Расчёт теплового котла

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

	Содержание
	Введение
1	Теоретическая часть
1.1	Краткое описание проектируемого парового котла
1.2	Характеристика  топлива
2	Расчетная часть
2.1	Выбор теоретического количества воздуха, необходимого для горения, коэффициента избытка воздуха на выходе из топки и присосов воздуха в газоходах парового котла
2.2	Составление I-V таблицы и построение I-V диаграммы
2.3	Определение объема трехатомных и двухатомных  газов, водяных паров, избыточного  воздуха и полного объема продуктов сгорания по газоходам котла
2.4	Составление баланса теплоты парового котла. Определение расчетного часового расхода топлива и коэффициента сохранения теплоты
2.5	Расчет топки (поверочный)
2.6	Расчет  поверхностей нагрева
2.6.1	Расчет РПП
2.6.2	Расчет ширмового  пароперегревателя
2.6.3	Расчет конвективного пароперегревателя I 2.6.4 Расчёт конвективного пароперегревателя II
2.6.5	Расчет экономайзера
2.7	Определение расчетной невязки баланса теплоты парового котла
2.8	Составление сводной таблицы теплового расчета котла
	Список литературы

 

 

Введение

 

Примерно 85 % электрической энергии в нашей  стране производится на тепловых электрических станциях (ТЭС), на которых электрическая энергия вырабатывается с использованием химической энергии сжигаемого органического топлива.

Паровой котел - это устройство для выработки  пара с давлением выше атмосферного за счет теплоты от сжигания топлива.

Вырабатываемый в котельном агрегате КЭС пар поступает в турбину, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электрический ток. Отработанный в турбине пар поступает в конденсатор, откуда конденсатным насосом направляется в подогреватель низкого давления (ПНД) и далее в деаэратор, где из воды удаляются растворенные в ней газы - 0₂, С0₂ и др.

Из  деаэратора вода питательным насосом  подается в подогреватель высокого давления (ПВД). Деаэратор, ПНД и ПВД обогреваются паром регенеративных отборов от турбины. Для восполнения потерь конденсата используется вода, очищенная в установке химической очистки воды.

Тепловая  схема ТЭЦ отличается от схемы  КЭС наличием отводящих паропроводов к промышленным и тепловым потребителям пара и специальных подогревателей сетевой воды - бойлеров, использующих отборы пара из турбины, насосов сетевой воды, подающих горячую воду потребителям теплоты. Подпитка тепловой сети осуществляется с помощью подпиточного насоса.

Контроль  за работой котельной установки  и турбины и управление их работой ведется из специального помещения, в котором расположены щиты контрольно-измерительных приборов и щиты управления.

 

 

1 Теоретическая  часть

 

1.1 Краткое описание проектируемого парового котла

 

Паровой котел БКЗ-320-140ГМ-7 изготовлен на Таганрогском котлостроительном заводе «Красный котельщик».

Котел - барабанный, с естественной циркуляцией, без промежуточного перегрева, П-образной компоновки.

ОСНОВНЫЕ  ДАННЫЕ ПО КОТЛУ  БКЗ-320-140ГМ-7

1) Номинальная производительность - 320 т/ч

2) Параметры пара за пароперегревателем :

  Давление 14 МПа, температура 560 ^оС

3) Вид топлива – газ, Брянск-Москва

4) Температура уходящих газов -  130 ^оС

5) Температура питательной воды - 235 ^оС

6) Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель - 30 ^оС

7) Температура  горячего воздуха 250 ^оС

8) Дополнительные  данные: Начертить «Регенеративынй

Воздухоподогреватель»- формат А2  

По  заданию котел работает на природном  газе, газопровод: Брянск -Москва (II нитка).

Топка газомазутная, полуоткрытая, однокамерная, факельная. Внизу топка имеет пережим, который улучшает выжигание мазута. Топка заканчивается слабонаклонным с двух сторон подом, на котором установлены экраны. Потолок топки горизонтальный. По потолку расположен РПП, диаметр труб 38/31 мм, материал СТ46м. ширмы вертикальные, по конструкции простые, установлены в два ряда. Первый ряд - над аэродинамическим выступом. Второй ряд - над конвективной шахтой. Диаметр труб 38/30 мм, Ст15хм. Горелки газомазутные, турбулентные (вихревые). В центре каждой горелки установлена мазутная форсунка с паромеханическим распылением, горелок 24 штуки на фронтовой стенке в два ряда.

Топка имеет надкаркасную обмуровку.

