Реконструкция парового котла ПК-19

Содержание Введение…………………………………………………………………………..3 Задание……………………………………………………………………………7

  1. Принципиальная схема котла ПК-19……………………………………..…9
  2. Выбор расчетных характеристик………………………………….…….….10
  3. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания…………..…11
  4. Определение КПД и расхода топлива………………………….……….….16 5. Расчет топки………………………………………………….…….……..….18 6. Расчет фестона………………………………………………….……..……..29 7. Расчет пароперегревателя……………………………………….…………..34
  5. Расчет первой ступени воздухоподогревателя…………………………….43
  6. Расчет первой ступени экономайзера………………………………...…….50 10.Расчет второй ступени воздухоподогревателя…………………………….58 11.Расчет второй ступени экономайзера………………………………………64 12.Тепловой баланс котлоагрегата………………………………………...…..70 Список использованной литературы……………………………………….….72 Приложения……………………………………………………………………..73

 

Введение

Паровой котёл представляет собой системы поверхностей нагрева для производства пара из непрерывно поступающей в него воды, путём использования теплоты, выделяющейся при сжигании топлива, которое подаётся в топку вместе с необходимым для горения воздухом. Поступающая в паровой котёл питательная вода подогревается до температуры насыщения, испаряется, а выделившийся из котловой воды насыщений пар перегревается.

При сжигании топлива образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева отдают теплоту воде и пару. После поверхностей нагрева продукты сгорания при относительно низкой температуре удаляются из котла в атмосферу. В результате горения твёрдого топлива остаются также зола и шлак, которые также удаляются из агрегата.

В соответствии с законами фазового перехода получение перегретого пара характеризуется последовательным протеканием следующих процессов: подогрева питательной воды до температуры насыщения, парообразования и, наконец, перегрева насыщенного пара до заданной температуры. Эти процессы имеют чёткие границы протекания и осуществляются в трёх группах поверхностей нагрева. Подогрев воды до температуры насыщения происходит в экономайзере, образование пара в испарительных поверхностях нагрева, перегрев пара в пароперегревателе.

Агрегаты, в парообразующих трубах которых движение рабочего тела создаётся под воздействием напора циркуляции, естественно возникающего при обогреве этих труб, получили название паровых котлов с естественной циркуляцией.

Агрегаты, в которых движение рабочего тела осуществляется принудительно, например насосом, называются котлами с принудительной циркуляцией.

Отличительной особенностью паровых котлов с естественной и многократной принудительной циркуляцией является наличие барабана –

ёмкости, позволяющей организовать циркуляцию в замкнутой гидравлической

 

системе и обеспечить отделение воды от пара. Прямоточные котлы не имеют барабана, и через парообразующие трубы рабочее тело проходит однократно.

Паровые котлы могут иметь П-,Т-,N-,U-образную, четырех ходовую и башенную компоновки. В отечественной энергетике наиболее широкое применение получили котлы с П-образным профилем.

Топочные камеры, делятся на топки с твердым и жидким шлакоудалением. Отличительной особенностью топок с твёрдым шлакоудалением является наличие в нижней части топки холодной воронки, образованной путём сближения фронтального и заднего экранов с большим уклоном.

В данном курсовом проекте производится конструктивный тепловой расчёт барабанного котла с твёрдым шлакоудалением ПК-19.

Он предназначен для работы с твёрдым топливом. Котёл имеет П- образный профиль – это две вертикальные призматические шахты, соединённые вверху горизонтальным газоходом. Первая шахта – большая по размерам – является топочной камерой. В топочной камере по всему периметру и вдоль всей высоты стен располагаются трубные плоские системы – топочные экраны. Диаметр труб: 76 мм. Они получают теплоту прямым излучением от факела и являются радиационными поверхностями нагрева. Продолжением труб заднего экрана является фестон. Он образуется из экранных труб путём разведения их вдоль потока газов.

