Поверочный тепловой расчет котельного агрегата БКЗ-210-140 на угле Большесырского месторождения

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра теплоэнергетики 

 

   Допускаю к защите

                                Руководитель              В.А. Баширин                                                                                

 

                                                                                               

Поверочный тепловой расчет котельного агрегата

БКЗ-210-140 на угле Большесырского месторождения

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

Котельные установки и парогенераторы

1.011.00.00.ПЗ

 

 

 

Выполнил студент группы   ТЭ-10-1               ________             О.А.Толочко

 

Нормоконтроль                                                ________              В.А. Баширин

                                                                                  

 

 

Курсовой проект защищен с оценкой ____________

 

 

 

Иркутск 2013 г. 

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ (КУРСОВУЮ РАБОТУ)

 

По курсу  Котельные установки и парогенераторы

 

Студенту  Толочко О.А.              

 

Тема проекта Поверочный тепловой расчет котельного агрегата БКЗ-210-100  на угле Большесырского месторождения

 

Исходные данные Котел: БКЗ-210-100 , Топливо: Большесырское месторождение

Рекомендуемая литература  В.В.Федчишин, Л.А. Сорокина, А.Н.Кудряшов,  В.А. Баширин, В.А. Стенников, «Котельные установки и парогенераторы»: Учебное пособие. – Иркутск:  Изд-во   ИрГТУ, 2004. – 91 с.; А.А. Александров, Б.А. Григорьев, «Таблица теплофизических свойств воды и водяного пара»: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. –М.: Издательство МЭИ, 2006–168с.; Тепловой расчет котлов (нормативный метод), издание 3. / под. Ред. Р.А. Петросяна и Е.К. Чавчанидзе, ЦКТИ-ВТИ. - С-П; М., 1998.

 

Графическая часть на    –      листах.

Дата выдачи задания “____” __________________________2013 г.

Дата представления проекта руководителю “______” ___________2013 г.

Руководитель курсового проектирования (курсовой работы) _____________

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1.

Краткое описание котла БКЗ – 210 – 100…..….……………………………….

  5

2.

Исходные данные………………………………………………………………..

  7

3.

Расчет теплового баланса и КПД котла………………………………………..

10

 

4.1

Расчет воздухоподогревателя первой ступени…………………………..

11

 

4.2

Расчет водяного экономайзера первой ступени…………….....................

20

 

4.3

Расчет воздухоподогревателя второй ступени…………………………..

24

 

4.4

Расчет водяного экономайзера второй ступени…………….....................

28

5.

Расчет теплообмена в топочной камере………………………………………..

32

6.

Расчет пароперегревателя……………………………………………………….

37

 

6.1

Расчет радиационного пароперегревателя………………….....................

38

 

6.2

Расчет конвективного пароперегревателя первой ступени……………..

38

 

6.3

Расчет ширмового пароперегревателя………………………....................

43

 

6.4

Расчет конвективного пароперегревателя третей и четвертой ступени..

51

 
 

Заключение …………………………………………………………..     

Список использованных источников…………………….

57

58


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Выполнение курсового проекта «Поверочный тепловой расчет котельного агрегата БКЗ-210-100» по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы» позволяет научиться пользоваться расчетами, табличными, нормативными  и справочными материалами, чертежами и закреплять знания теоретических курсов. Мы осваиваем методику расчета, детально изучаем конструкцию заданного типа котельных агрегатов.

Напряженность топливного баланса энергопроизводящих предприятий связанная с неритмичностью поставок топлива и поставками некачественного и непроектного топлива, ставит существующее оборудование ТЭС в тяжелые условия работы и снижает эффективность его эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hbc

Краткое описание котла

 

Котел типа БКЗ-210-9,8 Барнаульского котельного завода предназначен для выработки пара на тепловых электростанциях с теплофикационными турбинами при сжигании каменных и бурых углей.

Котел вртикально-водотрубный, однобарабанный, с естественной циркуляцией, газоплотном исполнении, П-образной компановки.

Топочная камера объемом 1130 призматической формы, открытого типа полностью экранирована мембранными панелями, образованными из гладких труб диаметром 60 мм с толщиной стенки 6 мм (сталь 20) и шагом труб 80 мм, с варкой полосы 6 мм (сталь 20).

Экраны топки состоят из 14 самостоятельных циркуляционных контуров.

Размеры в горизонтальном сечении по осям труб составляют м. Фронтовой и задний экраны в нижней части образуют скаты холодной воронки, через которую выпадающий шлак непрерывно удаляется в твердом виде двумя шнековыми транспортерами.

