МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТКафедра ТЭС
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ПАРОВЫМ КОТЛАМТепловой расчет парогенератора ГМ-50-1
Выполнил: студент группы III-1xxАнтонов П.А.
Иваново2003Оглавление
Введение
Аннотация
Последовательность пуска котла
Плановый останов котла
I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла.
Выбор коэффициентов избытка воздуха
II. Топливо и продукты горения
III. Определение расчётного расхода топлива
IV. Выбор схемы сжигания топлива
V. Поверочный расчёт топки
V.1. Определение конструктивных размеров и характеристик топки
V.2. Расчёт теплообмена в топке
VI. Поверочный расчёт фестона
VII. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла
VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя
IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева
IX.I Расчёт водного экономайзера
IX.II Расчёт воздушного подогревателя
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Парогенератор ГМ-50-1.
Топочная камера обьемом 144 м полностью экранирована трубами 60´3мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы фронтового и заднего экранов образуют под топки. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров.
На боковых стенах топочной камеры размещены по три основные газомазутные горелки, с фронта – две дополнительные. В барабане находится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Вторая ступень вынесена в выносные циклоны Ø 377 мм.
Пароперегреватель – конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Æ 32´3 мм и поперечным шагом 75 мм.
Экономайзер – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб Æ 28´3 мм. Продольный шаг – 50 мм, поперечный – 70 мм.
Воздухоподогреватель - стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 40´1,5мм. Поперечный шаг труб - 60 мм, продольный – 42 мм.
Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора приведены в аннотации.
АННОТАЦИЯ
В данном курсовом проекте производится расчет парогенератора ГМ-50-1, исходя из следующих данных:
1. Тип котла ГМ-50-1__________________________
2. Номинальная паропроизводительность ДК = 50 т/ч
3. Рабочее давление в барабане котла РК = 45 кгс/см2
4. Рабочее давление на выходе из пароперегревателя РПЕ = 40 кгс/см2
5. Температура перегретого пара tПЕ = 440 °С
6. Температура питательной воды tПВ = 140 °С
7. Температура уходящих газов tУХ = 150 °С
8. Температура горячего воздуха tГВ = 220 °С
9. Вид и марка топлива мазут м/с (№ 96)_____________
10. Тип топочного устройства: камерная.
В результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены следующие изменения:
В пароперегревателе добавлены две петли.
Расчётная поверхность пароперегревателя – 296,26 м.
В экономайзере убрана одна петля во втором пакете.
Расчётная поверхность экономайзера – 412,65 м.
Высота газохода для размещения экономайзера – 2,425 м.
Расчётная поверхность ВЗП - 1862,88 м.
Число ходов по воздуху n = 3.
Высота хода по воздуху h = 2,161 м.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПУСКА КОТЛА
1. Внешний осмотр (исправность горелок, вентиляторов, дымососов; топка, газоходы, арматура (запорная, регулирующая); КИП; автоматика, подвод напряжения).
2. Открывают воздушники, линию рециркуляции ЭКО, линию продувки пароперегревателя, закрывают дренажи, клапан непрерывной продувки, главные паровые задвижки 1 и 2.
3. Котел заполняют деаэрированной водой с температурой 60-70 и контролируют разность температур. Время заполнения водой 1-1,5ч. Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы.
4. Включают дымосос и вентилируют топку и газоходы 10-15 мин.
5. Устанавливают разряжение и включают мазутные растопочные форсунки , чтобы при отсутствии пара .
6. При появлении пара из воздушников-2, их закрывают.
7. Растопочный пар, расхолаживая пароперегреватель, выводиться через линии продувки пароперегревателя.
8. При продувают воздухоуказательные колонки и экранную систему.
9. При открывают ГПЗ–1, закрывают линии продувки пароперегревателя, прогревают соединительный паропровод, выпуская пар через растопочный расширитель.
10. Периодически подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.
11. Увеличивают расход топлива до
12. При включают непрерывную продувку.
13. При открывают растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.
13. При и увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают котел в магистраль.
14. Переходят на основное топливо и увеличивают нагрузку до номинальной.
15. Включают автоматику.