Из фестона теплоноситель поступает в барабан. Для исключения возможности образования накипи в барабане необходимо, чтобы концентрация солей в воде была меньше критической, при которой начинается их выпадение из раствора. С целью поддержания требуемой концентрации солей из котла продувкой выводится некоторая часть воды и вместе с ней удаляются соли в таком количестве, в каком они поступают с питательной водой. Применяют непрерывную и периодическую продувки котла. В данном котле применена непрерывная продувка величиной 2,5%.

 

Вторая вертикальная шахта и соединяющий её с топочной камерой горизонтальный газоход служат для размещения поверхностей нагрева, получающих теплоту конвекцией, и поэтому называются конвективными газоходами, а сама вертикальная шахта – конвективной шахтой. Поверхности нагрева, размещённые в конвективных газоходах, получили название конвективных.

В горизонтальном газоходе расположен конвективный пароперегреватель

– поверхность нагрева, в которой пар доводится до необходимой температуры. Он выполнен из стальных труб диаметром 38 мм и толщиной 4,5 мм. Из труб пароперегревателя образуют змеевики. Концы змеевиков приваривают к коллекторам круглого сечения. Пароперегреватель является двухступенчатым и выполнен по противоточно-прямоточной схеме. Первая ступень по ходу пара является однозаходной, вторая – двузаходная.

Дальнейшая утилизация теплоты осуществляется в низкотемпературных поверхностях нагрева, расположенных в конвективной шахте. Ими являются воздухоподогреватель и экономайзер. В данном котле компоновка низкотемпературных поверхностей нагрева – двухступенчатая.

В экономайзер поступает питательная вода с температурой 215 0С,

которая подогревается до температуры, меньшей температуры насыщения. Змеевики экономайзера располагают перпендикулярно фронту котла. Экономайзер выполнен из гладких труб диаметром 32 мм и толщиной 4 мм. Компоновка экономайзера – одноходовая.

Воздухоподогреватель представляет собой систему вертикальных труб, через которые проходят продукты сгорания, а между трубами – нагреваемый воздух. Воздух, поступающий в воздухоподогреватель, имеет температуру 30 0С. Первая степень воздухоподогревателя имеет два хода по воздуху и выполнена из труб диаметром 41 мм и толщиной 1,5 мм. Вторая ступень воздухоподогревателя является одноходовой.

Расположение     труб     во     всех     поверхностях     нагрева,     кроме

пароперегревателя – шахматное, в пароперегревателе – коридорное.

 

Котёл предназначен для получения пара температурой 510 0С и давлением 9,81 МПа. Паропроизводительность котла 33,33 кг/с=120 т/ч.

 

Задание

Выполнить тепловой расчет котлоагрегата (ПК-19) в связи с переводом его на

новый состав топлива (топливо №6) при Исходные данные: 

p = 5,1%, Ap 

= 23,7%

Паропроизводительность D,кг/с………………………………………….…...33,33 давление пара р, МПа………………………………………………………..…..9,81 температура перегретого пара tп.п., С0 510

температура питательной воды tп.в., С0……………………………………..…...215

температура холодного воздуха tх.в., С0…………………………………….……30 величина непрерывной продувки П, %..................................................................2,5

№ топлива - 6

Месторождение – Донецкий бассейн. Марка топлива - Т.

Класс или продукт обогащения – Р. Состав рабочей массы топлива:

W p = 5,0%; Ap = 23,8%; S p = 2,8%;C p = 62,7%; H p = 3,1%; N p = 0,9%;O p = 1,7%.

Низшая теплота сгорания - Q p = 24,22МДж / кг

 

Выход летучих на горючую массу: V Г

Температура плавки золы:

  • начало деформации t1=1060 C0
  • начало размягчения t2=1200 C0
 

= 15,0% .