На каждой стене установлены встречно по три пылеугольные вихревые горелки, расположенные по углам треугольника, вершиной вниз.

Барабан котла сварной конструкции с внутренним диаметром 1600 мм и толщиной стенки 112 мм из стали 16НМФ оборудован устройствами для ускоренного обогрева и расхолаживания. Схема испарения – двухстепенчатая. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан и представляет собой сочетание внутрибарабанных циклонов и промывочных устройств, вторая ступень состоит из средних циркуляционных экранов боковых стен и включена в выносные парасепарационные циклоны.

Пароперегреватель рацианально-конвективного типа. Входной потолочный пароперегреватель выполнен газоплотным из мемьранных панелей, образованных из гладких труб диаметром 42 мм, толщиной сенки 5 мм (сталь 20) и шагом 80 мм, с варкой полосы 6 мм (сталь 20). Радиационная часть выполнена в виде ширмовых поверхностей нагрева из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 5 мм (сталь 12Х1МФ) и расположена в верхней части на выходе из топки. Конвективные поверхности нагрева, расположенные в горизонтальном повторном газоходе, выполненные из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 4;4.5;5 мм (сталь 20,12Х18Н12Т).

Температура перегретого пара регулируется двухступенчатым впрыском собственного конденсата, получаемого в конденсаторах, установленных на потолочной раме каркаса. Впрыск конденсата осуществляется за счет перепада давлений на участке, конденсатор точка впрыска.

Водяной экономайзер, выполненный  из змеевиков труб диаметром 32 мм, толщиной стенки 4 мм (сталь 20), и трубчатый воздухоподогреватель выполненный из труб диаметром 40 мм, толщиной стенки 1.5 мм установлены в рассечку в отпускном конвективном газоходе. которые расположены горизонтально в шахматном порядке. I-я ступень водяного экономайзера выполнена в виде 2-х монтажных блоков, которые устанавливаются в раздельных газоходах над воздухоподогревателем I-ой ступени. II-я ступень водяного экономайзера выполнена из 4-х пакетов, которые устанавливаются в конвективной шахте на опорные балки.

 Воздухоподогреватель  является двухступенчатым и имеет 2-х поточную схему движения  воздуха. I-я ступень воздухоподогревателя является четырехходовой по воздуху, II-я ступень в/п - одноходовой. Кубы в/п изготовлены из труб ø 40x1,5 мм. Нижние кубы I-й ступени высотой 1,7 м являются съемными, их меняют по мере необходимости в результате повреждения труб низкотемпературной коррозией. Блоки воздухоподогревателя и водяного экономайзера установлены друг на друге и опираются на портал каркаса. Все соединения сварены.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные данные.

1. Топливо – Большесырский уголь

Таблица 1

Wр, %

Ар, %

Sp, %

Cp, %

Hp, %

Np, %

Op, %

Qнp, МДж/кг

Vp, %

24

6,1

0,2

51,7

3,6

0,6

13,8

19,05

44


 

 

Плавкостные характеристики золы

t1=1120oC    t2=1180oC    t3=1300oC

Коэффициент уноса золы:

αун=95%.

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания (α=1)

Таблица 2

         

5,1

0,97

0,78

4,03

5,78


 

 

Объем теоретически необходимого количества воздуха:

 

Теоретические объемы продуктов сгорания:

 

 

 

 

 

Расчетные характеристики топки

т=1,20;   q3=0%;   q4=0,5%;   qv=185 кВт/м3;   ун=0,95.

 Присосы воздуха по газоходам:

∆αпп=0, 1;      ∆αвэ=0,02(на каждую ступень);

∆αвп=0,03(на каждую ступень);

∆αт=0,02;              ∆αпл=0,04 (ШБМ).

 

 

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания.

Таблица 3.Действительные объемы воздуха и продуктов сгорания

Наименование

Размерность

Газоходы котла

топка

фестон

КПП1

КПП2

ВЭК2

ВЗП2

ВЭК1

ВЗП2

Коэффициент избытка воздуха за газоходом α''

