1. CHARAKTERYSTYKA I OPIS TECHNICZNY KOTŁA O WYDAJNOŚCI 130 t/h.

1. Konstrukcja kotła

Kocioł OP-130 jest kotłem parowym wodnorurowym, opalanym pyłem węgla kamiennengo, z naturalną cyrkulacją, wiszącym na konstrukcji stalowej z obmurzem ciężkim opancerzonym. Komora paleniskowa o wymiarach 5905mm x 6015mm wykonana jest ze ścian membranowych w których średnica rury wynosi 57 x 5 mm, rozstaw ich wynosi 75 mm. Ekrany paleniska zawieszone są na belkach górnego rusztu konstrukcji nośnej wspartych na słupach nośnych. W komorze paleniskowej zabudowany jest przegrzewacz naścienny z rur φ 32 pokrywający strop oraz ścianę przednią od poziomu 16.7 m będący pierwszym stopniem przegrzewacza. Drugi stopień przegrzewacza z rur φ 38 zabudowany jest w międzyciągu, a trzeci, grodziowy z rur φ 32 na wylocie z komory paleniskowej. W drugim ciągu kotła zabudowany jest pięciopęczkowy podgrzewacz wody z rur φ 32 . Ostatnią powierzchnią ogrzewalną w kotle są dwa obrotowe podgrzewacze powietrza. Przygotowanie paliwa odbywa się w trzech młynach średniobieżnych.

Przepływ spalin w komorze paleniskowej jest ku górze, skąd przez kanał nawrotny spaliny kierowane są drugim ciągiem ku dołowi. Ciepło wydzielane przy spalaniu pyłu przekazywane jest na drodze promieniowania i częściowo konwekcji powierzchni ogrzewalnej komory paleniskowej. Niewykorzystane w komorze ciepło oddawane jest powierzchniom ogrzewalnym umieszczonym w drugim ciągu kotła.

Pozostała część ciepła zawarta w spalinach oddawana jest do atmosfery powodując tzw. stratę kominową kotła. Spaliny po wyjściu z kotła poprzez kanały spalin przechodzą do filtra workowego, w którym zatrzymywany jest lotny popiół i dalej poprzez wentylatory ciągu do komina.

• Przepływ czynnika roboczego

Woda z podgrzewacza wody doprowadzana jest do walczaka skąd trzema

centralnymi rurami opadowymi φ = 355x28 do tzw. pierścienia dolnego i dalej do dolnych komór ekranowych. Mieszanina parowo-wodna z rur ekranowych wchodzi do górnych komór ekranowych i następnie do walczaka gdzie następuje oddzielenie pary od wody. Para nasycona z walczaka dwunastoma rurami φ = 76,1x7,1 doprowadzana jest do górnej komory zabudowanej na poziomie 28,250m

Para z górnej komory ekranowej przepływa rurami stropowymi paleniska 32x4 i dalej jako tzw. przegrzewacz naścienny pionowy do komory dolnej na poziomie

16,380 m zlokalizowanej na przedniej ścianie kotła. Z komory dolnej para jest odprowadzana dwoma rurami φ = 218x18 na bocznych ścianach kotła poprzez schładzacz 1,5 kg/s do komory górnej, a następnie do przegrzewacza konwekcyjnego.

Przegrzewacz konwekcyjny zbudowany jest w układzie szchownicowym z rur φ = 38. Jego podziałka poprzeczna poprzeczna wynosi 150 mm, a wzdłużna 75 mm. Przepływ odbywa pary odbywa się przeciwprądowo.

Między przegrzewaczem konwekcyjnym, a przegrzewaczem grodziowym zastosowano wtrysk wody chłodzącej 0,8 kg/s.

Podgrzewacz grodziowy umieszczony jest na wylocie z komory paleniskowej i składa się z 18 grodzi po 40 rur φ = 31.8 w każdej z czego 10 grodzi pracuje w przeciwprądziu, natomiast 2x4 grodzie we współprądzie. Po przepływie przez przegrzewacz grodziowy para odprowadzana jest do części wysokoprężnej turbiny.

II. OBLICZENIA CIEPLNE

1. Dane obliczeniowe i znamionowe kotła OP-130

1. Dane obliczeniowe

1. Skład paliwa

• zawartość węgla C^r = 48.8 %

• zawartość wodoru H^r = 4.5 %

• zawartość tlenu O^r = 7.5 %

• zawartość siarki S^r = 1 %

• zawartość azotu N^r = 0.8 %

• zawartość popiołu A^r = 19 5 %

• zawartość wilgoci W^r = 18.4 %

1.1.2. Strumień pary pierwotnej D = 36.111 kg/s

1.1.3. Temperatura powietrza za podgrzewaczem t_pg = 230 °C

1.1.4. Temperatura powietrza zimnego t_pz = 30 °C

1.1.5. Temperatura wody zasilającej t₁=200°C

1.1.6. Nadmiaru powietrza w palenisku λ₁ = 1.2

1.1.7. Nadmiar powietrza w spalinach wylotowych λ₂ = 1.2

1. Dane znamionowe

1.2.1. Strumień pary pierwotnej D = 36.111 kg/s

1.2.2. Ciśnienie pary przegrzanej p₇ = 12.9 MPa

1.2.3. Ciśnienie wody zasilającej p₁ = 14.32 MPa

1.2.4. Ciśnienie w walczaku p₂ = 13.24 MPa

1.2.5. Temperatura pary przegrzanej t₇ = 540°C

1.2.6. Temperatura spalin wylotowych t_w =125 °C

1.2.7. Unos popiołu a_un = 0.9

2. OBLICZENIA FIZYKOCHEMICZNE PALIWA I SPALIN

2.1.Skład paliwa

• rodzaj paliwa - węgiel kamienny

• skład masy roboczej paliwa

C_r = 48.8 H_r = 4.5 O_r =7.5 N_r = 0.8

S_r = 1 W_r = 18.4 A_r = 18.4

• sprawdzenie

C_r+H_r+O_r+S_r+N_r+A_r+W_r=100 %

• wartość opałowa paliwa - Formuła Mendelejewa

Q_wr=4.1868·[81·C _r + 246·H _r - 26·(O _r - S_r) - 6·W_r]

