PLYNOFIKACE UHELNÉHO KOTLE 210 T/H; 13,63 MPA; 540 C

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TEHNIKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TEHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETIKÝ ÚSTAV FAULTY OF MEHANIAL ENGINEERING ENERGY INSTITUTE PLYNOFIKAE UHELNÉHO KOTLE 10 T/H; 1,6 MPA; 540 GASIFIATION OF OAL BOILER 10 T/H; 1,6 MPA; 540 DIPLOMOVÁ PRÁE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁE AUTHOR VEDOUÍ PRÁE SUPERVISOR Bc. JOSEF ZAJÍ Ing. MAREK BALÁŠ, Ph.D. BRNO 01

2

3

4

5 Abtrakt Diplomová práce e zabývá plynofikací uhelného kotle a jeho tepelným přepočtem. V první čáti je proveden výpočet palovací komory. Náleduje přepočet teploměnných ploch a návrh trubkového ohříváku vzduchu, kterým bude nahrazen távající ohřívák vzduchu Ljungtröm. Důraz je přitom kladen na zachování távajících parametrů páry a hlavně dodržení eminího limitu NO x. Abtract Thi thei aim to ga intallation of the coal boiler and it thermal recount. In the firt part, there i implemented calculation of the combuting chamber. After that follow the recalculation of heat exchange urface and propoal tube air heater, which will replace the exiting air heater Ljungtröm. The emphai i placed on the preervation of the exiting team parametr and keep emiion limit of NO x. Klíčová lova Parní kotel, tepelný výpočet, plynofikace. Keyword Steam boiler, thermal calculation, gaification. 5

6 Bibliografická citace ZAJÍ, J.. Brno: Vyoké učení technické v Brně, Fakulta trojního inženýrtví, Vedoucí diplomové práce Ing. Marek Baláš, Ph.D.. Prohlášení Prohlašuji, že jem tuto diplomovou práci vypracoval ám bez cizí pomoci. Vycházel jem přitom ze vých znalotí, odborných konzultací a doporučené literatury, uvedené v eznamu. V Brně dne 0. května 01. podpi autora 6

7 Poděkování V prvé řadě bych chtěl poděkovat vým rodičům, kteří mě během celých pěti let tudia podporovali. Dále pak konzultantovi panu Ing. Antonínu Vybíralovi ze polečnoti PROVYKO za pokytnutí podkladů, cenné odborné rady a hlavně jeho ča, který mi věnoval. A v nepolední řadě vedoucímu práce panu Ing. Markovi Balášovi, Ph.D. za cenné rady a připomínky při vypracování diplomové práce. 7

8 8

9 OBSAH 1 ÚVOD OBJEMY A ENTALPIE VZDUHU A SPALIN Stechiometrie Součinitel přebytku vzduchu a objemy vzduchu a palin Entalpie vzduchu a produktů palování Entalpie palin při recirkulaci... 1 TEPELNÁ BILANE KOTLE....1 Teplo přivedené do kotle.... Ztráty kotle a tepelná účinnot Ztráta hořlavinou ve palinách..... Ztráta dílením tepla do okolí..... Ztráta citelným teplem palin.... Výrobní teplo páry a množtví paliva VÝPOČET SPALOVAÍ KOMORY Spalovací komora Tepelný výpočet ohniště Teplota palin na výtupu z ohniště Součinitel M Boltzmanovo čílo Stupeň černoti ohniště BILANČNÍ VÝPOČET TEPLOSMĚNNÝH PLOH ZE STRANY MÉDIA Tlak napájecí vody Dílčí výkony jednotlivých ploch EKO Výparník Přehříváky Pilový diagram... 6 OBLAST DESKOVÉHO PŘEHŘÍVÁKU Bilanční teplo palin Dekový přehřívák PDP výtupní (krajní) Součinitel protupu tepla

10 6.. Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Dekový přehřívák PDP vtupní (tředové) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Stěny (čát výparníku) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Strop nad DP (čát P1) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati PDP OBLAST MŘÍŽE Bilanční teplo palin Mříž Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati mříže OBLAST PŘEHŘÍVÁKU P Bilanční teplo palin Přehřívák P Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Stěny (čát výparníku) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Strop nad P (čát P1) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád

11 8.4. Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati P OBLAST MŘÍŽE Bilanční teplo palin Mříž Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati mříže OBLAST PŘEHŘÍVÁKU P Bilanční teplo palin Přehřívák P Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Strop nad P1 (čát P1) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati P OBLAST PŘEHŘÍVÁKU P Bilanční teplo palin Přehřívák P Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Strop nad P1 (čát P1) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati P OBLAST MŘÍŽE

12 1.1 Bilanční teplo palin Mříž Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati mříže VRATNÁ KOMORA Bilanční teplo palin Závěné trubky (čát P1) Množtví tepla odevzdané závěným trubkám Zadní těna a trop (čát P1) Množtví tepla odevzdané zadní těně Stěny EKO Množtví tepla odevzdané do EKA Množtví tepla odevzdané ze palin do oblati vratné komory OBLAST PŘEHŘÍVÁKU P Bilanční teplo palin Přehřívák P Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Závěné trubky (čát P1) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla Stěny (čát EKA) Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati P OBLAST EKA Bilanční teplo palin EKO Součinitel protupu tepla

13 15.. Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla elková bilance oblati EKA OBLAST OVZ Rovnice tepelné bilance na traně média Bilanční teplo palin vtupní entalpie palin OVZ Rovnice dílení tepla potřebná plocha Součinitel protupu tepla Teplotní pád Skutečná výhřevná plocha Rovnice dílení tepla kutečné teplo elková bilance OVZ PŘÍDAVNÉ EKO1 (NAVRHOVANÉ) Tepelná bilance na traně média Bilanční teplo palin Oblat navrhovaného EKA Rovnice dílení tepla potřebná plocha Součinitel protupu tepla Střední logaritmický teplotní pád Výhřevná plocha Rovnice dílení tepla kutečné teplo elková bilance oblati navrhovaného EKA ELKOVÁ BILANE KOTLE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK SEZNAM POUŽITÝH SYMBOLŮ

14 4 SEZNAM POUŽITÝH ZKRATEK SEZNAM PŘÍLOH

15 1 Úvod Trendem a zároveň do jité míry nutnotí dnešní doby je ubírat e měrem ekologického způobu života. ílem je chránit vody, ley, ovzduší a v podtatě celé životní protředí. Mezi největší znečišťovatele patří průmyl a tedy i energetika. Snahou proto je co nejvíce zamezit vzniku emií z činnoti těchto provozů. Tento cíl i klade i SMĚRNIE EVOPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 010/75/EU ze dne 4. litopadu 010 o průmylových emiích (integrované prevenci a omezení znečištění), která vtupuje v platnot 1. ledna 016. Tato diplomová práce vychází z požadavků nové měrnice. Pro doažení vyžadovaných eminích limitů 100 mg/nm NO x i O počítá plynofikací uhelného kotle, tedy změnou palivové základny. Označením NO x máme na myli oxidy duíku NO (oxid dunatý) a NO (oxid duičitý). Tyto oxidy vznikají z duíku, který je obažený ve vzduchu a palivu. Nejvíce e projevuje podíl NO x termických, jejichž vznik je závilý na vyoké teplotě, době etrvání ložek duíku v těchto teplotách a množtví duíku. Snížení emií NO x lze tedy doáhnout kromě změny palivové základny také nížením teploty jádra plamene recirkulací palin do hořáků, nížením teploty palovacího vzduchu a minimalizací přebytku palovacího vzduchu. Úkolem diplomové práce je přepočítat távající uhelný parní kotel o výkonu 10 t/h, 1,6 MPa a 540 pro provoz na zemní plyn a oučaně dodržet i távající parametry páry. Jedním z hlavních úkolů, jak doáhnout těchto požadavků, je úprava palovací komory kotle, což obnáší návrh a rozmítění hořáků ve těnách ohniště, úpravu velikoti a tvaru ohniště, zkrácení membránových těn výparníku a volbu nového dna palovací komory. Stávající parní kotel výtavným ohništěm navržený v roce 1976 závodem PBS pro teplárnu v Košicích je realizován jako vilý dvoutahový. Změna palivové základny ebou nee i mnohé další změny, například v průběhu teplot palin ve palinovém kanále a přebytku tepla na výtupu kotle. Pro doažení maximální účinnoti a nížení komínové ztráty bude nutné navrhnout doplňkový ekonomizér a ohřívák vzduchu. Stávající regenerativní OVZ Ljungtröm, řazený na konci druhého tahu kotle, předehřívá vzduch na teplotu okolo 50, což je pro palování plynu a tvorbu emií nevýhodné. Proto je kladen požadavek na návrh OVZ trubkového, který ohřeje palovací vzduch na teplotu nižší. Teplota napájecí vody je 170, z čehož vyplývá, že ekonomizér by dotatečně nevychladil paliny, čímž by e zvýšila komínová ztráta a klela tepelná účinnot kotle. Při všech výpočtech, pokud není uvedeno jinak, je použito potupů, doporučení, rovnic, hodnot a označení z [1]. Samotný výpočet je realizován protřednictvím [] podporou [4]. 15

16 Objemy a entalpie vzduchu a palin Palivem pro kotel bude zemní plyn, jeho ložení a výhřevnot je v Tab. -1. Veškerá měrná tepla a entalpie palin a vzduchu jou ve výpočtu vztažena na 1 m při teplotě 0 a tlaku 0,101 MPa (normální podmínky). H 4 94,1 % H 6 0,51 % H 8 0,11 % 4 H 10 0,1 % O,8 % N 1,59 % uma 100 % Q i r 4, MJ/Nm Tab. -1 Složení zemního plynu a jeho výhřevnot.1 Stechiometrie O O Minimální množtví kylíku potřebného ke pálení 1 m uchého plynu O + H HS y x H y O min = 0,5 + 1,5 + x (.1.1) O O min O min 4 94,91 6 0,51 8 0, ,1 0 = 0, , O = 1,916 m / m Minimální množtví uchého vzduchu potřebného ke pálení 1 m plynu O 1,916 0,1 0, 1 S Omin OVZ min = = = 9,14 m / m (.1.) Minimální množtví vlhkého vzduchu potřebného ke pálení 1 m plynu OVZ min f O min 1, 0 9,14 9, 98 m / m S = VZ = = (.1.) - pro teplotu vzduchu 0 a relativní vlhkot 70 % je oučinitel f=1,0 16

