Котельные установки, их устройство

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

19

Котельные установки, их устройство

Оглавление

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

2. Топливо и продукты горения

3. Определение расчётного расхода топлива

4. Выбор схемы сжигания топлива

5. Поверочный расчёт топки

5.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топки

5.2 Расчёт теплообмена в топке

6. Поверочный расчёт фестона

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

Список литературы

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

1) Расчётно-технологическая схема трактов парового котла с отображением компоновки поверхностей нагрева представлена на рисунке 1.1. Величина коэффициента избытка воздуха _м^II =1.1 при использовании жидкого топлива (высокосернистый мазут). Значение присосов воздуха в газоходы для заданного парового котла:

Элементы парового котла	Газоходы	Величина присоса
Топочная камера	Топки паровых котлов для жидкого топлива	0,05
Котельные пучки	Фестон	0
Пароперегреватели	Первичный пароперегреватель	0,03
Экономайзеры	Для котлов D>50т/ч	0,02
Воздухоподогреватели(трубчатые)	Для котлов D>50т/ч	0,03

Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:

2. Топливо и продукты горения

Вид топлива: высокосернистый мазут:

WР;%	AР;%	SР;%	CР;%	HР;%	NР;%	OР;%	QР;ккал/кг	VГ;%	T ;oC
3,0	0,1	2,8	83,0	10,4	0,0	0,7	9260	--	--

Объёмы воздуха и продуктов горения при =1,0 и 760 мм.рт.ст.:

Расчитываем приведённую влажность W^П и зольность А^П

Для контроля проверим баланс элементарного состава:

C^P+ H^P+ S^P+ N^P+ O^P+ A^P+ W^P=100%

83.0%+10.4%+2.8%+0.7%+0.1%+3.0%=100%

При >1 объёмы продуктов горения, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, безразмерную концентрацию золы, массу газов, их плотность расчитывают по всем газоходам для средних и конечных значений .

Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и водяных паров, концентрация золы

№	Величина	Единицы		АР=0,1%
				Газоходы
				Топка и фестон	Паропере-греватель	Экономай- зер	Воздухопо- догреватель
1	Коэф избытка воздуха за газоходом	--		1,1	1,13	1,15	1,18
2	Средний коэф избытка воздуха в газоходе	--		1,1	1,115	1,14	1,165
3		м3/кг	за	1,376	---	---	1,389
			ср	---	1,379	1,383	1,387
4		м3/кг	за	12,026	---	---	12,855
			ср	---	12,182	12,441	12,700
5		--	за	0,1306	---	---	0,1221
			ср	---	0,1289	0,1262	0,1236
6		--	за	0,1144	---	---	0,1081
			ср	---	0,1132	0,1112	0,1092
7		--	за	0,2450	---	---	0,2302
			ср	---	0,2421	0,2374	0,2328
8		кг/кг	За	15,652	---	---	16,718
			Ср	---	15,852	16,185	16,518
9		кг/кг	За	6,07	5,92	5,82	5,68
			Ср	6,07	5,99	5,87	5,75

Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы уносимую газами принимаем а_ун=0,95=95%:

значит энтальпию золы не учитываем.

Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)

газоход	Тем-ра газов
Топка и фестон (при т'')	2200	9780	8286	828,6	10608,6
	2100	9287	7878	787,8	10074,8	533,8
	2000	8794	7470	747	9541	533,8
	1900	8304	7062	706,2	9010,2	530,8
	1800	7819	6654	665,4	8484,4	525,8
	1700	7338	6256	625,6	7963,6	520,8
	1600	6858	5858	585,8	7443,8	519,8
	1500	6381	5460	546	6927	516,8
	1400	5912	5062	506,2	6418,2	508,8
	1300	5443	4664	466,4	5909,4	508,8
	1200	4973	4276	427,6	5400,6	508,8
	1100	4519	3888	388,8	4907,8	492,8
	1000	4068	3500	350	4418	489,8
	900	3619	3123	312,3	3931,3	486,7
Паропе-регреватель при пе''	700	2741	2388	310,44	3051,44	----
	600	2319	2023	262,99	2581,99	469,45
	500	1909	1667	216,71	2125,71	456,28
	400	1506	1320	171,6	1677,6	448,11
Эконо-майзер при эк''	500	1909	1667	250,05	2159,05	----
	400	1506	1320	198	1704	455,05
	300	1114	982	147,3	1261,3	442,7
Воздухо-ль при вп''=ух	300	1114	982	176,76	1290,76	----
	200	733	649	116,82	849,82	440,94
	100	362	322	57,96	419,96	429,86

3. Определение расчётного расхода топлива

Располагаемое тепло топлива Q^р_р находим по формуле:

Q^р_р=Q^р_н+Q_в.вн+i_тл

Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне парового котла (Q_в.вн), учитываем, т.к. топливо проектируемого котла высокосернистый мазут:

Q_в.вн=(''-_т +_вп)[(I^o_в)'- I^o_хв];

