Расчет котельного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Аннотация

Описание котельного агрегата

Расчет горения топлива

Определение присосов

Определение энтальпий продуктов сгорания

Экономичность работы парового котла. Расход топлива на котел

Тепловой расчет топочной камеры

Определение тепловосприятий ступеней пароперегревателя и температур пара после каждой ступени

Расчёт пароперегревателя

Расчёт водяного экономайзера

Расчёт воздухоподогревателя

Тепловой баланс котла

Тепловая схема котла Е-210-140

Список используемой литературы

Аннотация

котел тепловой пароперегреватель сгорание

Данная пояснительная записка к курсовому проекту представляет собой расчёт котельного агрегата прототипом которого является котел типа Е-210-140 вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, паропроизводительностью 210 т/ч. Сжигаемое топливо - мазут.

С. 40. Табл. 4. Рис. 13. Библиограф.: 3 назв.

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Продольный разрез котла после реконструкции……………………………...А1

Поперечный разрез котла после реконструкции……………………………...А1

Всего листов формата А1……………... …………………………...2

Описание котельного агрегата

Котельный агрегат типа Е-210-140 предназначен для работы на каменных и бурых углях, а также фрезторфе, сжигаемых в пылевидном состоянии.

Котел -- однобарабанный, радиационного типа, с естественной циркуляцией, выполнен по П-образной схеме, высокого давления (140 атм), паропроизводительность составляет 210 т/ч.

Топочная камера - призматическая, открытого типа, с сухим шлакоудалением, в сечении представляет прямоугольник с размерами в свету 9792х7040 мм, высота топки составляет 27,5 м, полностью экранирована трубами диаметром 60 мм с толщиной стенки 5 мм, расположенными с шагом 64 мм (сталь 20); состоит из транспортабельных блоков, каждый из которых представляет самостоятельный циркуляционный контур. В зависимости от вида сжигаемого топлива топочная камера оборудуется либо турбулентными горелками, расположенными на боковых стенах или с фронта, либо прямоточными щелевыми -- в углах топки. На фронте котла могут быть установлены шахтные мельницы.

Блоки топочной камеры подвешены на тягах к потолочному перекрытию каркаса котла и свободно расширяются вниз.

В верхней части топки трубами заднего экрана образован аэродинамический выступ. Фронтовой и задний экраны образуют в нижней части топки наклонные под углом в 55° скаты холодной воронки. Фестон однорядный.

Барабан котла -- сварной конструкции, внутренним диаметром 1600 мм с толщиной стенки 100 мм, выполненной из стали 22К.

Схема испарения -- двухступенчатая, с промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан котла, второй ступенью служат выносные сепарационные циклоны. Во вторую ступень включаются передние панели боковых экранов.

Внутрибарабанные устройства: внутрибарабанные циклоны, окружной дырчатый щит, потолочный пароприемный дырчатый щит, паропромывочный щит.

Горизонтальный газоход имеет размеры в горизонтальной плоскости 2594х9792 мм, высота составляет порядка 4 м, в котором располагается пароперегреватель котла радиационно-конвективного типа.

Радиационная часть выполнена в виде 16 ширм, расположенных на выходе из топки, и потолочных труб топочной камеры. Ширмы выполнены из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 5 мм (сталь 12Х1МФ). Потолочные трубы диаметром 32 мм с толщиной стенки 3,5 мм (сталь 20). По ходу пара радиационная часть представляет собой вторую ступень пароперегревателя.

Конвективная часть - трехступенчатая. Первая ступень по ходу пара (противоток) выполнена из труб диаметром 38 мм с толщиной стенки 4 мм, третья и четвертая (смешанный ток) - 42х4,5 мм (сталь 12Х1МФ).

Регулирование температуры перегретого пара осуществляется впрыском «собственного» конденсата в рассечку ширм (первая ступень впрыска) и в рассечку между третьей и четвертой ступенями пароперегревателя (вторая ступень впрыска). Bo избежание влияния температурных разверок в схеме пароперегревателя предусмотрены перебросы пара «края -- середина» во второй, третьей и четвертой ступенях.

Опускной газоход имеет размеры в горизонтальной плоскости 5800х9792 мм, в котором располагаются скомпонованные в рассечку экономайзер и воздухоподогреватель.

Водяной экономайзер двухступенчатый, 1-ая ступень - двухпоточная, 2-ая - однопоточная, изготовлен из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3,5 мм (сталь 20).

Воздухоподогреватель - трубчатый, по воздуху шестиходовой и двухпоточный. Состоит из 24 кубов высотой 3,7 м каждый, расположенных в три яруса по высоте и две колонки по глубине котла. Кубы имеют одинаковые размеры и выполняются из углеродистых электросварных труб диаметром 40 мм и толщиной стенки 1,6 мм. Крайние по фронту котла кубы отличаются от средних тем, что имеют обшивку одной торцевой стенки.