17 Jednotlivé ložky minimálního množtví vlhkých palin Objem O ve palinách O = 0,01 O + O + x H + 0,0 O S S O x y VZ min S O ( ) O = 0, , ,1+ 0,51+ 0, ,1+ 0, 0 9,14 = 0, 991 m / m (.1.4) Objem duíku ve palinách S N S ( VZ min ) ( ) O N O m m = 0, , 05 = 0, 01 1, , 05 9,14 = 7,17 / (.1.5) Objem argonu ve palinách O O m m S Ar S = 0, 009 VZ min = 0, 009 9,14 = 0, 084 / (.1.6) Objem vodní páry ve palinách y OH O min = 0, 01 xh y + H + H S + f 1 OVZ min + f OH O min = 0, 01 94, 1+ 0, ,11 + 0, ( 1, 0 1) 9,14 ( 1 1) O =,185 m / m HO min S ' ( ) ( ) (.1.7) - plyn neobahuje vodu, proto f =1 Minimální množtví uchých palin O O O O m m S S S S SP min = O + 0, 991 7,17 0, 084 8, 1 / N + Ar = + + = (.1.8) Minimální množtví vlhkých palin O = O + O + O + O = 0, ,17 + 0,084 +,185 SV S S S SP min O N Ar HO min O = 10,97 m / m SV SP min (.1.9). Součinitel přebytku vzduchu a objemy vzduchu a palin Během proceu palování může docházet k nedokonalému promíení vzduchu palivem. Může e tedy tát, že nebude dotatek vzduchu pro pálení veškerého paliva. Spaluje e proto přebytkem vzduchu α, který je volen na základě zkušenotí a výpočtů. Pro plyn je doporučován oučinitel přebytku vzduchu 1,05-1,15. Vzhledem k tomu, že pro nížení emií NO x je třeba přebytek vzduchu minimalizovat, bylo voleno α=1,05. 17

18 Skutečné množtví palin ( α 1) 10, 97 ( 1, 05 1) 9, 98 10, 867 / O = O + O = + = m m (..1) SP SP min VZ min Skutečné množtví vzduchu OVZ OVZ min 1, 05 9,98 9,868 m / m = β = = (..) Součinitel přebytku vzduchu β leduje přiávání falešného vzduchu po trae palin v kotli. V našem případě předpokládáme utěněný kotel, tedy β=α=1,05. r RO Objemové čáti tříatomových plynů OSO + O 0 0,991 O + = = = 0,091 (..) O 10,868 SP r HO OH,197 O = = = 0,0 O 10,868 SP (..4) kde ( 1) ( α 1) ( ) ( ) O = O + f O S HO HO min VZ min O =, , 0 1 1, ,14 =,197 m / m HO (..5) Součet objemových čátí tříatomových plynů r = r + r = 0,091+ 0, 0 = 0, 9 (..6) p RO HO. Entalpie vzduchu a produktů palování Entalpie palin vzniklých pálením 1 m plynu daným přebytkem vzduchu e určí z rovnice (..1) a entalpie palin přebytkem vzduchu α=1 z rovnice (..). ( α 1) I = I + I (..1) SP SP min VZ min I = O i + O i + O i + O i + O i SP min O O SO SO N N HO min HO Ar Ar (..) - entalpie i e odečtou pro přílušné ložky z Tab

19 t [ ] O [kj/m ] O [kj/m ] N [kj/m ] Ar [kj/m ] H O [kj/m ] c vzduch [kj/m K] , ,5 9,07 150,6 1, ,5 59, ,5 1, ,8 558,8 9,1 78,8 46,8 1, ,9 771,9 56,7 71,7 65,9 1, ,7 994, ,7 794,5 1, , , 557, 968,8 1, , 650, , ,1 15 1, , , , 17 1, , , , , , , , , ,545 Tab. - Entalpie ložek palin Entalpie minimálního množtví vzduchu e určí z rovnice (..). Měrné teplo vlhkého vzduchu lze brát z Tab. -. Výledné hodnoty entalpií vzduchu a palin pro jednotlivé teploty a přebytky vzduchu jou pak eřazeny v Tab. -. ( ) I = O c t S VZ min VZ min VZ (..) 19

20 t [ ] I SPmin [kj/m ] I VZmin [kj/m ] I SP =I SPmin +(α-1)i VZmin I SPr [kj/m ] α=1 α=1,05 α=1, , ,65 149, ,79 169, ,14 501, ,14 015,08 9, ,795 78,54 486, , , , ,8 59, , , ,86 648, ,86 780, , , , , , , ,8 9196, ,8 114,67 168, , , 1469, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,04 085,85 61, , ,57 196,95 96,1 447, , ,65 48,5 44,11 645, ,15 10,1 5119, , , , 569,68 700, 8148,71 079, ,15 567,7 081,15 11,5 5067, ,4 8794,76 469,4 61, , ,77 698, , , ,15 Tab. - I-t tabulka vzduchu a produktů palovaní I [kj/m ] α=1 α=1,05 Ivzmin Ipr t[ ] Obr. 1 I-t diagram palin 0

21 .4 Entalpie palin při recirkulaci Recirkulace palin je přivedení čáti palin z výtupu kotle zpět do protor ohniště. V našem případě e recirkulace zavádí kvůli nížení teploty v ohništi a tím potlačení tvorby NO x. Koeficient recirkulace Koeficient recirkulace r je znám, byl volen r=0,1, neznámý je však objem recirkulovaných palin O r. O r O r O m m r = r = SPod = 0,1 10,867 = 1,04 / (.4.1) OSPod Objem palin v kterémkoliv bodě traktu až do míta jejich odběru Objem palin po dráze palinovodu je závilý na množtví přiávaného falešného vzduchu. Jelikož je kotel těný a přiávání nulové, je objem palin v celém úeku od ohniště do míta odběru tejný. O O r O m m SPr = SP + SPod = 10, ,1 10, 867 = 1,171 / (.4.) Výpočet entalpií palin bez recirkulace Poměrové objemové ložení dílčích ložek palin ohledem na α=1,05 v objemu palin p O OO 0,991 = = = 0,091 O 10,867 SP (.4.) p N ON 7,17 = = = 0,657 O 10,867 SP (.4.4) p Ar OAr 0,084 = = = 0,008 O 10,867 SP (.4.5) p HO OH,185 O = = = 0,01 O 10,867 SP (.4.6) p VZ ( ) O ( ) α 1 1, ,98 VZ min = = = 0,04 (.4.7) O SP 10,867 Entalpie palin recirkulací Entalpie palin ohledem na recirkulaci palin a danou teplotu e vypočte z rovnice (.4.8). Výledné hodnoty jou pak uvedeny výše v Tab. - a vyneeny v I-t diagramu palin na Obr. 1. I = p i + p i + p i + p i + p c t (.4.8) SP r Or O Nr N Arr Ar HOr HO VZr 1

22 Poměrové objemové ložení dílčích ložek palin uvážením recirkulace palin O = O p + O p r = 10,867 0, ,867 0,091 0,1 Or SP O SP O O = 1,110 m / m O r (.4.9) p Or OO 1,110 r = = = 0,091 O 1,171 S Pr (.4.10) O = O p + O p r = 10,867 0, ,867 0,657 0,1 Nr SP N SP N O = 7,994 m / m Nr (.4.11) p Nr ON 7,994 r = = = 0,657 O 1,171 S Pr (.4.1) O = O p + O p r = 10,867 0, ,867 0,008 0,1 Arr SP Ar SP Ar O = 0,094 m / m Arr (.4.1) p Arr OArr 0,094 = = = 0,008 O 1,171 S Pr (.4.14) O = O p + O p r = 10,867 0, ,867 0, 01 0,1 HOr SP HO SP HO O =,45 m / m HOr (.4.15) p HOr OH,45 Or = = = 0,09 O 1,171 S Pr (.4.16) ( α 1) min ( α 1) ( ) ( ) O = O + O r VZr VZ VZ min O = 1,05 1 9,98 + 1, ,98 0,1 = 0,56 m / m VZr (.4.17) p VZr OVZr 0,56 = = = 0,091 O 1,171 S Pr (.4.18)

23 Tepelná bilance kotle.1 Teplo přivedené do kotle Palivo není ohříváno cizím zdrojem ani neobahuje vodu, tudíž je fyzické teplo paliva i p =0. Přiváděný palovací vzduch není předehříván vnějším zdrojem, jeho teplota na vtupu do OVZ je 0, tudíž teplo ohřátí vzduchu Q vzv =0. Teplo přivedené do kotle na 1 m plynného paliva je tedy: Q Q i Q MJ m p r p = i + p + vzv = 4, = 4, / (.1.1). Ztráty kotle a tepelná účinnot Ztráty kotle jou nežádoucí a nižují tepelnou účinnot kotle. Je tedy naším cílem, aby tyto ztráty byly co nejmenší. Pro klaický výpočet e uvažují ztráta hořlavinou ve palinách (chemický nedopal), ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích (mechanický nedopal), ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků po palování, ztráta dílením tepla do okolí a ztráta fyzickým teplem palin (komínová ztráta). Jelikož je v našem případě palivem ZP, uvažujeme pouze ztráty hořlavinou ve palinách, dílením tepla do okolí a fyzickým teplem palin...1 Ztráta hořlavinou ve palinách Ztráty vychází z nedokonalého palování paliva a obahu hořlavých ložek ve palinách, převážně O. Hodnota byla na základě doporučení konzultanta volena. Z co = 0,5%.. Ztráta dílením tepla do okolí Velikot ztráty je závilá na výkonu kotle a použitém palivu. Hodnota byla na základě doporučení konzultanta volena. Z o = 0,5%.. Ztráta citelným teplem palin Tato ztráta e v účinnoti projevuje nejcitelněji. Výledná hodnota ztráty e odvíjí od teploty na konci kotle a oučinitele přebytku vzduchu. Ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích Z c =0, entalpie palin e určí z I-t diagramu palin na Obr. 1 nebo interpolací z tabulky Tab. - pro zpočátku volenou teplotu 119. Z ISP IVZ 1781, 4 90,76 = ( 100 Z ) = ( 100 0) = 4, 05% (..1) Q 400 k c p p