 

Для наблюдения и контроля в топке  предусмотрены лючки, а для ремонта - ремонтные лазы. Для поддержания экранов в чистоте в стенках топки установлены обдувочные аппараты парового типа. Экраны топки вертикальные, гладкотрубные, диаметром 60 мм.

Паропрегреватель котла БКЗ-320-140 ГМ-7 комбинированный и состоит из следующих частей: РПП, ширмы, КПП I, КПП II.

РПП - предназначен для небольшого перегрева пара и защиты потолка и стен от высоких температур.

КПП I и КПП II - установлены в горизонтально-поворотном газоходе и частично в верхней части конвективной шахты.

КПП I - однопоточный, трубы параллельны фронтальной стене топки.

КПП II - однопоточные, трубы параллельны фронтовой стене потки.

Для регулирования температуры перегретого  пара установлено два впискивающих пароохладителя.

В конце  конвективной шахты установлены  два пакета экономайзера.

Все пакеты однопоточные, трубы параллельны  фронтовой стене топки. ВЭК стальной, змеевиковый, гладкотрубный.

Барабан котла имеет диаметр 1600 мм, длину 15 м, толщину стенки 90 мм. Внутри барабана установлены паросепарационные устройства и паропромывочные устройства профильного типа. В два ряда установлены циклоны.

Непрерывная продувка производится из выносных циклонов, а периодическая из нижних коллекторов  экранов.

Для наблюдения и защиты установлены два предохранительных клапана и два водоуказательных прибора. Котел имеет две ступени испарения:

- чистый  отсек в барабане;

- соленый  отсек в выносных циклонах.

Для регулирования температуры перегретого  пара котел БКЗ-320-140 ГМ-7 имеет следующие устройства:

1. для парового регулирования имеет два впрыскивающих пароохладителя. Первый установлен за ширмами. Второй - перед КПП I.

 

2. для газового регулирования предусмотрена рециркуляция газов и переключение рядов горелок.

Для поддержания в чистоте поверхностей нагрева имеет следующие устройства:

- дробеочистка - расположена в конвекторной шахте;

- для  очистки РВП применяются паровые  обдувочные аппараты и система  термоволновой очистки.

Каркас  котла имеет самостоятелный фундамент  и не зависит от конструкции здания. Высота котла по оси барабана 27,37 м. По высоте котел имеет лестницы и площадки для обслуживания и ремонта.

 

1.2 Характеристика топлива

Таблица 1 - Характеристика природного газа

№ п/п	Газопровод	Брянск -Москва (II нитка)
1	СН4 %	92,8
2	С2Н6 %	3,9
3	С3Н8 %	1,1
4	С4Н10 %	0,4
5	С5Н12 % и более тяжелые %	0,1
6	N2 %	1,6
7	СО2 %	0,1
8	Н2S %	-
9	О2 %	-
10	СО %	-
11	Н2 %	-
12	Теплота сгорания Qcн (ккал/кг)	8910
13	Плотность ρсг кг/м3	0,776

 

 

2 Расчетная часть

 

2.1 Выбор теоретического количества воздуха, необходимого для горения, коэффициента избытка воздуха на выходе из топки и присосов воздуха в газоходах парового котла

 

Таблица 2 - Расчетные характеристики камерных топок при сжигании газа

Топливо	Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки αт	Потери теплоты  от недожога
		химического q3 %	механического q4 %
Природный газ	1,03	0	0

 

В соответствии с видом топлива и ГЧ ВО л.1 компоновка поверхностей нагрева котла БКЗ-320-140 ГМ-7 следующая:

-топка;

-ширмы - КПП I - КПП II - ВЭК - РВП.

Таким образом, этот котел имеет 4 газохода.

Таблица 3 - Коэффициент избытка воздуха  и присосы по газоходам

№ п/п	Наименование  газохода	α	Δα
1	Топка, ширмы	1,03	0,05
2	КПП I	1,06	0,03
3	КПП II	1,09	0,03
4	ВЭК	1,11	0,02
5	РВП	1,21	0,1

 

 

 

 

Рис 1

 

