РАСЧЕТ ТЕПЛОВОСПРИЯТИЯ РАДИАЦИОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ТОПКЕ

Теплота, воспринятая радиационными поверхностями на­грева в топке, определяется лиоо на основе позонното расчета топки, либо теплового расчета топочной камеры в целом.

5-Л. П65

При использовании результатов позонного расчета для определения тепловосприятия радиационной поверхности Qp N, КДж/кг, используется формула

= (4.33)

Если радиационная поверхность нагрева располагается не в одной, а в нескольких зонах, то (4.33) принимает вид

A‘F‘ a"F"

(4.34)

Up ov

Где индексы ‘ и " и др. относятся к зонам, в которых находится радиационная поверхность.

Удельный воспринятый тепловой поток <?л, кВт/м2, опре­деляется для зоны с учетом коэффициента тепловой эффек­тивности радиационной поверхности в зоне коэффициента излучения газовой среды в зоне є и средней температуры газов в зоне Гср, К, по формуле

Qn = 5,bl-Q~ll^Ttp. (4.35)

Если известно тепловосприятие ЗОНЫ (23, кДж/кг, то тепловос­приятие отдельной радиационной поверхности нагрева в пре­делах зоны можно найти из выражения

Єр. п = Є, Лст^р.-Фр../£^, (4.36)

Где tjCT—коэффициент распределения тепловосприятия между стенами топки по ее периметру; принимается при однофрон — товом размещении горелок для задней стены топки TjCT 3= 1,1, для фронтовой Т1Ст.ф.= 0,9; для боковых стен и в других случаях размещения горелок т) ст = 1,0.

При использовании данных общего теплового расчета топки в целом известными тепловыми характеристиками являются средний воспринятый тепловой поток Qn, кВт/м2, и удельное тепловосприятие экранов топки Qn, кДж/кг топлива.

Тогда для интересующей нас радиационной поверхности нагрева ее удельное депловоспрйятие можно получить из выражения

. П ^р. П / ^ср Fcr, (4.37)

Где ^„—коэффициент неравномерности тепловосприятия по высоте топки (рис. ПЗ); FCT —поверхность стен топки в целом, м2.

При выполнении расчета для всех отдельных радиационных поверхностей топки должно соблюдаться условие

ІЄр. п = <2л.

ПРИМЕРЫ

Пример 4.18. В топке котла Е-500-13,8 ГМ (р = 13,8 МПа, Tun 560° С) имеется радиационный пароперегреватель (РПП), выполненный из шести горизонтальных U-образных панелей (по одной на боковых стенах при 6т = 7,68м и по две на фронтовой и задней стенах при ят —13,52 м), расположенных сверху испарительных вертикальных экранов. Панели имеют по 30 труб 036×5мм и с шагом 5 = 40 мм (ширина ленты 1160мм). Интенсивность’ теплового потока в этой зоне qa= 157,6 кВт/м2. Нижняя отметка расположения панелей от пода топки 11,5 м.

Определить, насколько увеличится тепловосприятие ради­ационного пароперегревателя, если его сместить вниз на 4,0 м в зону с тепловым потоком q’n = 235,7 кВт/м2. /?р = 9,25 кг/с.

Решение. 1. Определяем лучистую поверхность радиацион­ного пароперегревателя:

^л. р.„ = 1Д60-2-7,68 0,98 +1,160-2 13,52 0,98-2 = 96,4 м2.

2. Определяем лучистое тепловосприятие радиационного па­роперегревателя в исходном варианте:

6^=^^=1642 кДж/кг.

3. То же при смещении РПП вниз на 4,0 м. В этом случае РПП располагается в зоне, в которой Qa.3 = 235,7 кВт/м2, тогда

Є£„ = 235,7-96,4/9,25=2456 кДж/кг.

Таким образом, со смещением РПП вниз резко возрастает его тепловосприятие.