-

1,2

1,215

1,23

1,25

1,28

1,3

1,33

Коэффициент избытка воздуха по газоходу αср

-

1,2

1,2075

1,2225

1,24

1,265

1,29

1,315

Объем водяных паров

м3/кг

0,796

0,797

0,798

0,799

0,800

0,801

0,802

Объем дымовых газов

м3/кг

6,816

6,855

6,933

7,023

7,153

7,282

7,412

Объемная доля трехатомных газов

-

0,140

0,140

0,138

0,136

0,134

0,131

0,129

Объемная доля водяных паров

-

0,116

0,116

0,115

0,113

0,111

0,109

0,108

Суммарная объемная доля трехатомных газов и вод. паров

-

0,256

0,256

0,235

0,249

0,245

0,240

0,237

Концентрация золовых частиц

кг/кг

0,008

0,008

0,008

0,08

0,008

0,008

0,008

 

кг/кг

8,382

8,432

8,532

8,649

8,815

8,982

9,148


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

оС

,

кДж/кг

,

кДж/кг

,

кДж/кг

, (кДж/кг)

Топка

Пароперегреватель

ВЭК II

ВЗП II

ВЭК I

ВЗП I

     
             

100

808

676

4,7

     

981,7

1001,98

1015,5

1035,78

200

1637

1361

9,88

   

1959,91

1987,13

2027,96

2055,18

2096,01

300

2503,5

2048,5

153,3

   

3127,955

3168,925

3230,38

3271,35

3332,805

400

3370

2763

20,9

 

3971,13

4026,39

4081,65

4164,54

4219,8

 

500

4286

3497

26,54

 

5046,91

5116,85

5186,79

5291,7

   

600

5202

4231

32,45

6080,65

6122,96

6207,58

6292,2

     

700

6161

4993

38,36

7197,96

7247,89

7347,75

       

800

7120

5755

44,45

8315,45

8373

8488,1

       

900

8118,5

6542,5

50,7

9477,7

9543,125

         

1000

9117

7330

57,02

10640,02

10713,32

         

1100

10138,5

8135,5

63,57

11829,17

           

1200

11160

8941

69,89

13018,09

           

1300

1291,5

9500,5

78,87

3270,47

           

1400

13223

10582

91,73

15431,13

           

1500

14286,5

11415,5

101,93

16671,53

           

1600

15350

12249

108,77

17908,57

           

1700

16431,5

13087,5

119,61

19168,61

           

1800

17513

13926

126,68

20424,88

           

1900

18603

14777

138,33

21696,73

           

2000

19693

15628

145,57

22964,17

           

Таблица 4 – энтальпия продуктов сгорания по газоходам котла


 

 

1.12. Тепловой баланс  и КПД котла.

Таблица 5. Тепловой баланс котла.

п/п

Наименование величины

Обозначение

Размерность

Формула (расчет)  или обоснование

Расчет

1

Теплоемкость топлива

 

кДж/кг

 

1,85

2

Физическое тепло топлива

 

кДж/кг

 

37

3

Располагаемое тепло топлива

кДж/кг

 

19087

4

Температура уходящих газов

оС

Принята предварит.

148

5

Энтальпия уходящих газов

кДж/кг

Таблица 4

1560,2

6

Температура холодного воздуха

оС

задаемся

48

7

Энтальпия холодного воздуха

кДж/кг

Таблица 4

324,48

 

Потери тепла:

       

8

- от химического недожога

q3

%

[1, табл.2.6]

0

9

- от механического недожога

q4

%

[1, табл.2.6]

0,5

10

- в окружающую среду

q5

%

[1, рис.4.1]

0,5

11

- с уходящими газами

q2

%

 

=

6,5

12

- с физическим теплом шлака

q6

%

=

0,008

13

Сумма тепловых потерь

%

q2+ q3+ q4+ q5+ q6

7,5

14

Коэффициент полезного действия котельного агрегата (брутто)

%

100 – 

92,5

15

Давление перегретого пара за котельным агрегатом

МПа

задано

9,8

16

Температура перегретого пара

оС

задана

550

17

Энтальпия

КДж/кг

[4]

3502,4

18

Температура питательной воды

оС

задана

220

19

Давление питательной воды

Рпв

МПа

Рпп+0,02 Рпп

13

20

Энтальпия питательной воды

КДж/кг

[4]

947

21

Расход насыщенного пара

Dнп

Т/ч

(0,06-0,08)Dка

4,2

22

Температура насыщенного пара при Рб

tнп

оС

[4]

324,6

23

Энтальпия насыщенного пара при Рб

iнп

кДж/кг

[4]

2684,8

24

Энтальпия продувочной воды

iкв

кДж/кг

[4]

1492,6

25

Тепло, полезно используемое в котельном агрегате

кВт

 

161293

26

Полный расход топлива

В

кг/с

(кг/ч)

 

9,1

27

Расчетный расход топлива

кг/с

 