  • начало плавкого состояния t3=1250 C0

 

 

Размеры поверхностей котлоагрегата 

Таблица 1

 

Топка

Фестон

Пароперегре- ватель

1-я ступень

Пароперегре- ватель

2-я ступень

Экономай зер

1 ступень

Экономай зер

2 ступень

Воздухопод

огреватель 1 ступень

Воздухоподогр

еватель 2 ступень

Vт = 700 м2

d×δ =

76×6

d×δ =

38×4,5

d×δ = 42×5

d×δ =

32×4

d×δ =

32×4

d×δ =

41×1,5

d×δ =

41×1,5

Fст =450 м2

S1 = 270 мм

S1 = 90 мм

S1 = 90 мм

S1 = 68 мм

S1 = 68 мм

S1 = 62 мм

S1 = 62 мм

d×δ = 76×6

S2 = 340 мм

S2 = 98 мм

S2 = 180 мм

S2 = 60 мм

S2 = 60 мм

S2 = 41 мм

S2 = 42 мм

Sфр = 90 мм

Z1 = 3 шт

Fпп =645 м2

Fпп =445 м2

Fэк =702 м2

Fэк =420 м2

Fвп =4920 м2

Fвп =2900 м2

Sбок= 90 мм

Fф =88 м2

–

–

–

–

–

–

Sзадн= 90 мм

–

–

–

–

–

–

–

Нл = 410 м2

–

–

–

–

–

–

–


 

          1. Принципиальна схема котла ПК-19

 

 

p=9,81 МПа D=33,33кг/с

0 

Конвективный пароперегреватель

Барабан 

t=510 C 

Пар

 

 

 

 

 

Фестон 

 

 

Δαф=0 

Δαпп=0,03

 

α=1,25 

 

α=1,25 

Водяной экономайзер 2 ступени

 

 

ΔαэкII=0,02 α=1,28 

 

Воздухопод огреватель 2 ступени

ΔαВПII=0,03

Питательна я вода

 

 

tпв=2150С 

α=1,30 ΔαэкI=0,02 

Водяной экономайзер 1 ступени

 

 

 

Воздухоподо

Горячий 

Δα =0,03 

α=1,35 

греватель

воздух

tгв=3250С

 

 

Топливо

 

ВПI 

1 ступени

Холодный воздух tхв=300С

Уходящие газы

 

tуг=1250С

α=1,38

 

Зола

 

 

 

 

Рис.1. Схема барабанного котла с естественной циркуляцией ПК-19

 

          1. Выбор расчетных характеристик

    1. Температура уходящих газов

По табл. 2.2 [3] при Р=9,81 МПа и приведенной влажности Wп=5/24,22=0,206

0

%/МДж выбираем Jух 

= 125 C.

 

    1. Температура подогрева воздуха

По табл. 2.1 [3] по виду топки (с твёрдым шлакоудалением и замкнутой системе сушки топлива горячим воздухом) и виду топлива (тощий) выбираем tгв=3250С.

    1. Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки

По табл. 2.3 [3] исходя из вида топочного устройства (камерная топка с твёрдым шлакоудалением) и виду топлива (тощий) выбираем αт=1,25.

    1. Присосы воздуха в топке

По табл. 2.4 [3] исходя из вида поверхности нагрева выбираем присосы воздуха:

      • в пароперегрвателе Δαпп=0,03;
      • в экономайзере на каждую ступень Δαэк=0,02;
      • в воздухоподогревателе на каждую ступень Δαвп=0,03;
      • в топке и фестоне присосов нет;
      • в пылесистеме Δαпл=0,04;

 

    1. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

    1. Пересчёт элементарного состава топлива и теплоты сгорания рабочей массы влажностью W1р и зольностью А1р на рабочую массу влажностью W2р и зольностью А2р.

100 - Aр

К = 2

100 - A р 

- W р

- W р 

= 100 - 23,7 - 5,1 = 1; 100 - 23,8 - 5,0

р = С р 

× К = 62.7 ×1 = 62,7%;

р = S р 

× К = 2,8 ×1 = 2,8%;

р = H р 

× К = 3,1×1 = 3,1%;

р = N р 

× К = 0,9 ×1 = 0,9%;

р = O р 

× К = 1,7 ×1 = 1,7%.

Проверка правильности пересчёта:

р + S р 

  • H р 
  • N р 
  • O р
 

+ W р 

  • Aр
 

= 100%;

62,7 + 2,8 + 3,1 + 0,9 + 1,7 + 5,1 + 23,7 = 100%.

