_{Размещено на http://www.allbest.ru/}

_{Размещено на http://www.allbest.ru/}

Курсовая работа

на тему: «Расчет парового котла типа Е-75-40 ГМ»

2012г.

Введение

В данной курсовой работе рассмотрен типовой расчет промышленного парогенератора на примере парового котла Е-75-40 ГМ. Вид топлива, сжигаемого при работе котла мазут сернистый.

Основные параметры котла:

Номинальная паропроизводительность - 75;

Рабочее давление в барабане котла - 44;

Рабочее давление на выходе из пароперегревателя - 40;

Температура перегретого пара - 440;

Температура питательной воды - 150;

Температура уходящих газов - 180;

Температура горячего воздуха - 190.

Техническая характеристика парогенератора Е-75-40 ГМ.

Топочная камера объемом 297 полностью экранирована трубами Ш60*3 ммс шагом 100 мм на боковых, фронтовой и задней стенах. На боковой стене топки расположены 2 горелки.

Схема испарения - трехступенчатая: в барабане расположены чистый отсек первой ступени испарения и два солевых отсека второй ступени (по торцам барабана) третья ступень вынесена в выносные циклоны Ш377мм.

Перегреватель - с вертикально расположенными змеевиками, двухступенчатый, выполнен из труб Ш42*3 мм. Количество змеевиков - 18. Поперечный шаг труб - 75 мм, расположение - коридорное.

Экономайзер - стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Ш32*3 мм. Поперечный шаг труб - 75 мм, продольный - 55 мм.

Воздухоподогреватель - трубчатый, вертикальный, с шахматным расположением труб Ш40*1,6 мм. Поперечный шаг труб - 60 мм, продольный - 42 мм.

Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора следующие:

Номинальная паропроизводительность 75;

Рабочее давление пара 40;

Температура перегретого пара 440;

Площадь поверхностей нагрева, :

1) лучевоспринимающая (экранов и фестона) 211;

2) конвективная:

фестона 31;

перегревателя: 380

экономайзера: 1070

воздухоподогревателя: 2150

Пуск барабанного котла на общую паровую магистраль.

Пуск включает в себя:

Заполнение котла водой.

Его растопку.

Повышение параметров до номинальных.

При растопке в элементах котла возникают дополнительные температурные напряжения.

Если

т.е. , металл треснет, поэтому растопку ведут медленно и осторожно.

Последовательность пуска:

Проводят внешний осмотр (проверяется исправность горелок, дымососа, вентилятора, запорной и регулирующей арматуры, взрывных и предохранительных клапанов, контрольно-измерительных приборов и автоматики, подвод напряжения).

Закрывают дренажи 3, открывают воздушники 4, линию продувки пароперегревателя 5 и линию рециркуляции воды 2.

Через растопочный узел РУ медленно заполняют котел водой с температурой за даэратором

Заполнение водой заканчивают тогда, когда уровень воды в барабане достигнет минимально допустимого значения.

Включают дымосос и вентилируют газоходы в течение 15 минут (для исключения возможного взрыва).

С помощью факела устанавливают разрежение на уровне 1 мм. вод. ст.

Разжигают растопочные форсунки. После достижения устойчивого горения включают вентилятор. После достаточного прогрева топки переходят на сжигание основного топлива.

Готовят топливный тракт. Открывают линию рециркуляции и зажигают первую горелку. После появления пара из воздушников, их закрывают.

Тепловыделение расходуется на нагрев металла и обмуровки, нагрев воды, парообразования. С увеличением растопки после прогрева металла теплота тратится на парообразование.

Для снижения тепловых потерь .

При растопке котел периодически подпитывается через растопочный узел, при этом постоянно следят за уровнем воды в барабане.

При давлении в барабане , открывается главная паровая задвижка ГПЗ и прогревается паропровод.

10. Для исключения пережога защищают все рабочие поверхности. При растопке расход пара снижают в 10 раз, , кроме того, в результате гидравлической разверки в отдельных змеевиках , поэтому постоянно контролируют и .

Для защиты экономайзера от пережога расхолаживание выходных петель производят за счет рециркуляции воды.

При Р >10МПа через ЭКО прокачивают воду из магистрали.

Когда

котел подключают к магистрали 9, закрывают продувочную линию, отключают линию рециркуляции.

Подачей топлива и питательной воды, поднимают параметры до номинальных.

11. Включают автоматику.

Останов паровых котлов.

Нормальный (плановый) останов котла производится тогда, когда параметры снижают плавно, чтобы

Аварийный, когда котел немедленно останавливается при резком снижении паропроизводительности.

Плановый останов.

Снижается нагрузка до ;

Срабатывается угольная пыль в бункере, или отключается котел от газовой магистрали;

Отключают котел от паровой магистрали;

Котел подпитывается до верхнего предельного уровня в барабане;

На 15 минут открывается линия продувки пароперегревателя. Через 10 и 20 часов продувку повторяют.

При Р<5 ат, продувку осуществляют через расширитель.

После погасания факелов и вентиляции газоходов в течении 10 минут дымосос останавливают, и расхолаживание ведут естественным путем. Скорость снижения температуры 1-1,5 в минуту. Контролируют температуру стенки барабана.

При и температуре 70-80 открывают дренажи 3 и трубную систему опорожняют.

Аварийный останов.

Котел аварийно останавливается, когда:

Уровень воды в барабане выходит за допустимые пределы.

Расход среды в ПК прекращается более чем на 30 сек.

Когда выходят из строя измерительные диафрагмы и водоуказательные колонки.

При погасании факела в топке, пожаре в газоходах.

При останове вентилятора, дымососа, паровой турбины.

