Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет котельного агрегата

Введение

На данном этапе исторического развития человечество уже не может обойтись без использования энергии. Энергетика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, целью которой является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной энергии во вторичную (электрическую или тепловую).

Энергетика России включает в себя тепловые, атомные электростанции, гидроэлектростанции (включая гидроаккумулирующие и приливные), прочие электростанции (ветро-, гелиостанции, геотермальные станции), электрические и тепловые сети, самостоятельные котельные.

По статистике большинство электростанций в России - тепловые. Принцип работы тепловых станций основан на последовательном преобразовании химической энергии топлива в тепловую и электрическую энергию для потребителей. Тепловые электростанции работают на органическом топливе, таком как уголь, мазут, газ, сланцы, торф. Среди них главную роль, следует отметить, играют мощные (более 2 млн. Квт) ГРЭС - государственные районные электростанций обеспечивающие потребности экономического района, работающие в энергосистемах. Основными элементами тепловых электростанций являются котлоагрегаты, устройства для передачи некоторому теплоносителю тепловой энергии за счёт сжигания топлива, и паровые турбины, в которых энергия пара преобразуется в механическую работу.

Данная работа посвящена проведению поверочного расчета котельного агрегата Е-75-3,9-440 ГМ, предназначенного для работы на газообразном жидком топливе. В работе содержится расчет котла на жидком топливе (высокосернистый мазут).

Описание котельного агрегата

Котел Е-75-3,9-440 ГМ - это котел с естественной циркуляцией; с газоплотным исполнением ограждающих поверхностей нагрева, однобарабанный, вертикально-водотрубный, П-образной сомкнутой компоновки, с уравновешенной тягой. Воздухоподогреватель вынесен в отдельной шахте за пределами котла.

Топочная камера призматической формы, представляет собой газоплотную блочную конструкцию, выполненную из цельносварных мембранных панелей заводского изготовления. Трубы топочных экранов - 60х 4мм с шагом 100мм с вваркой между ними полосы 4х 40мм. Размеры топки по осям труб 4800х 5440мм. В нижней части фронтовой и задний экраны топки образуют сомкнутые скаты. Жёсткость и прочность стен топки обеспечивается, установленными по периметру горизонтальными, поясами жёсткости. Топка и газоходы котла Е-75-3,9-440ГМ оснащены необходимым количеством гарнитуры (лючков и лазов) для организации измерений и наблюдения за топочным процессом и состоянием поверхностей нагрева, обслуживания и ремонта. котел нагрев циркуляция

Для обеспечения требований по выбросам оксидов азота на котле применена схема двухступенчатого сжигания топлива с установкой малотоксичных горелок и рециркуляцией дымовых газов. При этом процесс сжигания топлива разбит на две зоны.

В первую (основную) зону - (малотоксичные горелки 4 шт., установленные на боковых стенах топки встречно в два яруса) подаётся воздух с избытком б ? 0,85 в смеси с газами рециркуляции.

Во вторую зону - зону дожигания - (сопла третичного воздуха, расположенные на боковых стенах) подаётся горячий воздух в количестве ? 20% от теоретически необходимого (б ? 0,2).

Горелки оборудованы форсунками, электрогазовыми запальниками и устройствами сигнализации о наличии пламени запальника и факела форсунки, обеспечивающие дистанционный розжиг горелок.

Барабан котла имеет внутренний диаметр 1500мм и длину цилиндрической части 6080мм. Для обеспечения требуемого качества пара и уменьшения потерь тепла с непрерывной продувкой применена схема двухступенчатого испарения с необходимыми сепарационными устройствами.

Первую ступень испарения (чистый отсек) образуют фронтовые, задние и боковые (кроме задних панелей) экраны, замыкающиеся на барабан.

Сепарационные устройства первой ступени испарения расположены в барабане и представляют собой сочетание внутрибарабанных циклонов, листов для барботажной промывки пара и дырчатых листов. Пароводяная смесь из экранов, включенных в первую ступень испарения, поступает во внутрибарабанные циклоны, где происходит отделение капель воды из пароводяной смеси.