9,05

28

Коэффициент сохранения тепла

φ

-

 

0,995


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конвективная шахта

Конвективная шахта представляет собой опускной газоход с размещенными в ней в рассечку водяным экономайзаром и трубчатым воздухоподогревателем. Низкотемпературные поверхности нагрева имеют двухступенчатую схему расположения. Кубы водяного экономайзера и воздухоподогревателя имеют «горячий» каркас и с основным каркасом не связаны. Такая конструкция дает возможность осуществлять приварку этих блоков друг к другу. Сплошная заварка всех сочленений блоков устраняет присосы воздуха и повышает тем самым экономичность котла. Тепловое расширение конвективной шахты происходит снизу вверх, стык между верхними пакетами воздухоподогревателя и верхним водяным экономайзером уплотняется линзовым компенсатором.

 

Расчет воздухоподогревателя I ступени

 

Рисунок 1 – Эскиз воздухоподогревателя БКЗ 210-100

По рекомендации расчет ВЭ I ведем в форме таблицы № 4.

Таблица 4 - Воздухоподогреватель 1 ступень (один ход)

 

Наименование величины

Об-ие

Формула и обоснование

1

Диаметр труб

d

 мм

2

Шаги труб

   

3

Относительный шаг

-поперечный 

-продольный

 

 

 

 

 

4

Число рядов труб

-поперек хода

-по ходу воздуха

 

 

 

 

5

Общее количество труб

n

 

6

Живое сечение прохода газов

   

7

Живое сечение прохода воздуха

   

8

Поверхность нагрева

H

 

9

Температура уходящих газов

   

10

Энтальпия уходящих газов

   

11

Температура газов на входе

     

12

Энтальпия газов на входе

     

13

Тепловосприятие ступени по балансу

   
 

 

14

Присосы воздуха в топку

   

15

Присос воздуха в пылесистему

   

16

Отношение кол-ва горячего воздуха к теор. Необходимому

   

17

Коэф избытка воздуха на выходе из ВП

   

18

Энтальпия горячего воздуха на выходе из ступени

   

 

 

 

19

Температура г.в. на выходе из ступени

     

20

Средняя температура воздуха

   
   

21

Средняя температура газов

   
   

22

Объем газов на 1 кг топлива

   

23

Объемная доля водяных паров

   

24

Средняя скорость газов

   
   

25

Коэф теплоотдачи с газовой стороны

     

26

Средняя скорость воздуха

   
   

27

Коэф теплоотдачи с воздушной стороны

     

28

Коэф поверхностного нагрева

   

29

Коэф теплопередачи

   
   

30

Температурный напор на вх газов

   
   

31

На выходу

   

32

Температурный напор

   
   

33

Больший перепад температур

   
   

34

Меньший перепад

   
   

35

Параметр

   
   

36

Параметр

     

37

Коэф

   

2

38

Температурный напор

   
   

39

Тепловосприятие

   
   

 

 

Рисунок 2 – График воздухоподогревателя I ступень 1 ход.

 

Воздухоподогреватель первой ступени (четыре хода)

Таблица 5 - Воздухоподогреватель первой ступени (четыре хода)

Наименование величины

Об-ие

Формула и обоснование

1

Диаметр труб

d

 мм

2

Шаги труб

   

3

Относительный шаг

-поперечный 

-продольный

 

 

 

 

4

Число рядов труб

-поперек хода

-по ходу воздуха

 

 

 

 

5

Общее количество труб

n

 

6

Живое сечение прохода газов

   

7

Живое сечение прохода воздуха

   

8

Поверхность нагрева

H

 

9

Температура уходящих газов

 

(из расчета ВЗП 1)

10

Энтальпия уходящих газов

 

 

11

Температура газов на входе в ВЗП

     

12

Энтальпия газов на входе в ВЗП

     

13

Температура воздуха на входе в ВЗП

   

14

Энтальпия воздуха

   

15

Тепловосприятие по балансу

   
 

 

 

16

Энтальпия горячего воздуха на выходе из ступени

 

 

 

17

Температура гор воздуха на выходе

     

18

Объем газов на 1 кг топлива

   

19

Объемная доля водяных паров

   

20

Ср температура воздуха

   
   

21

Ср температура газов

   
   

22

Ср скорость газов

   
   

23

Коэф  теплопередачи с газовой стороны

     

24

Ср скорость воздуха

     

25

Коэф теплоотд с воздушной стороны

     

26

Температурный напор на вх газов

   
   

27

На выходе

   