    1. Определение теплоты сгорания топлива

Теплота сгорания топлива определяется по формуле (3.1)

 

Q р  = (Q р 

+ 0,0251× W р ) × К - 0,0251× W р , МДж / кг 

(3.1)

н2 н1 1 2

Q р  = (24.22 + 0,0251× 5) ×1 - 0,0251× 5.1 = 24.218МДж / кг.

    1. Определение теоретического количества сухого воздуха

Теоретическое количество сухого воздуха определяется по формуле (3.2)

V 0 = 0,0889× (С р + 0,375× S р ) + 0,265× Н р - 0,0333× Oр , м3 / кг.

 

V 0  = 0,0889× (62,7 + 0,375× 2,8) + 0,265× 3,1 - 0,0333×1,7 = 6,433м3 / кг.

    1. Определение объёмов продуктов сгорания на 1 кг топлива

Теоретический объём азота определяется по формуле (3.3) 

 

 

 

 

 

(3.2)

 

0   = 0,79 × V 0 + 0,008 × N р , м 3 / кг.

2 

(3.3)

 

0   = 0,79 × 6,432 + 0,008 × 0,9 = 5,089м3 / кг.

2

 

Объём трёхатомных газов определяется по формуле (3.4)

 

VRO2 

= 0,0187 × (С р + 0,375 × S р ), м3 / кг. 

(3.4)

 

VRO2 

= 0,0187 × (62,7 + 0,375 × 2,8) = 1,192м3 / кг.

 

Теоретический объём водяных паров определяется по формуле (3.5)

 

0

Н 2О 

= 0,111× Н р + 0,0124 × W р + 0,0161× V 0 , м3 / кг. 

(3.5)

 

0

Н 2О 

= 0,111× 3,1 + 0,0124× 5,1 + 0,0161× 6,433 = 0,514м3 / кг.

 

Расчеты объемов продуктов сгорания по газоходам котла представим в табличной форме (табл.3.1). В эту же таблицу внесем результаты расчетов массы ПС и концентрации золы.

 

Объем продуктов сгорания по газоходам 

Таблица 3.1

 

 

 

№ п/п

 

 

 

Величина и расчётная формула

Единица измерения

V 0 = 6,433м3 / кг ; V 0   = 5,089м3 / кг ;

в N2

V = 1,192м3 / кг ; V 0 = 0,514м3 / кг .

RO2 Н 2О

Поверхности нагрева

Топка, фестон

ПП

ЭКII

ВПII

ЭКI

ВПI

1

Присосы воздуха в поверхностях нагрева

¾

¾

0,03

0,02

0,03

0,02

0,03

 

2

Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева a '' = a т ''+åDai

 

–

 

1,25

 

1,28

 

1,3

 

1,33

 

1,35

 

1,38

 

3

Средний коэффициент избытка воздуха поверхности нагрева a ср

 

–

 

1,25

 

1,265

 

1,29

 

1,315

 

1,34

 

1,365

 

4

Объем водяных паров

V = V 0 +

H 2O H 2O

+ 0,0161× (a -1) ×V 0

ср в

 

м3/кг

 

0,540

 

0,542

 

0,544

 

0,547

 

0,549

 

0,657

 

5

Полный объем газов

V = V 0   + V 0 + V 0 +

г N2 RO2 H2O

+ 1,0161× (a -1) ×V 0

ср в

 

м3/кг

 

8,403

 

8,500

 

8,661

 

8,821

 

8,982

 

9,143

 

6

Объёмная доля трёхатомных

VRO

газов r = 2

RO2 V

г

 

¾

 

0,142

 

0,140

 

0,138

 

0,135

 

0,133

 

0,130

 

7

Объёмная доля водяных

V

паров r = H 2O H 2O  V

г

 

¾

 

0,061

 

0,060

 

0,059

 

0,058

 

0,057

 

0,056

8

Доля трёхатомных газов и

водяных паров rп = rRO  + rH O

2 2

 

¾

0,203

0,201

0,197

0,193

0,190

0,187

9

Масса продуктов сгорания

кг/кг

11,264

11,390

11,600

11,810

12,020

12,230


 

 

 

 

Ap

G = 1 - + 1,306×a ×V 0

г 100 cр в

             

 