ПЛАНОВЫЙ ОСТАНОВ КОТЛА
1. Предупреждают турбинное отделение о снижении нагрузки
2. Плавно снижают нагрузку до 40%.
3. Прекращают подачу топлива и гасят топку.
4. Вентилируют топку и газоходы 15 мин.
5. Продувают трубную систему через дренажи. Через 8-14 часов продувку повторяют.
6. Продувку пара осуществляют сначала через растопочное РОУ, потом через растопочный расширитель, а затем через линию продувки парогенератора.
7. Переодически подпитывая котел, следят за уровнем, чтобы Tcт(верх) - Тст(ниж) < 40 оС.
8. Скорость расхолаживания < 0,3 (оС/мин)
9. При температуре воды tв =50 оС и Р = 1 атм открывают дренажи и котел опорожняют, после чего выводят в ремонт.
I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха
1.1) Расчётно-технологическая схема трактов парового котла с отображением компоновки поверхностей нагрева представлена на рисунке 1.
1.2) Величина коэффициента избытка воздуха aт’’ =1,1 при использовании жидкого топлива (малосернистый мазут). Значение присосов воздуха в газоходы для заданного парового котла:
Элементы парового котла | Газоходы | Величина присоса a |
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 | 0,08 |
Воздухоподогреватели(трубчатые) | Для котлов D£50т/ч | 0,06 |
Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:
№ | Газоходы | Коэффициент избытка воздуха за газоходом a’’ | Величина присоса Da | Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе a |
1 | Топка и фестон | |||
2 | Пароперегре-ватель | =1,13 | ||
3 | Экономайзер | =1,21 | ||
4 | Воздухоподо-греватели | +0,06=1,27 |
II. Топливо и продукты горения
2.1) Вид топлива: Мазут малосернистый (№96)
Wp | Ap | Sp | Сp | Нp | Np | Op | Qp H |
3,0 | 0,05 | 0,3 | 84,65 | 11,7 | - | 0,3 | 9620 |
2.2) Объёмы воздуха и продуктов горения при a=1,0 и 760 мм.рт.ст.:
Расчитываем приведённую влажность WП и зольность АП
Для контроля проверим баланс элементарного состава:
CP+ HP+ SP+ NP+ OP+ AP+ WP=100%
84,65%+11,7%+0,3%+0,3%+0,05%+3,0%=100%
2.3) При a>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 a.
Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и водяных паров
№ | Величина | Единицы | АР=0,05% | ||||||||||||||||||||||||||
Газоходы | |||||||||||||||||||||||||||||
Топка и фестон | Паропере-греватель | Экономай- зер | Воздухопо- догреватель | ||||||||||||||||||||||||||
1 | Коэф избытка воздуха за газоходом a’’ | - | 1,1 | 1,13 | 1,21 | 1,27 | |||||||||||||||||||||||
2 | Средний коэф избытка воздуха в газоходе a | - | 1,1 | 1,115 | 1,17 | 1,24 | |||||||||||||||||||||||
3 | м3/кг | за | 1,5271 | - | - | 1,5562 | |||||||||||||||||||||||
ср | - | 1,5297 | 1,5391 | 1,5510 | |||||||||||||||||||||||||
4 | м3/кг | за | 12,5591 | - | - | 14,3936 | |||||||||||||||||||||||
ср | - | 12,7210 | 13,3145 | 14,0698 | |||||||||||||||||||||||||
5 | -- | за | 0,1258 | - | - | 0,1098 | |||||||||||||||||||||||
ср | - | 0,1242 | 0,1187 | 0,1123 | |||||||||||||||||||||||||
6 | -- | за | 0,1216 | - | - | 0,1081 | |||||||||||||||||||||||
ср | - | 0,1202 | 0,1156 | 0,1102 | |||||||||||||||||||||||||
7 | -- | за | 0,2474 | - | - | 0,2179 | |||||||||||||||||||||||
ср | - | 0,2445 | 0,2343 | 0,2225 | |||||||||||||||||||||||||
8 | кг/кг | За | 16,2562 | - | - | 18,6140 | |||||||||||||||||||||||
Ср | - | 16,4642 | 17,2271 | 18,1980 | |||||||||||||||||||||||||
9 | кг/м3 | За | 1,2944 | - | - | 1,2932 | |||||||||||||||||||||||
Ср | - | 1,2943 | 1,2939 | 1,2934 |
2.3) Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы уносимую газами принимаем аун=0,95=95%):
Þ энтальпию золы не учитываем.