2.2 Составление I-V таблицы и построение I-V диаграммы

Таблица 4 - I-V таблица

V0 C	I0Г ккал/кг	I0В ккал/кг		IГ = I0Г + (α-1)·I0В
				Газоходы
			Топка, ширмы		КПП I	КПП II	ВЭК	РВП
			1,03		1,06	1,09	1,11	1,21
100	366	313						431,73
200	736	630					807,3	870,3
300	1119	953					1223,83	1319,13
400	1512	1282				1627,38	1653,02	1781,22
500	1914	1619				2059,71	2092,09
600	2325	1964			2442,84	2501,76
800	3182	2675			3342,5	3422,75
1000	4077	3398	4178,94		4280,88	4382,82
1200	4986	4151	5110,53		5235,06
1400	5932	4914	6079,42
1600	6887	5687	7057,61
1800	7859	6460	8052,8
2000	8847	7253	9064,59
2200	9845	8045	10086,35

 

2.3 Определение объема трехатомных и двухатомных газов, водяных паров, избыточного воздуха и полного объема продуктов сгорания по газоходам котла

Таблица 5 - Объем  трехатомных и двухатомных газов, водяных паров, избыточного воздуха  и полного объема продуктов сгорания

Наименование  величин и расчетная формула	Размерность		V0=9,91; VRO2 = 1,06; V0N2 = 7,84; V0H2O = 2,20
			Газоходы
		топка, ширмы	КПП I	КПП II	ВЭК	РВП
Коэффициент избытка воздуха, α	-	1,03	1,06	1,09	1,11	1,21
Коэффициент избытка воздуха средний, αср	-	1,03	1,04	1,07	1,1	1,16
Объем водяных  паров  VH2O = V0H2O + 0,0161∙(αср -1)∙V0	м3/кг	2,204	2,206	2,211	2,215	2,225
Полный объем  дымовых газов VГ = VRO2 + V0N2 + VH2O + (αср -1)∙V0	м3/кг	11,403	11,700	11,997	12,196	13,187
Парциальный объем трехатомных газов rRO2 = VRO2 /Vr	-	0,092	0,090	0,88	0,086	0,080
Парциальный объем водяных паров  rH2O = VRO2 /Vr	-	0,193	0,188	0,184	0,181	0,168
rn =  rRO2 + rH2O	-	0,285	0,278	0,272	0,267	0,248

 

 

 

И в диаграмма

 

2.4 Составление баланса теплоты парового котла. Определение расчетного часового расхода топлива и коэффициента сохранения теплоты

Таблица 6 - Тепловой баланс парового котла БКЗ 320-140 ГМ-7

№ п/п	Наименование  величин	Обозначение	Размерность	Формула или  способ определения	Расчет
1	Располагаемое тепло топлива	QРР	ккал/кг	QРР=QРН	8910
2	Энтальпия уходящих газов	Iух	ккал/кг	По диаграмме I-t при Vух = 112 0С	535
3	Энтальпия холодного  воздуха	I0хв	ккал/кг	По диаграмме I-t при tхв = 30 0С	120
4	Потеря теплоты от химического  недожога	q3	%	Таблица №2 КП	0
5	Потеря теплоты  от механического недожога	q4	%	Таблица №2 КП	0
6	Потеря теплоты  с уходящими газами	q2	%		4,61
7	Потеря  теплоты  в окружающую среду	q5	%	Стр.21 ТРКА	0,4
8	Коэффициент сохранения тепла	φ	-		0,99
9	Сумма тепловых потерь в котле	Σq	%	q2 + q3 + q4 + q5	5,01
10	Коэффициент полезного действия котла брутто	ηбрка	%	100-Σq	94,99
11	Энтальпия перегретого  пара	Ine	ккал/кг	Табл.воды и  пара при Рne = 14 МПа; tne = 560 0C	833
12	Энтальпия питательной  воды	Inв	ккал/кг	Там же при Рnв =  1,15∙Рne = 16,1МПа; tnв=225 0C	242
13	Паропроизводи- тельность котла	Д	кг/ч	Д∙1000	320000
14	Полезно использованное тепло	Qка	ккал/ч	Д∙(Ine - Inв)	1891200000
15	Полный часовой  расход топлива на котел	В	кг/ч		31416
16	Расчетный часовой  расход	Вр	кг/ч	Вр = В, т. к.  q4 =0	31416

 

Рис 2 топка

 

2.5 Расчет топки (поверочный)

 

1) Площадь  боковой стены, м² :

Fб=FI+FII+FIII+FIV+FV

(1)

F_б=84,2+14,6+11,7+1,8+0,85=113,15 м²;

2) Площадь  фронтовой стены, м²:

Fфр=HФХВ

(2)

где В - ширина топки, м;

H_Ф – высота фронтовой стены, м

F_фр=20,25Х12=143 м²;

3) Площадь задней стены, м²:

FЗ=НЗХВ

(3)