Расширение кубов воздухоподогревателя и перепускной системы воспринимается компенсаторами типа “гармошка”.

Для очистки поверхностей нагрева от шлака и золы предусмотрена установка обдувочных приборов и дробеочистки в конвективной шахте.

Обмуровка топочной камеры - облегченного типа, крепится на экранных трубах, толщина составляет от 100 до 500 мм.

Каркас котла -- металлический, сварной конструкции.

Котел снабжен необходимой арматурой, устройствами для отбора проб пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами. Процессы питания котла, регулирования перегретого пара и горения автоматизированы. Предусмотрены средства тепловой защиты.

Котлоагрегат поставляется транспортабельными блоками.



Рис. 1 Продольный разрез котельного агрегата



Рис 2 Поперечный разрез котельного агрегата

Расчет горения топлива

Из справочных данных [2, с.164-165] выбираем состав топлива:

Мазут высокосернистый
	83	10,4	0,7	2,8	3	0,1

Состав задан в процентах по массе.

Пересчет топлива на новый состав

Сжигаемое топливо имеет в составе % и % - из задания.

Заданное содержание соединений серы и золы отличается от имеющегося в выбранном топливе, поэтому произведем пересчет его состава

Определим пересчетный коэффициент:

 [3]

Произведем пересчет состава топлива на рабочую массу:

Мазут высокосернистый
	82,06	10,28	0,69	3,5	2,97	0,5

Определение низшей теплоты сгорания

[3]

Определение теоретического расхода воздуха для сжигания топлива

Теоретический количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, рассчитывается для коэффициента расхода воздуха =1.

[2, c.16]

Определение состава продуктов сгорания

Рассчитаем теоретический состав продуктов сгорания топлива, воспользовавшись следующими формулами [2, с.16]:

;

;

;

В объем водяных паров следует включить пар, необходимый для распыливания мазута [2, c.16]. Примем расход пара равным [4]. Тогда:

; [2, c.16]

Суммарный объем продуктов сгорания равен:

;

Объемные доли трехатомных газов:

Масса дымовых газов:

[2, c.16]

Определение присосов

Присосы в каждой поверхности определяются по справочным данным [1, c.18-19]

Таблица 1

Объемы продуктов сгорания и объемные доли трехатомных газов

Величины	Размерность	Поверхность нагрева
		топка	п/п. 1 ст.	п/п. 2 ст.	эк.	в/п
''	--	1,13	1,16	1,19	1,23	1,29
	--	0,08	0,03	0,03	0,04	0,06
cp=0,5('+'')	--	1,09	1,145	1,175	1,21	1,26
Объём водяных паров:		1,7276	1,7366	1,7415	1,7472	1,7553
Полный объём продуктов сгорания:		12,185	12,75	13,058	13,418	13,932
Объёмные доли: - 3-х атомных газов:	--	0,1277	0,122	0,1192	0,1159	0,1117
- водяных паров:	--	0,1418	0,1362	0,1334	0,1276	0,1229
Суммарная объёмная доля:	--	0,2695	0,2582	0,2526	0,2435	0,2346

Объем трехатомных газов не зависит от величины присосов, меняется только их объемная доля в общем кол-ве газов.

Определение энтальпий продуктов сгорания

, где - расчетная температура, . [1, c.23]

Энтальпия продуктов сгорания при избытке в-ха :

Таблица 2

Теплоемкости воздуха, газов и водяных паров в интервале температур от 0 до

100	1,320	1,700	1,490	1,300	1,497	1335	265	255	1039	1558
200	1,330	1,780	1,515	1,305	1,533	2690	554	519	2085	3158
300	1,340	1,860	1,540	1,310	1,570	4065	868	791	3140	4800
400	1,355	1,920	1,565	1,320	1,602	5481	1195	1072	4219	6486
500	1,370	1,980	1,590	1,330	1,633	6927	1540	1362	5313	8216
600	1,385	2,030	1,615	1,340	1,662	8404	1895	1660	6424	9979
700	1,400	2,080	1,640	1,350	1,690	9911	2266	1967	7551	11783
800	1,415	2,125	1,665	1,365	1,718	11448	2645	2282	8725	13652
900	1,430	2,170	1,690	1,380	1,747	13015	3039	2605	9924	15568
1000	1,445	2,200	1,715	1,395	1,770	14613	3423	2938	11146	17507
1100	1,460	2,230	1,740	1,410	1,793	16241	3817	3279	12392	19488
1200	1,465	2,255	1,770	1,420	1,815	17779	4211	3638	13615	21464
1300	1,470	2,280	1,800	1,430	1,837	19326	4612	4008	14853	23474
1400	1,480	2,305	1,825	1,435	1,855	20954	5021	4377	16052	25450
1500	1,490	2,330	1,850	1,440	1,873	22603	5438	4754	17258	27450
1600	1,495	2,350	1,875	1,450	1,892	24190	5851	5139	18537	29526
1700	1,500	2,370	1,900	1,460	1,910	25788	6269	5533	19831	31633
1800	1,510	2,390	1,920	1,465	1,925	27487	6694	5920	21070	33684
1900	1,520	2,410	1,940	1,470	1,940	29206	7125	6314	22316	35755
2000	1,530	2,425	1,960	1,475	1,953	30946	7547	6715	23571	37832
2100	1,540	2,440	1,980	1,480	1,967	32705	7973	7123	24833	39929
2200	1,545	2,450	2,000	1,490	1,980	34374	8387	7537	26191	42115
2300	1,550	2,460	2,020	1,500	1,993	36053	8804	7959	27566	44328

Таблица 3

Энтальпия продуктов сгорания в газоходах, кДж/кг

			Участки газохода
			топка	п/п. 1 ст.	п/п. 2 ст.	эк.	в/п 1
				Д		Д		Д		Д		Д
100	1335	1558	1678		1752		1792		1838		1905
200	2690	3158	3400	1722	3548	1797	3629	1838	3723	1885	3858	1953
300	4065	4800	5166	1765	5389	1841	5511	1882	5653	1930	5857	1999
400	5481	6486	6979	1814	7281	1892	7445	1934	7637	1984	7911	2054
500	6927	8216	8839	1860	9220	1939	9428	1983	9670	2033	10017	2106
600	8404	9979	10735	1896	11198	1978	11450	2022	11744	2074	12164	2147
700	9911	11783	12675	1939	13220	2022	13517	2067	13864	2120	14359	2195
800	11448	13652	14682	2008	15312	2092	15655	2138	16056	2192	16628	2269
900	13015	15568	16739	2057	17455	2143	17846	2190	18301	2245	18952	2323
1000	14613	17507	18822	2083	19626	2171	20064	2219	20576	2275	21306	2355
1100	16241	19488	20950	2128	21843	2217	22330	2266	22899	2323	23711	2404
1200	17779	21464	23064	2114	24042	2199	24575	2245	25197	2299	26086	2376
1300	19326	23474	25213	2149	26276	2234	26856	2281	27532	2335	28499	2412
1400	20954	25450	27336	2123	28488	2212	29117	2261	29850	2318	30898	2399
1500	22603	27450	29484	2149	30728	2239	31406	2289	32197	2347	33327	2429
1600	24190	29526	31703	2219	33034	2306	33760	2354	34606	2410	35816	2489
1700	25788	31633	33954	2251	35373	2339	36146	2387	37049	2442	38338	2522
1800	27487	33684	36158	2203	37669	2297	38494	2348	39456	2407	40830	2492
1900	29206	35755	38384	2226	39990	2321	40866	2372	41888	2432	43349	2518
2000	30946	37832	40617	2233	42319	2329	43248	2381	44331	2442	45878	2529
2100	32705	39929	42872	2255	44671	2352	45652	2404	46797	2466	48432	2554
2200	34374	42115	45209	2337	47100	2429	48131	2479	49334	2537	51053	2621
2300	36053	44328	47573	2364	49556	2456	50637	2506	51899	2565	53702	2649

Экономичность работы парового котла. Расход топлива на котел

КПД и потери теплоты

КПД проектируемого котельного агрегата можно определить из обратного теплового баланса:

; [1, c.26-27]

Задача расчета сводится к определению тепловых потерь для принятого типа парового котла и сжигаемого топлива. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от выбранной температуры газов, покидающих паровой котел, и избытка воздуха и определяется по формуле

;

где - энтальпия уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³; определяется при избытке воздуха в продуктах сгорания за воздухоподогревателем.

Температура уходящих газов принимается из задания = 160?С. Тогда теплоемкость газов при этой температуре определим интерполяцией по таблице 2:

Для 100?С - , для 200?С -

Отсюда для 160?С -

;

- энтальпия холодного воздуха при расчетной температуре и =1.

- располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/кг.

- физическая теплота топлива.

Для мазута:

- температура должна быть в пределах 90..140?С. Принимаем условно .

-

- теплота пара форсуночного дутья.

Энтальпия пара выбирается исходя из параметров пара, используемого для распыливания:

- давление 0,3 - 0,6 МПа, принимаем 0,5 МПа;

- температура 280-350?С, принимаем 300?С.

Энтальпия пара с этими параметрами: 2929,1 . [2, c.209]

[1, c.27]

;

- отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому.

,

где - температура воздуха на входе в воздухоподогреватель.

Потери от недожога составляют для работающих на мазуте котлов 0,1-0,5 % [1, c.36]. Примем их = 0,2 %. Из них составляет 0,15 %, а - 0,05 %.

Таким образом %

Потери теплоты от наружного охлаждения котла через внешние стенки:

% [1, c.27]

Итого:

%

Определение расхода топлива

; [1, c.28-29]

= 58,3 кг/с - расчетная паропроизводительность котла - из задания.

Продувка из задания = 0,5% < 2% - можно не учитывать ввиду малозначительности.

- для давления перегретого пара 14 МПа и t = 570?С. [2, c.219]

- для давления питательной воды 16,1 МПа и t = 230?C. [2, c.208]

.

Тепловой расчет топочной камеры

Геометрические характеристики топочной камеры

Топочная камера - призматическая, с уравновешенной тягой, в сечении представляет прямоугольник с размерами в свету 95206656 мм. Стены топочной камеры экранированы трубами диаметром 60 мм с толщиной стенки 5 мм, расположенными с шагом 64 мм (сталь 20).

Геометрические характеристики топочной камеры определяем по рис. 1 и 2:

а = 9,52 м;b = 6,656 м;

м; м; м; м;

м; м;

d=60 мм; s=64 мм;

Объём топочной камеры:

Тепловое напряжение объёма топки:

Полученное напряжение меньше расчетного значения 290 . [2, c.201]

Необходимо провести поверочный расчет топочной камеры.



Тепловые характеристики топочной камеры

Выбираем температуру подогрева воздуха [1,c.15].

Энтальпия горячего воздуха, вносимого в топку (t = 250?С) по таблице 2:

Энтальпия холодного воздуха (t = 25?С): Рис. 3 Геометрические

параметры топки

Тепло, вносимое в топку с воздухом: [1, c.37]

Полезное тепловыделение в топочной камере:

Адиабатная температура горения T_a соответствует условию, когда всё полезное тепловыделение воспринимается продуктами сгорания. В данном расчёте топки котла температуру определяем, используя данные таблицы 3, по известному значению Q_т, принимая Q_т=H_г:

Отсюда .

Задаемся температурой газов на выходе из топки:. [1, c.39]

Энтальпия газов на выходе из топки: - из таблицы 3.

Удельное тепловосприятие топки:

, где коэффициент сохранения теплоты;

Расчет теплообмена в топке

Итогом расчета теплообмена в топочной камере должно стать действительное значение температуры газов на выходе из нее. Это значение должно отличаться от ранее принятого не более чем на 100?С.

Температура на выходе из топки:

[1, c.157]

где - абсолютная адиабатная температура горения, К;

-средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

-коэффициент излучения среды в топочной камере;

M - коэф-т учитывающий положение ядра факела по высоте топочной камеры;

- средняя теплоемкость газов.

,

где - энтальпия газов на выходе из топки,; определяется из таблицы 3.

При сжигании мазута , где - относительная высота положения максимума температур в топке. [1, c.40]

,

где м - высота размещения горелок [1, c.33].

м - расчетная высота заполняющего топку факела - определяется по рис.1.

[1, c.40]

;

- угловой коэффициент экрана.

Условный коэф-т загрязнения =0,55, так как топка имеет открытые гладкотрубные настенные экраны и мазутное топливо. [1, c.41]

Для топочных экранов , для плоскости отделяющий объем топки на входе в ширму х=1, =0,55, для мазута А=900^оС.

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов:

;

Определим площадь стен топочной камеры:

мІ

мІ

мІ

мІ

мІ

Определим коэф-т теплового излучения топочной камеры:

;

Коэф-т теплового излучения факела при сжигании жидкого топлива:

;

;

м - эффективная толщина излучающего слоя.

- коэф-т ослабления лучей топочной средой. [1, с.43]

p = 0,1 МПа - давление газов в топочной камере. [1, c.42]

Определим :

;

m = 0,55 [1, c.44]

Определим действительную температуру газов на выходе из топки:

Расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки, равной 1200^оС, не превышает 100 ^оС, поэтому расчёт считаем законченным. Далее расчет ведем по .

Степень экранирования топки:

Лучевоспринимающая поверхность стен топки:

мІ

Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топочных экранов:

.

Определение тепловосприятий ступеней пароперегревателя и температур пара после каждой ступени

Определим тепловосприятие пароперегревателя:

- для давления перегретого пара 14 МПа и t = 570?С. [2, c.219]

- для давления насыщенного пара в барабане 14,6 МПа и t = 340?С. [2, c.205]

= 60-80 . Примем = 60 . Разделим этот теплоперепад между пароохладителями следующим образом: = 40 -в первом пароохладителе,

= 20 - во втором.

Распределим полученное тепловосприятие по ступеням пароперегревателя:

- = 0,3= 284,8 - ширмовый п/п;

- =0,175=166,1- первая ступень конвективного п/п;

- = 0,525=498,3- вторая ступень конвективного п/п.

Определим потери давления в пароперегревателе:

МПа

Поделим эти потери между ступенями:

- 0,2 МПа - ширмовый п/п;

- 0,2 МПа - первая ступень конвективного п/п;

- 0,2 МПа - вторая ступень конвективного п/п.

= 1456,2 - при давлении впрыскиваемой воды

МПа и температуре .

Рассчитаем требуемый расход пара на впрыск. Для второго пароохладителя:

D = 58,3 кг/c, = 20 . Тепло, которое должно быть сообщено пару после впрыска:

кДж. Отсюда расход воды на впрыск кг/с.

Аналогично для первого пароохладителя:

D = 58,3 - 0,8 = 57,5 кг/c, = 40 ; кДж; кг/с.

Определим температуры и энтальпии пара по ходу пароперегревателя. Температуры определяем по давлениям и найденным удельным значениям энтальпии из таблиц водяного пара.

После 1-го пароохладителя:

- энтальпия пара кДж

- удельная энтальпия пара

После 2-го пароохладителя:

- энтальпия пара кДж

- удельная энтальпия пара

Таблица 4

Изменение параметров пара в пароперегревателе

	Расход пара, кг/с	Давление, МПа	Температура, ?С	Удельная энтальпия,	Энтальпия, кДж
На входе в ширму	55,92	14,6	340	2622,9	146672,57
На выходе из ширмы	55,92	14,4	380,2	2907,7	162598,6
На входе в КПП-1	57,5	14,4	372,3	2867,8	164898,5
На выходе из КПП-1	57,5	14,2	409,2	3033,9	174449
На входе в КПП-2	58,3	14,2	403,5	3012,0	175615
На выходе из КПП-2	58,3	14,0	568,5	3508,3	204534

Расчет пароперегревателя

Расчет ширмового пароперегревателя

Ширмы изготовлены из труб диаметром d=32 мм с толщиной стенки д=4 мм.

Поперечный шаг между ширмами s₁ выбирается таким, чтобы при всех возможных режимах работы котла не возникало полного перекрытия межширмового пространства шлаками, таким образом, s₁=610 мм, тогда продольный шаг труб в ширме s₂ = =d+(0,0030,004)=0,032+0,003= 0,035 м.

Количество ширм рассчитываем по формуле z₁=() - 1=() -1= 16. При этом расстояние от ширм до стен = (). Выбор числа труб n в ленте ширмы следует проверить из условия надежности охлаждения металла труб по допустимой массовой скорости пара [800-1600 кг/(м²•с)].

Массовая скорость пара в ширмах определяется по действительному расходу пара в ширмах:

,

где D_ш - расход пара в ширме;

- число ходов пара в ширмах (=1);

- внутренний диаметр труб ширм.

D_ш = D_пп - D_впр1 - D_впр2 =58,3 - 1,58 - 0,8 = 55,92 кг/с.

Здесь D_{впр1, 2} - расход пара на первый и второй впрыски.

Принимаем число труб n=8 и проверяем по массовой скорости.

кг/м²•с.

Полученная массовая скорость попадает в рекомендуемый диапазон, следовательно, выбор числа труб верен.

Глубина ширм с зависит от продольного шага s₂, числа труб в ленте n и числа ходов . Число ходов ленты ширмы зависит от теплообменной поверхности и необходимой по условиям охлаждения массовой скорости пара и обычно принимается четным, в данном случае - двум.

с = [ (n - 1)• s₂ + d ] •+1,5(- 1) = [ (8 - 1)•0,035 + 0,032 ] •2 + 1,5=2,05 м.

Угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм:

Расчетная поверхность нагрева ширмового пароперегревателя:

Здесь м - высота ширмы, - угловой коэффициент ширмы [1, c.112].

Площадь живого сечения для прохода газов:

.

Примем температуру разов на выходе из ширмы = 1050?С.

Скорость дымовых газов:

м/с.

Лучевоспринимающие поверхности входного и выходного сечений:

Проходное сечение для пара:

Тепловосприятие ширм, получаемое излучением из топки Q_л = Q_{л вх} - Q_{л вых.}

Теплота, получаемая излучением из топки ;

где - коэф-т, учитывающий теплообмен между топкой и ширмами [1,с.42]

- коэф-т распределения тепловой нагрузки по высоте топки; для топок с твердым шлакоудалением в верхней трети топки = 0,8.

= 148,3

- лучевоспринимающая поверхность ширм в топке.

мІ

кДж/кг

Теплота, получаемая из топки и ширм на поверхности за ширмами:

;

где - коэффициент излучения газовой среды;

- угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм = 0,1456;

- средняя температура газов в ширме, =1125+273=1398 К;

- поправочный коэффициент, для жидкого топлива =0,5 [1, c.55].

Эффективная толщина излучающего слоя:

Коэффициент ослабления лучей

Коэффициент излучения газовой среды

Для сажи:

m = 0,55 [1, c.44]

= 1684,6 -881,4 = 803,2 кДж/кг

Температура пара на входе в ширму ^оС, тогда средняя температура пара t_ср = ==360 ^оС. Среднее давление в ширме = 14,5 МПа. По таблицам определяем средний удельный объем пара 0,0134 м³/кг.

Скорость пара:

Выбираем противоточное движение теплоносителей.

Температурный напор:

.



Рис. 4 График изменения температур сред в ширмовом пароперегревателе

Коэффициент теплопередачи:

; [1, c.114]

Коэффициент загрязнения =0,0015 при сжигании мазута.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

;

Коэффициент использования =0,85.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности:

[1, c.122-123]

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде [1, c.132]:

Температура стенки труб:

[1,c.139]:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания для запыленного потока газов:

[1,c.141]

Тогда

кДж/кг

кДж/кг

Несходимость тепловосприятий:

< 2%

Расчет выполнен верно.

Расчет фестона

Фестон рассчитывается поверочным способом.

Изменение температуры в фестоне примем =10 ^оС, так как фестон однорядный. Таким образом, температура на выходе из фестона , по таблице находим энтальпию газов на выходе из фестона кДж/кг. Средняя температура в поверхности нагрева =(1050+1040)/2=1045 ^оС.

Балансовое тепловосприятие фестона:

кДж/кг

Фестон представляет собой один ряд труб наружным диаметром d=100 мм, с поперечным шагом s₁=600 мм.

Количество труб:

z₂=1 - для однорядного фестона.

Теплообменная поверхность:

м²

Лучевоспринимающая поверхность

м²

Площадь живого сечения для прохода газов

Скорость дымовых газов:

м/с

Тепловосприятие труб за счет излучения:

;

где - угловой коэффициент фестона, =0,34. [1, c.112]

кДж/кг

Полное тепловосприятие труб:

Q_т=Q_б+Q_л=245+300=545 кДж/м³

Тепловосприятие труб по уравнению теплопередачи:

;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности:

[1, c.124]

Температура стенки труб:

^оС

Эффективная толщина излучающего слоя:

м

Коэффициент ослабления лучей:

Коэффициент излучения газовой среды:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания:

Ошибка в расчетах менее 5%, что допустимо.

Расчёт конвективного пароперегревателя

Схема конвективного пароперегревателя - противоток с коридорным расположением труб.

1 ступень:

S₁ = 105 мм - поперечный шаг трубы;

S₂ = 65 мм - продольный шаг трубы;

d_н = 0,042 м - наружный диаметр труб;

= 0,005 м - толщина стенки трубы;

d_вн = 0,032 м - внутренний диаметр трубы;

- относительный поперечный шаг трубы;

- относительный продольный шаг трубы.

2 ступень:

S₁ = 80 мм - поперечный шаг трубы;

S₂ = 56 мм - продольный шаг трубы;

d_н = 0,040 м - наружный диаметр труб;

= 0,0045 м - толщина стенки трубы;

d_вн = 0,031 м - внутренний диаметр трубы;

- относительный поперечный шаг трубы;

- относительный продольный шаг трубы.

Тепловосприятие конвективного пароперегревателя составляет 70% от общего тепловосприятия пароперегревателя и определяется разностью между полным тепловосприятием пароперегревателя и тепловосприятием ширмы:

Q_{1, 2} = 12960-3178,3 = 9781,7 кДж/кг.

Тепловосприятия ступеней разделим так: 75% на вторую по пару ступень и 25% - на первую.

Q_б2 =7336,5 кДж/кг, Q_б1 =2445,5 кДж/кг.

Энтальпия газов на выходе из второй ступени по пару конвективного пароперегревателя определяется из уравнения теплового баланса:

;

где - присосы в пароперегревателе.

кДж/кг.

Температура газов на выходе из второй ступени пароперегревателя определяется по таблице -=653 ^оС.

Средняя температура газов в ступени =(1040+653)/2=846,5 ^оС.

После ширмы температура пара регулируется впрыском «собственного» конденсата. Температура пара на входе во вторую ступень пароперегревателя = 403,5 ^оС.

Температура пара на выходе из ступени =568,5 ^оС.

Средняя температура пара t_cр=(403,5+568,5)/2=486 ^оС.

Энтальпия газов на входе в первую ступень конвективного пароперегревателя определяется из уравнения теплового баланса:

,

где - присосы в пароперегревателе.

кДж/кг.

Температура газов на выходе из первой по пару ступени пароперегревателя определяется по таблице -=522 ^оС.

Средняя температура газов в ступени =(653+522)/2=587,5 ^оС.

После ширмы температура пара регулируется впрыском «собственного» конденсата. Температура пара на входе в первую ступень пароперегревателя = 372,3 ^оС.

Температура пара на выходе из ступени =409,2 ^оС.

Средняя температура пара t_cр=(372,3+409,2)/2=390,8 ^оС.

Вторая ступень пароперегревателя

Рис. График изменения температур сред во второй ступени пароперегревателя

Движение - противоток.

Температурный напор:

t_б = 1040-568,5 =471,5 ⁰С ;

t_м = 653-403,5= 249,5 ⁰C - разности температуры продуктов сгорания и температуры пара.

Число труб пароперегревателя в ряду: z=.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

мІ

Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе пароперегревателя:

м/с

В крупных к/а используют двухходовые пароперегреватели. Примем число рядов змеевиков = 2.

Тогда число параллельно включенных труб n =.

Массовая скорость пара:

кг/м²•с

Полученное значение удовлетворяет допустимым значениям.

Расчетная скорость пара в змеевиках:

Давление пара на входе и выходе из второй ступени пароперегревателя

тогда Р_ср=14,1 МПа.

V_ср = 0,0217 м³/кг - средний удельный объем пара определяется по таблицам воды и водяного пара при t_ср = 486 ⁰C и P_ср = 14,1 МПа или по I-S диаграмме.

f =0,785?d²_вн?z = 0,7850,031²121=0,0913 м² - площадь живого сечения (z - число параллельно включённых труб).

Определим степень черноты газового потока.

Эффективная толщина излучающего слоя:

м

Коэффициент ослабления лучей:

Коэффициент излучения газовой среды

Температура стенки трубы пароперегревателя, принимаемая равной при сжигании мазута на 25?С выше средней температуры проходящей среды.

^оС

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

_к = _нС_zC_sC_ф ;

где С_z = 1; C_s =0,95; С_ф = 1; _н =103 Вт/м²К [1];

_к = 10310,951 = 97,9 Вт/м²К.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1]:

[1, c.132]

где С_d - поправочный коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи излучением по средней т-ре газов T_ср=846,5°С и t_з=511?С

Вт/м²•К

где о - коэффициент излучения факела.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания стенке:

, =1.

Вт/м²•К;

где о - коэффициент использования, для пароперегревателя равен 1 [1].

Коэффициент теплопередачи:

,

где = 0,65 - коэффициент тепловой эффективности [1, с.145].

.

Поверхность нагрева пароперегревателя:

Общее число труб:

Количество пар труб в секции по ходу пара:

z₂= Z/z₁= 3626/121=30.

Проверка производиться путем конструктивного расчета: подсчитываем количество рядов труб пароперегревателя: z=30, площадь поверхности теплообмена можно определить по формуле:

F = =мІ.

Длина одного змеевика:

число петель:

Число петель принимаем равным 8.

Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов

м

Определим погрешность расчета:

кДж/кг

Первая ступень пароперегревателя



Рис График изменения температур сред в первой ступени пароперегревателя

Движение - противоток.

Температурный напор:

где t_б = 653-409,2 =243,8 ^?С ;

t_м = 522-372,3= 149,7 ⁰C - разности температуры продуктов сгорания и температуры пара.

Число труб пароперегревателя в ряду: z=.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

мІ

Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе пароперегревателя:

,

_г = (413,058(587,5 +273))/(15,75273) = 11,2 м/с.

В крупных к/а используют двухходовые пароперегреватели. Примем число рядов змеевиков = 2.

Тогда число параллельно включенных труб n =.

Массовая скорость пара:

кг/м²•с.

Полученное значение удовлетворяет допустимым значениям.

Расчетная скорость пара в змеевиках:

Давление пара на входе и выходе из второй ступени пароперегревателя

тогда Р_ср=14,3 МПа.

V_ср = 0,01647 м³/кг - средний удельный объем пара по таблицам воды и водяного пара при t_ср = 391 ⁰C и P_ср = 14,3 МПа или по I-S диаграмме.

f=0,785?d²_вн?n = 0,7850,032²92=0,074 м² - площадь живого сечения (n - число параллельно включённых труб).

Степень черноты газового потока:

Эффективная толщина излучающего слоя:

м.

Коэффициент ослабления лучей

Коэффициент излучения газовой среды .

Температура стенки трубы пароперегревателя, принимаемая равной при сжигании мазута на 25?С выше средней температуры проходящей среды.

^оС.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

_к = _нС_zC_sC_ф

где С_z = 1; C_s =0,96; С_ф = 1; _н =78 Вт/м²К [1];

_к = 7810,961 = 74,9 Вт/м²К. [1, c.122]

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1]:

[1, c.132]

где С_d - поправочный коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи излучением по средней т-ре газов T_ср=587,5°С и t_з=416?C:

Вт/м²•К

где о - коэффициент излучения факела.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания стенке:

, =1.

Вт/м²•К;

где о - коэффициент использования, для пароперегревателя равен 1 [1].

Коэффициент теплопередачи:

,

где = 0,65 - коэффициент тепловой эффективности [1, с.145].

.

Поверхность нагрева пароперегревателя:

Общее число труб:

Количество пар труб в секции по ходу пара:

z₂= Z/z₁= 2784/92=30.

Проверка производиться путем конструктивного расчета: подсчитываем количество рядов труб пароперегревателя: z=30, площадь поверхности теплообмена можно определить по формуле:

F = =мІ.

Длина одного змеевика:

число петель:

Принимаем число петель равное 8.

Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов

м

Определим погрешность расчета:

кДж/кг

Расчет водяного экономайзера

Водяной экономайзер изготовлен из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3,5 мм (сталь 20).

Исходя из теплового баланса, чтобы на выходе из котла получить нужную температуру дымовых газов, необходимо передать в экономайзере 4000 кДж тепла.

Температура дымовых газов: '=522 ^oC, ''=313^оС.

Температура воды: t'= 230^oC, t''=290^оС.

Температурный напор для противоточной схемы:

где t_б = 522-290 =232 ⁰С ;

t_м = 313-230= 83 ⁰C - разности температуры продуктов сгорания и температуры пара.

Рис График изменения температур сред в экономайзере



Рис Конструктивные характеристики экономайзера

Схема - противоточная с шахматным расположением труб. Принимаем стальной змеевиковый экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков.

S₁=76 мм - поперечный шаг,

S₂=48 мм - продольный шаг,

d_н=32 мм - наружный диаметр.

,

=3,5 мм - толщина стенки трубы,

z₁= - число труб в ряду,

а и b - размеры газохода, соответственно 9,79м и 5,8м.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

мІ

Действительная скорость продуктов сгорания:

м/с

где

Скорость воды:

м/с,

где D - расход среды с учётом продувки;

- средний удельный объём воды при среднем давлении 16,1 МПа;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности при поперечном омывании шахматных пучков:

[1, c.124-125]

где С_l - поправка на относительную длину;

С_ф - поправка на изменение физических характеристик;

С_z - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газа.

Эффективная толщина излучающего слоя:

м

Коэффициент ослабления лучей

.

Коэффициент излучения газовой среды .

Вт/м²•К

где о - коэффициент излучения факела.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания стенке:

, =1.

Вт/м²•К;

где о - коэффициент использования, для экономайзера равен 1 [1].

Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

Вт/м²•К;

где =0,7 коэффициент тепловой эффективности

Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера:

Общее число труб:

z₂= Z/z₁=4915/127=39.

Проверка производиться путем конструктивного расчета:

F = =мІ.

Длина одного змеевика:

Число петель:

Глубина пакета экономайзера по ходу газов:

м

Определим погрешность расчета:

кДж/кг

Относительная погрешность составляет не более 5%, поэтому расчет можем считать законченным,

Расчёт воздухоподогревателя

Рис. Конструктивные характеристики воздухоподогревателя

Тип воздухоподогревателя -рекуперативный.

S₁=60 мм,

S₂=40 мм,

z₁ - число рядов труб,

z₂ - число труб в ряду,

d_н= 40 мм, = 1,5 мм.

Размеры газохода a = 9,79 м, b = 5,8 м.

z₁=, z₂=.

Тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе (воздух подогреваем до 250 ^оС): кДж/кг.

Температура дымовых газов на входе и выходе из в/п: '=313 ^oC, ''=163 ^oC.

Температура воздуха на входе и выходе из в/п: t'=70 ^oC, t''=250 ^oC (движение воздуха противоположно движению газов).

Температурный напор:

Рис График изменения температур сред в воздухоподогревателе

Скорость продуктов сгорания:

м/с,

где

Скорость воздуха в воздухоподогревателе:

;

z_x= 4-число ходов воздуха.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания стенке:

[1, с.130-131]

, так как воздухоподогреватель одноступенчатый

Коэффициент теплоотдачи от стенки воздуху при поперечном омывании шахматных пучков:

[1, c.124-125]

Коэффициент теплоотдачи:

k= Вт/м²К.

где о =0,85- коэффициент использования. [1, c.147]

Площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя:

Высота трубной поверхности

м.

Высота хода воздухоподогревателя:

h_ход = h_вп / z_xoд =4,65/4=1,12 м.

Высота воздухоподогревателя полная:

h_вп =h_x • z_{х од} +? h_об = 1,12•4+1,2=5,68 м.

Проверим площадь воздухоподогревателя конструкторским методом:

Относительная погрешность составляет менее 5%, поэтому расчет можем считать законченным,

Тепловой баланс котла

Температура уходящих газов на выходе из котельного агрегата равна 163 C. Принятая ранее температура на выходе из котла, равная 160С отличается ненамного, что говорит о погрешностях в расчете. По [1]:

,

.

Рис. Тепловая схема котельного агрегата Е-210-140

Список используемой литературы

1. Липов Ю. М. Компоновка и тепловой расчёт парового котла. М.: Энергоатомиздат,1988.

2. Тепловой расчёт котельных агрегатов. Нормативный метод. под ред. Кузнецова Н. В. М., “Энергия”, 1973.

3. Хзмалян Д. М., Каган Я. А. Теория горения и топочные устройства. М., «Энергия», 1976.

4. Лекции по курсу «Котельные установки» Ю.В. Шацких за 2006-2007 учебный год.

Размещено на Allbest.ru