Поверочный тепловой и аэродинамический расчет котла БКЗ-75-39

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Расчёт

Значение

Диаметр и толщина  экранных труб

d*δ

мм.

справочник [2]

60 * 4

Объём топки

V _т

м³

справочник [2]

454

Полная лучевоспринимающая поверхность

H _л

м²

Fст * Х

326*0,98

319,48

Полная поверхность стен

F _ст

м²

справочник [2]

326

Температура горячего воздуха

t_гв

⁰С

справочник [2]

290

Энтальпия

I_гв^о

кДж/кг

по таблице 2

1801,08

Тепло вносимое в топку с воздухом

Q _в

кДж/кг

(a _т -Δα_т-Δα_пл)*I _гв  + (Da _т+Δα_пл)*_{I хв}

(1,2-0,1-0,04)*1801,08+(0,1+0,04)*184,13

1934

Полезное тепловыделение в топке

Q _т

кДж/кг

Q^p_p*((100-q₃-q₄-q₆)/(100-q₄))+Q_в

17250*((100-1,5)/(100-1,5))+1934,92

19184

Температура газов на выходе из топки

υ"_т

^oC

задаёмся

1010

Энтальпия газов на выходе из топки

I"_т

кДж/кг

по таблице 2

9717,93

Теоретическая температура горения

υ_а

K

по таблице 2

2132,38

Высота топки

Н _т

мм.

из констр. данных

14740

h _гор

мм.

из констр. данных

2600

Относительное положение максимальной температуры по высоте топки

Х _т

n_{гор /} Н_т

2600/14740

0,18

Параметр забалостированности топочных газов

r_v

r_v=V^н_г/(V_o^н_N2+V^н_RO2)

6,05/(3,66+0,84)

1,34

Положение ядра горения

М

0,42(1-0,4*x_т)r_v^0,33

0,42*(1-0,4*0,176)*1,34^0,33

0,43

Эффективная толщина излучающего слоя

S

м

3,6*Vт/Fст

3,6*454/326

5,01

Коэфициент ослабления лучей трёхатомными газами

K _r

1/МПа*м

[(7,8+16r_H2O)/(10pr_пs)^0,5 -1](1-0,37T_т"/1000)r_п

((7,8+16*0,102)/(10*0,1*0,24*5,01)-1)

0,96

объёмные доли трехатомных газов

r_п

Таблица 1

0,24

Коэфициент поглощения лучей частицами золы

k_зл*μ_зл

1/МПа*м

(10000*A_зл/T^”_т^0,66)*μ/( 1+1,2μ)

(10^4*0,8/1283^0,66)*0,033/(1+0,033)

1,87

Концентрация золы в продуктах сгорания

μ_зл

кг/кг

Таблица 1

0,033

коэффициент поглощения топочной среды

k

1/МПа*м

k_зл*μ_зл+k_к*μ_к+k_г

1,87+0,2+0,96

3,03

Коэфициент поглощения лучей частицами кокса

k_к*μ_к

1/МПа*м

таблица 6-2 [1]

(10000*Aзл/T^”_т^0,66)*μ/( 1+1,2μ)

0,20

Критерий Бугера

Bu

kps

3,03*0,1+5,01

1,52

Критерий Больцмана

Bo

φ*B_р(Vc)_ср/(σ₀*ψ*F_ст*T_a³)

0,99*3,54*11,15/(5,87*10^-11*0,44*326*

2132^3)

0,48

Эффективный критерий Бугера

Bu'

1,6*ln((1,4Bu^2+Bu+2)/( 1,4Bu^2+Bu+2))

1,6ln((1,4*1,52^2+1,52+2)/(1,4*1,52^2-1,52+2))

0,96

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания

Vc_ср

кДж кг∙К

(Q_т-I"_т)/(T_а-T"_т)

(19184-9717)/(2132-1010)

11,15

коэффициент тепловой эффективности экранов

Ψ

ξ*x

0,45*0,98

0,44

Температура газов на выходе из топки

υ"_т

^oC

1010,43

Энтальпия газов на выходе из топки

I" _т

кДж/кг

по таблице 2

9717,93

Тепловосприятие

Q^т_л

кДж/кг

φ(Q _т - I" _т)

0,99(19184-9717)