28

Температурный напор при противотоке

 

29

Коэффициент

0,99

0,9

 

Температурный напор

 

 
   
 

Тепловосприятие

   
         

 

 

Рисунок 3 – График воздухоподогревателя I ступень 4 хода

 

Расчет ВЭ I ступени


Рисунок 4 – Эскиз водяного экономайзера котла БКЗ 210 -140

Таблица 6  –  Расчет ВЭ I ступени

Наименование величины

Об-ие

Формула и обоснование

1

Диаметр труб

d

мм

2

Шаги труб

   

3

Относительный шаг

-поперечный 

-продольный

 

 

 

 

4

Число рядов труб

-поперек хода

-по ходу воздуха

 

 

 

 

5

Живое сечение прохода газов

   

6

Живое сечение прохода воздуха

   

7

Поверхность нагрева

H

 

8

Температура газов на выходе из ВЭК

   

9

Энтальпия

   

10

Температура воды на входе в ВЭК

   

11

Энтальпия воды

   

12

Температура газов на входе в ВЭ

     

13

Энтальпия

     

14

Тепловосприятие ступени по балансу

   

 

 

15

Теплосодержание воды на выходе из ВЭ

 

 

   

16

Температура воды на выходе

     

17

Темп напор на входе газов

   
   

18

На выходе

   

19

Ср температурный напор

   
   

20

Ср температура газов

   
   

21

Ср температура воды

   
   

22

Температура загрязнения стенки

   
   

23

Объем газов на 1 кг топлива

   

24

Объемная доля водяных паров

   

25

Объемная доля трехатомных газов

   

26

Концентрация золы в дымовых газах

   

27

Скорость газов

   
   

28

Коэф теплоотдачи конвекцией

     

29

Эффективная толщина слоя

   

30

Суммарная толщина

   

31

Коэф ослабления лучей золовыми частицами

   
   

32

Коэф поглощения продуктов сгорания

   
   

33

Критерий Бургера

   
   

34

Поправка на излучение газового объема

   
   

35

Коэф тепловой эффетивности

   

36

Удельный объем воды

     

37

Скорость воды

   
   

38

Коэф теплоотдачи от стенки для некипящей воды

     

39

Коэф теплоотдачи

   
   

40

Тепловосприятие ступени по уравнению теплопередачи

     

 

 

Рисунок 5 – График расчета ВЭ I ступени

Воздухоподогреватель второй ступени ВЗП II

Таблица 7 – таблица расчета воздухоподогревателя второй ступени

Наименование величины

Об-ие

Формула и обоснование

1

Диаметр труб

d

 мм

2

Шаги труб

   

3

Относительный шаг

-поперечный 

-продольный

 

 

 

 

4

Число рядов труб

-поперек хода

-по ходу воздуха

 

 

 

 

5

Общее количество труб

n

 

6

Живое сечение прохода газов

   

7

Живое сечение прохода воздуха

   

8

Поверхность нагрева

H

 

9

Температура уходящих газов

   

10

Энтальпия уходящих газов

   

11

Температура газов на входе в ВЗП II

     

12

Энтальпия

     

13

Температура воздуха на входе

   

14

Энтальпия воздуха

   

15

Тепловосприятие ступени по балансу

   

 

 

16

Присос воздуха в топку

   

17

Присос воздуха в пылесистему

   

18

Отношение горячего воздуха к теоретически необходимому

   

19

Коэф избытка воздуха на выходе из ВЗП II

   

20

Энтальпия г.в. на выходе из ступени

   
   

21

Температура гор воздуха на выходе

     

22

Ср температура воздуха

   
   

23

Ср температура газов

   
   

24

Объем газов на 1 кг топлива

   

25

Объемная доля водяных паров

   

26

Ср. скорость газов

   
   

27

Коэф теплоотдачи с газовой стороны

     

28

Ср. скорость воздуха

   
   

29

Коэф теплоотдачи с воздушной стороны

     

30

Коэф использования поверхности нагрева

   

31

Коэф теплопередачи

   
   

32

Температурный напор на входе газов

   
   

33

Температурный напор на выходе

   

34

При противотоке

     

35

Больший перепад температур

   
   

36

Меньший перепад температур

   
   

37

Параметр

   
   

38

Параметр

   
   

39

Коэффициент

     

40

Температурный напор

   
   

41

Тепловосприятие ступени по уравнению теплопередачи

   
   
Поверочный тепловой расчет котельного агрегата БКЗ-210-140 на угле Большесырского месторождения