где (I^o_в)' при t'_вп =100 ^oC (I^o_в)'=322 ккал/кг;

(I^o_хв) при t =30 ^oC; I^o_хв=9,5V^o =9,510,20=96,9 ккал/кг;

Q_в.вн=(1,1-0,05+0,03)[322-96,9]=243,108 ккал/кг;

Величину физического тепла топлива находим по формуле:

i_тл= C_тл t_тл, где t_тл =100 ^oC; C_тл =0,415+0,0006t_тл=0,415+0,0006100=0,475ккал/(кг ^oC);

i_тл= 0,475100=47,5 ккал/кг;

Q^р_р=Q^р_н+Q_в.вн+i_тл=9260+243,108+47,5=9550,6 ккал/кг;

Потери теплас химическим недожогом q₃=0,5%;с механическим недожогом q₄=0,0%;

Потеря тепла с уходящими газами:

t_ух=175 ^oC; I_ух=742.355ккал/кг; _ух=1,18;

Потеря тепла от наружного охлаждения котла: q₅=0.76%;

КПД парового котла “брутто” находят по методу обратного баланса:

_пк=100-(q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆)=100-(6,58+0,5+0,76)=92,16%;

Коэффициент сохранения тепла:

Расход топлива, подаваемого в топку:

где Qпк=Dк(I_пе- I_пв)1000; при P_пе=40кгс/см² и t_пе=450^oC I_пе=795,4 ккал/кг; а при P_пв=1,08P_б=1,0845=48,6 кгс/см² и t_пв=150^oC I_пе=151,6 ккал/кг;

Qпк=75(795,4- 151,6)1000=4,828510⁷ккал/кг;

Расход топлива используют при выборе и расчёте элементов системы пылеприготовления, числа и производительности углемазутных устройств, числа и мощности горелочных устройств, тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностями нагрева производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива.

4. Выбор схемы сжигания топлива

Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и качества топлива. Подготовка к сжиганию мазута заключается в удалении из него механических примесей, повышении давления и подогрева для уменьшения вязкости.

В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100130^оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 3040 м/с.

5. Поверочный расчёт топки

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.

5.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топки

По чертежу парового котла определяем размеры топки и заполняем таблицу

№	Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Источник или формула	Топочные экраны	Выходное окно
					Фронтовой	Боко-вой	задний
					Основн Часть	Под		Основн часть	Под
1	Расчётная ширина экранированой стенки	bст	м	Чертёж или эскиз	,78	5,78	5,02	5,78	5,78	5,78
2	Освещённая длина стен	lст	м	Чертёж или эскиз	13,47	2,25	---	7,75	2,25	3,55
3	Площадь стены	Fст	м2	bст *lст	77.89	13.01	45	44.80	13.01	20.52
4	Площадь стен не занятых экранами	Fi	м2	Чертёж или эскиз	9.05	0.0	6.04	5.37	0.0	---
5	Наружний диаметр труб	d	м	Чертёж или эскиз	Для всех 0,06
6	Число труб	Z	шт		53	53	45	53	53	---
7	Шаг труб	S	м		0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	---
8	Отн шаг труб	S/d	-	---	0.16667
9	Расстояние от оси до обмуровки	е	м		0,06	0,06	0,06	0,06	0,06	---
10	Относ.	e/d	-	---	1	1
11	Угловой коэф экрана	X	-	Номограмма	0,96	1	0,96	0,96	1	1
12	Коэф загрязнения		-	таблица	0,55	0,2	0,55	0,55	0,2	0,55
13	Коэф тепловой эффективности экрана		-		0,53	0,2	0,53	0,53	0,2	0,55

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:

Активный объём топочной камеры определяют по формуле:

Эффективная толщина излучающего слоя:

5.2 Расчёт теплообмена в топке

Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки _т^II с критерием Больцмана B_o, степенью черноты топки а_т и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок.

Определяем полезное тепловыделение в топке Q_т и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Т_а :

Где количество тепла, вносимое в топку с воздухом Q_в, определяют по формуле:

Полезное тепловыделение в топке Q_т соответствует энтальпии газов I_а, котрой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е Q_т= I_а Т_а=2377 К;

Степень черноты топки а_т и критерий Больцмана В₀ зависят от искомой температуры газов на выходе _г^II.

Принимаем _г^II = 1100 ⁰С:

Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания определяют по формуле:

6. Поверочный расчёт фестона

В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен четырёхрядный испарительный пучок, образованный трубами бокового топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.

