловосприятие поверхности в первом приближении. Датее можно вычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, температурный напор, скорости газового потока и рабочей среды и все другие величины, необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении. При расхождении принятого и расчетного тепловосприятий выше допустимого повторяют расчет для нового принятого тепловосприятия. Таким образом, поверочный расчет поверхности нагрева выполняют методом последовательных приближений.
В результате расчета определяют тепловосприятие поверхности, а также температуры и энтатьпии сред на входе и выходе из нее.
Конструктивный и поверочный расчеты заканчиваются составлением расчетно — пояснительной записки, которая включает в себя:
— задание на проектирование котла и исходные данные;
— описание проектируемого котла, компоновку его поверхностей с указанием их связей по рабочей среде;
— технические характеристики сжигаемого топлива, обоснование выбора необходимых для расчета величин;
— расчет объемов « энтальпий воздуха и продуктов сгорания;
— составление теплового батанса парового котла, расчет расхода сжигаемого топлива;
— тепловой или конструктивный расчеты топочной камеры и поверхностей нагрева (для компактности расчет поверхностей может быть сведен в таблицы, где приводятся наименования рассчитываемых величин, их единицы, расчетные формулы и численные значения всех величин, результат расчета);
— сводную таблиц} основных результатов теплового расчета.
В записке приводятся краткие пояснения и обоснования выбираемых для расчета значений величин, расчетных формул, порядка выполнения расчета. Расчетная записка должна содержать также используемые в расчете таблицы объемов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха, эскизы компоновки поверхностей нагрева парового котла с соблюдением масштабных размеров, тепловую схему котла, схему водопарового тракта (для прямоточного котла) или схему пароперегревателя (для барабанного котла). Расчет конвективных поверхностей нагрева сопровождается построением графиков, иллюстрирующих направления взаимного движения и изменения температур греющих газов и рабочей среды в пределах каждой поверхности нагрева. Эскизная компоновка поверхностей нагрева котла должна иметь основные размеры газоходов (ширину, высоту, глубину) и габаритные размеры поверхностей.
Расчетно-пояснительная записка завершается построением тепловой схемы парового котла и свободной таблицей расчетных величин.
Тепловая схема котла отображает распределение тепловосприятия рабочей среды между поверхностями нагрева котла и устанавливает последовательность их размещения вдоль газового тракта [2]. По оси ординат откладываются значения температур газов и рабочей среды на концах каждой поверхности нагрева (рис. 1.1). В результате тепловая схема дает представление об условиях работы каждой поверхности, позволяет определить температурные напоры и оценить в датьнейшем надежность работы метатла поверхностей нагрева.
<?„, (кДж/кг)
Рис. 1.1. Тепловая схема барабанного парового котла: Т — топочная камера: ПІП. КП — ширмо — вый и конвективный пароперегреватели; ЭК — водяной экономайзер; ВП — во здухоподогреватель; В — впрыскивающий пароохладитель
Сводная таблица расчетных величин должна содержать основные показатели, характеризующие условия работы каждой поверхности нагрева: температуры газов и рабочей среды на концах поверхности, средние скорости газов и рабочей среды, коэффициенты теплопередачи, температу рные напоры, расчетные тепловые напряжения и размер поверхности нагрева.