где Н_З – высота задней стены, м

F_З=18,5Х12=222 м²;

4) Площадь  выходного окна топки, м²:

FO=FШ=НШХВ

(4)

где Н_Ш – высота выходного окна топки, м

F_O=3,3Х12=39,6 м²;

5) Активный  объем топки, м²:

Vm=FбХВ

(5)

V_m=113,15Х12=1358 м²;

6) Площадь  занятая горелками, м²:

Fгор=(πХD2/4)Хn

(6)

F_гор=18,9 м² принимаем конструктивно для турбулентных горелкок;

7) Поверхность  стен, закрытая экранами, м²:

FЭст=Fфр+2ХFб+FЗ-Fгор

(7)

F^Э_ст=143+2Х113,15+222-18,9=572 м²;

8) Лучевоспринемающая поверхность экранов, м²:

НЭЛ=Х0ХFЭст

(8)

где Х₀ - угловой коэффициент экрана

Н^Э_Л=1Х572=572 м²;

9) Лучевоспринемающая поверхность в выходном окне топки, м²:

НОЛ=Fш

(9)

Н^О_Л=39,6 м²;

10) Полная лучевоспринемающая  поверхность топки, м²:

НЛ=НЭЛ+НОЛ

(10)

Н_Л=572+39,6=612 м²;

11) Суммарная поверхность стен топки, м²:

Fст=FЭст+FO+Fгор

(11)

F_ст=572+39,6+18,9=631 м²;

12) Степень экранирования топки:

х=(Нл/Fcт)

(12)

х=(612/631)=0,970

13) Коэффициент ослабления факела трехатомными газами:

K=Kr·rn

(13)

где, r_n - 0,282 таблица №5, для топки;

K_r – определяется по номограмме IX (5) при температуре газов V = 1200 ^оС, в зависимости от величины r_H2O таблица 5;

Так как котел  под разряжением, следовательно  принимаем:

Pn·S=rn·S

(14)

где S – толщина излучающего слоя, м, таблица 7

r_n·S=0,282·7,75=2,19

K_r – 0,26

K=0,26х0,282=0,073

K·S = 0,073·7,75 = 0,57

14) Коэффициент ψ для определения V ^//_m по номограмме I:

ψ=X·ζ

(15)

где ζ - 0,65 коэффициент для газообразного топлива      

 ψ=0,970·0,65=0,631

 

 

Таблица 7 - Тепловой расчет топки

№  п/п	Наименование  величин	Обозн.	Разм.	Формула или  способ определения	Расчет
1	Температура горячего воздуха	tгв	0С	Принимается по заданию	250
2	Энтальпия горячего  воздуха	I0гв	ккал/кг	по диаграмме I-t	990
3	Тепло вносимое в топку	Qв	ккал/кг	I0гвх(aт- aт)+∆aтхI0хв	990х(1,03-0,05)+0,05х120=976
4	Полезное тепло  выделенное в топочной камере	Qт	ккал/кг	Q рН+Qв	8910+976= 9886
5	Теоретическая температура горения	Vа	0С	По диаграмме I-V Qт= 9802	2105
6	Толщина излучающего  слоя	S	м	3,6х(Vт/Fст)	3,6х(1358/631) =7,75
7	Поправочный коэффициент	β	-	Примечание  №2 МП	1
8	Степень черноты  факела	аф	-	βхα	0,48
9	Степень черноты  среды заполняющую топку	а	-	Номограмма XI	0,48
10	Коэффициент загрязнения экранных поверхностей		-	Примечание  №3 МП	0,65
11	Уровень высоты горелок	hгор	м	По эскизу топки, чертежу	3
12	Высота топки	Нm	м	По эскизу топки, чертежу	18,5
13	Местоположение  максимума действия температуры  газов	Хm	-	hгор/Hm	3/18,5=0,16
14	Расчетный коэффициент	М	-	А-0,2хХm	054-0,2х0,16=0,51
15	Температура газов на выходе из топки	V //m	0C	Номограмма I	1300
16	Энтальпия газов на выходе из топки	I //m	ккал/кг	По I-V диаграмме	5630
17	Тепло переданное излучением в топке	Qл	ккал/кг	х(Qm- I //m)	0,99х(9886-5630)=4213
18	Тепловое напряжение топочного объема	Q/V	ккал/м3ч	(ВРхQm)/Vm	(31416х9886)/1358=228703
19	Тепловое напряжение топочной площади		ккал/м2ч	(ВРхQm)/Fст	(31416х9886)/631=492200