2.5) Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)
газоход | Тем-ра газов | |||||
Топка и фестон (при aт’’) | 2200 | 10218 | 8628 | 862,8 | 11080,80 | - |
2100 | 9701 | 8203 | 820,3 | 10521,30 | 559,50 | |
2000 | 9187 | 7778 | 777,8 | 9964,80 | 556,50 | |
1900 | 8676 | 7353 | 735,3 | 9411,30 | 553,50 | |
1800 | 8168 | 6928 | 692,8 | 8860,80 | 550,50 | |
1700 | 7665 | 6514 | 651,4 | 8316,40 | 544,40 | |
1600 | 7163 | 6099 | 609,9 | 7772,90 | 543,50 | |
1500 | 6664 | 5684 | 568,4 | 7232,40 | 540,50 | |
1400 | 6170 | 5270 | 527 | 6697,00 | 535,40 | |
1300 | 5679 | 4856 | 485,6 | 6164,60 | 532,40 | |
1200 | 5193 | 4452 | 445,2 | 5638,20 | 526,40 | |
1100 | 4719 | 4048 | 404,8 | 5123,80 | 514,40 | |
1000 | 4248 | 3645 | 364,5 | 4612,50 | 511,30 | |
900 | 3779 | 3252 | 325,2 | 4104,20 | 508,30 | |
Паропе-регреватель при aпе’’ | 700 | 2862 | 2486 | 323,18 | 3185,18 | - |
600 | 2421 | 2106 | 273,78 | 2694,78 | 490,40 | |
500 | 1994 | 1736 | 225,68 | 2219,68 | 475,10 | |
400 | 1573 | 1375 | 178,75 | 1751,75 | 467,93 | |
Эконо-майзер при aэк’’ | 500 | 1994 | 1736 | 364,56 | 2358,56 | - |
400 | 1573 | 1375 | 288,75 | 1861,75 | 496,81 | |
300 | 1163 | 1022 | 214,62 | 1377,62 | 484,13 | |
Воздухо-ль при aвп’’=aух | 300 | 1163 | 1022 | 275,94 | 1438,94 | - |
200 | 766 | 676 | 182,52 | 948,52 | 490,42 | |
100 | 379 | 336 | 90,72 | 469,72 | 478,80 |
III. Определение расчётного расхода топлива
3.1) Располагаемое тепло топлива Qрр находим по формуле:
Qрр=Qрн+Qв.вн+iтл
3.2) Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне парового котла, Qв.вн учитывают только для высокосернистых мазутов. Топливо проектируемого котла - малосернистый мазут.
где (Ioв)’ при t’вп =100 oC Þ (Ioв)’=322 ккал/кг;
3.3) Величину физического тепла топлива находим по формуле:
iтл= Cтл tтл, где tтл =100oC; Cтл =0,415+0,0006×tтл=0,415+0,0006×100=0,475 ккал/(кг×oC);
iтл= 0,475×100=47,5 ккал/кг;
3.4) Qрр=Qрн+iтл=9620+47,5=9667,5 ккал/кг;
3.5) Потери теплас химическим недожогом q3=0,5%;
с механическим недожогом q4=0,0%;
3.6) Потеря тепла с уходящими газами:
где (Ioхв) при t =30 oC; Ioхв=9,5×Vo =9,5×10,62=100,89 ккал/кг;
Iух=709,135 ккал/кг; tух=150oC; aух=1,27;
3.7) Потеря тепла от наружного охлаждения котла: q5=0,92% (при D = 50 т/ч);
3.8) КПД парового котла “брутто” находят по методу обратного баланса:
hпк=100-(q2+ q3+ q4+ q5+ q6)=100-(6,01+0,5+0,92)=92,57 %;
Коэффициент сохранения тепла:
3.9) Расход топлива, подаваемого в топку:
где Qпк=Dк×(Iпе- Iпв)×1000; при Pпе = 40 кгс/см2 и tпе = 440oC Þ Iпе = 789,8 ккал/кг;
а при Pпв = 1,08×Pб = 1,08×45 = 48,6 кгс/см2 и tпв = 140oC Þ Iпе = 141,3 ккал/кг;
Qпк = 50×(789,8- 141,3)×1000=3,2425·107ккал/кг;
3.10) Расход топлива используют при выборе и расчёте числа и мощности горелочных устройств. Тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностям нагрева, производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения:
IV. Выбор схемы сжигания топлива
4.1) 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.