24 Entalpie vzduchu přebytkem vzduchu za kotlem α k I I kj m VZ = αk VZ min = 1, 05 7,16 = 90, 77 / (..) Minimální entalpie vzduchu IVZ min O min c t 9,98 1, 0 7,16 kj / m = VZ = = (..). Výrobní teplo páry a množtví paliva Výrobní teplo páry V kotli není žádný mezipřehřívák ani odběr yté páry, pro zjednodušení výpočtu neuvažujeme ani odluhem (po dohodě konzultantem). M mp =M o =M op =0. ( ) ( ) ( ) ( ) Q = M i i + M i + M i + M i Q v pp pp nv mp o op v ( ) = 58, 48, 77, = 158,1MW Množtví paliva (..1) Množtví paliva přivedené do kotle M p e rovná množtví kutečně pálenému M pv, neboť nevzniká ztráta mechanickým nedopalem Z c. Q 1581 v M p = M pv = 4,86 m / p k 94,95 Q η = = p (..) 4

25 4 Výpočet palovací komory 4.1 Spalovací komora Rozměry palovací komory jou již dány původním výkreem kotle, pouze její výška byla patřičně upravena (zmenšena), aby bylo doaženo přijatelné teploty na konci ohniště. Objemové zatížení ohniště M Q qv kw m V 60, 74 r p i 4, = = = 75, 85 / (4.1.1) o Objem ohniště Do objemu ohniště je třeba přičít objem podní zešikmené čáti (dna) a odečít čát výtupku (nou) v horní čáti. V = V + V V V o abh vwb yub o 6,84 = 6,84 7, , 4 7,416 1,5 0,6,4 7, 416 = 60,74m (4.1.) Průřezové zatížení ohniště r M p Qi 4,86 4, q f = = =,8 MW / m f 6,84 7,416 (4.1.) Účinná álavá plocha těn ohniště Úhlový oučinitel x i =1 pro membránové těny i pro výtupní otvor, rovnici (4.1.4) lze tedy počítat zjednodušeně. Z hodnoty celkové plochy těn ohniště jou odečteny plochy hořáků a revizních otvorů. ú ( ) Fú = Fi xi = F boky + Fčela + Fdno + Fno + Fvýt Fhoř Fotvor xi (4.1.4) F = = ( 159,95 169,08 44, 45 50, 7 7,07 1, 44) 1 416,1m ln,4 Fboky = nb h A lb ln lb = 1 6,84 0,6,4 0,6 F boky = 159,95m F = n h B l B = 1 7, 416 1, 7, 416 = 169,08m čela č č F = n w B = 7,416 = 44,45m dno d F = A B = 6,84 7, 416 = 50,7m výt Dh 1,5 Fhoř = nh π = 4 π = 7,07m 4 4 F = n a b = 4 0,6 0,6 = 1,44m otvor ot ot ot 5

26 4. Tepelný výpočet ohniště ílem tepelného výpočtu ohniště je určit teplotu palin na konci ohniště T 0, repektive ϑ 0. Tato teplota e na počátku výpočtu odhadne, a pokud e vypočtenou hodnotou nehoduje, navrhne e teplota nová a výpočet e opakuje. V náledujícím výpočtu je počítáno teplotou zíkanou po několika provedených iteracích Teplota palin na výtupu z ohniště Rovnice pro výpočet teploty na konci ohniště vychází z rovnice pro poměrnou teplotu palin na výtupu z ohniště. T 1 ϑ + 7,15 Θ = = ϑ = 7,15 0 a 0 0,6 0 0,6 Ta a 0 a 0 1+ M 1+ M B0 B0 006,67 + 7,15 ϑ0 = 7,15 = 15,0 0,6 0, ,7 0,69 (4..1) 4.. Součinitel M harakterizuje polohu maximální teploty plamene, jeho hodnota je závilá na použitých hořácích a jejich umítění ve těnách. M = 0,54 0, x = 0,54 0, 0,88 = 0,6 (4..) 0 Hodnota x 0 e určí z poměrné výšky hořáků x h a opravy x. x0 = xh + x = 0, 8 + 0, 6 = 0,88 (4..) Poměrná výška hořáků Poměrná výška hořáků je dána jejich umítěním ve palovací komoře. V případě více řad hořáků e bere třední hodnota. x h hh,5 = = = 0,8 h 1,4 c Hořáky jou čtyři, o tejném výkonu, umítěny ve dvou řadách. (4..4) h h I II n1 hh + n hh + 5 = = =,5m n + n + 1 (4..5) 6

27 Při palování plynu v nízkoeminích hořácích e zavádí oprava x, která je závilá na níženém přebytku vzduchu α h. Toto podtechiometrické množtví jem zvolil 0,7. ( ) ( ) x = 1 α h = 1 0, 7 = 0, 6 (4..6) 4.. Boltzmanovo čílo B B o o ϕ M pv Op c = 5,7 10 ψ F T 11 t a 0,995 4,86 17, 4 = = 0,79 + ( ) 11 5, , 6 416,1 7,15 006, 67 (4..7) Součinitel uchování tepla Zo 0,5 ϕ = 1 = 1 = 0,995 η + Z 94,95 + 0,5 k o Střední celkové měrné teplo palin I I 669, 797,9 17,4 / u 0 OSP c = = = kj m K ϑa ϑ0 006,7 15, Užitečné teplo uvolněné v ohništi 100 Zco Z p c Z f I = Q + Q Q + r I 100 Z u p vz vzv SPod c 100 0,5 0 0 Iu = , ,1 1781, 4 = 669, kj / m (4..8) (4..9) (4..10) Teplo přivedené do ohniště e vzduchem Teplota ohřátého vzduchu je volena 147, amotný výpočet OVZ je pak proveden v kapitole 16. '' Qvz = α0 IVZ min = 1, , 5 = 197, 0 kj / m (4..11) Střední hodnota oučinitele tepelné efektivnoti těn Součinitel zaneení těn ohniště pro plyn a membránové těny ξ=0,6. ψ = x ξ = 1 0,6 = 0,6 (4..1) 7

28 4..4 Stupeň černoti ohniště a 0 apl 0, 45 = = = 0,58 a + a ψ 0, , 45 0,6 pl ( 1 pl ) ( ) (4..1) Efektivní tupeň černoti plamene Součinitel charakterizuje podíl objemu ohniště zaplněného vítivou čátí plamene. Pro palování plynných a kapalných paliv, objemové zatížení menší než 400 kw/m a jednoprotorové ohniště platí rovnice (4..14), kde m=0,1. ( ) ( ) a = m a + 1 m a = 0,1 0, ,1 0, 4 = 0, 45 (4..14) pl v n Stupeň černoti nevítivé čáti plamene a e e k p 1,04 0,09 5, n = 1 = 1 = 0, 4 (4..15) Součinitel zelabení álání nevítivými tříatomovými plyny - objemová čát tříatomových plynů r p je již známa z rovnice (..6) 7, r T k = k r = 1 1 0,7 r,16 pp 1000 HO 0 p p p 7, , 0 15, + 7,15 k = 1 1 0, 7 0, 9,16 0, 09 5, 1000 k = 1, 041 / m MPa elkový parciální tlak p = p r = 0,1 0, 9 = 0,09Mpa p p (4..16) (4..17) Účinná tloušťka álavé vrtvy Vo 60, 74 =,6 =,6 = 5,m (4..18) F 416,1 t Stupeň černoti vítivé čáti plamene a e e k p,58 0,09 5, v = 1 = 1 = 0, 74 (4..19) Součinitel zelabení álání vítivé čáti plamene k = k r + k = 1,0 + 1,55 =,581 / m MPa (4..0) p p c 8

29 k k c c Součinitel zelabení álání čáticemi azí r T0 = 0, ( α0 ) 1, 6 0,5 r 1000 H 15, + 7,15 = 0, ( 1, 05) 1, 6,86 = 1,551/ m MPa 1000 Podíl obahu uhlíku a vodíku v původním vzorku (pro plyn) (4..1) H r r m 1 4 = 0,1 m H n = 0,1 94,1+ 0,51+ 0,11+ 0,1 =,86 n Množtví tepla odevzdané v ohništi do těn (4..) ( ) ( ) Q = ϕ I u I 0 = 0, , 797, 9 = 1400, 8 kj / m (4..) Střední tepelné zatížení těn ohniště ( u ) 0,99 4,86 ( 669, 797,9) ϕ M I I q kw m F 416,1 pv 0 = = = 156, 9 / (4..4) ú 9

30 5 Bilanční výpočet teploměnných ploch ze trany média 5.1 Tlak napájecí vody Prouděním média v trubkách vznikají tlakové ztráty, e kterými je nutné počítat již při prvotním návrhu a rozložení výkonů na jednotlivé plochy. Tlak napájecí vody je vyjádřen v rovnicí (5.1.1). Tlakové ztráty jednotlivých ploch byly předběžně tanoveny odborným odhadem. pnv = p pp + pp + pdp + pp1 + peko = 1, 6 + 0, + 0,55 + 0,75 + 0,5 = 15, 7Mpa (5.1.1) 5. Dílčí výkony jednotlivých ploch elkový výkon na traně média je znám z rovnice (..1). Požadované výkony dílčích ploch e vypočtou ze známých teplot média podle rovnice (5..1). Nutné je však brát zřetel na vtřiky, oučet vtřiků byl volen 1 % napájecí vody. Teplota vody na výtupu z EKA byla zvolena 57. b pp ( ) Q = M i i 1 EKO 011, 95 Qb = 0,88 58, 1119, 9 77, 56 = 0,11MW = 414, 6 kj / m 4,86 ( ) výp 761,1 Qb = 0,88 604, 1119, 9 = 76, MW = 15698, kj / m 4,86 ( ) (5..1) P EKO výp Q = Q Q Q = 158,1 0,11 76, = 61,79 MW b v b b 61787,7 = 175,58 kj / m 4, EKO Ekonomizér tvoří čát původní (EKO) a čát navrhovaná (EKO1). Původní e kládá ze dvou membránových těn a vazku trubek. Navrhované dodatkové EKO1 tvoří vazek trubek. elé EKO je umítěno v druhém tahu kotle. EKO1 (navrhované) t [ ] p [Mpa] i [kj/kg] vtup ,7 77,56 výtup 40 15,6 109,5 0