10

Концентрация золовых

Ap × a

частиц m = ун

зл 100× G

г

 

¾

 

0,020

 

0,020

 

0,019

 

0,019

 

0,019

 

0,018


 

    1. Определение энтальпий по газоходам

Энтальпия газов при теоретическом расходе воздуха определяется по формуле

(3.6)

 

г  = (VRO 

  • cRO
 

+ V 0 

  • cN
 

+ V 0 × c ) ×J, кДж / кг 

(3.6)

2 2 2 2 2 2

 

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха определяется по формуле (3.7)

0 = V 0 

  • св × J, кДж / кг
 

(3.7)

Энтальпия золы определяется по формуле (3.8)

 

Hзл = 0,01× aун × A 

× сзл ×J, кДж / кг 

(3.8)

Расчеты энтальпий сводятся в (табл.3.2).

 

 

Энтальпия продуктов сгорания (Н-ϑ таблица)

Таблица 3.2

t,

 

  ,

 

кДж/кг

  ,

 

кДж/кг

  ,

 

кДж/кг

За поверхностью нагрева: HГ

= H 0 + (a -1) × H 0 , кДж / к

Г В

топка и фестон

ПП

ЭК2.

ВП2

ЭК1

ВП1

α"=1,2

α"пп=1,23

α"эк2=1,25

α"вп2=1,28

α"эк1=1,3

α"вп1=1,33

       

Нг

Нг

Нг

Нг

Нг

Нг

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

100

941,356

851,665

18,215

       

1257,653

1283,203

200

1907,271

1714,265

38,118

     

2511,097

2545,382

2596,810

300

2900,773

2592,946

59,440

   

3738,097

3815,885

3867,744

3945,532

400

3925,638

3487,709

81,122

   

5053,072

5157,703

   

500

4979,231

4403,699

103,299

 

6315,566

6403,640

     

600

6050,190

5342,203

126,219

 

7672,226

7779,070

     

700

7152,171

6307,080

149,252

 

9067,406

       

800

8285,309

7277,103

172,825

10277,410

10495,723

       

900

9444,369

8247,126

197,164

11703,315

11950,728

       

1000

10615,372

9244,809

221,705

13148,279

13425,624

       

1100

11790,872

10268,865

247,170

14605,258

         

1200

12974,048

11292,921

271,689

16068,967

         

1300

14182,407

12316,978

306,609

17568,261

         

1400

15417,146

13368,050

356,593

19115,751

         

1500

16634,711

14419,766

396,219

20635,872

         

1600

17874,226

15471,482

422,629

22164,726

         

 

Продолжение таблицы 3.2

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1700

19120,450

16521,912

465,092

23716,020

         

1800

20368,663

17572,985

492,448

25254,357

         

1900

21638,419

18651,074

537,726

26838,913

         

2000

22895,957

19729,163

566,027

28394,275

         

2100

24172,880

20807,253

 

29374,693

         

2200

25451,791

21885,342

 

30923,127

         

 

        1. Определение КПД и расхода топлива

Расчет теплового баланса и расхода топлива приведен в (табл. 4.1).

 

 

Тепловой баланс и расход топлива 

 

 

 

Таблица 4.1

 

 

№ п/п

 

Наименование параметра

 

Обозна чение

Единица измерения

 

Способ определения или расчетная формула

 

Величина или расчёт

1

2

3

4

5

6

1

Располагаемая теплота топлива

 

Q p p

кДж

 

 

кг

 

Q p н

24218

2

Температура уходящих газов

J ух

0С

табл.2.2 [3]

125

3

Энтальпия уходящих газов

H ух

кДж

 

 

кг

H - J – таблица

1182,835

4

Температура хол. воздуха

t хв

0С

задана

30

 

5

Энтальпия холодного воздуха

H 0

хв

 кДж

кг

H - J – таблица

 

255,499

 

6

Потери теплоты от химического недожога

 

q3

 

%

 

по табл. 2.3 [3]

 

0

 

7

Потери теплоты от механического недожога

 

q4

 

%

 

по табл. 2.3 [3]

 

2

 