Пример 4.19. Как изменится тепловосприятие радиационного перегревателя по примеру 4.18 при сжигании природного газа вместо мазута. Из аналогичного позонного теплового расчета котла на природном газе получено: температура газов на входе в зону 1371, на выходе из нее 1238° С, коэффициент излучения топочной среды 8Т = 0,7587, Яр = 9,764 м3/с.

Решение. 1. Определяем средний тепловой поток в зоне по (4.35):

Тср = 0,5 (S’ + S") + 273 = 0,5 (1371 +1238) + 273 = 1577,5 К;

= 5,67-КГ1 ‘0,65 • 0,7587 ■ 1577,54 = 174,1 кВт/м2.

2. Определяем тепловосприятие РПП при сжигании природ­ного газа по (4.33):

0р. в = 174,1 -96,4/9,764= 1719 кДж/м3.

В связи с разной теплотой сгорания топлив (мазута и природ­ного газа) сопоставим полное тепловосприятие РПП QP.N, кДж/с, в единицу времени исходя из соотношения Ql.A = Qp.NBp. При сжигании мазута Q " „ = 1642 • 9,25 = 15 189 кДж/с; при сжигании газа Q £.„= 1719 -9,764= 16 784 кДж/с. Таким образом, при сжига­нии природного газа тепловосприятие РПП будет больше, что в основном объясняется повышенным коэффициентом тепловой эффективности экранов.

Пример 4.20. В последней зоне топочной камеры (см. пример 4.15) расположены 12 топочных ширм высотой 8 и ши­риной 3,8 м. Определить тепловосприятие ширм, если омывание их продуктами сгорания продольное, температура газов на входе в ширмы 1152 и на выходе из нее 1048° С. Экраны в зоне топочных ширм и сами ширмы-выполнены цельносвар­ными из труб 032 с шагом 48 мм. Коэффициент теплоотдачи конвекцией в зоне ширм ак = 7,15-10 кВт/(м2-К); коэф­фициенты излучения 8 = 0,811 и тепловой эффективности |/ = 0,40.

Решение. 1. Определяем воспринятый тепловой поток в то­почных ширмах за счет радиации:

Гср = 0,5 (1152 + 1048) + 273 = 1373 К.

По (4.35) получаем

Q„ = 5,67 • 10"110,40 • 0,811 • 13734 = 65,71 кВт/м2.

2. Определяем тепловосприятие топочных ширм радиацией:

^л. г.ш = 3,8 ■ 8,0 ■ 2 ■ 12 = 729,6 м2;

(2л. т.ш = 65,71 -729,6/126,6 = 378,5 кДж/кг.

3. Определяем тепловосприятие топочных ширм конвекцией. Для условий расчета средняя температура газов &ср = 1100°С, температуру пара в ширмах принимаем /ср = 400° С:

FK = [3,14 • 0,032 + (0,048 -0,032) 2 ] 8 (3800/48 + 1) 12 = 1017,8 м2; Бк. т.ш = «іс(^ср — Tcp)(FKFnTin)/Вр =

7,15-Ю"3 (1100-400) (1017,8-729,6) =—————— =11,4 кДж/кг.

126,6 ‘ м ‘

Таким образом, суммарное тепловосприятие ширм Єт. ш = 378,5 + 11,4 = 389,9 кДж/кг.

Возможно приближенное определение тепловосприятия то­почных ширм другим путем.

Охлаждение продуктов сгорания в, зоне расположения ширм

<2з=(я’-Я")ф.

При температурах газов 1152 и 1048° С энтальпии продуктов сгорания составляют 12 864 и 11 578 кДж/кг, тогда

03 = (12 864— 11 578) 0,998 = 1283 кДж/кг.

Тепловосприятие топочных ширм в связи с преобладанием радиационного тепловосприятия

Ві.-Є,*^=-1283————————- °-4° 729’6———— =399 кДж/кг.