Вторую ступень испарения (соленый отсек) образуют задние панели боковых экранов, замыкающиеся на выносные циклоны. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны, установленные вертикально на потолочных рамах каркаса котла с левой и правой стороны его.

В опускном газоходе по ходу газов последовательно расположены поверхности нагрева пароперегревателя и экономайзера.

Пароперегреватель котла по характеру восприятия тепла конвективного типа состоит из пароперегревательных поверхностей, экранирующих потолок, боковые и заднюю стены опускного газохода, а также конвективных поверхностей пароперегревателя, расположенных в опускном газоходе. Регулирование температуры пара в период эксплуатации осуществляется впрыском "собственного" конденсата в пароохладитель. Конденсат для впрыска получают в установках "собственного" конденсата. Пароперегреватель выполнен из гладких труб, а экономайзер в мембранном исполнении. Коллекторы поверхностей нагрева котла и трубопроводы имеют необходимые дренажные и воздушные линии, а также трубопроводную обвязку с арматурой.

Для подогрева воздуха применён трубчатый воздухоподогреватель. В зависимости от вида сжигаемого топлива возможна компоновка котла с двухступенчатым воздухоподогревателем с расположением двух ступеней в одном ярусе (при сжигании природного газа) или с двухступенчатым воздухоподогревателем с предвключенным кубом для предварительного подогрева воздуха (при сжигании высокосернистого мазута).

Каркас котла представляет собой пространственную металлоконструкцию, ужесточённую ригелями, силовыми площадками и раскосами. Площадки и помосты котла изготовлены из просечно-вытяжного листа.

Котёл Е-75-3,9-440ГМ оснащён системами аварийного слива и продувок, предохранительными клапанами пружинного типа, устройствами измерения уровня, отбора проб, дозирования реагентов.

Расчет материального баланса системы горения

Котел Е-75-3,9-440ГМ предназначен для работы на природном газе и мазуте. Рассмотрим в качестве топлива высокосернистый мазут.

В таблице 1 приведен состав высокосернистого мазута и процентное содержание входящих в него веществ.

Таблица 1. Состав топлива

Рабочая масса топлива, состав %
				Cp	Hp	Np	Op
1,00	0,06	2,55	85,04	10,64	0,71	0,71

Теоретический объем воздуха, для сжигания одного кг жидкого топлива (при б=1), определяется по следующей формуле:

где - количество углерода на рабочую массу топлива, % (таблица 1);

количество серы на рабочую массу топлива, % (таблица 1);

количество водорода на рабочую массу топлива, % (таблица 1);

количество кислорода на рабочую массу топлива, % (таблица 1).

Теоретический объем азота, находится по следующей формуле:

где теоретически необходимый объем воздуха, .

количество азота на рабочую массу топлива, % (таблица 1).

Объем трехатомных газов, определяется по следующей формуле:

где количество углерода на рабочую массу топлива, % (таблица 1);

количество серы на рабочую массу топлива, % (таблица 1).

Объем водяных паров определяется по следующей формуле:

где количество водорода на рабочую массу топлива, % (таблица 1);

влажность топлива на рабочую массу, % (таблица 1);

теоретически необходимый объем воздуха, .

Суммарный объем всех паров, находится по формуле:

Подсчитаем объемы газов и их массу для различных участков газохода и занесем их в таблицу 2, где:

Объем водяных паров ;

Полный объем газов ;

Объемная доля трехатомных газов ;

Объемная доля водяных паров ;

Суммарная объемная доля ;

Масса дымовых газов ;

Концентрация золовых частиц .

Таблица 2. Объемы газов и их массы для различных участков газохода.