9385,43

Средняя тепловая нагрузка

q _л

кДж/кг

B _p*Q^т_л/H_л

3,54*9385/319,48

104,05

Теплонапряжённость

q _v

кДж/кг

B _p*Q^р_н/V_т

3,54*17250/454

134,57

Температура газов перед фестоном

υ '

⁰С

υ '= υ _т"

1010,43

Энтальпия

I'

кДж/кг

по таблице 2

9717,93

Температура газов после фестона

υ "

⁰С

принимаем предварительно

944,43

Энтальпия

I"

кДж/кг

по таблице 2

9024,75

Средняя температура газов

υ _ф

⁰С

(υ '+ υ ")/2

(1010,43+944,43)/2

977,43

Диаметр труб фестона

d

мм

справочник [2]

60,00

Относительный поперечный шаг

S₁/d

^-

по чертежу

5,00

Относительный продольный шаг

S₂/d

-

по чертежу

4,17

Длина труб фестона

l

м

по чертежу

4,11

Число труб в ряду

n

шт

по чертежу

20,00

Поверхность по наружному диаметру

H

м²

4nПld

4*20*3,14*4,11*0,06

61,98

Ширина топки в свету

b

м

по чертежу

6,00

Площадь окна фестона

F_оф

м²

lb

4,11*6

24,66

Площадь живого сечения

F_жс

м²

lb-ldn

4,11*6-4,11*20*0,06

19,73

Тепло, отданное потоком газов

Q_бг

кДж/кг

φ(I'-I")

0,99*(9717,93-9024,75)

687,21

Эффективная толщина излучающего слоя

S

м

0,9*d*((4*σ₁σ₂/π)-1)

0,9*0,06*((4*5*4,17/3,14)-1)

1,38

Коэффициент ослабления трехатомными газами

k_гr_п

1/(МПа*м)

[(7,8+16r_H2O)/(10pr_пs)^0,5 -1](1-0,37 T_Ф"/1000)r_п

((7,8+16*0,101)/(0,24*1,38) ^0,5-1)*(1-0,37*1250/1000)*0,24

1,25

Коэфициент поглощения лучей частицами золы

k_зл*μ_зл

1/МПа*м

(10000*A_зл/T^”_т^0,66)*μ/( 1+1,2μ)

(10^4*0,8/1283^0,66)*0,033/(1+0,033)

2,20

kps

-

(k_гr_п+k_злμ_зл)ps, p=0,1МПа

(1,25+2,20)*0,1*1,38

0,47

Степень черноты потока газов

a

-

1-e^-kps

1-e^-0,47

0,38

Степень черноты загрязненных стенок

а_з

0,8

0,80

Температура насыщения при давлении в барабане

ts

⁰С

по таблице свойств  воды и пара

250,35

Температура загрязненной стенки

tз

⁰С

ts+80

250,35+80

330,35

Коэффициент теплоотдачи излучением

αл

Вт/(м²К)

5,67*10^-8*(aз+1)/2*aT^3*(1-(Tз/T)^4)/(1-Tз/T)

5,67*10^-8*(0,8+1)/2*0,38*1250^3*(1-(503/1250)^4)/(1-503/1250)

68,95

Скорость дымовых газов

w

м/с

V_г*B_p*(t_ф+273)/(F_жс*273)

6,05*3,54*(977+273)/(19,73*273)

4,97

Средний относительный диагональный шаг труб

σ'₂

-

(σ₁²/4+σ₂²)^0,5

(5^2/4+4,17^2)^0,5

4,86

φ

(σ₁-1)/(σ'₂-1)

(5-1)/(4,86-1)

1,037

Cs

0,95*φ^0,1

0,95*1,04^0,1

0,953

Cz

4*z₂^0,02-3,2

4*4^0,02-3,2

0,912

Критерий Pr

Pr

таблица 6 [1]

0,58

Коэффициент кинематической вязкости

ν

м²/с

таблица 6 [1]

0,00016

Коэффициен теплопроводности

λ

Вт/(м*К)

таблица 6 [1]

0,106

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

α_к

Вт/(м²К)

((0,36*Cs*Cz*λ/d)*(w*d/ν)^0,6)*Pr^0,33

0,36*0,953*0,91*0,106/0,06)*(4,97*0,06/0,00016)*0,58^0,33

41,89

Коэффициент теплопередачи

k

Вт/(м²К)

