Расчет вспомогательного оборудования

Определение поверхности теплообмена и необходимого количества насадки

Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием

В настоящее время для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией α_к в регенераторах коксовых печей со щелевидной фасонной насадкой используется формула Бема, которая выведена для кирпичных каналов с шероховатой поверхностью и ламинарным режимом движения потока.

α_к = 4,19*(0,9617 + 0,2125*W_o/D_г)*Т,кДж/м²*ч*град, (192)

где: Т - температура газа, воздуха и продуктов горения, К

W_o- скорость газов в регенераторе при нормальных условиях, м/с;

D_г- гидравлический диаметр свободного сечения насадки, м.

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием α_л определяется на основании законов лучистого теплообмена по методике, изложенной в разделе Теплопередача в отопительном простенке.

Так как температура газов и насадки по высоте регенераторов значительно меняется, а коэффициенты α_к и α_л от температуры зависят по-разному, суммарный коэффициент теплообмена К_п вычисляется отдельно для верха и низа регенератора, после чего берется его среднее значение.

Расчет поверхности F производится на основании закона конвективного теплообмена по формуле:

F = Q_п/К_п* t, м2, (193)

где Q_п - количества тепла, полученное воздухом(газом) в регенераторе и равное разности теплосодержаний этих продуктов после и до нагрева, кДж/период;

К_п - суммарный коэффициент теплообмена, кДж/м²*пер*град;

t – средняя логарифмическая разность температур, равная:

(t_2пг – t_2г,в) – (t_1пг – t_1г,в)

t = ---------------------------------------- (194)

ln(t_2пг – t_2г,в/t_1пг – t_1г,в)

Зная потребную поверхность теплообмена F и омываемую поверхность одного ряда насадки и стен Σ F, можно определить число рядов насадки "m", которое необходимо уложить в регенераторе:

m = F/ Σ F, шт. (195)

12.1. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС СУХОГО ТУШЕНИЯ КОКСА

Обычно тепловой баланс сухого тушения кокса рассчитывают на часовую производительность камеры и определяют требуемое для охлаждения количество циркулирующих газов и коэффициент полезного отбора тепла. При расчете температуру кокса поступающего в камеру тушения принимают равной температуре конца коксования.

Уравнение теплового баланса установки:

Q_кокса + Q_у = Q_ц.г + Q_п.у + Q_атм = Q_паp + Q_о.с, (241)

где Q_кокса - теплота, получаемая при охлаждении кокса в камере тушения;

Q_у - теплота, получаемая в результате угара части кокса;

Q_ц.г - теплота, переданная от кокса к циркулирующим газам;

Q_п.у - теплота, теряемая вследствие подсоса и утечек циркулирующих газов в системе;

Q_атм - теплота, теряемая поверхностью камеры тушения в атмосферу;

Q_о.с - теплота, теряемая в окружающую среду котельным агрегатом.

Q_кокса = Q_г - Q_х = G (С_н t_н - C_к t_к), (242)

где Q_г и Q_х – тепло внесенное в камеру горячим и вынесенное с охлажденным коксом;

G - количество охлаждаемого кокса (кг/час);

С_н и С_к - теплоемкости кокса при температурах загрузки и выдачи, кДж/(кг град.)

t_н и t_к - температура кокса при загрузке и выдаче, ⁰С;

Q_y = (G*φ*Q_н^р)/100, где φ - степень угара кокса при тушении, %;

Q_н^р - низшая теплота сгорания кокса на рабочую массу, кДж/кг;

Q_ц.г = V*(С’_к t’_к – С’_н t’_н) = Q’_к – Q’_н; (243)

Q’_к и Q’_н - тепло, внесенное в котел циркулирующими газами и тепло уходящих газов, кДж/ч;

V - объем циркулирующих газов в системе при нормальных условиях, м³/ч;

С’_к и С’_н - теплоемкости газов на выходе из камеры тушения и входе в нее, кДж/(м³ град.);

t’_к и t’_н - температура газов на выходе из камеры тушения и входе в нее, ⁰С;

Q_п.у = G φ V_п.у (С_г t_г – С_в t_в); (244)

C_г - теплоемкость циркулирующих газов, теряемых в атмосферу, кДж/(м³ град.);

t_г - температура циркулирующих газов, ⁰С;

C_в - теплоемкость воздуха, кДж/(м³ град.);

t_в - температура воздуха, ⁰С;

V_п.у - объем воздуха для сжигания 1кг кокса по реакции:

C + O₂ = CO₂;

V_п.у = 8,9 *(1 - m), где m - коэффициент, учитывающий содержание золы в коксе;

Q_атм.= (α_л + α_к)*(t_п – t_в) F, где α_л и α_к - коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией в атмосферу, кДж/(м ч град.);

[(Т_п/100) – (Т_в/100)]