31 Přijatý výkon v EKO1 M 0,88 58, Q i i 109,5 77,56 95, kj / m ( ) ( ) nv b = 1 = = (5..) M pv 4,86 EKO (původní) t [ ] p [Mpa] i [kj/kg] vtup 40 15,6 109,5 výtup 57 15, 1119,9 Přijatý výkon v EKO M 0,88 58, Q i i 1119,9 109,5 715,9 kj / m ( ) ( ) nv b = 1 = = (5..) M pv 4, Výparník Ve výparníku dochází k fázové přeměně vody na páru. Jeho převážná čát zaahuje do oblati ohniště. Při výpočtu výkonu e muí počítat i nedohřevem z výtupu EKA. 5.. Přehříváky Součátí kotle jou tři přehříváky páry. Přehřívák P1, do kterého je zahrnut tropní přehřívák, ZTR přehříváku P11, trop a těny obratové komory, mříž, přehřívák P11 a P1. Dále dekový přehřívák PDP ložený ze čtyř deek vtupních a čtyř výtupních jejich ZTR. A nakonec výtupní přehřívák P ložený ze ekcí P1 a P. Vtřiky jou zavedeny před (7 %) a za (5 %) PDP. i P1 Přehřívák P1 t [ ] p [Mpa] i [kj/kg] vtup 4,8 15, 604, výtup 44,90 14,48 147,8 Bilance prvního vtřiku 0,95 M i 0,07 M i = 0,88 M pp 1PDP nv nv pp 0,95 58, 969,07 0,07 58, 77,56 i P1 = = 147,8 kj / kg 0,88 58, Přijatý výkon v přehříváku P1 P1 pp b 1 M pv 4,86 (5..4) M 0,88 58, Q = ( i i ) = ( 147,8 604, ) = 574,5 kj / m (5..5) 1

32 i PDP Přehřívák PDP t [ ] p [Mpa] i [kj/kg] vtup 95 14,48 969,07 výtup 486,40 1,9 86,16 Bilance druhého vtřiku M i 0,05 M i = 0,95 M pp 1P nv nv pp 58, 158, 0,05 58, 77,56 ip DP = = 86,16 kj / kg 0,95 58, (5..6) Přijatý výkon v přehříváku PDP M 0,95 58, Q = ( i i ) = ( 86,16 969,07 ) = 619,08 kj / m (5..7) PDP pp b 1 M pv 4,86 Přehřívák P t [ ] p [Mpa] i [kj/kg] vtup 444,14 1,9 158, výtup 540 1,6 48, Přijatý výkon v přehříváku P M 58, Q = ( i i ) = ( 48, 158, ) = 6,98 kj / m (5..8) P pp b 1 M pv 4,86 Součet přijatého výkonu ve všech přehřívácích Q = Q + Q + Q = 574, ,08 + 6,98 = 175,59 kj / m (5..9) P1 PDP P b b b b

33 5. Pilový diagram Pilový diagram na Obr. znázorňuje rozložení teplot palin a média na jednotlivých teploměnných plochách kotle. Číelné hodnoty v diagramu jou v. Obr. Pilový diagram

34 6 Oblat dekového přehříváku Oblat e nachází nad ohništěm v prvním tahu kotle. Spaliny předávají výkon několika paralelním plochám. A to dekovému přehříváku, loženému ze 4 deek vtupních (tředové), 4 výtupních (krajní) a jejich závěných trubek, čáti výparníku na těnách tahu a čáti tropního přehříváku. Rozměry počítané oblati z výkreu hloubka A 4,5 m šířka B 7,416 m výška 8,995 m 6.1 Bilanční teplo palin Obr. Oblat DP (uvedené hodnoty jou v ) ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , ,8 = 5659, 6 kj / m (6.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t , = = = 1086,15 (6.1.) 4

35 λ = 0,10 W / mk ν = 0, m / Pr = 0,54 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 1086,15 w = 1 1 7,89 m / F + 7,15 = + = 41,81 7,15 p (6.1.) F p Světlý průřez kanálu F F,8 59, F + F,8 59, 1 = = = 1 41,81m (6.1.4) 1 Vtupní a výtupní průřezy rozměry jou odečteny z výkreu ( ) ( ) ( 8 7, 416) 59,m F = 4,5 7, ,08,6 =,8m F = = (6.1.5) 6. Dekový přehřívák PDP výtupní (krajní) PDP výtupní vnější průměr trubky D 0,08 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,08 m příčná rozteč 1 0,79 m podélná rozteč 0,04 m počet trubek n tr 18 počet deek z 4 ZTR PDP vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,04 m počet trubek na deku n ztr 4 5

36 Zohlednění ZTR ve výpočtu PDP 0, ,0 4 D = = 0,07m , , 006 tl = = 0, 004m d = 0,07 0,004 = 0,08m (6..1) 6..1 Součinitel protupu tepla ψ α α 99, ,95 k = = 0,85 = 8,55 W / m K 1 (6..) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění ( ) ( ) α1 = ω α k + α = 0, 85 8, , 9 = 99, 41 W / m K (6..) Součinitel přetupu tepla konvekcí pro deky 0,65 λ w d αk = 0, cz c Pr d ν 0,10 7,89 0,07 0, αk = 0, 1 0,67 0,54 8,56 W / m K 0,07 = 0, , 0,65 (6..4) Oprava z 10 c = 1 z 1 0, 79 0, 04 σ1 = = = 1, 45; σ = = = 1,17 D 0, 07 D 0, 07 c σ 1,17 = 1 + ( σ1 ) 1 = 1 + ( ) 1 = 0,67 (6..5) 6

37 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 485,70 + 7, , ,14 + 7,15 α = 5,7 10 0,1 ( 1086,14 + 7,15 ) 485,70 + 7, ,14 + 7,15 α = 78,9 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (6..6) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,66 = 1 = 1 = 0,06 (6..7) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p = 7, 8 0, ,1 1, 7 = 0, 66 (6..8) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , ,0 1086,15 + 7,15 = 1 1 0,7 = 7, 8,16 0,094 1, (6..9) Efektivní tloušťka álavé vrtvy V 4,5 7, 416 8,995 =,6 =,6 = 1,7m F t ( 171,+ ( 4,5 7, ,5 8, ,416 8,995) ) (6..10) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 460, = 485, 70 (6..11) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy 7

38 Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α α 0,8 λ w de 0,4 = 0, 0 Pr ct cl cm d e ν 0,8 0, , 48 0, 08 0,4 = 0, 0 1, α = 405, 95 W / 0, 08 7, , 005 m K (6..1) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m , 4 tt = = 460,70 m 1,9 + 14,8 pt = = 14,11 MPa λ = 0,0774 W / mk Pr = 1,09 η = 7, ,005 / 6 v = m kg Pa (6..1) Rychlot proudu média M pp 0,95 58, w = v = 0,005 = 0,48 m / (6..14) f 0,054 Průřez pro páru π d π 0,08 f n n z m 4 4 = ( tr + ztr ) = ( ) 4 = 0,054 (6..15) 6.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 790,0 460,60 t = = = 610,69 t 790,0 v ln ln t 460,60 m Souproudé upořádání t = 15,0 45 = 790,0 v t = , 40 = 460,60 m (6..16) (6..17) 8

39 6.. Výhřevná plocha Plocha všech deek S z S1 x 4 45, 06 0,95 171, m = = = (6..18) Plocha jedné deky ( ) S1 0,78 0,08 9,04 45,06 = + = m (6..19) 6..4 Rovnice dílení tepla k S t 8,55 171, 610,69 Q = = = 1777,8 kj / m PDPvýt v M pv , (6..0) 6. Dekový přehřívák PDP vtupní (tředové) Výledné dílené teplo je přibližně tejné jako u výtupního DP. Součinitel protupu tepla e nepatrně změní, protože je jiná třední hodnota média. PDP vtupní vnější průměr trubky D 0,08 m tloušťka těny tl. 0,008 m vnitřní průměr trubky d 0,06 m příčná rozteč 1 0,79 m podélná rozteč 0,04 m počet trubek n tr 18 počet deek z 4 ZTR PDP vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,04 m počet trubek na deku n ztr 4 Zohlednění ZTR ve výpočtu PDP - tejný případ jako u výtupního DP, viz rovnice (6..1) 9

40 6..1 Součinitel protupu tepla ψ 1 1 0,85 80,0 / α α 96,4 464,78 k = = = W m K 1 (6..1) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění ( ) ( ) α1 = ω α k + α = 0,85 8, ,89 = 96, 4 W / m K (6..) Součinitel přetupu tepla konvekcí pro deky - oučinitel je tejný jako u výtupního DP, viz rovnice (6..4) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5, , , ,14 + 7,15 α = 5,7 10 0,1 ( 1086,14 + 7,15 ) , ,14 + 7,15 α = 74,89 W / Tz 1 a + 1 T a T Tz 1 T m K,6,6 (6..) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u výtupního DP, viz rovnice (6..7) Optická hutota palin - tejná jako u výtupního DP, viz rovnice (6..8) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u výtupního DP, viz rovnice (6..9) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u výtupního DP, viz rovnice (6..10) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = = 440 (6..4) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy 40

41 Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,0771 0,48 0,08 0,4 α = 0,0 1, ,78 W / m K 6 0,08 = 5, ,0175 0,8 (6..5) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m tt = = 415 m 14, ,8 pt = = 14,8 MPa λ = 0,0771 W / mk Pr = 1, η = 5, = 6 v 0,08 m / kg Pa (6..6) Rychlot proudu média M pp 0,95 58, w = v = 0,0175 = 17,55 m / (6..7) f 0,054 Průřez pro páru π d π 0,08 f n n z m 4 4 = ( tr + ztr ) = ( ) 4 = 0,054 (6..8) 6.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 80,0 51 t = = = 658,7 t 80,0 v ln ln t 51 m Souproudé upořádání t = 15,0 95 = 80,0 v t = = 51 m (6..9) (6..10) 6.. Výhřevná plocha - výhřevná plocha je tejná jako u výtupního DP, viz rovnice (6..18) 41

42 6..4 Rovnice dílení tepla k S t 80,0 171, 658,7 Q = = = 1864,46 kj / m PDPvt v M pv , (6..11) 6.4 Stěny (čát výparníku) Výparník vnější průměr trubky D 0,06 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,05 m počet trubek n tr 4 délka trubky l tr 8,995 m Součinitel protupu tepla k ψ α W m K = 1 = 0,85 78, 45 = 66, 68 / (6.4.1) Součinitel přetupu tepla na traně palin podélné proudění α1 = α k + α = 8, , 74 = 78, 45 W / m K (6.4.) Součinitel přetupu tepla konvekcí α 0,8 λ w de 0,4 k = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,10 7,89 1,96 0,4 αk = 0,0 0, ,71 W / m K 6 = 1, ,8 (6.4.) d e Ekvivalentní průměr 4 Fp 4 41,81 = = = 1,96 m (6.4.4) O 85,6 Obvod průřezu kanálu ( ) ( ) O = 4, 5 + 7, , 08 +, π 0, 0 8 = 85, 6m (6.4.5) 4

43 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 68,8 + 7, , ,14 + 7,15 α = 5,7 10 0,1 ( 1086,14 + 7,15 ) 68,8 + 7, ,14 + 7,15 α = 69,74 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (6.4.6) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u výtupního DP, viz rovnice (6..7) Optická hutota palin - tejná jako u výtupního DP, viz rovnice (6..8) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u výtupního DP, viz rovnice (6..9) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u výtupního DP, viz rovnice (6..10) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 4, = 68, 8 (6.4.7) z m tt t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Střední teplota média - výparník, tejná teplota vtupu i výtupu = 4, 8 (6.4.8) 6.4. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 881,9 60,6 t = = = 74 t 881,9 v ln ln t 60,6 m (6.4.9) 4

44 Souproudé upořádání t = 15,0 4,8 = 881,9 v t = 947 4,8 = 60,6 m (6.4.10) 6.4. Výhřevná plocha S Plocha všech těn v oblati = 8,995 7, , ,5 8,995 = 155,08m (6.4.11) Rovnice dílení tepla výp k S t 66,68 155,08 74 Qv = = = 156,1 kj / m M , pv (6.4.1) 6.5 Strop nad DP (čát P1) Strop P1 vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,04 m počet trubek n tr 10 délka trubky l tr 4,5 m Součinitel protupu tepla ψ α α 78,57 110,71 k = = 0,85 = 66,1 W / m K 1 (6.5.1) Součinitel přetupu tepla na traně palin podélné proudění α1 = α k + α = 8, ,86 = 78, 57 W / m K (6.5.) Součinitel přetupu tepla konvekcí - oučinitel je tejný jako u těn výparníku, viz rovnice (6.4.) 44

45 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 70,19 + 7, , ,14 + 7,15 α = 5,7 10 0,1 ( 1086,14 + 7,15 ) 70,19 + 7, ,14 + 7,15 α = 69,86 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (6.5.) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u výtupního DP, viz rovnice (6..7) Optická hutota palin - tejná jako u výtupního DP, viz rovnice (6..8) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u výtupního DP, viz rovnice (6..9) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u výtupního DP, viz rovnice (6..10) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 45, = 70,19 (6.5.4) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0, ,58 0,04 0,4 α = 0,0, ,71 W / m K 6 0,04 =, ,0104 0,8 (6.5.5) 45

46 Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m 4, tt = = 45,19 m 15, + 15, pt = = 15,5 MPa λ = 0,1145 W / mk Pr =,7 η =,94 10 = 6 Pa v 0,0104 m / kg (6.5.6) Rychlot proudu média M pp 0,88 58, w = v = 0,0104 = 11,58 m / (6.5.7) f 0,046 Průřez pro páru π d π 0,04 f n 10 0,046 m 4 4 = tr = = (6.5.8) 6.5. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 881,9 600 t = = = 71,9 t 881,9 v ln ln t 600 m Souproudé upořádání t = 15,0 4,8 = 881,9 v t = = 600 m (6.5.9) (6.5.10) 6.5. Výhřevná plocha Plocha všech těn v oblati S D l n m = π tr tr = π 0, 0 4, 5 10 = 46,14 (6.5.11) 46

47 6.5.4 Rovnice dílení tepla trop k S t 66,1 46,14 71,9 Qv = = = 461,8 kj / m M , pv (6.5.1) 6.6 elková bilance oblati PDP Q = Q + Q + Q + Q PDPvýt PDPvt výp trop v v v v v Q = 1777, , , , 8 = 5666,79 kj / m v (6.6.1) Kontrola odchylky Qb Qv 5659, ,79 Q = 100 = 100 = 0,1% (6.6.) Q 5659,6 b Odchylka e pohybuje v normě %, proto zle považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 47

48 7 Oblat mříže 1 Oblat je tvořena pouze mříží, a to jednou řadou trubek, rozvolněnou zadní těnou výparníku. Rozměry počítané oblati z výkreu hloubka A 8 m šířka B 7,416 m výška 0,06 m 7.1 Bilanční teplo palin ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , , 69 = 10, 51 kj / m (7.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t = = = 944 (7.1.) λ = 0,098 W / mk ν = 0, m / Pr = 0,56 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 944 w = 1 1 6, 8 m / F + 7,15 = + = 46,85 7,15 p (7.1.) p Průřez palin ( ) 8 ( 7, , 06) 46,85 F = A B n D = = m (7.1.4) tr 48

49 7. Mříž 1 Výparník vnější průměr trubky D 0,06 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,05 m počet trubek n tr 6 délka trubky l tr 8 m příčná rozteč 1 0,88 m podélná rozteč 0 m 7..1 Součinitel protupu tepla k ψ α W m K = 1 = 0,85 9,55 = 5,1 / (7..1) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění α1 = α k + α =, 8 + 7,17 = 9, 55 W / m K (7..) Součinitel přetupu tepla konvekcí 0,65 λ w d α k = 0, cz c Pr d ν 0, 0,098 6, 8 0,06 0, α k = 0, 0,9 0,06 0,56,8 W / m K 6 = 0, ,65 (7..) c z Oprava ( ) = 0,91 + 0,015 1 = 0,9 1 0, 88 0 σ1 = = = 4,8; σ = = = 0 D 0,06 D 0,06 c σ 0 = 1 + ( σ1 ) 1 = 1 + ( ) 1 = 0,06 (7..4) 49

50 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 68,8 + 7, , ,15 α = 5,7 10 0,15 ( ,15 ) 68,8 + 7, ,15 α = 7,17 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (7..5) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,168 = 1 = 1 = 0,15 (7..6) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p = 6, ,1 0, 7 = 0,168 (7..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , , ,15 = 1 1 0,7 = 0,88,16 0,094 0, (7..8) Efektivní tloušťka álavé vrtvy V 0,06 7,416 8 =,6 =,6 = 0,7m (7..9) F 46,85 t Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 4, = 68, 8 (7..10) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy 50

51 7.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 60,6 597,6 t = = = 600,6 t 60,6 v ln ln t 597,6 m Souproudé upořádání t = 947 4,8 = 881,9 v t = 941 4,8 = 60,6 m (7..11) (7..1) 7.. Výhřevná plocha Plocha trubek mříže S D n l m = π tr tr = π 0, = 9, 1 (7..1) 7..4 Rovnice dílení tepla k S t 5,1 9,1 600,6 Qv = = = 11,8 kj / m M , pv (7..14) 7. elková bilance oblati mříže 1 Kontrola odchylky Qb Qv 10,51 11,8 Q = 100 = 100 = 1,09% (7..1) Q 10,51 b Odchylka e pohybuje v normě 5 %, proto lze považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 51

52 8 Oblat přehříváku P Oblat e nachází za mříží 1 na začátku přechodového tahu. Spaliny předávají výkon několika paralelním plochám. A to přehříváku P, který je tvořen vazkem hadů trubek, čáti výparníku na těnách a čáti tropního přehříváku. Rozměry počítané oblati z výkreu výška A 8-4, m šířka B 7,416 m hloubka,4 m 8.1 Bilanční teplo palin Obr. 4 Oblat P (uvedené hodnoty jou v ) ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , ,5 = 0,50 kj / m (8.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t = = = 889,50 (8.1.) λ = 0,087 W / mk ν = 0,0001 m / Pr = 0,56 5

53 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 889,50 w = 1 1 8, 4 m / F + 7,15 = + = 4,08 7,15 p (8.1.) F p Světlý průřez kanálu F1 + F 46,85 + 1, = = = 4,08m (8.1.4) 1 Vtupní a výtupní průřezy rozměry jou odečteny z výkreu ( ) ( ) F = 8 7, ,06 = 46,85m F = 4, 7, ,06 = 1,m (8.1.5) 8. Přehřívák P P vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,0 m příčná rozteč 1 0,144 m podélná rozteč 0,15 m počet trubek n tr 50 počet hadů n h 4 počet řad z 8 délka trubky (hada) l tr 11,6 m 8..1 Součinitel protupu tepla ψ 1 1 0,85 90,7 / α α 110,18 404,6 k = = = W m K 1 (8..1) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění α1 = α k + α = 6, , 77 = 110,18 W / m K (8..) 5

54 Součinitel přetupu tepla konvekcí 0,65 λ w d αk = 0, cz c Pr d ν 0,087 8, 4 0,0 0, αk = 0, 0,99 1 0,56 6, 41 W / m K 0,0 = 0,0001 0, 0,65 (8..) Oprava ( ) z 10 c = 0, 91+ 0, = 0,99 1 0,144 0,15 σ1 = = = 4,5; σ = = = 4,69 D 0,0 D 0,0 c = 1 z (8..4) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 541,68 + 7, , ,50 + 7,15 α = 5,7 10 0,5 ( 889,50 + 7,15 ) 541, , ,50 + 7,15 α = 6, 41 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (8..5) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,8 = 1 = 1 = 0, 5 (8..6) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p = 1,0 0, ,1 0,74 = 0, 8 (8..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) 54

55 k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , ,0 889,5 + 7,15 = 1 1 0,7 =,781 / m MPa,16 0,094 0, (8..8) Efektivní tloušťka álavé vrtvy ,144 0,15 = 0,9 D 1 0,9 0,0 1 0,74m = = π D π 0,0 (8..9) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 516, = 541, 68 (8..10) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,081 18,1 0,0 0,4 α = 0,0 1, ,6 W / m K 6 0,0 = 9, ,04 0,8 (8..11) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m ,6 tt = = 516,68 m 1,6 + 1,78 pt = = 1,71 MPa λ = 0,081 W / mk Pr = 1,01 η = 9, v = 0,04 m / kg Pa (8..1) Rychlot proudu média M pp 58, w = v = 0,04 = 18,1 m / (8..1) f 0,076 55

56 Průřez pro páru π d π 0,0 f n n m 4 4 = tr h = 50 4 = 0,076 (8..14) 8.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 447,64 98 t = = = 67,76 t 447,64 v ln ln t 98 m Souproudé upořádání t = ,6 = 447,64 v t = = 98 m (8..15) (8..16) 8.. Výhřevná plocha Plocha všech trubek S D l n n m = π tr tr h = π 0,0 11, =, (8..17) 8..4 Rovnice dílení tepla k S t 90,7, 67,75 Q = = = 160,6 kj / m P v M pv , (8..18) 8. Stěny (čát výparníku) Výparník vnější průměr trubky D 0,06 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,05 m 8..1 Součinitel protupu tepla k ψ α W m K = 1 = 0,85 5,64 = 45,59 / (8..1) 56

57 Součinitel přetupu tepla na traně palin podélné proudění α1 = α k + α = 14, , 98 = 5, 64 W / m K (8..) Součinitel přetupu tepla konvekcí α 0,8 λ w de 0,4 k = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,087 8,4 0, 4 0,4 αk = 0,0 0, ,66 W / m K 6 = 0, ,8 (8..) d e Ekvivalentní průměr 4 Fp 4 4,08 = = = 0,4 (8..4) O 568 Obvod průřezu kanálu ( 8 + 4,) O = + 7, ( 0,0 + 5, 4) = 568m (8..5) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 68,8 + 7, , ,5 + 7,15 α = 5,7 10 0,5 ( 889,5 + 7,15 ) 68,8 + 7, ,5 + 7,15 α = 8,98 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (8..6) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u P, viz rovnice (8..6) Optická hutota palin - tejná jako u P, viz rovnice (8..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u P, viz rovnice (8..8) 57

58 Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u P, viz rovnice (8..9) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 4, = 68, 8 (8..7) z m tt t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Střední teplota média - výparník, tejná teplota vtupu i výtupu = 4, 8 (8..8) 8.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 597,6 494,6 t = = = 544,50 t 597,6 v ln ln t 494,6 m Souproudé upořádání t = 941 4,8 = 597,6 v t = 88 4,8 = 494,6 m (8..9) (8..10) 8.. Výhřevná plocha Plocha všech těn v oblati S 8 + 4,,4 4,1 7,416 59,78 = + = m (8..11) 8..4 Rovnice dílení tepla výp k S t 45,59 59,78 544,50 Qv = = = 05,61 kj / m M , pv (8..1) 58

59 8.4 Strop nad P (čát P1) Strop P1 vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,04 m počet trubek n tr 10 délka trubky l tr,4 m Součinitel protupu tepla ψ α α 5,8 1048, k = = 0,85 = 45,5 W / m K 1 (8.4.1) Součinitel přetupu tepla na traně palin podélné proudění α1 = α k + α = 14, ,16 = 5,8 W / m K (8.4.) Součinitel přetupu tepla konvekcí - oučinitel je tejný jako u těn výparníku, viz rovnice (8..) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 7,50 + 7, , ,50 + 7,15 α = 5,7 10 0,5 ( 889,50 + 7,15 ) 7,50 + 7, ,50 + 7,15 α = 9,16 W / Tz 1 a + 1 T a T Tz 1 T m K,6,6 (8.4.) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u P, viz rovnice (8..6) Optická hutota palin - tejná jako u P, viz rovnice (8..7) 59

60 Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u P, viz rovnice (8..8) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u P, viz rovnice (8..9) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 47, = 7, 50 (8.4.4) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,110 11,99 0,04 0,4 α = 0,0, , W / m K 6 0,04 =, ,0108 0,8 (8.4.5) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m tt = = 47, 50 m 15, 1+ 15, pt = = 15, 15MPa λ = 0,110 W / mk Pr =,16 η =, , 0108 / Pa v = m kg (8.4.6) Rychlot proudu média M pp 0,88 58, w = v = 0,0108 = 11,99 m / (8.4.7) f 0,046 Průřez pro páru π d π 0,04 f n 10 0,046 m 4 4 = tr = = (8.4.8) 60

61 8.4. Střední logaritmický teplotní pád tv tm t = = = 540, t 594 v ln ln t 490 m Souproudé upořádání t = = 594 v t = = 490 m (8.4.9) (8.4.10) 8.4. Výhřevná plocha Plocha všech těn v oblati S D l n m = π tr tr = π 0,0,4 10 = 4 (8.4.11) Rovnice dílení tepla trop k S t 45, , Qv = = = 11,54 kj / m M , pv (8.4.1) 8.5 elková bilance oblati P Q = Q + Q + Q P výp trop v v v v Q = 160, , ,54 = 09,78 kj / m v (8.5.1) Kontrola odchylky Qb Qv 0,50 09,78 Q = 100 = 100 = 0,1% (8.5.) Q 0,50 b Odchylka e pohybuje v normě %, proto lze považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 61

62 9 Oblat mříže Oblat je tvořena pouze mříží, a to dvěma řadami trubek, rozvolněnou zadní těnou výparníku. Ve kutečnoti je nad mříží ještě čát tropního přehříváku, ale jeho plocha je tak malá, že e přičte k další oblati tropu. Rozměry počítané oblati z výkreu výška A 4, m šířka B 7,416 m hloubka 0, m 9.1 Bilanční teplo palin ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , , 0 = 445,16 kj / m (9.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t = = = 86,5 (9.1.) λ = 0,0859 W / mk ν = 0,0001 m / Pr = 0,58 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 86,50 w = 1 1 1, 46 m / F + 7,15 = + = 1, 7,15 p (9.1.) p Světlý průřez kanálu ( ) 4, ( 7, , 06) 1, F = A B n D = = m (9.1.4) tr 6

63 9. Mříž Výparník vnější průměr trubky D 0,06 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,05 m počet trubek n tr 9 počet řad z délka trubky l tr 4, m příčná rozteč 1 0,19 m podélná rozteč 0, m 9..1 Součinitel protupu tepla k ψ α W m K = 1 = 0,85 85,84 = 7,97 / (9..1) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění α1 = α k + α = 61, ,8 = 85,84 W / m K (9..) Součinitel přetupu tepla konvekcí 0,65 λ w d α k = 0, cz c Pr d ν 0,0859 1, 4 0,06 0, α k = 0, 0,91 1 0,58 61,01 W / m K 6 = 0, , 0,65 (9..) c z Oprava ( ) = 0,91 + 0,015 = 0,91 1 0,19 0, σ1 = = =, ; σ = = =, c = 1 D 0,06 D 0,06 (9..4) 6

64 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 68,8 + 7, , ,50 + 7,15 α = 5,7 10 0,18 ( ,15 ) 68,8 + 7, ,50 + 7,15 α = 4,8 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (9..5) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,195 = 1 = 1 = 0,18 (9..6) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p = 9,77 0, ,1 0,68 = 0,195 (9..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , , 0 86,50 + 7,15 = 1 1 0,7 = 9,771 / m MPa,16 0,094 0, (9..8) Efektivní tloušťka álavé vrtvy ,19 0, = 0,9 D 1 0,9 0,06 1 0,68m = = π D π 0,06 (9..9) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 4, = 68, 8 (9..10) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy 64

65 m tt Střední teplota média - výparník, tejná teplota vtupu i výtupu = 4, 8 (9..11) 9.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 494,6 471,6 t = = = 48,0 t 494,6 v ln ln t 471,6 m Souproudé upořádání t = 88 4,8 = 494,6 v t = 815 4,8 = 471,6 m (9..1) (9..1) 9.. Výhřevná plocha Plocha trubek mříže S D n z l m = π tr tr = π 0,06 9 4, = 61, 75 (9..14) 9..4 Rovnice dílení tepla k S t 7,97 61,75 48,0 Qv = = = 448,4 kj / m M , pv (9..15) 9. elková bilance oblati mříže Kontrola odchylky Qb Qv 445,16 448,9 Q = 100 = 100 = 0,69% (9..1) Q 445,16 b Odchylka e pohybuje v normě 5 %, proto lze považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 65

66 10 Oblat přehříváku P1 Oblat e nachází za mříží v přechodovém tahu. Spaliny předávají výkon dvěma paralelním plochám. Přehříváku P1, který je tvořen vazkem hadů trubek, a čáti tropního přehříváku. Rozměry počítané oblati z výkreu výška A 4, m šířka B 7,416 m hloubka 1,65 m 10.1 Bilanční teplo palin Obr. 5 Oblat P1 (uvedené hodnoty jou v ) ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , , 7 = 195, 47 kj / m (10.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t = = = 765 (10.1.) λ = 0,0778 W / mk ν = 0, m / Pr = 0,58 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 765 w = 1+ = F 7, , m / 4 4, 4 + = 7,15 p (10.1.) 66

67 Světlý průřez kanálu ( ( tr )) ( ) ( ) F = A B n D = 4, 7, ,0 = 4,4 m (10.1.4) p 10. Přehřívák P1 P1 vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,0 m příčná rozteč 1 0,144 m podélná rozteč 0,15 m počet trubek n tr 50 počet hadů n h 4 počet řad z 16 délka trubky (hada) l tr 16,55 m Součinitel protupu tepla ψ α α 11,54 54,08 k = = 0,85 = 9,70 W / m K 1 (10..1) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění α1 = α k + α = 86, 9 + 6, 5 = 11,54 W / m K (10..) Součinitel přetupu tepla konvekcí 0,65 λ w d αk = 0, cz c Pr d ν 0, 0, , 0,0 0, αk = 0, 0,97 0,6 0,58 86, 9 W / m K 0,0 = 0, ,65 (10..) 67

68 Oprava z = = c 0,0 10 cz 4 8, 0,97 = = = 0,1 0,1 0,4 ϕσ 0,4 1,7 0,6 1 0,144 0,065 σ1 = = = 4,5; σ = = =,0 D 0, 0 D 0,0 1 1 σ 1 4,5 1 σ = σ + σ = 4,5 +,0 =,0; ϕ = = = 1, ,0 1 ' 1 1 σ ' σ (10..4) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 5, t = a T 49,75 + 7, , ,15 α = 5,7 10 0,18 ( ,15 ) 49,75 + 7, ,15 α = 6,5 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (10..5) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,198 = 1 = 1 = 0,18 (10..6) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p =,07 0, ,1 0,1 = 0,198 (10..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , , ,15 = 1 1 0,7 =,071 / m MPa,16 0,094 0, (10..8) 68

69 Efektivní tloušťka álavé vrtvy ,144 0,065 = 0,9 D 1 0,9 0,0 1 0,1m = = π D π 0,0 (10..9) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 468, = 49, 75 (10..10) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,077 16,5 0,0 0,4 α = 0,0 1, ,08 W / m K 6 0,0 = 7, ,01 0,8 (10..11) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m 49, ,1 tt = = 468, 75 m 1,9 + 1, 78 pt = = 1, 855MPa λ = 0, 077 W / mk Pr = 1, 07 η = 7, v = 0, 01 m / kg Pa (10..1) Rychlot proudu média M pp 58, w = v = 0,01 = 16,5 m / (10..1) f 0,076 Průřez pro páru π d π 0,0 f n n m 4 4 = tr h = 50 4 = 0,076 (10..14) 69

70 10.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 1,6 70,87 t = = = 95,5 t 1,6 v ln ln t 70,87 m Protiproudé upořádání t = ,6 = 1,64 v t = ,14 = 70,87 m (10..15) (10..16) 10.. Výhřevná plocha Plocha všech trubek S D l n z m = π tr tr = π 0,0 16, =,76 (10..17) Rovnice dílení tepla k S t 9,70,76 95,5 Q = = = 1877,46 kj / m P v M pv , (10..18) 10. Strop nad P1 (čát P1) Strop P1 vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,04 m počet trubek n tr 10 délka trubky l tr 1,65 m Součinitel protupu tepla ψ α α 40,9 1006,78 k = = 0,85 = 4,65 W / m K 1 (10..1) 70

71 Součinitel přetupu tepla na traně palin podélné proudění α1 = α k + α = 18, 5 +, 40 = 40, 9 W / m K (10..) Součinitel přetupu tepla konvekcí α 0,8 λ w de 0,4 k = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0, , 0, 0,4 αk = 0,0 0, ,5 W / m K 6 = 0, ,8 (10..) d e Ekvivalentní průměr 4 Fp 4 4, 4 = = = 0, (10..4) O 5,0 Obvod průřezu kanálu ( ( )) O = 7, , ,0 + 4, = 5,0m (10..5) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 7, + 7, , ,15 α = 5,7 10 0,18 ( ,15) 7, + 7, ,15 α =,40 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (10..6) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u P1, viz rovnice (10..6) Optická hutota palin - tejná jako u P1, viz rovnice (10..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u P1, viz rovnice (10..8) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u P1, viz rovnice (10..9) 71

72 Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 48, = 7, 0 (10..7) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α α 0,8 λ w de 0,4 = 0, 0 Pr ct cl cm d e ν 0,8 0,109 1,1 0, 04 0,4 = 0, 0, α = 1006, 78 W / 0, 04, , 0109 m K (10..8) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m 48, tt = = 48, 0 m 15,0 + 15,19 pt = = 15,05 MPa λ = 0,109 W / mk Pr =,11 η =, Pa v = 0,0109 m / kg (10..9) Rychlot proudu média M pp 0,88 58, w = v = 0,0109 = 1,1 m / (10..10) f 0,046 Průřez pro páru π d π 0,04 f n 10 0,046 m 4 4 = tr = = (10..11) 10.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm ,60 t = = = 414,78 t 467 v ln ln t 66,60 m (10..1) 7

73 Souproudé upořádání t = = 467 v t = ,40 = 66,6 m (10..1) 10.. Výhřevná plocha Plocha tropu ( 0, ) π 0,0 ( 1,65 0,) 10 18,71 S = π D l + n = + = m (10..14) tr tr Rovnice dílení tepla trop k S t 4,65 18,71 414,78 Qv = = = 55,9 kj / m M , pv (10..15) 10.4 elková bilance oblati P1 Q = Q + Q P1 trop v v v Q = 1877, ,9 = 19,85 kj / m v (10.4.1) Kontrola odchylky Qb Qv 19,85 195,47 Q = 100 = 100 = 0,14% (10.4.) Q 195, 47 b Odchylka e pohybuje v normě %, proto lze považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 7

74 11 Oblat přehříváku P1 Oblat e nachází za přehřívákem P na konci přechodového tahu. Spaliny předávají výkon dvěma paralelním plochám. Přehříváku P1, který je tvořen vazkem hadů trubek, a polední čáti tropního přehříváku. Rozměry počítané oblati z výkreu výška A 4, m šířka B 7,416 m hloubka 1,46 m 11.1 Bilanční teplo palin Obr. 6 Oblat P1 (uvedené hodnoty jou v ) ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , , 79 = 164,9 kj / m (11.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t = = = 671 (11.1.) λ = 0,07 W / mk ν = 0, m / Pr = 0,59 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 671 w = 1+ = F 7,15 1 9,77 m /,,18 + = 7,15 p (11.1.) 74

75 Světlý průřez kanálu ( ( tr )) ( ) ( ) F = A B n D = 4, 7, ,08 =,17 m (11.1.4) p 11. Přehřívák P1 P1 vnější průměr trubky D 0,08 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,0 m příčná rozteč 1 0,144 m podélná rozteč 0,065 m počet trubek n tr 50 počet řad z 8 počet hadů n h délka trubky (hada) l tr,54 m Součinitel protupu tepla ψ α α 98,75 490,54 k = = 0,85 = 81,6 W / m K 1 (11..1) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění α1 = α k + α = 79, ,59 = 98, 75 W / m K (11..) Součinitel přetupu tepla konvekcí 0,65 λ w d αk = 0, cz c Pr d ν 0, 0,07 9,78 0,08 0, αk = 0, 0,97 0,7 0,59 79,16 W / m K 0,08 = 0, ,65 (11..) 75

76 Oprava z = = c 0,0 10 cz 4 8, 0,97 = = = 0,1 0,1 0,4 ϕσ 0,4 1,8 0,6 1 0,144 0,065 σ1 = = =,8; σ = = = 1,7 D 0,08 D 0, σ 1,8 1 σ = σ + σ =,8 + 1,7 =,6; ϕ = = = 1, ,6 1 ' 1 1 σ ' σ (11..4) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 5, t = a T 448,91 + 7, , ,15 α = 5,7 10 0,17 ( ,15 ) 448,91 + 7, ,15 α = 19,59 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (11..5) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,189 = 1 = 1 = 0,17 (11..6) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p = 6,1 0, ,1 0,1 = 0,189 (11..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , , ,15 = 1 1 0,7 = 6,11/ m MPa,16 0,094 0, (11..8) 76

77 Efektivní tloušťka álavé vrtvy ,144 0,065 = 0,9 D 1 0,9 0,08 1 0, 5m = = π D π 0,08 (11..9) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 4, = 448, 91 (11..10) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,077 1,88 0,0 0,4 α = 0,0 1, ,54 W / m K 6 0,0 = 5,9 10 0,018 0,8 (11..11) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m 44, ,91 tt = = 4,91 m 14, ,68 pt = = 14,58 MPa λ = 0,077 W / mk Pr = 1,19 η = 5, Pa v = 0,0177 m / kg (11..1) Rychlot proudu média M pp 0,88 58, w = v = 0,018 = 1,88 m / (11..1) f 0,071 Průřez pro páru π d π 0,0 f n n 50 0,071 m 4 4 = tr h = = (11..14) 77

78 11.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 71,10,09 t = = = 46, t 71,10 v ln ln t,09 m Protiproudé upořádání t = ,90 = 71,10 v t = 67 40,91 =,09 m (11..15) (11..16) 11.. Výhřevná plocha Plocha všech trubek S D l n n m = π tr tr h = π 0, 08, = 88, 46 (11..17) Rovnice dílení tepla k S t 81,6 88,46 46, Q = = = 1608,64 kj / m P1 v M pv , (11..18) 11. Strop nad P1 (čát P1) Strop P1 vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,04 m počet trubek n tr 10 délka trubky l tr 1,46 m Součinitel protupu tepla ψ α α 6,41 997,18 k = = 0,85 = 0,8 W / m K 1 (11..1) 78

79 Součinitel přetupu tepla na traně palin podélné proudění α1 = α k + α = 18,8 + 17,57 = 6, 41 W / m K (11..) Součinitel přetupu tepla konvekcí α 0,8 λ w de 0,4 k = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,8 0,07 9,78 0, 1 0,4 αk = 0,0 0, ,8 W / m K 6 = 0, (11..) d e Ekvivalentní průměr 4 Fp 4,17 = = = 0,1 (11..4) O 447,0 Obvod průřezu kanálu ( ( )) O = 7, , ,08 + 4, = 447,0m (11..5) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 7,55 + 7, , ,15 α = 5,7 10 0,17 ( ,15 ) 7,55 + 7, ,15 α = 17,57 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (11..6) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u P1, viz rovnice (11..6) Optická hutota palin - tejná jako u P1, viz rovnice (11..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u P1, viz rovnice (11..8) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u P1, viz rovnice (11..9) 79

80 Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 48, = 7, 55 (11..7) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,109 1,19 0,04 0,4 α = 0,0, ,18 W / m K 6 0,04 =, ,011 0,8 (11..8) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m 48, ,70 tt = = 48,55 m 15,0 + 15,19 pt = = 15,195 MPa λ = 0,109 W / mk Pr =,08 η =, v = 0,011 m / kg Pa (11..9) Rychlot proudu média M pp 0,88 58, w = v = 0,011 = 1,19 m / (11..10) f 0,046 Průřez pro páru π d π 0,04 f n 10 0,046 m 4 4 = tr = = (11..11) 11.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm 66,60 78,0 t = = = 0, 4 t 66,60 v ln ln t 78,0 m (11..1) 80

81 Souproudé upořádání t = ,40 = 66,60 v t = 67 48,70 = 78,0 m (11..1) 11.. Výhřevná plocha Plocha tropu S D l n m = π tr tr = π 0,0 1, = 14,97 (11..14) Rovnice dílení tepla trop k S t 0,8 14,97 0,4 Qv = = = 0, 46 kj / m M , pv (11..15) 11.4 elková bilance oblati P1 Q = Q + Q P1 trop v v v Q = 1608,64 + 0,46 = 169,10 kj / m v (11.4.1) Kontrola odchylky Qb Qv 164,9 169,10 Q = 100 = 100 = 0, 9% (11.4.) Q 164,9 b Odchylka e pohybuje v normě %, proto lze považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 81