4.2) В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110¸120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100¸130оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 30¸40 м/с.
V. Поверочный расчёт топки
Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки Jт’’ при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.
V.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топки
5.1.1) По чертежу парового котла определяем размеры топки и заполняем таблицу
№ | Наименование величин | Обозн. | Раз-ть | Источник или формула | Топочные экраны | Выход-ное окно | ||||
Фронтовой | Боко-вой | Задний | ||||||||
Осн. часть | Под | Осн. часть | Под | |||||||
1 | Расчётная ширина экранированной стенки | bст | м | чертёж или эскиз | 5,0 | 5,0 | 3,5 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
2 | Освещённая длина стен | lст | м | чертёж или эскиз | 9,075 | 1,675 | - | 7,05 | 1,85 | 2,05 |
3 | Площадь стены | Fст | м2 | bст ·lст | 45,5 | 8,375 | 30,014 | 35,125 | 9,25 | 10,25 |
4 | Площадь стен, не занятых экранами | Fi | м2 | чертёж или эскиз | - | - | 0,9202 | - | - | - |
5 | Наружный диаметр труб | d | м | чертёж или эскиз | 0,06 | |||||
6 | Число труб | Z | шт | -²- | 70 | 70 | 49 | 70 | 70 | - |
7 | Шаг труб | S | м | -²- | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | - |
8 | Отн. шаг труб | S/d | - | - | 1,1667 | |||||
9 | Расстояние от оси до обмуровки | е | м | -²- | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,065 | 0,065 | - |
10 | Относ. -²- | e/d | - | - | 1,667 | 1,667 | 1,667 | 1,0833 | 1,0833 | - |
11 | Угловой к-т экрана | X | - | номо-грамма | 0,99 | 0,99 | 0,99 | 0,985 | 0,985 | 1 |
12 | К-т загрязнения | x | - | таблица | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 |
13 | К-т тепловой эффективности экрана | y | - | Cx | 0,5445 | 0,5445 | 0,5445 | 0,54175 | 0,54175 | 0,55 |
5.1.2) Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:
5.1.3) Активный объём топочной камеры определяют по формуле:
Эффективная толщина излучающего слоя:
V.2 Расчёт теплообмена в топке
5.2.1) Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки qт’’ с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки ат 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.
При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:
Где Tт’’ = Jт’’ + 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; Ta = Ja + 273 -температура газов, которая была бы при адибатическом сгорании топлива, [K]; Bо – критерий Больцмана, определяемый по формуле:
Из этих формул выводятся рясчётные.
5.2.2) Определяем полезное тепловыделение в топке Qт и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та :
Где количество тепла, вносимое в топку с воздухом Qв, определяют по формуле:
Полезное тепловыделение в топке Qт соответствует энтальпии газов Iа, котрой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е Qт= Iа Þ Та=2352,4 К;
5.2.3) Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяют по формуле:
М=А-B×xт; где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимают: А=0,54; В=0,2; (при камерном сжигании мазута).
Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле:
Хт= Хг+ DХ; где Хг – относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок hг (от пода топки) к общей высоте топки Нт (от пода топки до середины выходного окна из топки, т.е. Хг = hг/ Нт ); DХ – поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая для газомазутных топок с производительностью >35т/ч DХ=0;
При расположении горелок в несколько ярусов и одинаковом числе горелок в ярусе высоту расположения определяют расстоянием от средней линии между ярусами горелок до пода или до середины холодной воронки; при разном числе горелок в каждом ярусе:
где
n1, n2 и т.д. – число горелок в первом, втором и т.д. ярусах; h1г, h1г и т.д. – высота расположения осей ярусов.