Объемная доля водяных паров	Размерность	Топка	Пароперегреватель	Экономайзер	Воздухоподогреватель
			Первичный	Промежуточный
среднее a в газоходах		1,05	1,08	1,11	1,19	1,31
(a-1)Ч		0,5114	0,81824	1,12508	1,94332	3,17068
		1,366	1,371	1,376	1,389	1,409
		7,483	7,790	8,097	8,915	10,143
		0,213	0,205	0,197	0,179	0,157
		0,182	0,174	0,168	0,152	0,134
		0,395	0,379	0,365	0,331	0,291
		15,025	15,426	15,827	16,895	18,498
		0,0000419	0,000042	0,0000421	0,0000423	0,0000425

Энтальпия продуктов сгорания по газоходам

Энтальпию продуктов сгорания , при коэффициенте избытка воздуха .

Энтальпия газов при коэфициенте избытка воздуха температуре



где объем трехатомных газов, ;.

энтальпия трехатомных газов, ;

теоретический объем водяных паров, ;

энтальпия водяных паров, ;

теоретический объем азота, ;

энтальпия азота, .

Энтальпия воздуха определяется из следующего выражения:

где теоретически необходимый объем воздуха, ;

- энтальпия влажного воздуха, .

Энтальпию золы определяем по формуле:

,

где ? энтальпия 1 кг золы, .

Энтальпии газов, воздуха и золы при различных температурах возьмем из таблицы 3.

Таблица 3. Энтальпия газов, воздуха и золы при различных температурах.

Подсчитанные значения энтальпий предсталены в таблице 4.

Таблица 4. Энтальпия продуктов сгорания (Н -T таблица).

T кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	H, кДж/кг
				топка	первичный ПП	промежуточный ПП	экономайзер	ВП
				1,05	1,08	1,11	1,19	1,31
100	1530	1357	0,048	1598	1639	1680	1788	1951
200	3098	2731	0,101	3235	3316	3398	3617	3945
300	4713	4122	0,158	4919	5043	5167	5497	5991
400	6366	5544	0,216	6644	6810	6976	7420	8085
500	8067	7006	0,275	8418	8628	8838	9399	10240
600	9814	8489	0,336	10239	10494	10748	11427	12446
700	11603	10013	0,397	12104	12404	12705	13506	14707
800	13422	11547	0,460	14000	14347	14693	15617	17002
900	15285	13123	0,525	15942	16336	16729	17779	19354
1000	17176	14708	0,590	17912	18353	18794	19971	21736

Тепловой баланс котельного агрегата

В качестве топлива для котла используется высокосернистый мазут, значит, потери тепла от химической неполноты сгорания принимаются = 0,15% потери от механической неполноты сгорания ??0%, потери тепла в окружающую среду принимаются в зависимости от производительности котла: для 75 т/ч = 0,8%, потери тепла с физическим теплом шлаков ? 0%.

Определяем тепловые потери с уходящими газами:

где - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах;

- энтальпия уходящих газов,

- начальная энтальпия холодного воздуха. Для данного котла = 368,8

- располагаемое тепло на 1 кг рабочего тела

,

где

- присосы холодного воздуха в газовом тракте котла за пароперегревателем. .

где - энтальпия продуктов сгорания. Для нашего котла = 7346,6 ;

- энтальпия воздуха. Для нашего котла = 6414,2

В данном случае определяется низшей теплотой сгорания топлива , , а определяется по формуле

где - температура топлива (принимаем 90 °С)

- теплоемкость рабочего топлива

Теплоемкость для мазута:

Тогда

Полезно используемое тепло в котле:

где D - расход пароперегревателя. Для данного котла = 75 т/ч = 20,8 кг/с;

- энтальпия перегретого пара. Для данного котла = 3362,4

- энтальпия питательной воды. Для данного котла = 898,3

Полный расход топлива:

Расход действительно сгоревшего топлива:



Табл.5. Расчетные характеристики теплового баланса

Величина	Расчетная формула или обоснование	Расчет	.
Располагаемая теплота , кДж/кг			15,28
Температура уходящих газов tуг,°С	определяется из табл.1.	-	143
Энтальпия воздуха и продуктов сгорания, в дымовых газах: а) воздуха , кДж/м 3 б) продуктов сгорания , кДж/м 3	определяются по таблице "Энтальпии воздуха и продуктов сгорания на 1кг твердых и жидких топлив при--a--= 1 ккал/кг"	при температуре 143°С	760,43 976.73
Содержание кислорода в дымовых газах О 2, % об	определяется по таблице "Технологические характеристики твердых энергетических топлив"	-	4,1
Коэффициент избытка воздуха в дымовых газах a			1,24
Присосы холодного воздуха в газовом тракте за пароперегревателем	определяется по таблице "Расчетные присосы холодного воздуха в топках и газоходах паровых котлов"	-	0,03
Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах aуг	a+	1,24 + 0,03	1,27
Энтальпия уходящих газов Нуг, кДж/кг		976,73 + (1,27 - 1) • 760,43	1182,05
Энтальпия холодного воздуха Нхв, кДж/м 3	определяется для tхв=30°С по справочнику;	- 1,24 • 414	513,36
Потеря теплоты от механического недожога q4, %	определяется по таблице "Расчет механизированных топок"	_	4,5
Потеря теплоты от химического недожога q3, %	определяется по таблице "Расчет слоевых механизированных топок"	-	0,1
*Потеря теплоты с уходящими газами q2, %			4,1
Потеря теплоты в окружающую среду q5	определяется по прил. П 3 "Потери теплоты от наружного охлаждения"	-	0,5
Потеря теплоты со шлаком q6	Георгий Жихар "Котельные установки тепловых электростанций" (гл. 6.2.5. Потеря с физической теплотой шлаков)	-	0,008
Коэффициент сохранения теплоты ц			0,995
Сумма тепловых потерь ?qi	q2+q3+q4+q5+q6	4,1+0,1+4,5+0,5+0.008	9,208
Энтальпия перегретого пара hпп, кДж/кг	определяется по прил. П 4 "Энтальпия насыщенного и перегретого пара"	-	3491,1
КПД котла hка, %	100-?qi	100 - 9,208	90,792
Энтальпия питательной воды hпв, кДж/кг	определяется по прил. П 5 "Энтальпия воды"	-	998,1
Расход перегретого пара D, кг/с	определяется из исходных данных	-	117
Полезно использованная теплота в котле (теплота продувочной воды не учитывается так как qпр<2%) Qпол, кДж/c	D(hпп - hпв)	117 • (3491,1 - 998,1)	291669,3
Полный расход топлива В, м 3/с, (м 3/ч)		• 3,6	75,7
Расход действительно сгоревшего топлива Вр, м 3/с, (м 3/ч)			72,29

Тепловой расчет топочной камеры

Расчетные характеристики теплообмена в топке

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет
Коэффициент избытка воздуха в топке		____	по таблице XIX "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод"	1,05
Присос воздуха в систему пылеприготовления		____	по таблице XVII "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод"	0,04
Температура горячего воздуха			Исходные данные	207
Энтальпия горячего воздуха		КДж/кг	по таблице XV "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод"	3260
Тепло вносимое воздухом в топку		КДж/кг		(1,05- 0,04)*3260 + 0,04*368,8 = 3307
Полезное тепловыделение в топке		КДж/кг
Теоретическая температура горения		К	Принимается с последующим уточнением	2091
Температура газов на выходе из топки		К	Принимается предварительно	1643
Относительное положение максимума температур		_____
Коэффициент		_____
Эффективная толщина излучающего слоя топки		м
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
Коэффициент поглощения топочной среды
Критерий Бугера		_____
Энтальпия газов на выходе из топки		КДж/кг	по таблице XV "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод"	24664
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания
Коэффициент тепловой эффективности экрана		_____	(Таблица 6-3. "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод")

Коэффициент сохранения тепла		_____
Количество тепла, воспринятого в топке		КДж/кг
Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева
Теплонапряжение топочного объема (до ширм)

Эффективное значение критерия Бугера Вы определяется по формуле:

Температура газов на выходе из топки:

Расчет фестона

Предварительно, для ведения расчета фестона задаются значением температуры газов на выходе из фестона (примем за эту температуру - температуру газов перед пароперегревателем = 1120 оС [1]), затем считаются уравнения теплового баланса и теплопередачи .