α_л = С*---------------------------; (245)

t_п – t_в

α_к = 1,43 ‑ Δt; Δt = t_п – t_в (246)

где С - коэффициент лучеиспускания материала поверхности камеры, кДж/(м ч град.);

t_п, (T_п) - температура поверхности камеры, ⁰С (К); t_в, (T_в) - температура окружающего воздуха, ⁰С (К);

F - наружная поверхность камеры, м²;

Q_пар = D_п.п (h_п.п – h_п.в) + D *k_пр* (h_к.в – h_п.в)/100, (247)

где D_п.п - количество вырабатываемого перегретого пара, кг/ч;

K_пр – коэффициент продувки котла, %; h_п.п – энтальпия перегретого пара, кДж/кг; h_к.в - энтальпия котловой воды, кДж/кг; h_п.в - энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Потери тела котельным агрегатом в окружающую среду в результате естественной конвекции и излучения наружными поверхностями агрегата:

Q_о.с = V C’_к * t’_к (q / 100) (248)

где q - потеря тепла в окружающую среду, %

12.2. РАСЧЕТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

В расчете в качестве исходных данных принимают геометрические характеристики котла и давления пара, а также параметры циркулирующего газа, поступающего в котел (расход V_о, м³/с); состав и температуру t_н, ⁰С. Принимают также температуру питательной воды t_п.в, ⁰С, и в первом приближении температуру перегретого пара t_пп, ⁰С.

Порядок расчета котла следующий:

Рассчитывают теплопередачу в элементах котла. Расчет ведут последовательно по отдельным элементам пароперегревателя, испарительных поверхностей, экономайзера по ходу циркулирующего газа. Задаются температурой циркулирующего газа за первым пакетом t"_д. По уравнению теплопередачи рассчитывают количество тепла, переданное циркулирующим газом пароводяной смеси на этом участке поверхности нагрева, Вт:

Q₀ = К*F₀ Dt_cp; (249)

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К), рассчитываемый обычными методами;

F₀ - поверхность нагрева элемента, м²;

Dt_ср – средний логарифмический температурный напор, ⁰С.

По уравнению теплового баланса находят энтальпию циркулирующего газа за элементом поверхности нагрева:

i"_д = i'_д – Q₀/(V₀ &), (250)

где & - коэффициент сохранения тепла.

По i"_д определяют t"_д. Если полученная температура отличается от принятой более чем на 5%, то производят пересчет по новой температуре t"_д, которая принимается как среднее между полученной и ранее принятой. Как правило, после второго расчета температуры сходятся.

Аналогичным образом рассчитывают остальные элементы поверхности нагрева.

При расчете коэффициентов теплопередачи можно пренебречь тепловым сопротивлением теплоотдачи к воде, пароводяной смеси и пару и рассчитать К по формуле:

К = 1/(1/α + e), (251)

где α - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучения со стороны камеры тушения, Вт/м² К;

е - тепловое сопротивление отложений на трубах, равное 0,005 - 0,01 м²*К/Вт.

При работе котла на незагрязненных газах е принимают равным нулю.

После расчета последнего элемента поверхности нагрева и определения температуры уходящих газов t_к по теплу, отданному циркулирующими газами, определяют тепло, полученное водой и паром:

Q_к = V_o (i_дн - i_дк) & = D_с (i - i_п.в + 0,01 n (i' - i_п.в)) (252)

где D_c – паропроизводительность котла, кг/с;

n - величина продувки, %;

i' - энтальпия кипящей воды, кДж/кг;

i_п.в - энтальпия питательной воды, кДж/кг;

i - энтальпия перегретого пара, кДж/кг.

I_дн - энтальпия продуктов сгорания начальная, кДж/кг;

I_дк - энтальпия продуктов сгорания конечная, кДж/кг;

Паропроизводительность D_с и температура перегрева t_пп связаны между собой также уравнением баланса тепла в пароперегревателе:

Q_п.п = V_од (i'_п.п - i"_п.п) & = D_с (i - i") (253)

где Q_п.п - количество тепла, полученное паром в пароперегревателе, кВт;

i'_п.п и i"_п.п - энтальпия продуктов сгорания до и после пароперегревателя, кДж /кг;

i" - энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг.

Из совместного решения уравнений (252) и (253) определяют энтальпию перегретого пара,

i_п.в - 0,01 n (i' - i_п.в)

i = Q_к i" – Q_п.п -------------------------------- (254)

Q_к – Q_п.п

а по i определяют температуру перегретого пара t_пп.

Паропроизводительность котла - утилизатора:

Q_п.п

D_c = ---------- (255)

i - i"

Если расхождения между принятым и рассчитанным по формуле (254) значением t_пп превышают 5%, расчет необходимо повторить начиная с расчета пароперегревателя.

Дата добавления: 2014-01-07