М = 0,54·0,2·0,2459=0,4908
5.2.4) Степень черноты топки ат и критерий Больцмана В0 зависят от искомой температуры газов на выходе uг’’.
Принимаем uг’’ = 1100 0С:
Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания определяют по формуле:
где аф – эффективная степень черноты факела:
где асв и аг – степень черноты,которой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами; m – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма и m=0,55 для жидкого топлива.
Величины асв и аг определяют по следующим формулам:
Где Sт – эффективная толщина излучаемого слоя в топке; P – давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгс/см2.
Коэффициент ослабления лучей kг топочной средой определяют по номограмме.
Коэффициент ослабления лучей kс сажистыми частицами определяют по формуле:
где Tт’’ - температура газов на выходе из топки; Cр/Hp- соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;
5.2.6)тОпределяем количество тепла, переданное излучением в топке:
5.2.7) Определим тепловые нагрузки топочной камеры:
Удельное тепловое напряжение объёма топки:
Допуск 250¸300 Мкал/м3×ч;
Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок
VI Поверочный расчёт фестона
6.1) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный 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 Jф’’ при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.
6.2) По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.
6.3) По чертежам парового котла составляем таблицу:
Наименование величин | Обозн. | Раз-ть | Ряды фестона | Для всего фестона | ||
1 | 2 | 3 | ||||
Наружный диаметр труб | d | м | 0,06 | |||
Количество труб в ряду | z1 | -- | 23 | 23 | 24 | - |
Длина трубы в ряду | lI | м | 2,3 | 2 | 1,275 | - |
Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,21 | 0,21 | 0,21 | 0,21 |
продольный | S2 | м | - | 0,35 | 0,775 | 0,5197 |
Угловой коэф фестона | xф | - | - | - | - | 1 |
Расположение труб | - | - | шахматное | |||
Расчётная пов-ть нагрева | H | м2 | 9,966 | 8,666 | 5,765 | 24,3977 |
Размеры газохода: высота | aI | м | 2,25 | 2,05 | 1,275 | - |
ширина | b | м | 5 | 5 | 5 | - |
Площадь живого сечения | F | м2 | 8,283 | 7,611 | 4,539 | 6,7646 |
Относительный шаг труб: поперечный | S1/d | - | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
продольный | S2/d | - | - | 5,833 | 12,92 | 8,6616 |
Эффективная толщина излучающего слоя | Sф | м | - | - | - | 2,03 |
Длину трубы в каждом ряду li 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 утроенному шагу заднего экрана топки, т.к. этот экран образует три ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольный шаг между первым и вторым рядами определяют как кратчайшее расстояние между осями труб этих рядов S2’, а между вторым и третьим рядами S2’’ как длину отрезка между осями труб второго и третьего рядов, соединяющего их на половине длины труб. Среднее значение продольного шага для фестона определяют с учетом расчетных поверхностей второго и третьего рядов труб, существенно различающихся по величине:
Принимаем xф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя
(в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.
По S1ср и S2ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона Sф
6.4) 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.
6.5) Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:
Fi = ai×b - z1× liпр×d;
где liпр – длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.
Fср находим как среднее арифметическое между F1 и F3.
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:
Нi = p×d×z1i× li;
где z1i – число труб в ряду; li – длина трубы в ряду по её оси.
Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:
Нф = Н1 + Н2 + Н3 = 9,966+8,666+5,765 = 24,3977 м;
На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:
Ндоп = SFст·xб = (1,7062 + 1,7062)·0,99 = 3,3782 Þ Нф’ = Нф + Ндоп = 27,776 м;
6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.
6.8) Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30¸1000С ниже, чем перед ним:
Наименование величин | Обозначение | Размерность | Величина |
Температура газов перед фестоном | Jф’=Jт’’ | 0С | 1053,4 |
Энтальпия газов перед фестоном | I ф’=I т’’ | ккал/кг | 4885,534 |
Объёмы газов на выходе из топки при a¢¢т | Vг | м3/кг | 12,559 |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | -- | 0,1216 |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | -- | 0,2474 |
Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб=45кгс/см2 | tн | 0С | 256,23 |
Для газов за фестоном находим энтальпию при
и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:
6.9 Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:
где k - коэффициент теплопередачи, Dt - температурный напор,
Н - расчётная поверхность нагрева.