По чертежам парового котла составляем таблицу:

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Ряды фестона	Для всего фестона
			1	2	3	4
Наружный диаметр труб	d	м	0,06
Количество труб в ряду	Z1	--	18	18	18	17	--
Длина трубы в ряду	LI	м	4,35	4,3	4,3	4,45	--
Шаг труб: Поперечный	S1	м	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Продольный	S2	м	--	0,22	0,22	0,22	0,22
Угловой коэф фестона	Хф	--	--	--	--	--	1
Расположение труб	--	--	Шахматное
Расчётная пов-ть нагрева	H	м2	13,7	13,7	13,9	13,3	55,4
Размеры газохода: высота	aI	м	4,15	4,2	4,25	4,3	--
ширина	B	м	5,78	5,78	5,78	5,78	--
Площадь живого сечения	F	м2	19,5	19,9	20,1	20,6	20,0
Относительный шаг труб Поперечный	S1/d		5	5	5	5	5
Продольный	S2/d	--	--	3.67	3.67	3.67	3.67
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	--	--	--	--	1,21

Длину трубы в каждом ряду L_i определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду Z₁ определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Поперечный шаг S₁ равен утроённому или уетверённому шагу заднего экрана топки, если этот экран образует соответственно три или четыре ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольные шаги S₂^ср в целом определяем как среднее арифметическое значение, т.к поверхности нагрева рядов близки между собой.

Принимаем Х_ф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя

(в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

По S₁^ср и S₂^ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона S_ф

6.2) Расположение труб в пучке - шахматное, омывание газами - поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода `а' определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода `b' одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

6.3) Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

F_i = a_ib - Z₁ l_iпрd; где l_iпр - длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.

F_ср находим как среднее арифметическое между F₁ и F₄.

6.6) Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Н_i = dZ_1i l_i; где Z_1i - число труб в ряду; l_i - длина трубы в ряду по её оси.

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Н_i = Н₁ + Н₂ + Н₃ + Н₄ = 13,7+13,7+13,9+13,3 = 55,4 м;

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

Н_доп = 0,05Н_ф Н_i^I = Н_ф + Н_доп = 55,4 + 0,0555,4 = 58,17 м;

6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

6.8) Ориентировачно принимают температуру газов за фестоном на 30100⁰С ниже, чем перед ним:

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов перед фестоном		0С	1058
Энтальпия газов перед фестоном		ккал/кг	4957,1
Объёмы газов на выходе из топки при т	Vг	м3/кг	12,026
Объёмная доля водяных паров	rH2O	--	0,1144
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	--	01306
Концентрация золы в газоходе	зл	кг/кг	6,0710-5
Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб=45кгс/см2	tн	0С	256,23

6.9) Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

Где k--коэффициент теплопередачи,t--температурный напор,

Н--расчётная поверхность нагрева.

6.9.1)При сжигании мазута коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

Где _к--коэффициент теплоотдачи конвекцией; _л--коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; -- коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1;

6.9.2)Для определения _к--коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

для фестона при скорости газов 4,23 м/с равен 0,65;

Для нахождения _к по номограммам определяем _н=38 ккал/м²ч^оС и добавочные коэффициенты: С_z=0,92; С_ф=0,97; С_s=0,94; _к = _нС_zС_фС_s = 380,920,970,94 = 31,9 ккал/м²ч^оС;

6.9.3) Для нахождения _л используем номограммы и степень черноты продуктов горения `a':

Для незапылённой поверхности kpS = k_гr_nSp, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,245;

р_nS = r_nS = 0,2451,21 = 0,296;

По номограмме находим k_г = 0,88;

По номограмме находим С_г=0,98; _н=115 ккал/м²ч^оС; _л = _наС_г =1150,30,98=33,81 ккал/м²ч^оС;

Находим температурный напор:



6.10)Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

т.о поверочный расчёт выполнен.

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

паровой котел пароперегреватель экономайзер воздухоподогреватель

7.1) При выполнении расчёта в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчётов до проведения поверочно-конструкторских расчётов пароперегревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.

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

7.3) Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при P_пе=40 кгс/см² и t_пе=450^oC i_пе=795.8 ккал/кг;

при P_б=45 кгс/см² и температуре насыщения i_н=668,1 ккал/кг;

i_по=20 ккал/кг;

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Q_пе^л =0), а угловой коэффициент фестона Х_ф=1.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Q_пе^к = Q_пе.

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

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним _пе=544⁰С;

7.4)Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприя-тие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:

где I^о_гв находим по t_гв=235^oC I^о_гв=765,55 ккал/кг;

_вп - отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

где I_ух - энтальпия уходящих газов, которую находим по t_ух=175^oC I_ух=742,36 ккал/кг;

I^о_ух - энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при t_прс=( t_гв + t^I_в)/2=(235+100)/2=167,5 ^oC I_прс=542,7 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним _эк=283⁰С;

Список литературы

1. Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией Н.В. Кузнецова. - М.: Энергия, 1973. -296с.

2. Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. - М.: Энергия, 1974. -360с.

3. Методические указантя по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново, 1987. -36с.

4. Методические указантя по определению коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей нагрева паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1987.

5. Методические указантя по поверочному расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1987.

6. Методические указантя по конструкторскому расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1991. -36с.

7. Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. -Л.: Энергия, 1972.--200с.

8. Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. -М.: Энерго- атомиздат, 1985. -376с.

Размещено на Allbest.ru