Расчет парового котла ТП-82

3 РАСЧЕТНАЯ  ЧАСТЬ

3.1 Расчет  топлива                                     

Состав  Липивецкого угля:

W ^p = 33.0; A ^p = 6,0; S ^p = 0,2; C ^p = 43,7;  Н ^р =3,0; N ^p = 0,6; O ^p = 13,5; α = 1,2.

где W ^p – влага в рабочем топливе, %;

       А ^р – зольность топлива, %;

       S ^р – количество летучей серы, %;

       С ^р – количество углерода, %;

       Н ^р – количество водорода, %;

       N ^р – количество азота, %;

       О ^р – количество кислорода, %;

       α – коэффициент расхода воздуха.

     

Расчет  топлива, расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания, тепловой баланс ПГ, тепловой расчет топочной камеры, расчет радиационного пароперегревателя представлены как приложение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.6 Расчет  ширмы

 

Средняя температура газов.

υ_ср=(υ’_г+υ”_г)/2;     (3.47)

 

υ_ср=(1067+1017)/2=1042⁰С

 

υ’_г – температура газов перед ширмой, υ”_г – температура газов за ширмой.

Геометрические  характеристики ширмового пароперегревателя

Рассчитываемая величина	обозначение	размерность	Рабочая формула или обоснование	Расчет
Ширина топки	а	м	По чертежу	7,04
Диаметр и толщина труб	d x δ			32×5
Кол-во ширм	z	шшт		50
Кол-во параллельно включенных труб	n			35
Средний шаг между ширмами	S1	мм		37
Продольный шаг	S2	мм		37
Относительно поперечный шаг	δ1	-	S1/d	1,7
Относительно продольный шаг	δ2	-	S2/d	1,7
Число ширм	z1		a/S1	200
Поверхность нагрева	Fш	мм2	2z1hшc	8660,96
Угловой коэффициент	x		по приложению	0,98
Лучевосприним. поверхность ширм	Нш	мм2	Fш*х	8487,74
Живое сечение для газов	Fср	мм2	2FвхFвых(Fвх+Fвых)	56,8
Живое сечение для пара	fп	мм2		0,16
Эффективная толщина излучающего  слоя	S		1,8/(1/hш+1/с+1/S1)	0.065

Данные расчета  ширм.

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов перед ширмой	υ’г=υ”т	0С	1067
Энтальпия газов перед фестоном	I’г=I”т	кДж/кг	10428
Температура пара на входе в ширму	t’ш=tрп	0С	353
Энтальпия пара на входе в ширму	i’ш=iрп	кДж/кг	2773,86
Количество тепла отбираемого  при впрыске	∆iпо	кДж/кг	70
Средний объем газов при αт	Vг		6,26
Объемная доля воды Н2О	rН2О	м3/кг(м3)	0,1329
Объемная доля RO2	rRO2		0,1305
Суммарная объемная доля	rn		0,2634
Концентрация золы	μзл	кг/кг(м3)	0,0069
Среднее давление пара	Рср	МПа	106,5

 

Полное  тепловосприятие 1 кг пара в пароперегревателе, кДж/кг

 

∆i_пп=i_пп-i_нп-∆i_по     (3.48)

 

∆i_пп=3460-2612,2+70=918 кДж/кг

 

Лучистое  тепло воспринятое плоскостью входного сечения ширм, м²

 

(3.50)

 

 м²

 

 где  q_{л ш} – тепловая нагрузка ширм, Вт/м²;

      Н^л_вх – лучевоспринимающая поверхность входного сечения ширм, м²;

Теплоизлучение  из топки и ширм на поверхность  нагрева, расположенную за ширмами, кДж/кг

 

(3.51)

 

кДж/кг

 

где а  – степень черноты в ширмах, определяется при средней температуре  газов,

 φ_ш -  угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм

 

-   (3.52)

 

 

При расчете  ширмового пароперегревателя величина Q_{л ш} учитывает обмен между топкой и, ступенями ширм и поверхностей нагрева за ширмами, кДж/кг.

 

Q_{л ш}= Q_{л вх}- Q_{л вых}   (3.53)

 

Q_{л ш}=871,5-12,7=858,8 кДж/кг.