Q_wr = 200145.58

2.2. Obliczenia zapotrzebowanie powietrza oraz powstałych składników spalin

• teoretyczne zapotrzebowanie powietrza

V_pt = 0.089·(C_r +0.375·S_r)+ 0.265·H_r - 0.0333·O_r

V_pt = 5.314

• teoretyczna ilość spalin trójatomowych

V_RO2 = 0.01866·(C_r+0.375· S_r) V_RO2 = 0.918

• teoretyczna objętość azotu w spalinach

V_N2 = 0.79·V_pt+008·N_r V_N2 = 5.044

• teoretyczna objętość pary wodnej w spalinach

V_H2O = 0.111·H_r+ 0.0124·W_r+ 0.0161·V_pt V_H2O = 0.83

• teoretyczna objętość tlenu

V_O2:=0.21(λ - 1)V_pt V_O2 = 0.223

• teoretyczna objętość spalin suchych

V_sps:=V_N2+V_RO2+V_O2
V_sps = 6.185

• teoretyczna objętość spalin mokrych

V_spm:=V_N2+V_H2O+V_RO2+V_O2 V_spm = 7.016

• udział objętościowy gazów trójatomowych

r_R02 =
r_R02 = 0.131

• udział objętościowy pary wodnej

r_H2O =
r_H2O = 0.12

• masa spalin

G_g = 1 -
1.306·nV_pt G_g = 9.14

3. ENTALPIA SPALIN

• dla temperatur t = 100, 200..1600

• ciepło właściwe spalin

C_sp = V_N2· C_pN2+ V_H2O· C_pH20+V_RO2·C_pRO2 + V_O2· Cp_O2 + 0.01A_r·a_un·Cp_Ash

I_sp = C_spt

I_pow = V_ptC_pt_p

tabela

T	Isp (λ1,t) kJ/kg	Isp (λ9,t) kJ/kg
100	9,811· 10^2	1,087·10^3
200	1,998· 10^3	2,,202·10^3
300	3,022· 10^3	3,344·10^3
400	4,083· 10^3	4,516·10^3
500	5,17·10^3	5,716·10^3
600	6,28· 10^3	6,945·10^3
700	7,422· 10^3	8,202·10^3
800	8,589· 10^3	9,488·10^3
900	9,78· 10^3	1,08·10^4
1000	1,099·10^4	1,214·10^4
1100	1,223·10^4	1,35·10^4
1200	1,349·10^4	1,489·10^4
1300	1,476·10^4	1,629·10^4
1400	1,605·10^4	1,771·10^4
1500	1,735·10^4	1,914·10^4
1600	1,865·10^4	2,058·10^4

4. BILANS CIEPLNY KOTŁA

4.1. Straty cieplne

• strata niecałkowitego spalania

S_n = 1.5 % [tab.16.7. [2]]

• strata niezupełnego spalania

S_g = 0.5 % [rys.16.6. [2]]

• strata promieniowania

S_p = 0.3 % [rys.16.4. [1]]

• strata wylotowa

S_k =
_n) S_k = 5.5 %

4.2. Sprawność kotła brutto

η = 100 - ( S_n - S_g - S_p - S_k)

η = 92.5 %

4.3. Ciepło użyteczne

• entalpia pary na wylocie z kotła i₇ = 3445
  

• entalpia wody zasilającej i₁ = 857.8
  

• ilość pary świeżej D_n = 36.111
  

• ciepło użyteczne

Q_uz = D_n· (i₇-i₁) Q_uz = 9.341·10
W

4.4. Zużycie paliwa w kotle

• rzeczywiste zużycie paliwa

B =
·10^-3 B = 5.04

• teoretyczne zużycie paliwa

B_obl = B·
B_obl = 4.98

5. KOMORA PALENISKOWA

5.1. Obciążenie cieplne objętości komory paleniskowej

• objętość komory paleniskowej z danych geometrycznych komory

V_k = (F₂+F₃+F₄)⋅b+F_tr⋅a V_k = 701.6 m

• jednostkowe obciążenie cieplne objętości komory paleniskowej

q_v =
q_v = 1.422⋅10

5.2. Obciążenie cieplne przekroju komory paleniskowej

• pole przekroju komory paleniskowej :