ψ(α_к+α_л)

0,55*(41,89+68,95)

60,96

Δt_б

⁰С

υ'-tз

1010,43-250,35

680,08

Δt_м

⁰С

υ "-tз

944,43-250,25

614,08

Температурный напор

Δt

⁰С

(Δt_б-Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м)

(680,32-614,32)/ln(680,08/614,08)

646,52

Теплота, переданная поверхности за счет теплопередачи

Q_т

кДж/кг

kHΔt/(B_р*1000)

689,67

Погрешность

ΔQ

%

[Qб-Qт]*100/Q_т

(687,21-689,67)*100/689,67

-0,36

Диаметр труб ПП

dн

м

справочник [2]

0,038

Диаметр труб ПП

dв

м

справочник [2]

0,032

1поперечный шаг

S₁

м

по чертежу

0,066

1 продольный шаг

S₂

м

по чертежу

0,114

Длина труб 1 участка

l1

м

по чертежу

3

длина труб 2 участка

l2

м

по чертежу

2,7

Лучевоспринимающая поверхность 1 участка

F1

м²

по чертежу

0,038*3,14*3*900

322,16

Лучевоспринимающая поверхность 2 участка

F2

м²

по чертежу

0,038*3,14*2,7*720

231,96

Живое сечение для  прохода газа на 1 участке

F_жсг1

м²

ab-l₁z₁*dн

6*3,8-3*90*0,038

12,54

Живое сечение для  прохода газа на 2 участке

F_жсг2

м²

ab-l₂z₂*dн

6*2,9-2,7*90*0,038

8,17

Живое сечение для  прохода пара

F_жсп

м2

(n*3,14d²вн)/4

(90*3,14*0,032^2)/4

0,0724

Скорость пара

w_п

м/с

v*Dп/ F_жсп

0,065*20,83/0,0724

18,72

Начальная температура пара

t'

⁰С

по таблице свойств  воды и пара

256,41

Конечная температура пара

t"

⁰С

задано

430

Удельный объем пара при tср

ν

м3/кг

по таблице свойств  воды и пара

0,065

Ширина газохода пароперегревателя

b

м

по чертежу

6

Общая поверхность

F

м²

F1+F2

322,16+231,96

554,12

Температура газов перед пароперегревателем

υ'

⁰С

υ '= υ _ф"

944,43

Энтальпия газов на входе

I'

кДж/кг

по таблице 2

9024,75

Угловой коэффициент пучка шахматного (фестона)

x_пучка

-

по таблице [1]

0,73

Угловой коэффициент окна фестона

х_оф

-

по справочнику

1

Коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки

η_в

-

по таблице

0,7

среднее удельное тепловое напряжение поверхностей нагрева экрана

q_л

кДж/м²с

B_p*Q_л/F_cт

3,54*9385/326

101,98

Теплота излучения факела

Q_лпп

кДж/кг

q_лη_вF_оф(1-х_пучка)/В_р

101,98*0,7*24,66*(1-0,73)/3,54

136,17

Энтальпия насыщенного пара

I"

кДж/кг

по таблице

2800,82

Тепловосприятие по балансу

Q_бт

кДж/кг

D(i_пп-i'')/B_р-Q_лпп

20,83*(3285-2800,82)-136,17

2711,84

Энтальпия газов на выходе

H"

кДж/кг

по таблице 2

6294,87

Температура газов на выходе

υ"

⁰С

667

Температура газов на входе в ПП1

υ '

⁰С

из расчета

944,43

Температура газов на выходе из  1ПП

υ "

⁰С

задаемся

768

Энтальпия газов на входе

I'

кДж/кг

по таблице 2

9024,75

Энтальпия газов на выходе из 1ПП

I"

кДж/кг

по таблице 2

7263

Qбг

Qбг

кДж/кг

φ(I'-I"+ΔαI_хв)+Q_лп

0,99(9024,75-7263+0,015*184)

1885,52

Энтальпия пара на выходе из ПП1

I"

кДж/кг

Qбг*Bp/D+I'

1885,52*3,54/20,83+9024,75

3121,37

Температура пара на выходе из первой ступени

t"