V]/cpFcp 0,446 (799,2+ 729,6-+ 575,3) м 1

Пример 4.21: Насколько изменится тепловосприятие ради­ационной поверхности нагрева в зоне максимального тепло­выделения при переходе с твердого на жидкое шлакоудаление. При решении задачи принять для жидкого шлакоудаления: углы ската холодной воронки 15°, стены зоны максимального тепловыделения зафутерованы. Исходные данные принять по примеру 4.13, повысив температуру горячего воздуха при жидком шлакоудалении до 400° Су принять как при твердом, так и жидком шлакоудалении рсг = 0,94. Размеры зоны: высота 4,6; глубина 8,64; ширина фронта 16,08 м.

Решение. 1. Твердое шлакоудаление.

1.1. Определяем поверхность стен зоны максимального тепловыделения:

Вертикальные стены

FCT = (8,64 + 16,08) • 2 • (2,1 + 2,5) = 227,4 м2;

Поверхности верхнего и нижнего сечений F’C = FЈ = 8,64-16,08= 138,9 м2.

1.2. Определяем произведение v|/F и средний коэффициент тепловой эффективности: для экранных труб i}/3 = 0,45 -1,1 = = 0,495; для верхнего сечения |/" = 0,1; для нижнего сечения vJ/’ = 0,495; v|/F=0,495 -227,4+ 138,9 0,495+ 138,9 -0,1 = 195,2 м2;

Vl, =———————————— — = о,386.

Vcp 227,4+ 138,9-2

1.3. Определяем температуру продуктов сгорания за зоной. Принимаем $" = 1471 С, при этом Ус"= 15691/1471 = = 10,67 кДж/(кг • К);

Г" = 1471 +273 = 1744 К.

Расчет теплового излучения топочной среды: рп* = 0,1 0,234-7,05 = 0,165 МПа-м;

/0,78+1,6-ОДО Уі_о,37—) = 2,21 1/(МПа м);

V 0,316Ч/0Д65 А ЮООJ h

K»= ?000 A~=60,76 1/(МПа-м); Vl7442-162

A: = 2,21 -0,234+ 60,76-0,0317+ 10,0-0,5-0,4 = 4,44 1/(МПа-м);

Єф=1_Є-4,44-0,1.7,05 = 0>956.

0,956

£ __________________________ I_________ _Q 903.

T 0,956 + (l-0,956)0,386

1,02 • 0,94 ■ 18 880 + 2755,1 + 0 — 8 5,67 -10 "1 *0,983 -17444 _ T_ 10,67 19.677 10,67 ‘ ~~

= 1472° C.

1.4. Тепловой поток в зоне по (4.35)

Да = 5,67- Ю-11 -0,983 -0,386(1472+ 273/ = 200,54 кВт/м2.

1.5. Тепловосприятие поверхности нагрева по (4.33)

QP. пп = 200,54 ^б77+138 9~=3233 КДЖ/КГ-

2. Жидкое шлакоудаление

2.1. Определяем поверхность нагрева при жидком шлако — удалении:

Вертикальные стены

F„ = (8,64 + 16,08) 2 (2,1 + 2,5) = 227,4 м2;

Поверхность подового экрана

7Г«-=8’64^16’08=160’4 м2;

И, ООО

Поверхность верхнего сечения

F" = 8,64 • 16,08= 138,9 м2.

2.2. Определяем произведение vj/F и средний коэффициент тепловой эффективности:

Для экранных труб

$ = 0,53-0,25^4; * = 1,0; /шл = ‘з-50= 1280-50= 1230° С;

^=1,0^0,53-0,25^ = 0,222;

|/э=£х=0,222-1,0=0,222;

Для подового экрана

^под = ^э = 0,222;

Для выходного сечения топки

Ф с —0,20;

Произведение v|/F=0,222-227,4+160,4-0,222+138,9 0,20= 114,1 м2; J/cp= 114,1/(227,4+ 160,4+138,9) = 0,217.