82 1 Oblat mříže Oblat je tvořena mříží, a to jednou řadou trubek, která je oučátí přehříváku P1, a čátí tropu před mříží, který převádí páru z mříže a přechodového tahu do přehříváku P1. Díl tropu je započítán jako přídavná plocha v rovnici (1..17). Rozměry počítané oblati z výkreu výška A 4, m šířka B 7,416 m hloubka 0,816 m 1.1 Bilanční teplo palin ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , , 46 = 50, 06 kj / m (1.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t ,0 = = = 65,65 (1.1.) λ = 0,065 W / mk ν = 0,00009 m / Pr = 0,59 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 65,65 w = 1 1 9, 8 m / F + 7,15 = + =,17 7,15 p (1.1.) p Světlý průřez kanálu ( ) 4, ( 7, , 08),17 F = A B n D = = m (1.1.4) tr 8

83 1. Mříž Čát P1 vnější průměr trubky D 0,08 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,0 m počet trubek n tr 50 počet řad z 1 délka trubky l tr 4, m příčná rozteč 1 0,144 m podélná rozteč 0 m 1..1 Součinitel protupu tepla ψ 1 1 0,85 5,17 / α α 41,84 747,19 k = = = W m K 1 (1..1) Součinitel přetupu tepla na traně palin příčné proudění α1 = α k + α =, , 5 = 41,84 W / m K (1..) Součinitel přetupu tepla konvekcí 0,65 λ w d αk = 0, cz c Pr d ν 0, 0,065 9, 8 0,08 0, αk = 0, 0,90 0,06 0,59,49 W / m K 0,08 = 0, ,65 (1..) c z Oprava ( ) = 0,91 + 0,015 1 = 0,90 1 0,144 0 σ1 = = =,8; σ = = = 0 c = 0,06 D 0,08 D 0,08 (1..4) 8

84 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 48, + 7, , ,65 + 7,15 α = 5,7 10 0,8 ( 65,65 + 7,15 ) 48, + 7, ,65 + 7,15 α = 8,5 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (1..5) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,48 = 1 = 1 = 0,8 (1..6) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p = 4,18 0, ,1,9 = 0, 48 (1..7) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , ,0 65,65 + 7,15 = 1 1 0,7 = 4,181/ m MPa,16 0,094, (1..8) Efektivní tloušťka álavé vrtvy V 4, 7,416 0,81 =,6 =,6 =,9m (1..9) F,17 t Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 40, + 5 = 48, (1..10) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy 84

85 Součinitel přetupu tepla konvekcí na traně média α 0,8 λ w de 0,4 = 0,0 Pr ct cl cm de ν 0,079 11,88 0,0 0,4 α = 0,0 1, ,19 W / m K 6 0,0 = 5,0 10 0,016 0,8 (1..11) Střední teplota, tlak a látkové vlatnoti proudu média m 40, ,7 tt = = 40, m 14, ,69 pt = = 14,685 MPa λ = 0,079 W / mk Pr = 1, 7 η = 5,0 10 = 6 v 0,016 m / kg Pa (1..1) Rychlot proudu média M pp 0,88 58, w = v = 0,016 = 11,88 m / (1..1) f 0,05 Průřez pro páru π d π 0,0 f n z ,05 m 4 4 = tr = = (1..14) 1.. Střední logaritmický teplotní pád tv tm,09 1,57 t = = =, t,09 v ln ln t 1,57 m Protiproudé upořádání t = 67 40,91 =, v t = 64,0 40,7 = 1,57 m (1..15) (1..16) 85

86 1.. Výhřevná plocha Plocha všech trubek (mříž a čát tropu) S D l n B m = π tr tr + 0, 775 = π 0, 08 4, , 775 7, 416 = 0,8 (1..17) 1..4 Rovnice dílení tepla k S t 81,6 5,17, Q = = = 49,64 kj / m mříž v M pv , (1..18) 1. elková bilance oblati mříže Kontrola odchylky Qb Qv 50,06 49,64 Q = 100 = 100 = 0,86% (1..1) Q 50,06 b Odchylka e pohybuje v normě 5 %, proto lze považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 86

87 1 Vratná komora Vratná komora je protor mezi přechodovým a druhým tahem kotle. V tomto protoru e nachází čát závěných trubek přehříváku P11, čát EKA (na bočních těnách) a trubky membránové těny a tropu převádějícího páru z P11 do P1 (čelní a zadní těny). V oblati vratné komory e uvažuje pouze álání, konvekce nikoli. Rozměry počítané oblati z výkreu hloubka A 4 m šířka B 7,416 m výška 4,55 m 1.1 Bilanční teplo palin ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, , ,84 = 17,94 kj / m (1.1.1) t t Střední teplota proudu palin t1 + t 64, , 4 = = = 60,85 (1.1.) 1. Závěné trubky (čát P1) ZTR P1 vnější průměr trubky D 0,0 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,04 m počet trubek n tr 100 délka trubky l tr,6 m příčná rozteč 1 0,144 m podélná rozteč 0,58 m 1..1 Množtví tepla odevzdané závěným trubkám ( t t ) F 50,7 ( 60,85 7,55) 11,58 ZTR α t z ú Qv = = = 0,11 kj / m M , pv (1..1) 87

88 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 7,55 + 7, , ,85 + 7,15 α = 5,7 10 0,56 ( 60,85 + 7,15 ) 7,55 + 7, ,85 + 7,15 α = 51,04 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (1..) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin a e e k p 0,8 = 1 = 1 = 0,56 (1..) Optická hutota palin ( p p p µ ) ( ) k p = k r + k p = 5,1 0, ,1 5, = 0,8 (1..4) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - hodnoty r p, r HO, r RO, p p jou brány ze techiometrie z rovnic (..6), (..4), (..) a (4..17) k k p p 7, r HO T = 1 1 0,7,16 pp , ,0 617,65 + 7,15 = 1 1 0,7 = 5,11/ m MPa,16 0,094 5, 1000 (1..5) Efektivní tloušťka álavé vrtvy,14 ( 4 4,55 7,416) 7,416 V =,6 =,6 = 5,m F 75,07 t (1..6) 88

89 elkový povrch těn álající vrtvy F = F + F + F = 6,19 +, ,08 = 75,07m ztr P1 EKO t t t t ztr 4, 4 + 4,1 +,1 +,8 Ft = π D ltr ntr = π 0,0 100 = 6,19m 4 π D π 0,08 F = l n = (,55 +,7 + 1,715 ) 50 =,80m EKO π D π 0,06 Ft ltr ntr = = = 5,08m P1 t tr tr (1..7) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 84, = 7, 55 (1..8) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Účinná álavá plocha F F x m ztr ú = t = 6,19 0, = 11, 58 (1..9) 1. Zadní těna a trop (čát P1) Stěna P1 vnější průměr trubky D 0,08 m tloušťka těny tl. 0,004 m vnitřní průměr trubky d 0,0 m počet trubek n tr 50 délka trubky l tr 7,97 m příčná rozteč 1 0,144 m 1..1 Množtví tepla odevzdané zadní těně ( t t ) F ( ) α 55,15 60,85 48,,80 Q = = = 5,4 kj / m P1 t z ú v M pv , (1..1) 89

90 Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 48, + 7, , ,85 + 7,15 α = 5,7 10 0,56 ( 60,85 + 7,15 ) 48, + 7, ,85 + 7,15 α = 55, 47 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (1..) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u ZTR, viz rovnice (1..) Optická hutota palin - tejná jako u ZTR, viz rovnice (1..4) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u ZTR, viz rovnice (1..5) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u ZTR, viz rovnice (1..6) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách m t = t + t = 40, + 5 = 48, (1..) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Účinná álavá plocha F = F x =,80 1 =,80m (1..4) ú P1 t 90

91 1.4 Stěny EKO Čát EKA vnější průměr trubky D 0,06 m tloušťka těny tl. 0,005 m vnitřní průměr trubky d 0,05 m počet trubek n tr 40 délka trubky l tr 4 m příčná rozteč 1 0, m Množtví tepla odevzdané do EKA ( t t ) F ( ) α 44,0 60, ,08 Q = = = 46,77 kj / m P1 t z ú v M pv , (1.4.1) Součinitel přetupu tepla áláním pro palování plynu α 8 t = 5,7 10 a T 81+ 7, , ,85 + 7,15 α = 5,7 10 0,56 ( 60,85 + 7,15 ) 81+ 7, ,85 + 7,15 α = 44,1 W / Tz 1 a + 1 T Tz 1 T m K,6,6 (1.4.) - tupeň černoti povrchu těn a t =0,8 Stupeň černoti proudu palin - tejný jako u ZTR, viz rovnice (1..) Optická hutota palin - tejná jako u ZTR, viz rovnice (1..4) Součinitel zelabení álání tříatomovými plyny - tejný jako u ZTR, viz rovnice (1..5) Efektivní tloušťka álavé vrtvy - tejná jako u ZTR, viz rovnice (1..6) Teplota vnějšího povrchu nánoů na trubkách 91

92 m t = t + t = = 81 (1.4.) z t - pro palování plynu t=5 pro všechny výhřevné plochy Účinná álavá plocha F F x m EKO ú = t = 15,08 1 = 15,08 (1.4.4) 1.5 Množtví tepla odevzdané ze palin do oblati vratné komory Q = Q + Q + Q = 0,11 + 5,4 + 46,77 = 19, kj / m (1.5.1) ztr P1 EKO v v v v Kontrola odchylky Qb Qv 17,94 19, Q = 100 = 100 = 1,00% (1.5.) Q 17,94 b Odchylka e pohybuje v normě %, proto lze považovat volenou odchozí teplotu palin za právnou. 9

93 14 Oblat přehříváku P11 Oblat e nachází za vratnou komorou ve druhém tahu kotle. Spaliny předávají výkon třem paralelním plochám. Přehříváku P11, který je tvořen vazkem hadů trubek, čáti závěných trubek tohoto přehříváku a čáti EKA na bočních těnách tahu. Rozměry počítané oblati z výkreu hloubka A 4 m šířka B 7,416 m výška 5,965 m 14.1 Bilanční teplo palin Obr. 7 Oblat P11 (uvedené hodnoty jou v ) ( ) ( ) Qb = ϕ I1 I = 0, ,84 78, 0 = 9,11 kj / m (14.1.1) t t Střední teplota proudu a látkové vlatnoti palin t1 + t 617, = = = 56, (14.1.) λ = 0,06 W / mk ν = 0, m / Pr = 0,6 Rychlot palin M pv Opr tt 4,86 1, 56,0 w = 1 + F 1 8,6 m / 7,15 = + =,06 7,15 p p Světlý průřez kanálu ( ( tr )) 4 ( ( )) F = A B n D = 7, ,08 =,06m (14.1.) (14.1.4) 9