⁰С

по таблице свойств  воды и пара

361,32

Δtб

⁰С

Δ'-t"

944,43-361,32

583,11

Δtм

⁰С

Δ"-t'

768-256,41

511,59

Температурный напор при противотоке

Δtпрт

⁰С

(Δt_б-Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м)

(583,11- 511,59 )/ln(583,11/511,59)

546,57

Температурный напор

Δt

⁰С

ψΔt_прот

0,98*546,57

535,64

τ1

⁰С

υ'- υ "

944,43-768

176,43

τ ₂

⁰С

t"-t'

361,32-256,41

104,91

P

τ ₂(υ '-t')

104,91/(944,43-256,41)

0,15

R

τ ₁/ /τ ₂

176,43/104,91

1,68

A

H_прм/H

1

Поправочный коэффициент

ψ

по номограмме 20 [1]

0,98

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

α_к

Вт/(м²К)

(0,2*Cs*Cz*λ/d)*(w*d/ν)^0,65*Pr^0,33

(0,2*1*1*0,095/0,038)*(7,1*0,038/0,0014)^0,65*0,59^0,33

58,07

Cz

z₂≥10

1

Cs

σ₂≥2

1

скорость газов

w

ВрVг(υ_ср+273)/(273Fжс)

3,54*6,08*(856,22+273)/(273*12,54)

7,10

υ_ср

(υ'+υ")/2

(944,43+768)/2

856,22

Критерий Pr

Pr

таблица 6 [1]

0,59

Коэффициент кинематической вязкости

ν

м²/с

таблица 6 [1]

0,00014

Коэффициен теплопроводности

λ

Вт/(м*К)

таблица 6 [1]

0,095

Коэффициент теплоотдачи излучением

αл

Вт/(м²К)

5,67*10^-8*(aз+1)/2*aT^3*(1-(T^з/T)^4)/(1-Tз/T)

5,67*10^-8* (0,8+1)/2*0,15*1250^3*(1-(503 /1250)^4)/(1-503/1250)

23,21

Эффективная толщина излучающего слоя

S

м

0,9*d*((4*σ₁σ₂/π)-1)

0,9*0,038((4*1,74*3/3,14)-1)

0,19

Коэффициент ослабления трехатомными газами

k_гr_п

1/(МПа*м)

[(7,8+16r_H2O)/(10pr_пs)^0,5 -1](1-0,37 T_ПП/1000)r_п

((7,8+16*0,101)/(10*0,1*0,24*0,19)^0,5-1)*(1-0,37*1129 /10^-3)*0,24

5,98

Концентрация золы в продуктах сгорания

μ_зл

кг/кг

по таблице 1

0,033

Коэфициент поглощения лучей частицами золы

k_зл*μ_зл

1/МПа*м

(10000*A_зл/T_пп^0,66)*μ/( 1+1,2μ)

(10000*0,8/1129^0,66)* 0,33/(1+1,2*0,33)

2,34

kps

-

(k_гr_п+k_злμ_зл)ps, p=0,1МПа

(5,98+2,34)*0,1*0,19

0,16

Степень черноты потока газов

a

-

1-e^-kps

1-2,73^-0,16

0,15

объёмные доли трехатомных  газов

r_п

по таблице 1

0,24

Температура загрязненной стенки

tз

⁰С

tср+80

308,87+80

388,87

Средняя температура пара

tср

⁰С

(t’+t”)/2

(256,41+361,32)/2

308,87

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

α₁

Вт/м²К

a_к+a_л

58,07+23,21

81,28

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к пару

α ₂

Вт/м²К

по номограмме 12 [1]

1127

Коэффициент теплопередачи

k

Вт/(м²К)

ψα₁/(1+α₁/α₂)

0,52*81,28/(1+81,28/1127)

39,19

Теплота, переданная поверхности за счет теплопередачи

Qт

кДж/кг

KHΔt/B_р

39,19*322,16*535,64/3,54

1909,45

Погрешность

-

%

(Qt-Qб)*100/Qt

(1909,45-1885,52) *100/1909,45

1,25327

поперечный шаг

S₁

м

по чертежу

0,065

продольный шаг

S₂

м

по чертежу

0,08

Температура газов на входе в ПП2

υ'

⁰С

из расчета

768

Температура газов на выходе из  ПП2

υ "

⁰С

задаемся

667

Энтальпия газов на входе

I'

кДж/кг

по таблице 2

7262,96

Энтальпия газов на выходе из 2ПП

I"

кДж/кг

по таблице 2

6294,87

Q_бг

Q_бг

кДж/кг

φ(I'-I"+ΔαIхв)

0,99*(7262,96-6294,87+0,015*184)

962,48

Энтальпия пара на выходе из ПП2

I"

кДж/кг

Qбг*Bp/D+I'

962,48*3,54/20,33+7262,96

3285

Температура пара на выходе из второй ступени

t"

⁰С

по таблице свойств водяного пара

430

Δt_б

⁰С

υ'-t'

768-361,21

406,68

Δt_м

⁰С

υ "-t"

667-430

237

Температурный напор

Δt

⁰С

(Δt_б-Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м)

(406,68-237)/ln(406,68/237)

314,24

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

α_к

Вт/(м²К)

((0,36*Cs*Cz*λ/d)*(w*d/ν)^0,6)*Pr^0,33

((0,36*0,985*1*0,083/0,038)*(9,68*0,038/0,0001)^0,6*0,6^0,33

71,05

Cz

0,91+0,0125(z₂-2)

0,91+0,0125*(10-2)

0,985

Cs

1

скорость газов

w

ВрVг(υ_ср+273)/(273Fжс)

3,54*6,15*(717,5+273)/(273*8,17)

9,68

υ _ср

(υ'+υ")/2

(667+768)/2

717,5

Критерий Pr

Pr

таблица 6 [1]

0,6

Коэффициент кинематической вязкости

ν

м²/с

таблица 6 [1]

0,00011

Коэффициен теплопроводности

λ

Вт/(м*К)

таблица 6 [1]

0,083

Коэффициент теплоотдачи излучением

αл

Вт/

(м²К)

5,67*10^-8*(aз+1)/2*aT^3*(1-(T^з/T)^4)/(1-Tз/T)

5,67*10^-8* (0,8+1)/2*0,12*990,5*(1-(475,66 /990,5)^4)/(1-475,66 /990,5)

16,78

Эффективная толщина  излучающего слоя

S

м

0,9*d*((4*σ₁σ₂/π)-1)

0,9*0,038((4*1,71*2,11/3,14)-1)

0,123

Коэффициент ослабления трехатомными газами

k_гr_п

1/(МПа*м)

[(7,8+16r_H2O)/(10pr_пs)^0,5 -1](1-0,37 T_ПП/1000)r_п

((7,8+16*0,101)/(10*0,1*0,24*0,123)^0,5-1)*(1-0,37*990,5 /10^-3)*0,24

8,15

Концентрация золы в  продуктах сгорания

μ_зл

кг/кг

по таблице 1

0,033

Коэфициент поглощения лучей частицами золы

k_зл*μ_зл

1/МПа*м

(10000*A_зл/T_пп^0,66)*μ/( 1+1,2μ)

(10000*0,8/990,5^0,66)* 0,033/(1+1,2*0,033)

2,52

kps

-

(k_гr_п+k_злμ_зл)ps, p=0,1МПа

(8,15+2,52)*0,1*0,123

0,131

Степень черноты потока газов

a

-

1-e^-kps

1-2,73^-0,131

0,12

объёмные доли трехатомных газов

r_п

по таблице 1

0,24

Температура загрязненной стенки

tз

⁰С

tср+80

395,66+80

475,66

Средняя температура пара

tср

⁰С

(t'+t")/2

(361,32+430)

395,66

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

a₁

Вт/м²К

a_к+a_л

71,05+16,78

87,83

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к пару

a₂

Вт/м²К

по номограмме 12 [1]

1176

Коэффициент теплопередачи

k

Вт/(м²К)

ψα₁/(1+α₁/α₂)

0,58*87,83/(1+87,83/1176)

47,49

Теплота, переданная поверхности за счет теплопередачи

Qт

кДж/кг

KHΔt/B_р

47,49*232*314,24/3,54

977,39

Погрешность

-

%

(Qt-Qб)*100/Qt

(977,39-962,48) *100/977,39

1,52