2.3. Уточняем тепловые потери и расход топлива: потери теплоты со шлаком

_ А Р / ~ ч

Tmn = h-100 =1280- 100 =1180° С, при этом (с9)шл = = 1184,0 кДж/(кг • К); яшл = 0,2;

U, z I184 0 = 0 351o/

19222

„ 0,2-28,5 1184,0 ^ с „ ,

Q6—foo—КДЖ/КГ —

Потери теплоты с механическим недожогом в соответствии с табл. П7 и П8 приложения принимаем:

Потери с механическим недожогом на 1% меньше, чем в исходном варианте, т. е. QA = 1 %. В соответствии с этим КПД котла увеличится на

Ат) к =(2,0 + 0,042) — (1,0 + 0,351) = 0,691 %

И составит г)* = 91,618+ 0,691 = 92,309%;

Расход топлива /?„= 19,677^^-^= 19,53 кг/с.

Р ‘ 92,309 ‘

2.4. Определяем температуру продуктов сгорания за зоной. Принимаем 9"= 1584° С и Г" = 1594 + 273 = 1867 К. С учетом

0 8

Изменения доли уноса золы с газами р, л = 0,0317 ^-^ = 0,0267,

Энтальпия газов при температуре 9"= 1594° С составит: Я;’ = 17122 кДж/кг и Vc" = 17 122/1594= 10,74 кДж/(кг-К). Расчет теплового излучения топочной среды:

Pns = 0,165 МПа м;

Кг = 1,928 1 /(МПа — м);

^зл —58,07 1/(МПа-м);

А:= 1,9284 • 0,234+58,07 • 0,0267+ 10,0 • 0,5 • 0,4 = 4,00 1/(МПа — м);

87

Єф = 0,940;

Єг = 0,986;

Энтальпия горячего воздуха при /,.„ = 400 С #".в = = 2709 кДж/кг и теплота С?„ = 3251 кДж/кг. Температура газов на выходе из зоны по [1] определяется по формуле

100

РсгОЕ+^.+ ^+’-‘Л. отВ-^

„ 100-</4г"" н ‘ ^ " 5,67 -10 пкт( Т" )4 \iF

Ус’; врУс’і

Тогда

, 1,01 0,94- 18 880 + 3251 — 67.5

10,74

5,67 ■ 10" 1 l0.986 • 18674

114,1 = 1593 С.

19,530 ■ 10,74

2.5. Тепловой поток и тепловосприятие поверхности экранов в зоне:

Ц, л = 5,67 • 10 ~1 ‘0,986 • 0,2166 (1593 + 273)4 = 147,66 кВт м2;

,47^,227.4^60.4,^ 1 19,530

Таким образом, в зоне максимального тепловыделения поверхность нагрева при жидком шлакоудалении имеет меньше тепловосприятия примерно на 10%, хотя все экранные повер­хности зафутерованы и их тепловая эффективность заметно ниже. Существенное влияние оказывает повышение темпера­туры излучающих газов в зоне. При этом значительно выше будет тепловосприятие расположенных выше открытых экранов вследствие того, что температура продуктов сгорания за зоной максимального тепловыделения повысилась и тепловой поток возрос в (1573/1472)4 = 1,37 раза.

ЗАДАЧИ

Задача 4.20. Как изменится тепловосприятие радиационного перегревателя в примере 4.19, если его конструкцию выполнить из сдвоенных U-образных труб 042 мм, с шагом 45 мм, радиусом внутренней петли 105 мм. в ленте принять 20 труб. Принять расположение одной петли в зоне 11, второй в зоне 111 по всему периметру топки; тепловые потоки в зонах принять по примеру 4.19: </л2= 235,7 и цлЪ~ 157,6 кВт/м2.

Задача 4.21. Для условий примера 4.21 определить тепловосприятие топочных ширм при сжигании природного газа (приложение, табл. П2, топливо № 8).

Ваш отзыв

Рубрика: РАСЧЕТ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *