TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE

Transcript

1 (Toinski proračun) Lis: TOPLINSKI PRORAČUN GENERATORA PARE PRORAČUN LOŽIŠTA Toinski proračun ložiša emelji se na izmjeni oine zračenjem. OSNOVNE JEDNADŽBE PRIJELAZA TOPLINE ZRAČENJEM Raspodjela energije zračenja α + ρ+ δ - a-koeficijen apsorpcije (udjel apsorbirane oine) - ρ-koeficijen refleksije (udjel reflekirane oine) - d-koeficijen dijaermije (udjel propušene oine) Za čvrsa (nepropusna) ijela: d0 Za crno ijelo: α +ρ ρd0 a Zakon zračenja crnog ijela (Sefan-Bolzmann-of zakon) W m 4 q z, c σt s5, W m K 4

2 (Toinski proračun) Lis: Zračenje sivog ijela ε supanj crnoće sivog ijela q z εσ T 4 Izmjena oine izmeñu dvije «crne» površine q zc σ 4 4 ( T T ) C c 5,67 W m K 4 q zc C c T 00 4 T 00 W m - koeficijen zračenja crnoga ijela. 4 Izmjena oine izmeñu dvije «sive» paralelne površine q zc C T T 00 W m W C - koeficijen izmjene oine zračenjem + m K 4 C C C c C, C koeficijeni zračenja površina C c koeficijen zračenja crnog ijela

3 (Toinski proračun) Lis: 3 Izmjena oine izmeñu dvije površine od kojih jedna zavara drugu Q z C A C A unuarnja (manja) površina A vanjska (veća) površina + A A EFEKTIVNO OZRAČENA POVRŠINA U LOŽIŠTU [W] - Predajnik oine u ložišu: amen, odnosno produki izgaranja i užarene lebdeće česice - Prijemnik oine u ložišu: sjenke ložiša, odnosno ekranske cijevne sijene z AzLC Ts 00 4 T 00 Tc 00 Q [ W ] Qz A zl [ m ] 4 4 T s Tc C A zl efekivno ozračena površina u ložišu - T s apsoluna svarna emperaura u ložišu - T c - apsoluna emperaura sjenke cijevi Tc Tzas + ( 50do80) [ K ] - C - koeficijen prijelaza oine zračenjem C c 4 4 T 00 4

4 (Toinski proračun) Lis: 4 Za slučaj kada amen ispunjava ložišni prosor, odnosno kada je A zl ~A zp (kod loženja inoviim i ekućim gorivom): C W + m K 4 C C C c Za slučaj kada je površina amena manja od ozračene površine ložiša (A zl <A zp, kod loženja kruog goriva na rešeci): W C AzP m + C A K 4 z C C L c - C - koeficijen crnoće amena W C ε mc c ε m.5,67 m K 4 Vrsa goriva H d [kj/kg, kj/m 3 ] ε Ligni ,8 Mrki ugljen.500 0,8 Kameni ugljen ,8 Loživo ulje ,75-0,85 Zemni in ,3-0,6 Koksni in ,-0,3 AzP -, kod izgaranja ekućih i inoviih goriva A zl AzP - 0,45 0, 95, kod izgaranja kruih goriva AzL - C koeficijen crnoće sjenki ložiša W C ε sc c ε s.5,67 m K 4

5 (Toinski proračun) Lis: 5 Maerijal i vrsa površine ε s Popuno crno ijelo,0 Čelik sjajno očišćen 0,4 Željezo jako korodirano 0,85 Silikana opeka 0,86 Obična opeka i žbuka 0,85-0,95 Šamona opeka 0,9 Svarna emperaura( s ) u ložišu proizlazi iz jednadžbe bilance oine: 4 4 C A zl Ts T c ηlh d +λvzr,minhll + H ( s ) B Grafičko rješenje jednadžbe [kj/kg G ] H (s) C AzL B 4 Ts 00 4 T c 00 η L H d +λv zr,min h LL H ( ) s s [ 0 C] - s svarna emperaura u ložišu - h LL enalpija zraka na ulazu u ložiše

6 (Toinski proračun) Lis: 6 Formiranje efekivno ozračene površine u ložišu A zl ψ A z ψ i ( ψ A + ψ A + ψ A ) AzL z z 3 z3+... gdje su: - A zi - površine koje okružuju ložišni prosor, a koje su obložene ekranskim cijevima, odnosno: A zi b i h i i l i n i - - korak izmeñu ekranskih cijevi - l dužina cijevi na ekranskom zidu - n- broj cijevi na ekranskom zidu A zi b l h

7 (Toinski proračun) Lis: 7 Izvedbe ekranskih cijevnih sijena y< Y~ Y~

8 (Toinski proračun) Lis: 8 Fakor ekraniziranja dvorednog rasporeda cijevi (ψ) Fakor ekraniziranja jednorednog rasporeda cijevi (ψ)

9 (Toinski proračun) Lis: 9 TEMPERATURA U LOŽIŠTU Teoreska emperaura u ložišu Odreñuje se iz jednadžbe bilance oine u ložišu η L H d V C LL ( ) LL emperaura zraka na ulazu u ložiše LL L + V η C H Teoreska emperaura u ložišu posigla bi se u slučaju kada bi ložiše bilo apsoluno crno ijelo, odnosno kada bi se sva oina dovedena i osloboñena u ložišu urošila na povećanje enalpije produkaa izgaranja (dimnih inova). d LL LL Svarna emperaura u ložišu Budući da se oina u ložišu, isovremeno s izgaranjem, predaje zračenjem na okolne sjenke, smanjuje se enalpija dimnih inova do veličine koja odgovara svarnoj emperauri, s<. Jednadžba bilance oine u ložišu glasi: η H B Q BV C L d z LL LL ( ) η L s + s BV BH C d Q LL z LL

10 (Toinski proračun) Lis: 0 Temperaura na izlazu iz ložiša U ložišima, u kojima je brzina srujanja velika, ujecaj na ukupnu izmjenu oine ima i konvekcija, pa je zbog oga, u akvim slučajevima, izlazna emperaura iz ložiša manja od svarne emperaure e iznosi: s s α BV ( ) s C c A s k s s s

11 (Toinski proračun) Lis: PRORAČUN KONVEKCIJSKIH OGRJEVNIH POVRŠINA GENERATORA PARE PROVOðENJE TOPLINE Fourier-ov zakon provoñenja oine x Q d x dx Fourier-ova jednadžba povoñenja oine kroz čvrsu sjenku: d Q λ A( ) λa λa dx x Napomena: predznak (-) označava prijelaz oine u smjeru padajuće emperaure x

12 (Toinski proračun) Lis: Provoñenje oine kroz višeslojnu ravnu sjenku λ λ λ 3 λ i λ n- Q 3 4 n- n- n x x x 3 x i x n- Jednadžba provoñenja oine kroz višeslojnu ravnu sjenku: Q A A ( ) λ ( ) λ ( ) ( ) λ λn n x x x3 xn A A n Q n A λ u A x i Σ λ i Σ x i n λ u Σ Σ x i x i λ i

13 (Toinski proračun) Lis: 3 Provoñenje oine kroz cilindričnu sjenku d r r r dr Fourier-ova jednadžba povoñenja oine kroz cilindričnu jednoslojnu sjenku: d d λπ l Q Aλ λ rπl ( ) dr dr r ln r - l dužina cijevi Napomena: predznak (-) označava prijelaz oine u smjeru rasućega radijusa, odnosno iz unurašnjosi cijevi prema van, za slučaj kada je veća od.

14 (Toinski proračun) Lis: 4 Za slučaj višeslojne sjenke cijevi: Q λ ln r r + λ πl r ln r ( ) 3 n λ n ln r r n n PRIJELAZ TOPLINE KONVEKCIJOM Pri proračunima reba razlikovai: Uzdužno srujanje Poprečno srujanje Za uzdužno srujanje preko cijevna snopa ili kroz srujni kanal može se korisii Shack-ova opća jednadžba: 0,8 0,9 0,75 0,5 α k 0,05C p λ w0 d W m K J - C p specifična oina fluida, 3 m K W - λ - oinska vodljivos fluida, mk m - w 0 brzina fluida reducirana na normalo sanje, s - d promjer (hidraulički) cijevi odnosno srujnog kanala, [ m ] Za dimne inove s uobičajenim preičkom zraka može se s dovoljno očnosi uzei: 0,75 α w0 k 0,98 4,9+ 0,3 0,0088 f 0,5 L 00 W 00 d m K Za zrak:

15 (Toinski proračun) Lis: 5 0,75 α w0 k 0,93 4,9+ 0,3 0,0088 f 0,5 L 00 W 00 d m K Za pregrijanu paru: 0,75 w0 k,4+ 0,3 f 0.5 L α W 4 00 d m K emperaura fluida, [ C] m - w 0 brzina fluida reducirana na normalo sanje, s 73 p m w0 w ( 73+ ), 03 s w - svarna brzina fluida bar p- radni lak fluida, [ ] d - promjer (hidraulički) cijevi odnosno srujna kanala, [ m ] d 4A dh O A-poprečni presjek srujanja O-opsrujavani opseg poprečnoga presjeka - f L - fakor korekcije dužine srujna kanala L/d h 0 00 f L,8,3,0

16 (Toinski proračun) Lis: 6 Za poprečno srujanje preko cijevna snopa važi opća jednadžba prema israživanjima O.L. Piersona, E.C. Hugea i E.D. Girminsona: 0,6 0 0,39 α 0,39 0,6 w k 0,345 f aλ C p d W m K Za dimne inove s uobičajenim preičkom zraka važi: α k 0,6 4 w0,685 T fa fα f W 0,39 n d m K Za zrak: 0,6 w0 a fα f 0,39 n 4 α,6 T f W d m K Za vodenu paru: α k 0,6 4 w0 0,355 T fa fα f W 0,39 n d m K U prehodnim jednadžbama važi:

17 (Toinski proračun) Lis: 7 - f a koeficijen rasporeda cijevi f a, - za paralelni raspored cijevi f a,5, - za šahovski raspored cijevi - w 0 brzina fluida u najužem presjeku, reducirana na normalno sanje (0 0 C, p,03 bar) w 0 w 73 p ( 73+ ), 03 m s - d vanjski promjer cijevi, [ m ] - f a - korekcijski fakor kua srujanja na cijevni snop w a f a.0 0, ,93 0,86 0,77 0,67 0,58 a f n korekcijski fakor broja redova cijevi f n,0 0,98 0,97 0,95 0,9 0,90 n

18 (Toinski proračun) Lis: 8 PRIJELAZ TOPLINE ZRAČENJEM DIMNIH PLINOVA q zr, ( ) ε σt 4 W m - s5, W m K 4, S-B konsana zračenja crnog ijela - ε, supanj crnoće ina koji zrači - T [K], apsoluna emperaura ina koji zrači U području radnih emperaura koje posoje u generaorima pare, ujecajne spekre zračenja imaju ri-aomni inovi odnosno CO, H O. Zračenje SO se zbog relaivno male količine zanemaruje. q q zr zr 4 ( ) ε co σ T W m 4 ( ) ε σ T W H O m, co, H O Toina predana zračenjem inova na cijevnu sjenku: q q zr,co ( q fq ) W εs zr,co ( ) zr,co ( s ) m ( q q ) zr,h o ε s zr,ho ( ) zr,ho ( s ) m - e s 0,75-0,9 supanj crnoće sjenke W

19 (Toinski proračun) Lis: 9 Supanj crnoće HO εho

20 (Toinski proračun) Lis: 0 - T f 3 T, korekcijski fakor emperaure s - e f (p.s,), supanj crnoće ina koji zrači (CO, H 0), koji se odreñuje iz raspoloživih dijagrama u ovisnosi od parcijalnoga laka, debljine sloja i emperaure ina s 4V 0,9 F [ ] m, debljina sloja ina koji zrači; p CO,03r CO, parcijalni lak CO, [ bar ] p HO,03r HO, parcijalni lak H O, [ bar ] -, emperaura inova - s, emperaura sjenke q zr, ( q q ) W 0, 97 zr,co + zr,h o m Ukupni prijelaz oine od dimnih inova sjenku α zr, α + αk αz, q zr, log 0,97 ( q + q ) zr, co log zr, H O ( α 0,97 qzr, co + q, ) zr H O W α k + log m K

21 (Toinski proračun) Lis: Isosmjerni izmjenjivač oine iz ul iz iz iz ul ul ul Površina izmjenjivača Za izmjenjivač oine s isosmjernim srujanjem fluida: log, is ( ) ( ) ul ul ln ul iz iz ul iz iz

22 (Toinski proračun) Lis: Prousmjerni izmjenjivač oine iz ul ul iz iz iz ul ul Površina izmjenjivača Za izmjenjivač oine s prousmjernim srujanjem fluida: log, pro ( ) ( ) ul iz ln ul iz iz iz ul ul Za izmjenjivač oine s poprečnim srujanjem fluida: log, popr log, is + log, pro

23 (Toinski proračun) Lis: 3 UKUPNI PRIJENOS TOPLINE OD DIMNIH PLINOVA NA RADNI FLUID Koeficijen prijenosa oine: k W s + + m K α λ α - s debljina sjenke ogrjevne površine (debljina sjenke cijevi) - λ - oinska vodljivos maerijala (za čelik: λ~40 W/mK). s Za slučaj čisih ogrjevnih površina, λ e se ujecaj α α provoñenja oine normalno može zanemarii, pa slijedi: k α α W α + α m K Zbog jednosavnosi proračun, očekivani ujecaj aloga na ogrjevnim površina može se uzei u obzir koeficijenom zaprljanja ξ0,7-0,98. Manje vrijednosi ξ odnose se manje kvalieno gorivo sklono prljanju ogrjevnih površina, dok veće vrijednosi ξ pripadaju kvalienim gorivima (inoviim i ekućim) Svarni koeficijen prijenosa oine: k sv ξk

24 (Toinski proračun) Lis: 4 PRORAČUN OGRJEVNIH POVRŠINA KONVEKCIJSKOGA DIJELA ISPARIVAČA Isparivačke ogrjevne površine generaora pare sasoje se iz ekranskih površina u ložišu koje oinu preuzimaju uglavnom zračenjem amena, e konvekcijskih površina na koje se oina prenosi većim dijelom konvekcijom uz zračenje dimnih inova. Bilanca oine isparivačkih ogrjevnih površina je: Q D h' + xr h isp p ( zv Q isp Qzr, lož, ef + Qisp, konv ) Q isp, konv Qisp Qzr, lož, ef -Q isp ukupna oina koja se mora predai isparivaču -Q zr,lož,ef - oina koja se efekivno predaje zračenjem amena na ogrjevnu površinu isparivaču u ložišu (ekranu) Qzr, lož, ef Qzr, ložηzr η zr,lož -iskorisivos predaje oine zračenja u ložišu kojom se uzimaju u obzir gubici zračenja i konvekcijom oine kroz oau generaora pare u okolinu zbog ne-idealne izolacije. -Q isp,konv količina oine koja se efekivno mora predai u konvekcijskom dijelu isparivača. Toina, koju dimni inovi isparivača, iznosi: predaju u zoni konvekcijskoga Q isp, konv, Q isp, konv η Izlazna emperaura dimnih inova iza konvekcijskoga isparivača: Qisp, konv, iz, ul, ul η BV C zr zr BV C, iz, ul ( ), iz, ul, iz

25 (Toinski proračun) Lis: 5 Pad sadržaja oine (enalpije) dimnih inova po jedinici količine goriva: q Qisp, konv, Qisp, konv kj B ηzr B kg G isp, konv, H (kj/kg G ) λkons, q zr,lož q isp,konv, sv

26 (Toinski proračun) Lis: 6 Koeficijen prijenosa oine kod konvekcijskoga isparivača: k s + + α λ α s λ i može se zanemarii ujecaj α α k α odnosno: k sv ξ k s λ i α pa slijedi da je: gdje je ξ koeficijen zaprljanja ogrjevne površine isparivača. Površina efekivne ogrjevne površine konvekcijskoga isparivača proizlazi iz jednadžbe: Q isp, konv k sv Aisp, konv log A isp, konv Q k isp, konv sv log A isp, konv dπlz Iz prehodne jednadžbe odreñuju se geomerijske veličine ogrjevne površine, odnosno: promjer d, dužina l, broj cijevi z.

27 (Toinski proračun) Lis: 7 PRORAČUN OGRJEVNE POVRŠINE PREGRIJAČA PARE Toina, koju dimni inovi predaju u zoni pregrijača pare, iznosi: ( ) ( ) Q pp D pp hpp h' xr, ul Q pp, BV C ul iz,, ηzr ηzr Izlazna emperaura dimnih inova iza pregrijača pare:, iz, iz, ul, ul η zr BV Q pp C, iz Pad sadržaja oine (enalpije) dimnih inova po jedinici količine goriva u zoni pregrijača pare: q pp Q pp, Q pp kj, B ηzr B kg G

28 (Toinski proračun) Lis: 8 H (kj/kg G ) λkons, q zr,lož q isp,konv, q pp, sv Koeficijen prijenosa oine kod pregrijača pare: k α s λ α k α s + + λ α s može se zanemarii ujecaj pa slijedi da je: λ + α αα α + α

29 (Toinski proračun) Lis: 9 odnosno: α α k sv ξ k ξ α + α - ξ koeficijen zaprljanja ogrjevne površine pregrijača pare. Površina efekivne ogrjevne površine pregrijača pare proizlazi iz jednadžbe: Q pp k sv A pp log Qpp App k A pp sv log dπlz Iz ove jednadžbe odreñuju se geomerijske veličine ogrjevne površine: promjer cijevi d, dužina cijevi l, odnosno broj cijevi z. PRORAČUN OGRJEVNE POVRŠINE ZAGRIJAČA VODE Toina, koju dimni inovi predaju u zoni zagrijača vode, iznosi: Qzv Dw ( hzv hnv ), ul Qzv, BV C ul iz,,, ηzr ηzr Izlazna emperaura dimnih inova iza zagrijača vode: Qzv, iz, ul, ul η BV C zr, iz ( ) Pad sadržaja oine (enalpije) dimnih inova po jedinici količine goriva u zoni zagrijača vode: Qzv, Qzv kj qzv, B ηzr B kg G iz

30 (Toinski proračun) Lis: 30 H (kj/kg G ) λkons, q zr,lož q isp,konv, q zv, 3 sv Koeficijen prijenosa oine u zagrijaču vode: k α s λ α s + + λ α s može se zanemarii ujecaj pa slijedi da je: λ k α + α αα α + α

31 (Toinski proračun) Lis: 3 odnosno: α α k sv ξ k ξ α + α - ξ koeficijen zaprljanja ogrjevne površine zagrijača vode. Površina efekivne ogrjevne površine zagrijača vode proizlazi iz jednadžbe: Q zv k sv Azv log Qzv Azv k sv log A zv dπlz Iz ove jednadžbe odreñuju se geomerijske veličine ogrjevne površine, odnosno: promjer d, dužina l, broj cijevi z. PRORAČUN OGRJEVNE POVRŠINE ZAGRIJAČA ZRAKA Toina, koju dimni inovi predaju u zoni zagrijača zraka, iznosi: Q zz, Q η zz zr BV zr C zr LL L η zr ( ) LL L BV C, ul, iz ( ), ul, iz Izlazna emperaura dimnih inova iza zagrijača zraka: Qzz, iz, ul, ul η BV C zr, iz Pad sadržaja oine (enalpije) dimnih inova po jedinici količine goriva u zoni zagrijača zraka: Qzz, Qzz kj qzz, B ηzr B kg G

32 (Toinski proračun) Lis: 3 H (kj/kg G ) λkons, q zr,lož q isp,konv, q zv, q zz,,iz 3 sv Koeficijen prijenosa oine u zagrijaču zraka: k α s λ α s + + λ α s može se zanemarii ujecaj pa slijedi da je: λ k α + α αα α + α

33 (Toinski proračun) Lis: 33 odnosno: k sv ξ k α α ξ α + α - ξ koeficijen zaprljanja ogrjevne površine zagrijača zraka. Površina efekivne ogrjevne površine zagrijača zraka proizlazi iz jednadžbe: Q zz k sv A zz log A zz k Q sv zv log A zz dπlz Iz ove jednadžbe odreñuju se geomerijske veličine ogrjevne površine, odnosno: promjer d, dužina l, broj cijevi z.