F_k = a ⋅ b F_k = 35.5 m²

• jednostkowe obciążenie cieplne poziomego przekroju komory paleniskowej

q_F =

q_F = 2.808 ⋅10⁶

5.3.Określenie teoretycznej temperatury spalin w komorze paleniskowej

• założenie wstępne t₁ = 1915 ^oC

• ciepło dostarczone do komory paleniskowej

Q_pow = λ₁⋅V_pt⋅Ct_pow⋅t_powg Q_pow = 1.965 ⋅ 10³

• entalpia teoretyczna spalin

I_t = Q_wr⋅
+ Q_pow I_t = 21900

• temperatura adiabatyczna t₁ =1849 °C

5.4.Wysokość komory paleniskowej

H_k = 20.7 m

5.5. Powierzchnia ścian komory paleniskowej

5.5.1. Ściana przednia

F_tr=
F_tr = 8.52 m

F_p = h₁⋅b+ F_tr F_p =124.6 m²

5.5.2. Ściana tylna

F_t = F_tr+ e⋅b + b⋅f F_t =107.6 m²

5.5.3. Ściany boczne

F₁ = 0.5⋅g⋅h F₁ = 12.26 m²

F₂ =
F₂ = 17.88 m²

F₃ =
F₃ = 10.1 m²

F₄ = a⋅m F₄ = 80.3 m²

F_b = (F₁+F₂+F₃+F₄) F_b = 120.55 m²

5.5.4 Okno wylotowe

F_o = j⋅a F_o =33.2 m²

5.5.5. Powierzchnia palników

F_palnik =17.4 m²

5.5.6. Powierzchnia sufitu F_sufit = 23.6 m²

Całkowita powierzchnia ścian

F_c = 2⋅F_b + F_p + F_t + F_o + F_sufit - F_palnik F_c = 512.7 m²

5.6. Powierzchnia opromieniowana komory paleniskowej

• współczynnik kształtu ekranu dla ścian x₁= 1.0

• współczynnik kształtu ekranu dla okna x₂= 1.0

F_opr = x₁⋅(2⋅F_b + F_p + F_t + F_sufit - F_palnik) + x₂⋅F_o

powierzchnia opromieniowana F_opr =512.7 m²

5.7. Temperatura spalin na wylocie z komory paleniskowej

1. założenie wstępne t^” = 1000 ° C

2. współczynnik koncentracji popiołu w spalinach

• współczynnik przechwytu popiołu a_pp = 0.1

• udział popiołu unoszonego w spalinach

a_la =1- a_pp a_la = 0.9

μ_z =
μ_z = 0.019

3. współczynnik osłabienia promieniowania cząsteczkami popiołu

• gęstość spalin ρ_sp = 1.3
  

• średnica cząstki d_z = 16 μm

k_z =
= 7.495 k_z = 7.495

4. współczynnik osłabienia promieniowania dla gazów trójatomowych

• efektywna grubość warstwy promieniującej

s = 3.6⋅
s = 4.926 m

• udział objętościowy gazów trójatomowych i pary wodnej

r_n = r_H2O + r_RO2 r_n = 0.251

współczynnik osłabienia promieniowania dla gazów trójatomowych

k_g =
k_g = 4.103

5. współczynnik osłabienia promieniowania cząsteczkami koksu zawartymi w spalinach

k_koks = 1.0

• bezwymiarowe wielkości uwzględniające wpływ koncentracji popiołu

w spalinach

dla węgla kamiennego χ₁ = 0.5

przy komorowym spalaniu paliw χ₂ = 0.1

6. całkowity współczynnik osłabienia promieniowania

k = k_g ⋅ r_n + k_z ⋅ μ_z + k_koks ⋅ χ₁ ⋅ χ₂ k=1.212

7. współczynnik efektywności cieplnej ekranów komory paleniskowej ψ

• współczynnik zanieczyszczenia powierzchni opromieniowanej

dla węgla kamiennego

ξ = 0.45

• współczynnik kształtu ekranu x₁ = 1

ψ = x₁⋅ξ ψ = 0.45

8. stopień czerni płomienia

• dla kotłów pracujących bez nadciśnienia w komorze p = 0.1 MPa

a_pl =1-e^-k⋅s⋅p a_pl = 0.4

9. stopień czerni komory paleniskowej

a_p =
a_p = 0.645

10. średnia efektywność cieplna spalin

Vc_sr =
Vc_sr =

11. położenie maksymalnej temperatury w komorze paleniskowej

• współczynnik poprawkowy Δx = 0.1

• względne położenie maksimum temperatury w komorze paleniskowej wysokość położenia osi palników h_p = 6.27 m

wysokość komory paleniskowej H_k = 20.7 m

x_T =
x_T = 0.403

położenie maksymalnej temperatury w komorze paleniskowej

M = 0.59 - 0.5⋅x_T M = 0.388

temperatura spalin na wylocie z komory paleniskowej

t^'' =
- 273 t^'' = 1193 ^oC

5.8. Sprawdzenie - kryterium Boltzmanna

• zużycie paliwa

Bo =
Bo = 0.5

Bo = 0.5 < 10⋅a_p=6.4

kryterium Boltzmana zostało spełnione

6. OBLICZENIA FESTONU

6.1 Charakterystyka geometryczna festonu

• Powierzchnia festonu H_f = 18 m²

• Podziałka poprzeczna S_1f = 0.28 m

• Podziałka wzdłużna S_2f = 0 m

• Średnica zewnętrzna rur festonu d_f = 0.0318 m

• Wolny przekrój dla przepływu spalin F_spf = 15.854 m

6.2. Ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

• Jednostkowe obciążenie cieplne festonu (założenie wstępne)

q_f = 9020

• Ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

Q_f = q_f ·H_f Q_f = 1.624·10⁵ W

6.3. Ilość ciepła przejęta przez czynnik

• strumień pary

D_f =
D_f = 9.028

• obliczeniowe zużycie paliw B_obl = 4.98
  

• ciśnienie w walczaku p_f =13.24 MPa

• stopień suchości pary na wyjściu z festonu (założony)

x = 0.2

• temperatura pary w festonie (równa temp. na linii nasycenia)

t_f = 332.258 °C

• entalpia pary na linii wody X=0 i_f^` = 1543
  

• entalpia pary na linii nasycenia X=1 i_f ^”= 2657
  

• entalpia pary wychodzącej z festonu

i_xwyj = i_f^{`</sup> +X·(i<sub>f</sub><sup>”</sup> - i<sub>f</sub><sup>`}) i_xwyj = 1765

• entalpia pary wchodzącej do festonu

i_xwej = i_xwyj- Q_f ·
i_xwej =1676

ilość ciepła przejęta przez czynnik

Q = 161

6.4. Ilość ciepła oddana przez spaliny przepływająca przez powierzchnię festonu

• dossanie powietrza w festonie (założenie) Δn_f = 0.01

• temperatura zasysanego powietrza t_zas = 30°C

• entalpia powietrza dosysanego

I_pow :=Vpt·Cp·t_zas I_pow = 211.2

• entalpia spalin na wlocie na feston

i_sp1f = C_sp·t₃ i_sp1f = 11834

• nadmiar powietrza na wylocie z festonu

λ₄ = λ₃+Δn_f λ₄ = 1.26

• entalpia spalin na wylocie z festonu

i_sp2f = I_sp1f+Δn_f ·I_pow-
i_sp2f=11803.5

Q = φ · ( I_sp1 - I_sp2 + Δn · I_pow ) Q =31

6.5. Średnia temperatura między spalinami, a czynnikiem grzewczym

• temperatura spalin na wlocie na feston t₃ = 1.03604·10³ °C

• temperatura spalin na wylocie z festonu

C_sp·t₄-I_sp2f = 0 t₄ = 1.027·10³°C

Δ1_f = t₃-t_f

Δ2_f = t₄-t_f

Średnia temperatura

Δt_f =
Δt_f = 699.487 ^oC

6.6. Obliczenia współczynnika przenikania ciepła k₁

6.6.1 Współczynnik wnikania ciepła dla pęczka w układzie korytarzowym przy

przy omywaniu poprzecznym.

• poprawka na ilość rur w kierunku przepływu spalin C_z = 1

• średnia temperatura spalin

t_fsr =
t_fsr = 1032 °C

• współczynnik liniowej przewodności cieplnej spalin dla temperatury średniej λ = 0.11182
  

• liczba Prandtla dla spalin Pr = 0.576

• współczynnik lepkości kinematycznej ν = 1.736·10^-4
  

• względna podziałka poprzeczna

δ_1f =
δ_1f = 8.805

• względna podziałka wzdłużna

δ_2f =
δ_2f = 0

• współczynnik poprawkowy uwzględniający układ geometryczny pakietu

C_s =
C_s =0.063

• prędkość przepływu spalin

w_f =
w_f = 11.018

współczynnik wnikania ciepła dla pęczka w układzie korytarzowym przy poprzecznym omywaniu

α_k = 5.155

6.6.2. Współczynnik promieniowania

1) Stopień czerni powierzchni ścian dla palenisk pyłowych a_ż = 0.8

2) Temperatura zewnętrzna osadu na ściance rury festonu

• współczynnik zanieczyszczenia powierzchni ε₁ = 0.0043
  

• temperatura pary w festonie (const) t_f = 332.3 °C

Obliczona prędkość pary

• -średnica wewnętrzna rury d_wf = 0.062 m

• ilość równolegle włączonych wężownic z_rf = 21

• przekrój rur włączonych równolegle

F_rf = z_rf·
F_rf = 0.0634 m²

• objętość właściwa dla średniej temperatury pary dla przegrzewacza

V_psrf = 0.01245

Prędkość pary

W_paryf = D_f ·
w_paryf = 1.773

• współczynnik przejmowania ciepła na drodze konwekcji od ścianki do pary

przegrzanej

współczynnik przewodzenia ciepła dla pary przegrzanej

λ_paryf = 0.417

lepkość kinematyczna dla pary przegrzanej ν_paryf = 2.716·10^-7

liczba Prandtla

Pr_paryf =
Pr_paryf = 0.552

współczynnik przejmowania ciepła na drodze konwekcji od ścianki do pary

α₂ = 0.0268

α₂=4.259·10³

Temperatura zewnętrzna osadu na ściance rury

T_sczf = t_f+
·q_f + 273 T_sczf =646.162 K

3) Stopień czerni strumienia spalin

1. grubość warstwy promieniującej dla festonu

• wysokość A = 0.0761m

• podziałka D = 0.28m

• długość C = 3.6m

S_grf =
S_grf = 0.106 m

2. ciśnienie w palenisku p = 0.1 MPa

3. współczynniki koncentracji popiołu

• współczynnik przechwytu popiołu a_pp = 0.1

• udzia popiołu unoszonego w spalinachł

a_pl =1-a_pp a_pl = 0.9

• jednostkowa masa spalin G_g = 9.555
  

współczynnik koncentracji popiołu

μ_ż =
μ_ż =0.0179

4. współczynnik osłabienia promieniowania cząsteczkami popiołu

k_ż =
k_ż =7.373

5. współczynnik osłabienia promieniowania przez gazy trójatomowe kg₁

kg₁ =

kg₁=30.789

6. współczynnik osłabienia promieniowania dla strumienia zapylonego

k_ps = (kg₁ · r_n + k_ż · μ_ż) · p · S_grf k_ps = 0.079

stopień czerni strumienia spalin

a =1-e^-kps a = 0.076

Współczynnik przejmowania ciepła drogą promieniowania

α_pr =5.698·10^-8·
·a·(t_fsr+273)³·
α_pr = 16.1713

6.6.3. Współczynnik przenikania ciepła k₁

• współczynnik uwzględniający stopień omywania powierzchni

dla w > 4
ζ = 0.85

• współczynnik wnikania ciepła

α₁= ζ · α_pr α₁ = 13.746

współczynnik przenikania ciepła k₁

k₁=
k₁=12.939

6.7. Sprawdzenie założonej wielkości obciążenia cieplnego festonu

• założona wartość q_f = 9.02·10³
  

• wartość obliczona

q_f = k₁·Δt_f q_f = 9.051·10³

7. OBLICZENIA PRZEGRZEWACZA GRODZIOWEGO PG

7.1. Charakterystyka geometryczna grodzi

• powierzchnia ogrzewalna grodzi H = 318 m²

• podziałka poprzeczna S₁ = 0.3 m

• podziałka wzdłużna S₂ = 0.041 m

• średnica zewnętrzna rur grodzi d_g = 0.0318 m

• wolny przekrój dla przepływu spalin F_sp = 24.1 m

7.2. Ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

• obciążenie cieplne powierzchni (założenie wstępne) q = 30.8
  

• ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

Q = q⋅H Q = 9.794⋅10³ MW

7.3. Ilość ciepła przejęta przez czynnik

• entalpia pary wychodzącej z grodzi dla p₇ = 12.9 Mpa, t₇ = 540 ^oC

i₂ = 3445

• entalpia pary wchodzącej do grodzi

i₁ = 3173

• temperatura pary wchodzącej do grodzi dla t₈ = 442.9 ^oC

Q = 1972

7.4. Ciepło wypromieniowane z komory paleniskowej do grodzi

• entalpia spalin dla teoretycznej temperatury spalania

I_t = 2.19 · 10⁴

• rzeczywista entalpia spalin wylotowych z komory paleniskowej

I₂ = 1.34 ·10⁴

• powierzchnia opromieniowana komory paleniskowej

F_opr = 512.7 m²

• obciążenie cieplne powierzchni opromieniowanej

q_Hopr =
q_Hopr = 82.5

• przekrój okna wylotowego z komory paleniskowej H_okna = 33.6 m²

• ciepło wypromieniowane z komory paleniskowej do grodzi

Q_pr = 0.7· q_Hopr·
Q_pr = 389.7

• 7.5. Ilość ciepła oddana przez spaliny przepływające przez powierzchnię

• przyrost współczynnika nadmiaru powietrza w grodzi (dossanie przez

nieszczelności) Δn = 0.05

• temperatura dosysanego powietrza t_zas = 30 ^oC

• entalpia dosysanego powietrza

I_pow = V_pt⋅Cp⋅t_zas I_pow = 211.2

• entalpia spalin na wlocie na gródź dla

I_sp1 = C_sp⋅t₂ I_sp1 = 1.34·10⁴

• nadmiar powietrza na wylocie z grodzi

λ₃ = λ₂ +
λ₃ = 1.25

• entalpia spalin na wylocie z grodzi

I_sp2 =I₂ + Q_pr + Δn·I_pow -
I_sp2 = 1.183·10⁴

• temperatura spalin na wylocie z grodzi

C_sp·t₃ - I_sp2 = 0 t₃ =1036°C

• współczynnik uwzględniający stratę promieniowania

φ = 0.95

ilość ciepła oddana przez spaliny przepływające przez powierzchnię

Q = φ · ( I_sp1 - I_sp2 + Δn · I_pow ) Q =1575.87

7.6. Średnia temperatura między spalinami, a czynnikiem grzewczym

Δ1 = t₂ - t₇ Δ1 = 653.24

Δ2 = t₃ - t₈ Δ2 = 593.14

Δt =
Δt = 622 °C

7.7. Współczynnik przenikania ciepła k₁

7.7.1. Współczynnik wnikania ciepła od spalin do grodzi dla pęczka w układzie

korytarzowym przy omywaniu poprzecznym

• poprawka na ilość rzędów rur w kierunku przepływu spalin C_z = 1

• średnia temperatura spalin