Расчет уравнения баланса тепла , или :

где: - коэффициент сохранения тепла (из расчета топки = 0,998);

- теплосодержание дымовых газов на входе в фестон (для данного котла 12161,25 ;

- теплосодержание газов на выходе из фестона (при заданной температуре = 11776,5 . ;

Тогда:

Расчет уравнения теплопередачи , или :

где: k - коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде (среде), текущей внутри труб фестона,;

Дt - температурный напор, оС;

H - поверхность нагрева фестона. Для данного котла Н = 45 м;

В - расчетный расход топлива, кг/с (рассчитан ранее; В = 4,85 ).

где ш - коэффициент тепловой эффективности пучка (рассчитан ранее; ш=0,45);

- коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании дымовыми газами расположенных в шахматном порядке гладких труб, [4];

- коэффициент теплоотдачи излучением трехатомных газов, [4].

где: и - температура воды на входе и выходе из фестона, °С (соответственно, 276 и 230 °С);

и - температура дымовых газов перед и после фестона ( = из расчета топки).

Тогда: 1320 - 276 = 1044 °С; 1120 - 230 = 890 °С

Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно, а расчёт фестона считается законченным.

Конвективные пучки рассчитываются также как фестон. В зависимости от типа в котле может быть 2-3 пучка. Обычно пучки считаются как одна целая поверхность нагрева.

Табл.7. Расчетные характеристики фестона

Величина	Расчетная формула или пояснение	Результат расчета
Высота фестона, Н, м	Из исходных данных	8,9
Температура газов на входе в фестон, , ?С	Температура перед пароперегревателем	1428
Энтальпия газов на входе в фестон, ,	h-t диаграмма продуктов сгорания	21326
Температура газов за фестоном,, ?С	Принимаем с последующим уточнением	1000
Энтальпия газов на выходе из фестона, ,	h-t диаграмма продуктов сгорания	17428
Тепловосприятие ширм по балансу, ,
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы,
Коэффициент теплопередачи, k
Температурный напор, , К
Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи, ,		= 386,88319
Необходимость тепловосприятия фестона, ?Qф, %		• 100 % = 2,8 %

Разница между тепловосприятиями и не превышает 5%, что допустимо. Поверочный расчет фестона выполнен

Расчет пароперегревателя

Табл.9.Расчетные характеристики пароперегревателя

Величина	Расчетная формула или способ определения	Результат расчета
Температура насыщенного пара tнп, К	Из исходных данных	528
Энтальпия насыщенного пара hнп, кДж/кг	Из диаграммы "Теплофизические свойства воды и водяного пара"	2797,7
Энтальпия перегретого пара h?пп, кДж/кг	По таблице "Энтальпия насыщенного и перегретого пара"	3362,4
Расчетный расход топлива Вр, м 3/c	Из расчета теплового баланса котла	1,56
Тепловосприятие пароперегревателя Qпп,
Присосы холодного воздуха в зоне пароперегревател ??пп		0,03
Коэффициент избытка воздуха перед пароперегревателем ??пп
Коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем	???пп=?	1,02
Энтальпия продуктов сгорания за пароперегревателем , кДж/м 3	по таблице XV "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод"	7167
Энтальпия воздуха за пароперегревателем , кДж/м 3	по таблице XV "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод"	6260
Энтальпия газов за пароперегревателем , кДж/м 3
Коэффициент сохранения теплоты ?	Из расчета теплового баланса	0,99
Энтальпия холодного воздуха , кДж/м 3	Из расчета теплового баланса	368,8
Энтальпия продуктов сгорания перед пароперегревателем , кДж/м 3
Температура газов перед пароперегревателем , К	по таблице XV "Тепловой расчет котлов. Нормативный метод"	1373
Температурный напор ?t, К
Поверхность нагрева пароперегревателя Fпп, м 2	Из конструктивных данных	165
Коэффициент теплопередачи k, кВт/(м 2К)

Размещено на Allbest.ru