 

Тепло, воспринятое  обогреваемой средой вследствие охлаждения газов, кДж/кг

 

Q_г= Q_б- Q_л ш

(3.54)

Q_г= 1347,15-858,8=488,35 кДж/кг.

 

Энтальпия газов за ширмой, кДж/кг

 

  (2.54)

 

 кДж/кг.

 

I’_г – энтальпия газов на выходе из топки.

 

Тепловосприятие ширмой из условий теплопередачи, кДж/кг

 

      (3.55)

 

 = 480 кДж/кг.

 

где ∆t – температурный напор, k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²К.

Для расчета  температурного напора необходимо предварительно определить температуру пара на входе  в ширмовый перегреватель и на выходе из него.

Обычно  при наличии ширмового пароперегревателя первый впрыск осуществляется перед ширмами. В этом случае энтальпия пара на входе в ширмы, кДж/кг.

 

i’_ш=i_{р п} -∆i_впр;    (3.56)

 

i’_ш=2773,86 кДж/кг.

 

Энтальпия пара на выходе из ширмы, кДж/кг.

 

i”_ш= i’_ш+∆ i_ш    (3.57)

 

 i”_ш = 2773,86+275,4=3049,26 кДж/кг.

 

По значению энтальпии пара и давления пара определяется температура пара на входе и на выходе ширм t’_ш и t”_ш.

Средняя температура пара, ⁰С.

 

t_ср=(t’_ш+t”_ш)/2     (3.58)

 

t_с =(412+353)/2=382,5 ⁰С

 

Температурный напор, ⁰С.

 

∆t = υ_ср - t_ср      (3.59) 

 

∆t=1042-382,5=659,5  ⁰С

 

Коэффициент теплопередачи для ширмовой поверхности нагрева, кВт/м²К.

 

     (3.60)

 

 кВт/м²К.

 

 

Коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м²К.

 

 

α₁=(α_к·π·d/2S·₂·x)+α_л)ζ·10^-3   (3.61)

 

α₁=(110,2·3,14·0,033/2·0,004·0,98)+190) ·0,85· =0,026 кВт/м²К.

 

где α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м²К, определяеться по приложению, в зависимости от скорости газов.

 

α_к= α_н+C_z+C_s+C_ф       (3.62)

 

α_к= 116+0,1+1+0,95=110,2

 

где C_z,Cs,C_ф – поправочный коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности поверхностей нагрева и влияние физических характеристик, температуры и состава газов на коэффициент теплоотдачи, ε – коэффициент загрязнения, м²К/Вт, определяется по приложению. х – угловой коэффициент ширм, определяется по приложению, ζ – коэффициент использования, учитывающий уменьшения тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами, по приложению.   α_л    – коэффициент теплоотдачи излучение Вт/м²К, по приложению, в зависимости от средней температуры потока, температуры стенки и степени черноты продуктов сгорания.

Для запыленного  потока

 

α_л=α·_на     (3.63)

 

α_л=200·0,95=190

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагретому  пару до критического давления, Вт/м²К

 

α₂=α_н·С_d     (3.64)

 

α₂=2200·0,98=2156

 

Средняя скорость пара, м/с

 

ω_п=(D_пп-D_впр) ·V_п/F     (3.65)

 

ω_п=(61,11-1,94) ·0,023888/0,1937=7,03 м/с

 

Температура наружной поверхности загрязнения, ⁰С.

 

t₃=t_ст=    (3.66)

 

⁰С.

 

Найденное значение тепловосприятия ширм Q_т сопоставляется со значением Q_г. Расхождение этих значений не должно превышать 2%.