1. Составление расчетно-технологической схемы трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха

1.1 Расчетно-технологическая схема трактов парового котла

Расчетно-технологическая схема трактов парового котла составляется на основе чертежей парового котла и задания на проектирование. На рис.3 приведена схема парового котла Е-75-40 ГМ

Величину коэффициента избытка воздуха на выходе из топки бт'' принимают для всех паровых котлов равной 1,2 при использовании твердых топлив. По [1, табл. 1.1] находятся для заданного парового котла значения присосов воздуха в газоходы, вычисляются величины коэффициентов избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения и заполняется табл. 1.1

Таблица 1.1 Избытки воздуха и присосы по газоходам

№ п./п.	Газоходы	Коэффициент избытка воздуха за газоходом б"	Величина присоса Дб	Средний коэффициент из-бытка воздуха в газоходе б
1	Топка и фестон	б"т = б"ф = бт = 1.1	Дбт = 0.05	бт = бт" = 1.15
2	Пароперегреватель	б"пе=б"т+Дб пе=1.13	Дбпе = 0.03	бпе = (бпе" + бт")/2 = 1.115
3	Экономайзер	б"эк=б"пе+Дб эк=1.15	Дбэк = 0.02	бэк = (бэк" + бпе")/2 = 1.14
4	Воздухоподогреватель	б"вп=бух=б"эк+Дбвп=1.18	Дбвп = 0.03	бвп = (бух" + бэк")/2 = 1.165

Топливо и продукты горения.

Для заданного вида и марки топлива из таблиц [1, П.1 и П.2] описываем элементарный состав рабочей массы:

1. Величина теплоты сгорания Qнр = ккал/кг

2. Приведенная влажность

3. Приведенная зольность

4. Для контроля проверяется баланс элементарного состава

Теоретические объемы воздуха V° и продуктов горения VRO2,. ,VN2o, VH2Oo при б = 1 выписываются согласно приложению из [1, табл. П.1] для твердых топлив

V° = 10,45 м3/кг; VRO2 = 1,57 м3/кг; VN2o = 8,25 м3/кг; VоH2O = 1,45 м3/кг.

При б > 1 объемы продуктов горения Vг , объемные доли трехатомных газов и водяных паров rRO2 , rH2O, безразмерную концентрацию золы мзл, массу газов Gг, их плотность сг рассчитываются по всем газоходам для средних и конечных значений б и сводятся в табл. 2.1

Таблица 2.1 Объемы и массы продуктов горения, доли трехатомных газов и водяных паров, концентрация золы

№ п/п	Величина	Единицы	Vo=10,45; VRO2=1,57; VN2o=8,25; VH2Oo=1,45,45; Ap=0
			Газоходы
			Топка и фестон	Пароперег-реватель	Эконо-майзер	Воздухопо-догреватель
1	Коэффициент избытка воздуха за газоходом б”	-	1.1	1.13	1.15	1.18
2	Коэффициент избытка воздуха средний в газоходе б	-	1.1	1.115	1.14	1.165
3	VH2O=VH2Oo+0,016(б-1)Vo	за	м3/кг	1,4668	-	-	1,4803
		ср.		-	1,4693	1,4736	1,5778
4	Vг=VRO2+VN2o+VH2O+(б-1)Vo	за	м3/кг	12,3318	-	-	13,1813
		ср.		-	12,4911	12,7566	13,0221
5		за	-	0,1273	-	-	0.1191
		ср.		-	0.1257	0.1231	0.1206
6		за	-	0.1189	-	-	0.1123
		ср.		-	0.1176	0.1155	0.1135
7	rп = rRO2 + rH2O	за	-	0.2462	-	-	0.2314
		ср.		-	0.2433	0.2386	0.2341
8	Gг = 1-Aр/100+1,306Vo	за	кг/кг	16,0115	-	-	17,1033
		ср.		-	16,2162	16,5741	16,8986
9		за	кг/кг	0.0001	-	-	0.0001
		ср.		-	0.0001	0.0001	0.0001
10	г = Gг/Vг	за	кг/м3	1.2984	-	-	1.2975
		ср.		-	1.2982	1.2933	1.2977

Энтальпии воздуха и продуктов горения Iвo, Iгo при б = l для табличных значений рабочей массы твердых и жидких топлив и сухой массы газовых топлив берут соответственно из [1, табл. П.З (стр.21-29) и П.4 (стр. 30-32)] во всем диапазоне температур газов Vг (100-2200°C).

Энтальпии продуктов горения при б > 1 рассчитываются по формуле (ккал/кг, ккал/м3)

Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведенная зольность уноса золы из топки (% кг/ккал)

В данном случае энтальпия золы не учитывается.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.2, по которой строится диаграмма Iг - нг (р.4)

Таблица 2.2 Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла

Газоход	Температура газов
1	2	3	4	5	6
Топка и фестон	2200	10035	8484	848,4	1088,34
	2100	9528	8066	806,6	1033,4
	2000	9023	7648	764,8	9787,8
	1900	8525	7230	723,0	9248
	1800	8022	6812	681,2	8703,2
	1700	7528	6465	640,5	8168,5
	1600	7036	5997	599,7	7635,7
	1500	6546	5590	559	7105
	1400	6064	5182	518,2	6582,2
	1300	5578	4775	477,5	6055,5
	1200	5101	4378	437,8	5538,8
	1100	4635	3981	398,1	5033,1
	1000	4173	3584	358,4	4531,4
	900	3712	3197	319,7	4031,7
Пароперегре-ватель	700	2811	2445	317,85	3128,85
	600	2379	2071	269,32	2648,2
	500	1958	1707	221,91	2179,91
	400	1545	1351	175,63	1720,63
Экономайзер	500	1958	1707	256,05	2214,05
	400	1545	1351	202,65	264,8
	300	1142	1005	150,75	1291,75
Воздухопо-догреватель	300	1142	10005	180,9	1322,9
	200	752	664	119,52	871,52
	100	372	330	54,9	431,4

2. Тепловой баланс парового котла. Определение расчетного расхода топлива

Тепловой баланс составляют для установившегося состояния парового котла на 1 кг твердого топлива и жидкого или на 1 нм3 газового топлива в виде (ккал/кг, ккал/нм3)

Qрр = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, (3.1)

или в виде

100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6. (3.2)

Учитывая, что для рекомендуемых к проектированию паровых котлов не применяются горючие сланцы (расход тепла на разложение карбонатов топлива Qк = 0), располагаемое тепло топлива Qрр определяется по формуле

Qpp = Qнр + Qв.вн. +iтл , (3.3)

Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемым вне парового котла, Qb.bh. учитывают только для высокосернистых мазутов.

Величину физического тепла топлива iтл учитывают только для жидких топлив. Значит, в нашем случае

Qpp = Qнp = 3740 ккал/кг (3.4)

Потери тепла с химическим q3 и механическим q4 недожогом определяются по [1, табл. 3.1] в зависимости от вида топлива и производителъности парового котла.

В нашем случае при D=35 т/ч:

q3 = 0.5%,

q4 = 0%.

Потеря тепла с уходящими газами находится по формуле

где: Iхвo = 9,5*Vo = 9,5 * 10,45= 99,279 ккал/кг.

Величина энтальпии уходящих газов Iух определяется линейной интерполяцией по таблице 2.2 для заданной температуры уходящих газов yx=180oC и коэффициенте избытка воздуха б = б"вп=1,18 (табл1.1).

где Iух=597,6 ккал/кг.

Для всех паровых котлов и топлив, указанных в [1, табл П.1 и П.2], значение должно находиться в пределах 4,5-11%. В нашем случае это условие выполняется.

Потеря тепла от наружного охлаждения котла q5 находится по [1, рис 3.1]:

q5 = 0,75%.

Потери с физическим теплом шлака q6 учитывают только при сжигании твердых топлив если

- не учитывается

КПД парового котла брутто находится по методу обратного баланса.

зпк = 100 - (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), (3.6)

зпк = 100 - (5,0317 + 0,5 + 0,75) = 93,72%.

При расчете конвективных поверхностей нагрева долю потери тепла q5, приходящуюся на отдельные газоходы, учитывают введением коэффициента сохранения тепла

где: зпк = q1 - коэффициент полезного действия парового котла "брутто",%

Расход топлива, подаваемого в топку

где Qпк - количество теплоты, полезно отданное в паровом котле

где Dk - паропроизводительность котла, т/ч.

Значение энтальпии перегретого пара ine находится по [1, табл. П.7] по заданным давлению Рпе и температуре tne пара за пароперегревателем. Энтальпию питательной воды - по [1, табл. П.6] по заданным температуре tпв и давлению Рпв питательной воды за регулятором питания котла (Рпв=1,08Рб, где Рб - давление в барабане котла).

Pпв = l,08 * 44 = 47,52 кгc/cм2,

Расход топлива, найденный по (3.8), используют в расчете элементов системы пылеприготовления при выборе числа и производительности углеразмольных мельниц, числа и мощности горелочных устройств. Но тепловой расчет парового котла, определение объемов дымовых газов и воздуха и количества тепла, отданного продуктами горения поверхностям нагрева, производятся по расчетному расходу фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения

Т.к q4=0

Bр=B

3. Проверочный расчет топки

Задачей поверочного расчета является определение температуры газов на выходе из топки при заданных ее конструктивных размерах. Конструктивные размеры топки определяют по чертежам парового котла, заданного для курсового проекта.

Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры. На рис.5 показана схема топочной камеры. Конструктивные характеристики занесены в табл. 5.1. При расчете конструктивных размеров топки важно правильно определить “активный” объем топочной камеры. Границами объема являются плоскости, проходящие через осевые линии экранных труб, а в выходном сечении - плоскость, проходящая через осевые линии труб первого ряда фестона. В котле Е-75-40 ГМ границей объема в нижней части топки является под.

Геометрические размеры, необходимые для расчетов и систематизируемые в табл. 5.1, в основном берут с чертежа, пользуясь указанными на них размерами.

Расчетную ширину фронтовой и задней стен топки определяют расстоянием между плоскостями, проходящими через оси труб боковых экранов, а ширину боковых стен между плоскостями, проходящими через оси труб фронтового и заднего экранов. Освещенную длину фронтовой и задней стен топки определяют по фактическим размерам плоскости, проходящей через оси труб соответствующего экрана в пределах объема топки.

Площадь боковой стены в границах активного объема топки определяют как площадь указанных фигур, пользуясь простейшими математическими приемами.

Геометрические размеры плоскости фестона и выходного окна топки совпадают. Ширину определяют расстоянием между плоскостями, проходящими через оси труб боковых экранов, а длину (высоту) - по действительному размеру конфигурации оси трубы первого ряда фестона в пределах активного объема топки. Фестон и задний экран условно разделяют воображаемой плоскостью, являющейся продолжением ската горизонтального газохода.

Наружный диаметр труб d, шаг между ними S, число труб в экране z и расстояние от оси трубы до обмуровки e принимают по чертежу.

Таблица 5.1 Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры

№ п/п	Наименование величин	Обозначение	Единица	Источ-ник или фор-мула	Топочные экраны	Выходное окно
					Фронтовой	Боко-вой	Задний
					Основ-ная часть	Под или хол. вор.		Основ-ная часть	Под или хол. вор.
1	Расчётная ширина экранированной стены	bст	м	Чертёж и эскиз	bфст = 5,78	bф'ст = 5,78	bбст = 5,02	bзст = 5,78	bз'ст = 5,78	bок = 5,78
2	Освещённая длина стены	lст	м	Чертёж и эскиз	lфст = 13,43	lф'ст = 2,35	-	Lзст = 7,7	lз'ст = 2,5	lок = 4,0
3	Площадь стены	Fст	м2	bст* lст	Fфст = 77,63	Fф'ст = 13,58	Fбст = 51,37	Fзст = 44,5	Fз'ст = 14,47	Fок = 23,12
4	Площадь участка стены, не закрытого экранами, например занятого амбразурами горелок, соплами и т.п.	F iст	м2	Чертёж и эскиз	Fфiст = 2,625	-	-	-	-	-
5	Наружный диаметр труб	d	м	Чертёж и эскиз	dф = dф' = dб = dз = dз' = dз' = 0,06
6	Число труб в экране	z	шт	Чертёж и эскиз	zф = 53	zф' = 53	zб = 45	zз = 53	zз' = 53	-
7	Шаг экранных труб	S	м	Чертёж и эскиз	Sф = 0,1	Sф' = 0,1	Sбср = 0,1	Sз = 0,1	Sз' = 0,1	-
8	Относительный шаг труб	S/d	-	-	1,67	1,67	1,67	1,67	1,67	-
9	Расстояние от оси трубы до обмуровки	e	м	Чертёж и эскиз	eф = 0,06	eф' = 0,06	eб = 0,06	eз = 0,06	eз' = 0,06	-
10	Относительное расстояние до обмуровки	e/d	-	-	1	1	1	1	1	-
11	Угловой коэффициент экрана	x	-	Ном. 1а	xф = 0,93	xф' = 0,1	Xб = 0,93	xз = 0,93	Xз' = 1	xок = 1
12	Коэффициент, учитывающий загрязнение	ж	-	Таблица 2.2	ж ф = 0,65	ж ф' = 0,2	ж б = 0,65	ж з = 0,65	ж з' = 0,2	ж ок = 0,65
13	Коэффициент тепловой эффективности экрана	ш	-	x*ж	ш ф = 0,6045	ш ф' = 0,2	ш б = 0,6045	шз = 0,6045	Шз' = 0,2	Шок = 0,65

Среднее значение тепловой эффективности Шср для топки в целом определяют по формуле

где в знаменателе - расчетная площадь стен топки, которую определяют как сумму площадей (плоскостей), ограничивающих активный объем топки, (из табл. 5.1); в числителе - алгебраическая сумма произведений коэффициентов тепловой эффективности экранов на соответствующих этим экранам площади стен, покрытые испарительными поверхностями ; - площади участков стен i - ого экрана, не защищенных трубами.

Площадь стен топки

F тст = Fфст + Fф'ст + 2*Fбст + Fзст + Fз'ст + Fок == 77,63 + 13,58 + 102,7 + 44,5 + 14,45 + 23,12 = 276 м2.

Тогда среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки

шср = [0,6045*(77,63 - 2,625) + 0,2*13,58 + 2*0,6045*51,35 + +0,6045*44,5 + 0,2*14,45 + 0,65*23,12] / 276 = 0,507.

Активный объем топочной камеры определяют по формуле

Vт = Fбст* bт = 51,35*5,78 = 297 м3

Эффективную толщину излучающего слоя в топке определяют по формуле

Sт = 3,6 * Vт / F тст = 3,6*297 / 276 = 3,874 м

3.1 Расчет теплообмена в топке

Расчет основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки с критерием Больцмана Bо, степенью черноты топки и параметром M, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок. При расчете используется в качестве исходной формулы

где ит” - безразмерная температура на выходе из топки;

Тт” = vт”+273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, K;

Ta = нa+273 - температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива;

aт - степень черноты топки;

М - параметр, учитывающий характер распределения температур по высоте топки;

Во - критерий Больцмана определяется по формуле

Из формул (5.4) и (5.5) выводится расчетная формула для определения температуры газов на выходе их топки хт”

коэффициент сохранения тепла;

- расчетный расход топлива;

- расчетная площадь стен топки;

- средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

- коэффициент излучения абсолютно черного тела,;

- средняя суммарная теплоемкость продуктов горения 1 кг топлива в интервале температур газов от до , .

Определяется полезное тепловосприятие в топке Qт и соответствующая ей адиабатическая температура горения Та.



где Qpp, q3, q4 - по данным пункта 3, q6 - в данном случае не учитывается. Количество тепла вносимое в топку с воздухом

Qв = Qгв + Qxв = (бт'' - Дбт - Дбпл)•Iгво + (Дбт + Дбпл)•Iхво, (5.8)

где Iгво и Iхво - энтальпии теоретических объемов воздуха соответственно горячего и холодного: I0гв = 636 ккал/кг; I0хв = 95 ккал/кг. Присосы из табл. 1.1. бпл = 0.05 - присос в топку (из [2, табл.2.3]).

Qв = (1.1 - 0.05) · 636 + 0,05· 95 = 672,5 ккал/кг.

Подставляя все данные в (5.7) получаем:

Qт = 9548,44*(100 - 0,5)/100 + 672,5 = 9567,88 ккал/кг

Полезное тепловыделение в топке Qт соответствует энтальпии газов Iа, которой они располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е. =, по значению которой из таблицы 2.2. находят адиабатическую температуру горения при

Iт=9567,8 Vа=1991oС

Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяется по формуле

М = А - В - xт, (5.9)

где А = 0.54 и В = 0.2 - опытные коэффициенты.

Относительное положение максимума температур факела в топке определяется по формуле

xт = xг +Дх, (5.10)

где xг = hг/Нг - относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения горелок (от пода топки) к общей высоте топки (от пода топки до середины выходного окна из топки); hг=2,142м, xг = 0.2279

Xг=0,54-0,2*0,2279=0,49

Степень черноты ат и критерий Больцмана Во зависят от искомой температуры газов на выходе из топки хт''.

Ориентировочно примем хт'' = 1000°С; при этом Iт'' = 4461 ккал/кг.

Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива от хa до хт'' определяют по формуле

(Vc)ср = (Qт-I''т)/(ха-х''т) = (9567,8-4461)/(1991-1000) = 5,21 ккал/(кг*°C), (5.11)

где - энтальпия продуктов горения 1 кг топлива для принятой нами температуры газов , определяем по таблице 2.2 при

Степень черноты топки определяется по формуле

где аф- эффективная степень черноты факела.

При камерном сжигании жидкого топлива основными излучающими компонентами являются трехатомные газы (С02 и H2O). В этом случае аф определяется по формуле

kг = 0.5 (м•кгс/см2)-1 - коэффициент ослабления лучей топочной средой определяется по номограмме 3 [2, рис.2.4].

В зависимости от rH2O = 0,182 произведение

Рп•Sт = 1.05 (м•кгс/см2),

где Pп = P*rп = rп = 0,27 кгc/cм2 (P = 1 кгс/см2)

Пo (5.13) aф = 1 - e-0,2377*1*3,746 = 0,5917.

По (5.12)

Kc - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

Подставляя М, аф, ат, (Vc)cp в формулу (5.6), получаем

Так как полученная хт'' = 1059°C менее чем на 100 градусов отличается от хт'' = 1000°C, принятой в начале расчетов, то принимаем хт'' = 1059°С и Iт''=4720 ккал/кг.

Определяется количество тепла, переданное излучением топке по формуле

Qл = ц(Qт - I''т) = 0,9919*(9567,8 - 4720) = 4807 ккал/кг (5.15)

Удельное тепловое напряжение объема топки рассчитывается по формуле

qV = Bр*Qрр / Vт = 5923,8*8940 / 297 = 178,3 Мкал/(м2*ч) (5.16)

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок рассчитывается по формуле

где f = bфст*bбст = 5,87*5,02 = 29,4674 м2 - сечение топки.

3.2 Поверочный расчет фестона

По чертежам и эскизу составляют таблицу 6.1. конструктивных размеров и характеристик фестона, определяем расчетную поверхность и площадь живого сечения для прохода газов. Конструктивные размеры определяем для каждого ряда труб фестона и для поверхности в целом.

Конструктивные размеры и характеристики фестона. Длина трубы li определяется по осевой линии трубы с учетом ее конфигурации. Поперечный шаг S1 равен восьми шагам заднего экрана.

Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду определяется по формуле

Fi=ai*b-z1*linp*d, (6.1)

где - длина проекции трубы на плоскости сечения, проходящую через ось труб рассчитываемого ряда, м;

- высота газохода, м;

- ширина газохода, м(одинакова для всех рядов фестона);

- количество труб в ряду;

d - наружный диаметр труб, м.

,,, d берем из таблицы 6.1 для соответствующего ряда фестона:

Так как Fвx и Fвых отличаются менее чем на 25%, Fcp находится усреднением

Fср = (Fвх+Fвых)/2

Таблица 6.1 Конструктивные размеры и характеристики фестона

Наименование величин	Обозна-чение	Еди-ница	Ряды фестона	Для всего фестона
			1	2	3	4
Наружный диаметр труб	d	м	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06
Количество труб в ряду	z1	-	18	18	18	17	-
Длина трубы в ряду	li	м	4,1	4.1	4.2	4.3	-
Шаг труб: поперечный (поперёк движения газов) продольный (вдоль движения газов)	S1	м	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
	S2	м	-	0,21	0,21	0,21	0,21
Угловой коэффициент фестона	xф	-	-	-	-	-	1
Расположение труб (шахматное, коридорное)	-	-	Шахматное
Расчётная поверхность нагрева	H	м2	13,9	13,9	14,2	13,8	62,72
Размеры газохода:высота ширина	ai	м	4.24	4.3	4.25	4.3	-
	b	м	5,78	5,78	5,78	5,78	5,78
Площадь живого сечения для прохода газов	F	м2	20.2	20.4	20.1	20.5	20.3
Относительный шаг труб:
поперечный	S1/d	-	5	5	5	5	5
продольный	S2/d	-	-	3,5	3,5	3,5	3,5
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	-	-	-	-	1,15

Расчетная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по ее оси с учетом гибов в пределах фестона (м2)

Hi=р*d*zli*li

H1 = р*0,06*18*4,1 = 13,9 м2,

H1 = р*0,06*18*4,1 = 13,9 м2,

H1 = р*0,06*18*4,2 = 14,2 м2,

H4 = р*0,06*17*4,3 = 13,8 м2.

Расчетная поверхность фестона рассчитывается по формуле

Нф = Н1 + H2 + Н3 + Н4 = 13,9 + 13,9 + 14,2 + 13,8 = 55,8м2

Дополнительная поверхность экранов определяется, как площадь стен, покрытых экранами в газоходе фестона, по формуле Hдоп = УFст*xб, где Fст - поверхность стен боковых экранов

Тогда Hдоп = 7,44*0,93 = 6,92 м2

Hф' = Hф + Hдoп = 55,8 + 6,92 = 62,72 м2

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле

Sф = 0,9d((4/р)(S1S2 / d2)-1) = 0,9*0,06(1,273*0,3*0,21/0,0036 - 1) = 1,15м.

Исходные данные для поверочного теплового расчета фестона представлены в таблице 6.2

Таблица 6.2 Исходные данные для поверочного теплового расчета фестона

Наименование величин	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов перед фестоном	х'ф = х''т	?С	1058
Энтальпия газов перед фестоном	I'ф = I''т	ккал/кг	4720
Объём газов на выходе из топки	Vг	м3/кг	12,24
Объёмная доля водяных паров	rH2O	-	0,182
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов	rп	-	0,27
Концентрация золы в газоходе	мзл	кг/кг	-
Температура состояния насыщения при давлении в барабане	tн	?С	255

По таблице 2.2 для полученной при находят энтальпию газов за фестоном и по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов горения) определяют тепловосприятие фестона (балансовое) () (I''ф = 4214,5 ккал/кг.):

Тогда балансовое тепловосприятие фестона

Qбф = ц(I'ф-I''ф) = 0,9919*(4720 - 4214,5) = 501 ккал/кг. (6.6)

Тепловосприятие фестона по условиям теплопередачи рассчитывается по формуле

где - тепло, полученное расчетом по уравнению теплопередачи и воспринятое рассчитываемой поверхностью, ;

k- коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева и учитывающий перенос тепла от газового потока не только конвекцией, но и излучением межтрубного слоя газов, ;

- температурный напор, ;

- расчетный расход топлива,;

H - расчетная поверхность нагрева, .

Коэффициент теплопередачи для фестона рассчитывается по формуле

где б1 - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке рассчитывается по формуле

б1=о(бк+бл), (6.9)

где бк - коэффициент теплоотдачи конвекцией,

бл- коэффициент теплоотдачи излучением,

о - коэффициент использования поверхности нагрева, для поперечно омываемых трубных пучков о = 1.

Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитывают среднюю скорость газового потока

Где

х = (х''ф + х'Ф)/2 = 983,5 оС, F = Fср = 20,3 м

W = (5923,8*12,24)/(3600*20,3))((1004+273)/273) = 4,7 м/с (6.10)

бк = бн*Cz*Cs*Cф = 38*0,92*1,05*0,96 = 35 ккал/(м2*ч*оС)

бн = 38 ккал/(м2*ч*оС) - коэффициент теплоотдачи конвекцией,

Cz = 0,92 - поправка на число рядов труб по ходу газов,

Cs = 1,05 - поправка на компоновку трубного пучка,

Сф = 0,96 - поправка на изменение физических свойств среды - определяются по ном. 13 [4].

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения ад определяют по номограмме 19 [4] в зависимости от температур потока и стенки (бн), а также от степени черноты продуктов горения а

бл = бн*а

a = 1 - e-kpS

p = 1 кгс/см2,

S = 2,30

a =1 - e- 1,1*0,27*1,15 = 0,205

бл = 163*0,331 = 53,95 ккaл/(м2*ч*OC)

Для определения степени черноты продуктов горения а используют формулу (5.13), где

k*p*S=(kг*rп)*p*S

kг = 1,1 определяются по номограммt 3нно.

Для использования номограммы 19 надо знать температуру загрязненной стенки:

tз = tн + 25 = 255 + 25 > бн = 150 ккал/(м2*ч*оС)

бл=150*0,285*1=42,75 ккaл/(м2*ч*OC)

б1 = = = 35+42,75 = 77,75 ккaл/(м2*ч*OC)

Коэффициент тепловой эффективности

Тепловой напор определяется по формуле:

?tб = 1014 -255 = 759 оС, ?tм = 953 - 255 = 698

оС

Подставляя найденные k и Дt в формулу (6.7) находим

ккал/кг

Правильность расчета определяется выражением

% < 5%

Т.к. тепловосприятие фестона по уравнению теплового баланса и теплопередачи отличается менее чем на 5%, то расчет считаем законченным.

4. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

промышленный парогенератор экономайзер воздухоподогреватель

Тепловосприятие пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера - по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания).

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле

ккал/кг

где Dne - паропроизводительность котла, кг/ч;

ine, iн - соответственно энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара: по таблицам термодинамического состояния пара ine определяют по заданным температуре tne и давлению Рпе перегретого пара; iн - по давлению пара в барабане Рб;

Дino - съем тепла в пароохладителе, служащем для регулирования температуры перегретого пара, ккал/кг. В котле Е-75-40 ГМ можно принять Дino = 10ч20 ккал/кг.

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счет излучения факела топки, принимается для упрощения расчетов равным нулю.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя числено совпадает с тепловосприятием конвекцией, ккал/кг.

Qneк = Qne (7.2)

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид

 (7.3)

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем, ккал/кг

где Iф'' - окончательное значение энтальпии газов за фестоном;

- по формуле (3.7);

Iхво - по формуле из пункта 3.6;

Дбne - из табл. 1.1.

Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), так как температура горячего воздуха задана, тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. В данном случае есть предварительный подогрев воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, за счет рециркуляции горячего воздуха Тепловосприятие воздухоподогревателя равно

, (7.5)

где I0гв - энтальпия теоретического объема горячего воздуха, по табл. 2.2. при ,

;

- энтальпия теоретического объема воздуха перед воздухоподогревателем, подогретого за счет подачи части горячего воздуха на всос дутьевого вентилятора или в специально установленных калориферах. Из-за наличия предварительного подогрева величину I0в' = 81, ккал/кг, определяем по [3, табл. 2.3] и температуре воздуха t'в = 60 оС, перед воздухоподогревателем.

Отношение объема воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому определяется по табл. 1.1:

Отношение объема рециркуляции в воздухоподогревателе горячего воздуха к теоретически необходимому

Температура воздуха перед воздухоподогревателем tв' должна предотвращать конденсацию водяных паров из газового потока на стенки труб и тем самым защищать воздухоподогреватель от низкотемпературной коррозии. Топливо в моем случае попадает в класс твердых влажных и в этом случае tв' = 50 ч 600C. Принимаем tв' = 60°C. Из задания tгв = 190°С; tхв = 30°С; Дбвп=0,06 из табл. 1.1.

ккал/кг

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (по продуктам сгорания) имеет вид, ккал/кг

(7.8)

Уравнение решают относительно Iэк”- энтальпия газов за водяным экономайзером, ккал/кг

(7.9)

Iyx = 350,34 ккал/кг - энтальпия уходящих газов определяется по табл.2.2 для хух= 1600C,

Iпрс = 203,0 ккал/кг - энтальпия теоретического объема воздуха определяют по табл.2.2 при температуре присасываемого воздуха

tпрс= (tгв+tв')/2 = (190+60)/2 = 125 oC.

ккал/кг

Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов)

(7.10)

где Дбэк определяется по табл. 1.1.

ккал/кг

Определяется невязка теплового баланса котла по формуле

(7.11)

Тепловосприятия поверхностей нагрева берутся из уравнений теплового баланса: Qл , Qфб, Qпекб из (7.3), Qэкб из (7.10), КПД зпк из (3.6) и потери тепла от механической неполноты сгорания q4 из пункта 3.5.

ккал/кг

Определение тепловосприятий поверхностей нагрева, граничных энтальпий и температур газов считают правильным, если невязка

Видно, что в расчете ошибок допущено не было.

4.1 Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя

Весь расчет пароперегревателя сводится к правильному снятию размеров с чертежа. Эскиз пароперегревателя для котла Е-75-40 ГМ приведен на рис.8. Размеры и другие конструктивные характеристики приведены в таблице 8.1

Таблица 8.1 Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

Наименование величин	Обозначение	Единица	Номер ступени	Весь пароперегреватель
			1	2
Наружный диаметр труб	d	м	0,042	0,042	0,042
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,036	0,036	0,036
Число труб в ряду	z1	шт	64	64	-
Число рядов по ходу газов	z2	шт	6	10	16
Средний поперечный шаг труб	S1	м	0,09	0,09	0,09
Средний продольный шаг труб	S2	м	0,012	0,012	0,012
Средний относительный поперечный шаг	S1 /d	-	2,14	2,14	2,14
Средний относительный продольный шаг	S2 /d	-	2,9	2,9	2,9
Расположение труб	-	-			Коридорное
Характер взаимного движения сред	-	-			Смешанный ток
Длина трубы змеевика	l	м	21	25	-
Поверхность, примыкающая к стене	Fстx	м2	10,3	6,65	16,95
Поверхность нагрева	H	м2	187,5	217,7	405,2
Высота газохода на входе	a'	м	4,125	3,25	-
Высота газохода на выходе	a''	м	3,6	2,7	-
Ширина газохода	b	м	5,78	5,78	5,78
Площадь живого сечения	Fср	м2	13,1	10,6	11,6
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	S	м	-	-	0,26
Глубина газового объема до пучка	lоб	м	1	0,375	1,375
Глубина пучка	lп	м	0,55	1,05	1,6
Кол-во змеевиков, включенных параллельно по пару	m	шт	64	64	64
Живое сечение для прохода пара	f	м2	0,065	0,065	0,065

Площади живых сечений для прохода газов на входе и выходе определяются по формулам

F1' = a'*b - z1*d*lпр = 4,125*5,78 - 64*0,042*3,425 =14,6 м2

F1'' = a''*b - z1*d*lпр = 3,25*5,78 - 64*0,042*2,5 = 12,8 м2

F1' = a'*b - z2*d*lпр = 3,6*5,78 - 64*0,042*3,425 = 11,6 м2

F1'' = a''*b - z2*d*lпр = 2,7*5,78 - 64*0,042*2,5 = 8,9 м2.

Усредняя (так как F1' и F1" отличаются менее чем на 25%), получаем

F1ср = (F1'+ F1'')/2 = 13,1 м2

F2ср = (F2'+ F2'')/2 = 10,6 м2

Средняя эффективная толщина излучающего слоя

S = 0,9d((4/р)(S1S2 / d2)-1) = 0,9*0,032(1,273*0,075*0,055/0,001 - 1) = 0,12 м.

Fстx = (2*lп + 1,64 + 1,52)*b*x = 5,36*5,52*0,7 = 20,71 м2,

где Fстх - поверхность труб примыкающих к обмуровке, х=0,7 - угловой коэффициент, определяемый по номограмме 1[2].

Поверхность нагрева определяем по формуле

H = z1dрl + Fстx

H1 = z1dрl + Fстx = 64*0,042*3,14*21 + 10,3 = 187,5 м2.

H2 = z1dрl + Fстx = 64*0,042*3,14*25 + 6,65 = 217,7 м2.

Живое сечение для прохода пара:

f = mр(dвн)2 /4 = 64*3,14*0, 0,001296/4 = 0,065 м2

4.2 Поверочно-конструкторский расчет экономайзера

Весь расчет экономайзера сводится к правильному снятию размеров с чертежа. Эскиз экономайзера для котла Е-75-40 ГМ приведен на рис.9. Размеры и другие конструктивные характеристики приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 Конструктивные размеры и характеристики экономайзера

Наименование величин	Обозначение	Единица	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,032
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,026
Число труб в ряду	z1	шт	25
Число рядов по ходу газов	z2	шт	40
Поперечный шаг труб	S1	м	0,075
Продольный шаг труб	S2	м	0,055
Относительный поперечный шаг	S1 /d	-	2,34
Относительный продольный шаг	S2 /d	-	1,72
Расположение труб	-	-	Шахматное
Характер взаимного движения сред	-	-	Противоток
Длина горизонтальной части петли змеевика	l1	м	5,85
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения	lпр	м	6
Длина трубы змеевика	l	м	120,3
Поверхность нагрева ЭКО	Hэк.ч	м2	604,4
Глубина газохода	a	м	1,9
Ширина газохода	b	м	6,16
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	6,9
Эффективная толщина излучающего слоя	S	м	0,122
Суммарная глубина газовых объемов до пучков	lоб	м	3,45
Суммарная глубина пучков труб	lп	м	2,25
Кол-во змеевиков, включенных параллельно по воде	m	шт	50
Живое сечение для прохода воды	f	м2	0,02

Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном смывании его газами определяют по формуле

Fг = ab - z1dlпр = 1,9*6,16 - 25*0,032*6 = 6,9 м2

Площадь живого сечения для прохода воды определяют по формуле

f = mр(dвн)2 /4 = 50*3,14* 0,000676/4 = 0,027 м2

Длина змеевика определяется по формуле

l = l1(z2/2) + (z2/2-1)рS2 = 5,85(40/2) + (40/2-1)*3,14*0,055 = 120,3 м

Поверхность нагрева экономайзера по формуле

H = рdlm = 3,14*0,032*78,8*50 = 604,4 м2

Эффективная толщина излучающего слоя

S = 0,9d((4/р)(S1S2 / d2)-1) = 0,9*0,032(1,273*0,075*0,044/0,001024- 1) = 0,122 м

5. Характеристики воздухоподогревателя

Весь расчет воздухоподогревателя сводится к правильному снятию размеров с чертежа. Эскиз воздухоподогревателя для котла Е-75-40 ГМ приведен на рис.10. Размеры и другие конструктивные характеристики приведены в таблице 10.1

Таблица 10.1 Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя

Наименование величин	Обозначение	Единица	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,04
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,0368
Число труб в ряду (поперек движения воздуха)	z1	шт	100
Число рядов труб по ходу воздуха	z2	шт	39
Поперечный шаг труб	S1	м	0,06
Продольный шаг труб	S2	м	0,042
Относительный поперечный шаг	S1 /d	-	1,5
Относительный продольный шаг	S2 /d	-	1,05
Расположение труб	-	-	Шахматное
Характер омывания труб газами	-	-	Продольное
Характер омывания труб воздухом	-	-	Поперечное
Число труб, включенное параллельно по газам	z0	шт	3900
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	4,15
Ширина воздухоподогревателя по ходу воздуха	b	м	6,122
Высота одного хода по воздуху (заводская)	hx	м	2,725
Площадь живого сечения для прохода воздуха (зав.)	Fв	м2	5,775
Поверхность нагрева ВЗП	Hвп	м2	2563

Определяется общее количество труб включенных параллельно по газам

zo=z1*z2=100*39=3900.

Площадь живого сечения для прохода газов определяют по формуле



Площадь живого сечения для прохода воздуха определяют по формуле

Fв = hx(b - z1d) = 2,725(6,122 - 100*0,04) = 5,755 м2,

Суммарная высота всех газоходов по воздуху

hтр = 3hx = 2*2,725 = 5,45 м.

Поверхность нагрева воздухоподогревателя:

Hвп = рdсрhтрz0 = 3,14*0,0384*5,45*3900 = 2563 м2.

Эффективная площадь излучающего слоя:

м

Компьютерный расчет

По всем перечисленным характеристикам заполняются таблицы для расчета трактов котла на компьютере при помощи программы "ТРАКТ". Схема трактов на рис.11.

При машинном расчете подбором Hэко, Hпе, Hух необходимо добиться,чтобы энтальпия пара за барабаном и насыщения была бы равна 668-669 и добиться, чтобы температуры tпе, tгв, tух должны быть приблизительно равны заданным.

В результате компьютерного расчета получили:

Hвзп =2563 м2 - по расчету

Hвзп =1995 м2

Hэко =604,4 м2- по расчету

Hэко =485 м2

Hкп2 =217,7 м2 - по расчету

Hкп2 =266 м2

Поверхность экономайзера увеличилась, следовательно увеличилось число рядов

число рядов увеличилось на 8шт.

В воздухоподогревателе изменили высоту одного хода по воздуху

м

м

Поверхность нагрева КП2 увеличилась следовательно увеличилоси количество петель в данном случае на 1 петлю

Длина змеевика в ЭКО

м

Изменение доли рециркуляции в топку.

Для того,чтобы выполнить спечзадание использовалась программа “Тракт”.

При работе с программой исходная информация меняется в строках 205001 и 208014.

Характеристика	Вариант
	Базовый	Первый	Второй
r	0	0,125	0,25
q3, %	0,5	0,6	0,8
q4, %	0	0,1	0,3

Газовое регулирование осуществляют рециркуляцией продуктов сгорания, поворотными горелками, переключенинм ярусов горелок, байпасированием продуктов сгорания.

Газовое регулирование применяют для поддержания требуемой температуры пара промежуточного перегрева. Газовое регулирование вызыывает дополнитнльный расход энергии на тягу или потерю тепла с уходящими газами, а также оказывает влияние напервичного пара, что усложняет эксплуотацию.

Отбираемые из конвективной шахты при температуре 259-350 oС (обычно после экономайзера) продукты сгорания рециркуляционным дымососом нагнетаются в топочную камеру, что позволяет перераспределить тепло менжду отдельными поверхностями нагрева в зависимости от принятого коэффициента рециркуляции. Чем выше этот коэффициент, тем больше полученный тепловой эффект.

Рециркулирующие продукы сгорания можно вводить в верхнюю или нижнюю часть топки. Сброс продуктов сгорания в нижнюю часть топки приводит к ослаблению прямой отдачи в топке и к повышению температуры продуктов сгорания на выходе из неё. Рециркуляция увеличивает также количество продуктов сгорания, проходящих через пароперегреватель. Оба обстоятельства вызывают увеличение конвективного теплообмена и повышение температуры перегретого пара. Рециркуляция также приводит к увеличению объема продуктов сгорания, но без повышения общего избытка воздуха в уходящих газах. Увеличенный объем продуктов сгорания в газоходах при рециркуляции несколько повышает , в связи с чем потеря тепла q2 возрастает.

Охлаждение продуктов сгорания при рециркуляции несколько снижает паропроизводительность, для восстановления которой увеличивают расход топлива, что дополнительно снижает КПД агрегата.

Размещено на Allbest.ru