6.9.1)При сжигании мазута коэффициент теплопередачи определяют по формуле:
Где aк - коэффициент теплоотдачи конвекцией; aл - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y - коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1.
6.9.2) Для определения aк (коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб) рассчитаем среднюю скорость газового потока:
y для фестона при скорости газов 8,903 м/с равен 0,6.
Для нахождения aк по номограммам определяем aн=59 ккал/м2×ч×оС и добавочные коэффициенты: Сz=0,88; Сф=0,85; Сs=1 Þ aк = aн×Сz×Сф×Сs= 59×0,88×0,85×1 = 44,13 ккал/м2×ч×оС;
6.9.3) Для нахождения aл используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:
Для незапылённой поверхности k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2474;
рn×S = rn×S = 0,2474×2,03 = 0,5022
По номограмме находим kг = 0,66 Þ
По номограмме находим Сг=0,96; aн=170 ккал/м2×ч×оС; Þ aл = aн×а×Сг =170×0,2819×0,96=46 ккал/м2×ч×оС
6.9.4)
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.
VII. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла
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 Pпе=40 кгс/см2 и tпе=440oC Þ iпе=789,8 ккал/кг;
при Pб=45 кгс/см2 и температуре насыщения Þ iн=668,1 ккал/кг;
Diпо=15 ккал/кг;
Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Qпел =0), а угловой коэффициент фестона Хф=1.
В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Qпек = Qпе.
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 u²пе=601,520С;
7.4)Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:
где Iогв находим по tгв=220oC Þ Iогв=745,2 ккал/кг;
b²вп – отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:
где Iух – энтальпия уходящих газов, которую находим по tух=150oC Þ Iух=709,135 ккал/кг;
Iоух – энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при tпрс=( tгв + t’в)/2=(220+30)/2=125 oC Þ Iпрс=421 ккал/кг;
Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²эк=301,870С;
7.5) Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):
7.6) Определяем невязку теплового баланса парового котла:
VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя
8.1) Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.
8.2) По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25.
8.3) По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя
| Наименование величин | Обозн. | Раз-ть | Величина | ||||
Наружный диаметр труб | d | м | 0,032 |
| ||||
| Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,026 | ||||
| Количество труб в ряду | z1 | - | 68 | ||||
| Количество труб по ходу газов | z2 | - | 18 | ||||
| Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,075 | ||||
| продольный | S2 | м | 0,055 | ||||
| Относительный шаг труб поперечный | S1/d | - | 2,344 | ||||
| продольный | S2/d | - | 1,719 | ||||
| Расположение труб змеевика | - | - | шахматное | ||||
| Характер взаимного течения | - | - | перекрестный ток | ||||
| Длина трубы змеевика | l | м | 29,94 | ||||
| Поверхность, примыкающая к стенке | Fст×х | м2 | 21,353 | ||||
| Поверхность нагрева | H | м2 | 226,01 | ||||
| Размеры газохода: высота на входе высота на выходе | a¢ a² | м м | 1,68 | ||||
| ширина | b | м | 5,2 | ||||
| Площадь живого сечения на входе | F¢ | м2 | 5,363 | ||||
| Площадь живого сечения на выходе | F² | м2 | 5,363 | ||||
| Средняя площадь живого сечения | Fср | м2 | 5,363 | ||||
| Средняя эффективная толщина излучающего слоя | Sф | м | 0,119 | ||||
| Глубина газового объёма до пучка | lоб | м | 1,35 | ||||
| Глубина пучка | lп | м | 0,935 | ||||
| Количество змеевиков, включённых параллельно по пару | m | шт. | 68 | ||||
| Живое сечение для прохода пара | f | м2 | 0,0361 | ||||
8.3.1) Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z1. В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) Fст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S1/d и е/d причём е/d @ r/d =0,5 Þ х=0,75.
Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:
Н = p×d×z1× l+ Fст ×х.
8.3.2) Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу.