 

(3.67)

 

%

 

3.7Расчет  фестона

 

Геометрические  характеристики фестона

Расчитываемая величина	Обозна- чение	Размер- ность	Формула или обоснавание	Величина
Наружный диаметр труб	d	мм	по чертежу
Число труб в ряду	z	шт	-
Число рядов	n	шт	-
Длина труб ряда	l	м	-
Поперечный шаг труб	S1	мм	-
Продольный шаг туб	S2	мм	-
Отн.поперечный шаг		-
Отн.продольный шаг		-
Угловой коэфф.пучка	x	-	приложение
Лучевоспринемающая поверхность фестона	Hф	м2
Конвективная поверхность нагрева	Н	м2
Живое сечение прохода газов	fг	м2
Эффективная толщина излучающего  слоя	S	м

 

   Для определения количества тепла,  переданного фестону, по известной  поверхности H_ф и температуре газов за фестоном, решается система из двух уравнений:

уравнение теплового баланса

 

           (2.82)

 

 

и уравнения  теплопередачи

 

               (2.83)

 

 

где - энтальпия газов перед и за фестоном, кДж/кг;

k – коэффициент теплопередачи от газов к обогреваемой среде, Вт/м^{2 .} К;

 и  - количество тепла, полезно отданное газами и воспринятое расчетной поверхностью нагрева фестона, кДж/кг;

- средний температурный  напор в фестоне, 

 

         (2.84)

 

Δt =920-320=600

 

температура кипения  воды при давление в барабане.

 

Данные  для расчета фестона

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Величина
1	2	3	4
Температура газов перед фестоном		С	930
Температура газов за фестоном		С	910
Энтальпия газов перед фестоном		кДж/кг	8451,33
Энтальпия газов за фестоном		кДж/кг	8255,3
Средняя температура		С	600
Средний объем газов при		м /кг	5,933
Объемная доля Н2О		-	0,996
Объемная доля RO2		-	0,141
Суммарная объемная доля		-	0,237
Концентрация золы		Кг/кг	0,047
Температура кипения при давление		С	349,22

 

Коэффициент теплоотдачи k рассчитывается для всех топлив

 

               (3.85)

 

k=0,65·211,525=137,49

 

где коэфф. тепловой эффективности, зависит от рода топлива и   определяется по табл.

Для конвективных пучков коэфф. теплоотдачи от газов к стенке, Вт/м^{2 .} К

 

                (3.86)

 

 

где - коэффициент использования, для поперечного омываемых пучков труб принимается равным 1.

 коэфф. теплоотдачи  конвекцией, определяется по приложению 

 

                 (3.87)

 

 

где поправочные коэффициенты, учитывающие особенности фестона, влияние физических характеристик, температуры и состава газа на коэф. теплоотдачи.

Температура загрязненной стенки для фестона,

 

                (2.88)

 

 

3.8Расчет  теплоотдачи в КПП

 

Геометрические  характеристики пароперегревателя

 

Рассчитываемая величина	Формула или обоснование	Обозначение	Размерность	Значение
1	2	3	4	5
Ширина газохода	По черчежу	а	м
Высота газохода на входе в КПП	-“-		м
Высота газохода на выходе из КПП	-“-		м
Наружный диаметр труб	-“-
1 ступень	-“-		мм
2 ступень	-“-		мм
Внутренний диаметр труб	-“-
1 ступень	-“-		мм
2 ступень	-“-		мм
Поперечный шаг труб	-“-
1 ступень	-“-		мм
2 ступень	-“-		мм
Продольный шаг труб	-“-
1 ступень	-“-		мм
2 ступень	-“-		мм
Относит. поперечный шаг	-“-
1 ступень			-
2 ступень			-
Относит. продольный шаг
1 ступень			-
2 ступень			-
Число труб в ряду
1 ступень			шт
2 ступень			шт

 

 

Тепловой  расчет КПП начинается с определения  тепловосприятия  вследствие охлаждения газов в зоне расположения

 

             (3.89)

 

 

 

Так как , то из последнего уравнения

 

            (3,94)

 

_{Температура газов за КПП=649}

 

Данные  для расчета пароперегревателя

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Значение
Температура газов перед КПП			910
Энтальпия газов перед КПП		кДж/кг	8255,3
Присос воздуха в газоход ПП		-	0,03
Энтальпия холодного воздуха		кДж/кг	181,401
Температура пара на входе в ПП			40
Энтальпия пара на входе в ПП		кДж/кг	2676,004
Температура перегретого пара			570
Среднее давление пара в КПП		мПа	14,45
Энтальпия перегретого пара		кДж/кг	3511,4
Коэфф. сохранения тепла		-	0,996
Количество тепла, переданного в  пароохладителе		кДж/кг	70
Лучевоспринемающая поверхность		м2	1235