temperatura spalin na wlocie do grodzi t₂ = 1193 ^oC

temperatura spalin na wylocie z grodzi t₃ = 1036 ^oC

t_śr =
t_śr = 1115 ^oC

• współczynnik liniowej przewodności cieplnej spalin dla temperatury średniej

λ = 0.11912

• liczba Prandtla dla spalin dla temperatury średniej Pr = 0.572

• współczynnik lepkości kinematycznej ν = 1.915·10^-4
  

• względna podziałka wzdłużna

δ₁=
δ₁ = 9.434

• względna podziałka poprzeczna

δ₂ =
δ₂ = 1.289

• poprawka uwzględniająca układ geometryczny pakietu

C_s = [1 + (2 · δ₁ -3) · (1-
)³]^-2 C_s = 0.777

• średni współczynnik nadmiaru powietrza

λ_sr =
λ_sr=1.225

• prędkość przepływu spalin

w =
w =

współczynnik wnikania ciepła od spalin do grodzi α_k

α_k = 0.2 · C_z · C_s ·
·
·Pr^0.33 α_k = 49.673

7.7.2. Współczynnik promieniowania międzygrodziowego

1. Stopień czerni powierzchni ścian dla palenisk pyłowych a_ż=0.8

2. Temperatura zewnętrzna osadu na ścianie rury

• współczynnik zanieczyszczenia powierzchni ε₁ = 0.0043
  

• średnia temperatura pary

t_psr =
t_psr =

Obliczona średnia prędkość pary

• średnica wewnętrzna rury d_w = 0.0192 m

• ilość równolegle włączonych wężownic z_r =180

• przekrój rur włączonych równolegle

F_row = z_r ·
F_row =

• średnie ciśnienie pary w przegrzewaczu

P_psr =
P_psr =

prędkość pary

w_pary = D_n ·
w_pary =

temperatura zewnętrzna osadu na ścianie rury

T_scz = t_psr +(
T_scz =905 K

3. Stopień czerni strumienia spalin

1. grubość warstwy promieniującej dla powierzchni grodziowej

• wymiary komory utworzonej przez dwie sąsiednie grodzie

wysokość A = 1.958 m

podziałka D = 0.3 m

długość C = 4.4 m

S_gr =
S_gr = 0.442 m

2. ciśnienie w palenisku (dla komór z nadciśnieniem) p =0.1 MPa

3. współczynnik koncentracji popiołu w spalinach

• współczynnik przechwytu popiołu a_pp = 0.1

• udział popiołu unoszonego w spalinach

a_la =1- a_pp a_la = 0.9

• jednostkowa masa spalin G_g = 9.312
  

współczynnik koncentracji popiołu

μ_ż =
μ_ż = 0.01836

4. wspłczynnik osłabienia promieniowania cząsteczkami popiołu

k_ż =
k_ż =

5. współczynnik osłabienia promieniowania dla gazów trójatomowych kg₁

k_g1 =

k_g1 = 13.817

6. współczynnik osłabienia promieniowania dla strumienia zapylonego

k_ps = (k_g1 · r_n + k_ż · u_ż) · p · S_gr k_ps = 0.115

stopień czerni strumienia spalin

a =1-e^-kps a = 0.144

Współczynnik promieniowania międzygrodziowego

α_pr = 5.698·10^-8 · a · (t_sr+273)³ ·
α_pr =40.41

7.7.3. Współczynnik przenikania ciepła dla powierzchni grodziowych

• współczynnik uwzględniający stopień omywania powierzchni

dla w > 4
ζ = 0.85

• kątowy współczynnik grodzi dla
  = 1.3 x = 0.88

współczynnik wnikania ciepła

α₁ = ζ·(α_pr + α_k
α₁ = 68.835

współczynnik przenikania ciepła k₁

k₁ =
k₁ = 49.432

7.8. Sprawdzenie założonej wielkości obciążenia cieplnego q

wartość założona q = 3.08 ·10⁴

wartość obliczona

q = k₁ · Δt q = 3.07815 ·10⁴

8. PRZEGRZEWACZ KONWEKCYJNY

8.1. Charakterystyka geometryczna przegrzewacza

• powierzchnia ogrzewalna przegrzewacza H = 904 m²

• podziałka poprzeczna S₁ = 0.150 m

• podziałka wzdłużna S₂ = 0.075 m

• średnica zewnętrzna rur D_g = 0.038 m

• wolny przekrój dla przepływu spalin F_sp = 15.37 m

8.2. Ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

- jednostkowe obciążenie cieplne przegrzewacza q = 26400

- ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

Q = q⋅H Q = 23.87 MW

8.3. Ilość ciepła przejęta przez czynnik

8.3.1. Strumień masy pary w przegrzewaczu

• strumień wtrysku pierwszego

wtr₁ = 0.65 wtr ₂ = 0.35

D_wtr1= wtr⋅wtr₁⋅D_n D_wtr1=1.526

• strumień wtrysku drugiego

D_wtr2 = wtr⋅wtr2⋅D_n D_wtr2:=0.822

strumień masy pary w przegrzewaczu

D_przeg = D_n-D_wtr2 D_przeg=35.29

D_przeg1 = D_n - (D_wtr1+D_wtr2) D_przeg1=33.764

8.3.2. Parametry wody wtryskowej

• temperatura wody na wejściu t_ww1 = t₁

t_ww1= 200°C

• entalpia wody na wejściu I_ww1 = 857.8
  

8.3.3. Parametry pary w przegrzewaczu

• entalpia pary na wyjściu z przegrzewacza przed wtryskiem wtr2

i_p =
i_p=3227

• entalpia pary na wyjściu z przegrzewacza za wtryskiem wtr2

i₁=3173

• entalpia pary wchodzącej do przegrzewacza za wtryskiem wtr1

i₂ = i_p-
i₂=2653

• entalpia pary wchodzącej do przegrzewacza przed wtryskiem wtr1

i₃:=
i₃=2734

• ciśnienie pary na wejściu do przegrzewacza p_wej=13.3 MPa

• ciśnienie pary na wyjściu z przegrzewacza p_wyj=13 MPa

• temperatura pary wchodzącej do przegrzewacza po wtrysku wtr1
  

t_wej = 332.612°C

• temperatura pary na wyjściu z przegrzewacza przed wtryskiem wtr2

t_wyj = 461.496°C

Q = 3892

8.4. Ilość ciepła oddana przez spaliny przepływające przez powierzchnię przegrzewacza

• dossanie powietrza Δn_przeg = 0.1

• temperatura dosysanego powietrza t_zas = 30°C

• entalpia powietrza dosysanego

I_pow = V_pt⋅Cp⋅t_zas I_pow = 211.2

• nadmiar powietrza na wylocie z przegrzewacza

λ₅=λ₄+Δn_przeg λ₅ = 1.36

• entalpia spalin na wlocie na przegrzewacz I_sp1 = 1.18⋅10⁴
  

• entalpia spalin na wylocie z przegrzewacza

I_sp= I_sp+Δn_przeg ⋅ I_pow-
I_sp2 = 7.032⋅10³

• temperatura spalin na wylocie z przegrzewacza

założenie wstępne t₅ = 500

C_sp ⋅ t₅-I_sp2 = 0 t₅ = 603.5 °C

Q = φ · ( I_sp1 - I_sp2 + Δn · I_pow ) Q =4789

8.5. Temperatur średnia między spalinami, a czynnikiem grzewczym

Δ1 = t₄ - t_wyj Δ1= 566

Δ2 = t₅ - t_wej Δ2= 270.847

Δt =
Δt = 400.4 °C

8.6. Współczynnik przenikania ciepła. k 1

8.6.1. Współczynnik wnikania ciepła od spalin do przegrzewacza dla pęczka w układzie szachownicowym przy omywaniu poprzecznym.

• poprawka na ilość rur w kierunku przepływu spalin C_z:=1

• średnia temperatura spalin

t_sr =
t_sr = 815.5 °C

• współczynnik liniowej przewodności cieplnej spalin dla temperatury średniej

λ = 0.09286

• liczba Prandtla dla spalin dla temperatury średniej Pr = 0.597

• współczynnik lepkości kinematycznej ν = 1.293 ⋅10^-4
  

• względna podziałka poprzeczna

δ₁=
δ₁ = 3.947

• względna podziałka wzdłużna

δ₂ =

δ₂ = 1.974

δ_2prim =
δ_2prim= 2.791

ψ =
ψ_δ= 1.645

• poprawka uwzględniająca układ geometryczny pakietu

dla ψ < 1.7 wynosi C_s = 0.34ψ^0.1 C_s= 0.357

• średni nadmiar powietrza w przegrzewaczu konwekcyjnym

λ_sr =
λ_sr= 1.31

• prędkość przepływu spalin

w =
w = 9.83

współczynnik wnikania ciepła α_k

α_k =

α_k = 87.836

8.6.2. Współczynnik przejmowania ciepła drogą promieniowania

1. Stopień czerni powierzchni ścian dla palenisk pyłowych a_ż = 0.8

2. Temperatura zewnętrzna osadu na ściance rury

• współczynnik zanieczyszczenia powierzchni ε₁ = 0.0043
  

• średnia temperatura pary

t_psr =
t_psr = 397°C

Obliczeniowa średnia prędkość pary

• średnica wewnętrzna rury d_w = 0.030 m

• ilość równolegle włączonych wężownic z_r = 79

• przekrój rur włączonych równolegle F_r = z_r ⋅
  

• objętość właściwa pary na wejściu na przegrzewacz konwekcyjny

v₁ = 0.01237

• objętość właściwa pary na wyjściu z przegrzewacza konwekcyjnego

v₂ = 0.02255

• objętość właściwa średnia dla przegrzewacza konwekcyjnego

V_psr =
V_psr = 0.01746

• średnia prędkość pary

W_pary =D_przeg ⋅
W_pary = 11.035

• współczynnik przejmowania ciepła na drodze konwekcji od ścianki do pary

przegrzanej

średnia temperatura pary t_psr = 397.1 °C

średnie ciśnienie pary w przegrzewaczu konwekcyjnym

P_psr =
p_psr = 13.15 MPa

współczynnik przewodzenia ciepła dla pary przegrzanej

λ_pary = 0.075

lepkość kinematyczna dla pary przegrzanej ν_pary = 4.291⋅10^-7

liczba Prandtla dla pary

Pr_pary =
Pr _pary= 1.224

współczynnik przejmowania ciepła α₂ α₂ = 0.0268
α₂ = 3.733⋅10³

temperatura zewnętrzna osadu na ściance rury

T_zsc = t_psr+
T_zsc = 790.6 °C

3. Stopień czerni strumienia spalin

1. grubość warstwy promieniującej dla powierzchni

• wysokość A = 3.975 m

• podziałka D = 0.15 m

• długość C = 3.575

S_gr = 0.9⋅d_g⋅
S_gr = 0.305

1. ciśnienie w palenisku p = 0.1 Mpa

2. współczynnik koncentracji popiołu

• współczynnik przechwytu popiołu a_ż = 0.1

• udział popiołu unoszonego w spalinach

a_la = 1-a_ż a_la = 0.9

• jednostkowa masa spalin G_g = 9.902
  

współczynnik koncentracji popiołu μ_ż

μ_ż =
μ_ż = 0.01727

d) współczynnik osłabienia promieniowania cząsteczkami popiołu

k_ż =
k_ż = 8.32

e) współczynnik osłąbienia promieniowania przez gazy trójatomowe k_g1

k_g1 =
k_g1 = 20.944

f) współczynnik osłabienia promieniowania dla strumienia zapylonego

k_ps:=(k_gl ⋅ r_n+k_ż ⋅ μ_ż) ⋅ p ⋅ S_gr k_ps = 0.152

Stopień czerni strumienia spalin

a = 1- e^-kps a = 0.141

Współczynnik przejmowania ciepła drogą promieniowania α_pr = 5.698⋅10^-8 .
α_pr = 24.6

8.6.3. Współczynnik przenikania ciepła k₁

• współczynnik kątowy dla
  = 1.973 x = 0.6

• współczynnik uwzględniający stopień omywania powierzchni

dla w > 4
ζ = 0.85

• współczynnik wnikania ciepła

α₁ = ζ⋅(α_pr+α_k) α₁ = 95.555

współczynnik przenikania ciepła

k1 =
k₁ = 66.52

8.7. Sprawdzenie wielkości obciążenia powierzchni q

• wartość założona q = 2.64⋅10⁴
  

• wartość obliczona

q = k₁ ⋅ Δt q = 2.66378⋅10⁴

9. PODGRZEWACZ WODY

9.1. Charakterystyka geometryczna podgrzewacza wody

• powierzchnia ogrzewalna podgrzewacza H = 1246 m²

• podziałka poprzeczna S₁ = 0.150 m

• podziałka wzdłużna S₂ = 0.065 m

• średnica zewnętrzna rur D_g = 0.0318 m

• wolny przekrój dla przepływu spalin F_sp = 14.296 m

9.2. Ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

• jednostkowe obciążenie cieplne powierzchni przegrzewacza

(założenie wstępne) q = 12720

• ciepło przejęte przez powierzchnię ogrzewalną

Q = q⋅H Q = 1.585⋅10⁴ MW

9.3. Ilość ciepła przejęta przez czynnik

• strumień masy wody

D_podg = D_przeg1 D_podg = 33.76

9.3.1 Parametry wody wtryskowej

• temperatura na wejściu do podgrzewacza wody t₁ = 200°C

• ciśnienie na wejściu p₁= 14.32 MPa

• entalpia na wejściu i_ww = 857.8
  

ilość ciepła przejęta przez czynnik

Q =
Q= 3174

9.4. Ilość ciepła oddana przez spaliny przepływająca przez powierzchnię

podgrzewacza

• przyrost współczynnika nadmiaru powietrza podgrzewaczu

Δn = 0.05

• temperatura zasysanego powietrza t_zas = 30°C

• entalpia powietrza dosysanego I_pow :=211.2
  

• nadmiar powietrza na wylocie z podgrzewacza

λ₆:=λ₅+Δn_przeg λ₆=1.41

• entalpia spalin na wlocie podgrzewacza I_sp1 = 7032
  

• entalpia spalin na wylocie z podgrzewacza

I_sp2 = I_sp+Δn_przeg ⋅ I_pow-
I_sp2 = 3.8610³

• temperatura spalin na wylocie z podgrzewacza

założenie wstępne t₆ = 500 °C

C_sp ⋅t ₆-I_sp2 = 0 t₆:=332.1 °C

• entalpia wody na wyjściu z podgrzewacza wody

i_wyjw = i_wejw+
i_wyjw =1326

• ciśnienie na wylocie z podgrzewacza wody p₃ = 14.1 MPa

• temperatura wody na wyjściu z podgrzewacza wody t_wyj = 297.46 °C

Ilość ciepła oddana przez spaliny przepływająca przez powierzchnię

podgrzewacza

Q = φ · ( I_sp1 - I_sp2 + Δn · I_pow ) Q =3182

9.5. Temperatura średnia między spalinami, a czynnikiem grzewczym

Δ1 = t₅-t_wyj Δ1 = 306

Δ2 = t₆-t₁ Δ2 = 132.07

Δt =
Δt = 207 °C

9.4. Współczynnik przenikania ciepła k 1

9.4.1.Współczynnik wnikania ciepła dla pęczka w układzie szachownicowym przy

omywaniu poprzecznym

• poprawka na ilość rur w kierunku przepływu spalin C_z = 1

• średnia temperatura spalin

t_sr =
`t_sr = 467.8 °C

• współczynnik liniowej przewodności cieplnej spalin dla temperatury średniej

λ = 0.06272

• liczba Prandtla dla spalin dla temperatury średniej Pr = 0.632

• współczynnik lepkości kinematycznej ν = 6.786 10^-5
  

• względna podziałka poprzeczna

δ₁:=
δ₁ = 4.717

• względna podziałka wzdłużna

δ₂:=
δ₂ = 2.044

δ_2prim =
δ_2prim = 3.121

ψ_δ =
ψ_δ = 1.752

• poprawka uwzględniająca układ geometryczny pakietu

dla 1.7 < ψ_δ <4,5 i dla δ₁ >3.0 przyjmuje się C_s = 0.34 ψ_δ^0.2

C_s = 0.3804

• średni nadmiar powietrza w podgrzewaczu wody

λ_sr =
λ = 1.385

• prędkość przepływu spalin

w =
w = 7.575

• współczynnik wnikania ciepła α_k

α_k =
α_k = 86.999

9.4.2. Współczynnik przejmowania ciepła drogą promieniowania

1. Stopień czerni powierzchni ścian dla palenisk pyłowych a_ż = 0.8

2. Temperatura zewnętrzna osadu na ściance rury

• współczynnik zanieczyszczenia powierzchni ε₁ = 0.0043
  

• średnia temperatura wody

t_wsr =
t_wsr = 248°C

• obliczona prędkość pary

• średnica wewnętrzna rury d_w = 0.0254 m

• ilość równolegle włączonych wężownic z_r = 80

• przekrój rur włączonych równolegle

F_rów = z_r⋅
F_rów = 0.04054 m²

• objętość właściwa pary na wejściu do podgrzewacza wody

v₁ = 1.14389⋅10^-3

• objętość właściwa pary na wyjściu z podgrzewacza wody

v₂ = 1.37118⋅10^-3

• objętość właściwa średnia dla podgrzewacza wody

V_wsr =
V_wsr =1.257535

• średnia prędkość wody w_wody

w_wody = D_podg^⋅
w_wody = 1.047

• współczynnik przejmowania ciepła na drodze konwekcji

średnia temperatura wody t_wsr = 248.73°C

średnie ciśnienie wody w podgrzewaczu wody

p_wsr =
p_{wody_sr}:=14.21 MPa

współczynnik przewodzenia ciepła dla wody λ_wody:=0.636

lepkość kinematyczna ν_wody = 1.374⋅10^-7

liczba Prandtla dla wody

Pr_wody =
Pr_wody = 0.813

współczynnik przejmowania ciepła α₂

α₂ = 0.0268⋅
α₂ = 1.048⋅10⁴

• temperatura zewnętrzna osadu na ścianie rury

T_zsc = t_wsr+

T_zsc = 577.64 K

3. stopień czerni strumienia spalin

1. grubość warstwy promieniującej

• wysokość A = 5.46 m

• podziałka D = 0.15 m

• głębokość C = 3 m

S_gr = 0.9⋅d_g ⋅
S_gr = 0.323

2. ciśnienie w palenisku p = 0.1 MPa

3. współczynnik koncentracji popiołu

• współczynnik przechwytu popiołu a_ż = 0.1

• udział popiołu unoszonego w spalinach

a_la = 1- a_ż a_la = 0.9

• jednostkowa masa spalin dla współczynnika nadmiaru powietrza

G_g = 10.423

współczynnik koncentracji popiołu μ_ż

μ_ż =
μ_ż = 0.01641

4. współczynnik osłabienia promieniowania cząsteczkami popiołu k_ż

k_ż =
k_ż = 10.753

5. współczynnik osłabienia promieniowania przez gazy trójatomowe k_gl

k_gl =

k_gl = 25.141

6. współczynnik osłabienia promieniowania dla strumienia zapylonego

k_ps = (k_gl ⋅ r_n+k_ż ⋅ μ_ż) ⋅ p ⋅ S_gr k_ps = 0.184

stopień czerni strumienia

a = 1-e ^-kps a = 0.168

Współczynnik przejmowania ciepła drogą promieniowania α_pr

α_pr = 5.698⋅10^-8 ⋅

α_pr = 10.0387

9.4.3. Współczynnik przenikania ciepła k1

• współczynnik uwzględniający stopień omywania powierzchni

dla w > 4
ζ = 0.85

• współczynnik kątowy dla
  = 2.004 x = 0.6

• współczynnik wnikania ciepła

α₁ = ζ⋅(α_pr+α_k) α₁ = 82.48

współczynnik przenikania ciepła

k₁ =
k₁ = 60.535

9.5. Sprawdzenie wielkości obciążenia cieplnej powierzchni q

• wartość założona q = 12.72⋅10³
  

• wartość obliczona

q = k₁ ⋅ Δt q = 12.5307 10³

10. PRZEGRZEWACZ OPROMIENIOWANY

10.1. Obciążenie cieplne powierzchni opromieniowanej

q_Hopr = 82.5 ⋅10³

10.2. Powierzchnia przegrzewacza opromieniowanego

H_po = 76.8 m²

10.3. Przyrost entalpii pary w przegrzewaczu opromieniowanym

Δi_po =
Δi_po = 143.6

11. BILANS KOTŁA - obliczenia sprawdzające

11.1. Przyrost entalpii pary w grodzi

• entalpia pary na wejściu do grodzi i_dg = 3173
  

• entalpia pary na wyjściu z grodzi i_zg = 3445
  

Δi_gr = i_zg - i_dg Δi_gr = 271.2

11.2. Przyrost entalpii pary w przegrzewaczu konwekcyjnym

• entalpia pary na wejściu do grodzi i_dg = 3173
  

• entalpia pary na wyjściu z grodzi i_zg = 3445
  

Δi_pk = i_zk - i_dk Δi_pk = 573.8

11.3. Przyrost entalpii pary w przegrzewaczu opromieniowanym

Δi_po = 143.6

11.3. Entalpia pary na wylocie z kotła

i_wyl = 3445

11.4. Entalpia pary w walczaku - na linii nasycenia X=1

i_o = 2657

11.5. Równania sprawdzające

• strumień pary w przegrzewaczu konwekcyjnym D_przeg1 = 33.764
  

• strumień pary pierwotnej D_n = 36.111
  

i_wyl ⋅ D_n - i_o ⋅ D_przeg1 = Δi_gr ⋅ D_n + Δi_pp ⋅ D_przeg1 + Δi_pk ⋅ D_przeg

i_wyl ⋅ D_n - i_o ⋅ D_przeg1 =34.6859 MW

Δi_gr ⋅ D_n + Δi_pp ⋅ D_przeg1 + Δi_pk ⋅ D_przeg = 34.895 MW

IV LITERATURA

[1] Prof.zw.mgr inż..Teodor Wróblewski, W. Sikorski, K. Rzepa; Warszawa 1973

[2] Prof.magr inż. Piotr Orłowski, W. Dobrzański, E. Szwarc; Warszawa 1972

[3] Prof. E. Kalinowski; Politechnika Wrocławska - Wrocław 1984

„Przekazywanie ciepła”

[4] Dr inż. S. Kruczek „Kotły”

8

---