8.3.3) По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя:
8.3.4) Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:
F = a·b – d·z1· lпр = 1,68·5,2 – 68·0,032·1,55 = 5,363 (м2);
Площадь живого сечения для прохода пара:
8.4) Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина |
Температура газов до пароперегревателя | uф² | 0С | 998,4 |
Температура газов за пароперегревателя | uпе² | 0С | 601,52 |
Температура в состояния насыщения | tн | 0С | 256,23 |
Температура перегретого пара | tпе | 0С | 440 |
Средний удельный объём пара | uср | м3/кг | 0,062615 |
Конвективное восприятие | Qkпе | ккал/кг | 1886,41 |
Объёмы газов на выходе из топки при aсрпе | Vг | м3/кг | 12,721 |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | - | 0,1202 |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | - | 0,2445 |
Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:
Все остальные величины определены ранее.
8.5) Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.
Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
8.5.1)Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
Где aк - коэффициент теплоотдачи конвекцией; a¢л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y - коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1.
Для определения aк - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме:
aн=80 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; Þ aк = aн×Сz×Сф×Сs= =80×1×0,98×1 = 78,4 ккал/м2×ч×оС;
Для нахождения aл используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:
Для незапылённой поверхности k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2445;
рn×S = rn×S = 0,2445×0,119 = 0,0291.
По номограмме находим kг = 3,34; Þ
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = tпеср + (80¸100) = 348,12 + 90 = 438,12 оС;
По номограмме находим Сг = 0,95; aн = 130 ккал/м2×ч×оС; Þ aл = aн×а×Сг = 130×0,95×0,0926 =
= 11,437 ккал/м2×ч×оС;
При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма,
свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
8.5.2) Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:
При этой скорости пара Сd= 1,02; aн = 1300 ккал/м2×ч×оС;Þ aл = aн×Сd= 1300×1,02 = 1326 ккал/м2×ч×оС;
8.5.3)Коэффициент теплоотдачи:
8.5.4) Температурный напор:
Þ температурный напор можно найти как:
Поправочный коэффициент y определяют по номограмме по безразмерным параметрам:
8.6) Определим расчётную поверхность:
Невязка:
Невязка > 2% Þ вносим конструктивные изменения.
8.7) Найдем число петель змеевика, которое надо добавить:
Следовательно, добавляем к поверхность пароперегревателя 2 змеевика. Поверочный расчёт выполнен.
IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева
IX.I Расчёт водного экономайзера
9.1.1) С использованием ранее выполненных расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина |
Температура газов до экономайзера | uпе² | 0С | 601,52 |
Температура газов за экономайзером | uэк² |
0С | 301,865 |
Температура питательной воды | Tпв | 0С | 140 |
Давление пит. воды перед экономайзером | Р¢эк | кгс/см2 | 48,6 |
Энтальпия питательной воды | iпв | ккал/кг | 141,3 |
Тепловосприятие по балансу | Qбэк | ккал/кг | 1310,63 |
Объёмы газов при среднем избытке воздуха | Vг | м3/кг | 13,3145 |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | - | 0,1156 |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | - | 0,2343 |
Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Р¢эк = 1,08×Рб.
9.1.2) Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:
Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):
Где Dэк – пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях Dэк = Dпе =D;
i²эк – энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; i¢эк – энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.
При указаной схеме включения пароохладителя:
По i¢эк = 156,3 ккал/кг и Р¢эк = 48,6 кгс/см2 находим и t¢эк = 154,56 0С;
По i²эк = 251,274 ккал/кг и Рб = 45 кгс/см2 находим и t²эк = 242,96 0С;
Т.к i¢эк < i²эк, значит экономайзер некипящего типа.
9.1.3) По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указываем все конструктивные размеры.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу.