 

 

 

Принимаем Q_л 50% от   50%х8910=4455

 

Рис 3 пароперегреватели

 

2.6 Расчет поверхностей  нагрева 

 

2.6.1 Расчет РПП

 

1) Поверхность нагрева РПП, м²:

НлРПП=IРПП·В·ХРПП

(16)

где I_РПП - длина участка потолка занятая трубами, ГЧ ВО л.1, равная 6,1 м;

В - ширина котла равная 12 м;

Х_РПП=1

Н_л^РПП=6,1·12·1=73,2 м²

2) Количество тепла переданное в РПП, ккал/кг:

QлРПП=Qл·(НлРПП/Нл)·у

(17)

где Q_л - тепло, переданное излучением в топке, равное 4225 ккал/кг;

Н_л = - лучевоспринемающая поверхность топки, равная 612 м²;

у – коэффициент для газа равный 0,5

Q_л^РПП=4455·(73,2/612)·0,5=533 ккал/кг

3) Энтальпия пара на входе в РПП:

i^/_РПП=i_Н=618 ккал/кг

4) Температура пара на входе в РПП:

t^/_РПП=t_Н=347 ⁰C и давлении P=P_б=16,1 кгс/см²

5) Энтальпию пара на выходе из РПП, ккал/кг:

(18)

где Д_ВПР - расход воды на впрыск (кг/ч);

(19)

где Δi_no1 - тепло, переданное в первом пароохладителе равное 10 ккал/кг;

Δi_no2 - тепло, переданное во втором пароохладителе равное 5 ккал/кг;

i_впр = I_nв - энтальпия впрыскиваемой воды равная 242 ккал/кг

i^//_РПП=i^/_РПП+Δi_РПП 618+13=631 ккал/кг

5) Температура пара на выходе из РПП по i^//_РПП=631 ккал/кг и Р = 154 кгс/см²; t^//_РПП=354 ⁰С

6) Расход воды на первый впрыск, кг/ч:

(20)

7) Расход воды на второй впрыск, кг/ч:

(21)

 

2.6.2 Расчет ширмового пароперегревателя

 

Конструктивные характеристики ширм:

1) Наружний диаметр труб d_н равный 38 мм.

2) Внутренний диаметр труб d_ВН равный 32 мм.

3) Шаг между ширмами S₁ равный 800 мм.

4) Шаг труб в ширме S₂ = d_н + 4 = 38 + 4 = 42 мм.

5) Количество ширм, шт:

Z1=(В/ S1)

(22)

Z₁=(12/0,8)-1=14 шт.

6) Число труб в одной ширме, шт:

Z2=(a/S2)

(23)

где а - высота ширмы, равная 3,15 м

Z₂=(3,15/0,042)-1=75 шт.;

7) Число труб во всех ширмах:

n = Z1· Z2

(24)

n=14·75=1050 шт.

8) Полная поверхность нагрева ширм:

Нш = π· dn· lср· n

(25)

Н_ш=3,14·0,038·19,2·1050 = 2406 (м²), г

где l_ср - средняя длина одной трубы ширм равная 19,2 м

Таблица 8 - Тепловой расчет ширм

№ п/п	Наименование  величин	Обозначение	Размерность	Формулы или  способ определения	Расчет
1	Полное тепловыделение 1 кг пара в п/пе	Δine	ккал/ кг	ine - iн + Δinо	833-618+15=230
2	Тепловыделение  ширм	Δiш	ккал/ кг	0,4∙Δine	0,4∙230=92
3	Полное тепловыделение	Qбш	ккал/ кг		((320000-12765)∙92)/ /31416=900
4	Энтальпия газов  перед ширмами	I /ш	ккал/ кг	Из расчета  топки	5630
5	Температура газов перед ширмами	V /ш	0С	Из расчета  топки	1300
6	Энтальпия газов  за ширмами	I //ш	ккал/ кг		5630- -900/0,99= =4721
7	Температура газов за ширмами	V //ш	0С	По диаграмме I-V	1030
8	Температура пара на входе в ширмы	t /ш	0С	t /ш= t //РПП	354
9	Энтальпия пара на входе в ширмы	i /ш	ккал/ кг	i /ш= i //РПП	631
10	Энтальпия пара на выходе из ширм	i //ш	ккал/ кг	i /ш+Δiш	631+92=723
11	Температура пара на выходе из ширм	t //ш	0С	По табл. воды и пара при Рш=15 МПа и i //ш=723 ккал/кг	412