 

 

=φ()

 

=0,966()=1117,29

 

                                            (3.95)

 

                              кДж/кг

 

_{Энтальпия пара на выходе в  пароперегреватель}

 

 

 

=3480-1117,29·10,3/61,1=3292

 

 

Коэффициент теплопередачи в пароперегревателях с шахматным и коридорным расположением труб при сжигании твердых топлив рассчитывается при помощи коэффициентов тепловой эффективности:

 

Температурный напор

                                                                         (3.96)

 

3.9Расчет  водяного экономайзера (ВЭК)

Геометрические  характеристики ВЭК

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Значение
Ширина газохода	a	м	По чертежу	7040
Глубина газохода	b	м	По чертежу	4476
Наружный диаметр труб	dн	мм	По чертежу	32
Внутренний диаметр труб	dвн	мм	По чертежу	28
Поперечный шаг труб		мм	По чертежу	80
Продольный шаг труб		мм	По чертежу	40
Отн. поперечный шаг		-	/ dн	2.5
Отн. продольный шаг		-	/ dн	1.25
Эффективная толщина поперечного  слоя	S	м		0.106

Теплота отданная газами

                                      (3.97)

Теплота воспринятая рабочей средой

                                                              (3.98)

Для определения  поверхности необходимо предварительно определить температурный напор  и коэффициент теплоотдачи в  следующей последовательности.

Средняя температура газов,

                                       (3.99)

Энтальпия воды на входе в ВЭК, кДж/кг

                                            (3.100)

 

Энтальпия воды на выходе из ВЭК, кДж/кг

                (3.101)

 кДж/кг

где - расход воды, кг/с

                                                     (3.102)

 

По значениям , , и находятся значения температур воды на входе и выходе из ВЭК и .

Число труб в ряду в зависимости от расположения ВЭК в газоходе

                                                              (3.103)

Длина труб ВЭК, м

                                     (3.104)

 

Сечение для прохода газов, м²

                                                       (3.105)

Средняя скорость газов, м/с

                                      (3.106)

 

Расчетные данные ВЭК

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Величина
1	2	3	4
Энтальпия газов перед ВЭК		кДж/кг	4902,407
Температура газов перед ВЭК			578,3
Энтальпия газов за ВЭК		кДж/кг	3407,726
Температура газов за ВЭК			378,3
Средний избыток воздуха		-	1,25
Объем газов при среднем избытке  воздуха		м3/кг(м3)	6,116
Объемная доля RO2		-	0,137
Объемная доля H2O		-	0,093
Температура питательной воды			230
Энтальпия питательной воды		кДж/кг	990,2
Количество тепла отбираемое при впрыске		кДж/кг	70
Давление питательной воды		МПа	2,8
Тепловосприятие ВЭК		кДж/кг

 

                                                                          (3.107)

                         Температура загрязненной стенки  для ВЭК, 

                                                  (3.108)

 

Для одноступенчатых  ВЭК при  и вторых ступеней ВЭК при сжигании твердых и жидких топлив .

Температурный напор ВЭК,

                                              (3.109)

Коэффициент теплоотдачи, кВт/м² к

                      (3.110) 

Коэффициент теплоотдачи от газов стенке, Вт/м²К

                    (3.111)

Величины  определяются по приложениям

 

3.10Расчет  воздухоподогревателя

Геометрические  характеристики ВП

Расчитываемая величина	Обозначение	Размер- ность	Формула или обоснование	Значение
Ширина газохода	a	м	По чертежу	7,04
Глубина газохода	b	м	По чертежу	4,476
Наружный диаметр труб	dн	мм	По чертежу	32
Внутренний диаметр труб	dвн	мм	По чертежу	28
Поперечный шаг труб		мм	По чертежу	40
Продольный шаг труб		мм	По чертежу	40
Относительный поперечный шаг труб		-	/ dн	1,25
Относительный продольный шаг труб		-	/ dн	1,25
Эффективная толщина излучающего  слоя	S	м		0,106