Конструктивные размеры и характеристики экономайзера
| Наименование величин | Обозн | Раз-ть | Величина | ||||
Наружный диаметр труб | d | м | 0,028 |
| ||||
| Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,022 | ||||
| Количество труб в ряду | z1 | -- | 25 | ||||
| Количество рядов труб по ходу газов | z2 | -- | 40 | ||||
| Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,07 | ||||
| продольный | S2 | м | 0,05 | ||||
| Относительный шаг труб поперечный | S1/d | -- | 2,5 | ||||
| продольный | S2/d | -- | 1,786 | ||||
| Расположение труб змеевика | -- | -- | шахматное | ||||
| Характер взаимного течения | -- | -- | противоток | ||||
| Длина горизонтальной части петли змеевика | l1 | м | 5,1 | ||||
| Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения | lпр | м | 5,2 | ||||
| Длина трубы змеевика | l | м | 104,83 | ||||
| Поверхность нагрева ЭКО (по чертежу) | Hэк ч | м2 | 461,06 | ||||
| Глубина газохода | а | м | 1,78 | ||||
| Ширина газохода | b | м | 5,4 | ||||
| Площадь живого сечения для прохода газов | Fг | м2 | 5,972 | ||||
| Средняя эффективная толщина излучающего слоя | Sф | м | 0,118 | ||||
| Глубина газового объёма до пучка | lоб | м | 2 | ||||
| Глубина пучка | lп | м | 1,9 | ||||
| Количество змеевиков, включённых параллельно по пару | m | шт. | 50 | ||||
| Живое сечение для прохода пара | f | м2 | 0,019 | ||||
9.1.4) Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном омывании определяют по формуле:
где lпр – длина проекции ряда труб на плоскость сечения, м.
Площадь живого сечения для прохода воды:
Поверхность нагрева экономайзера:
Где l – длина змеевика, определяемая с использованием длины горизонтальной части змеевика (l1):
9.1.5)Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяют по формуле:
Где aк - коэффициент теплоотдачи конвекцией; a¢л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y - коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1.
Для определения aк - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:
aн=60 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты:
Сz=1; Сф=1; Сs=1; Þ
aк = aн×Сz×Сф×Сs= 63×1×1×1 = 60 ккал/м2×ч×оС;
Для нахождения aл используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения ‘a’:
Для незапылённой поверхности k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2343.
рn×S = rn×S = 0,2343×0,118 = 0,02765;
По номограмме находим kг = 3,4; Þ
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = 0,5×(t¢эк + t²эк ) + (40¸60) = 0,5×(154,56+242,96) + 50 = 248,76 оС;
По номограмме находим Сг=0,97; aн=100 ккал/м2×ч×оС; Þ aл = aн×а×Сг =100×0,0897×0,97= 8,7 ккал/м2×ч×оС;
При расчёте экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
Где Тк - температура газов в объёме камеры, (К); lоб и lп -- соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А – коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;
9.1.6)Температурный напор:
Þ температурный напор с достаточной точностью можно найти как:
9.1.7)Определим расчётную поверхность:
Невязка:
Невязка > 2% Þ вносим конструктивные изменения.
9.1.8)Найдем требуемую длину змеевика:
Следовательно, принимаем Z2р равное 36, то есть Z2
... 13318 10906 14409 14572 15008 15663 16099 16372 2500 13935 11401 15075 15246 15702 16386 16842 17127 № Наименование Обозначе-ние Раз- мер ность Формула Расчет Тепловой баланс котельного агрегата 1. Низшая теплота сгорания топлива Qнс задана 10950 2. Температура холодного воздуха tхв п. 5.03 норм 30 3. Теплосодержание холодного ...
... =13731,1 Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей топки, qЛср =58,43 2.7 Расчет фестона При тепловом расчете парогенератора фестон, как правило, не изменяют , а проверяют поверочным расчетом( табл. 2-9) Таблица 2-9. Поверочный расчет фестона Наименование Формула или способ определения Расчет Полная площадь поверхности ...
... схема котла К-50-40-1 Рис.1 Схема котла К-50-40-1 1-Торочная камера 2-Пароперегреватель 3-Экономайзер 4-Воздухоподогреватель 5-Фестон 6-барабан 3. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива преждставлен в таблице 3 ТАБЛИЦА 3. Величина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или ...
... схема котла ГМ-50-1 Рис. 1 Схема котла ГМ-50-1. 1-Топочная камера 2-Барабан 3-Фестон 4-Пароперегреватель 5-Экономайзер 6-Воздухоподогреватель 3. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива преждставлен в таблице 3 ТАБЛИЦА 3. Величина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ ...
0 комментариев