8

Потеря теплоты с уходящими газами

 

q2

 

%

H - a × H 0

ух ух хв × (100 - q )

Q р 4

р

1 182,835 -1,38× 255.499

× (100 - 2) = 3,36

24218

 

9

Потери теплоты от наружного охлаждения

 

q5

 

%

 

рис. П1 [3]

 

0,57

 

10

Потери тепла с физическим теплом шлаков

q6

 

%

a × Ap × c × t

шл зл шл

 

 

Q р р

0,05 × 23,7 × 560,6 = 0,027

24218

11

Сумма тепловых потерь

6

å qi i =2

%

q2 + q3 + q4 + q5 + q6

3,36 + 0 + 2 + 0,57 + 0,027 = 5,957

12

КПД котла брутто

hбр

%

100-(q2 + q3 + q4 + q5 + q6 )

100 - 5,957 = 94,043

13

Энтальпия перегретого пара

hпп

кДж

 

 

кг

табл. 3 [5]

3401,942

14

Давление пит.воды

рпв

МПа

(1,15 ¸ 1,2)×Рпп

Принимаем 1,17

1,17×9,81 = 11,478


 

Продолжение таблицы 4.1

 

1

2

3

4

5

6

 

15

Энтальпия питательной воды

 

hпв

 

кДж кг

 

табл. 3 [5]

 

920,6

 

16

Величина непрерывной продувки

 

П

 

%

 

задано

 

2,5

 

17

Расход продувочной воды

Dпр

 

кг/с

П × D

 

 

100

2,5 × 33,33 = 0,833

100

18

Давление в барабане

рб

МПа

1,1× pпп

1,1× 9,81= 10.791

19

Энтальпия котловой воды

hкв

 к Д ж

кг

табл.2 [5] при рб

1441,922

 

20

Полезно использованное тепло

Qка

 

кВт

D × (hпп - hпв ) +

  • Dпр × (hкв - hпв )

33,33× (3401,942 - 920.6) +

+ 0,833×(1441.922 - 920.6) = 83137.521

 

21

Натуральный расход топлива

 

В

 

кг/с

Qка ×100

Q р ×h

р бр

83137.521×100 = 3.650

24218× 94,043

22

Расчётный расход топлива

Вр

кг/с

B × 100 - q4

100

3.650 × 100 - 2 = 3.577

100


 

            1. Расчет топки

5.1. Определение конструктивных характеристик топки

 

Рис. 2. Эскиз топки.

 

 

Конструктивные характеристики топки 

Таблица 5.1.

 

 

№ п/п

 

Наименование параметра

 

Обозн ачение

Единица измерения

 

Способ определения или расчетная формула

 

Величина или расчёт

1

2

3

4

5

6

 

1

Диаметр и толщина экранных труб

 

d ´ d

 

мм

по рабочему чертежу или ТУ

 

76´ 6

2

Поверхность боковой стены

Fст.б.

м2

по эскизу топки

101,432

 

 

3

Поверхность фронтовой стены с потолком и частью холодной воронки

 

Fст.фр..

 

м2

 

 

по эскизу топки

 

 

150,699

 

4

Поверхность задней стены с частью холодной воронки

 

Fст.з.

 

м2

 

по эскизу топки

 

85,683

5

Поверхность фестона

Fст.ф.

м2

по эскизу топки

40,331

 

6

Суммарная поверхность стен топочной камеры

 

Fст.

 

м2

2 × Fст.б. + Fст.фр. + Fст.з. +

  • Fст.ф.

2 ×101,432 + 150,699 + 85,683 + 40,331

= 479,577

 

7

Поверхность стен топки, закрытая экранами

 

Fпл.

 

м2

 

Fст. - Fст.ф.

 

479,577 - 40,331= 439,246

 

8

Шаг труб фронтового и боковых экранов

Sф.б..

 

мм

по рабочему чертежу или ТУ

 

90

9

Шаг труб заднего экрана

S..

мм

по рабочему чертежу или ТУ

90

 

10

Поперечный шаг труб фестона

S.ф.

 

мм

по рабочему чертежу или ТУ

 

270

 

11

Относительный шаг труб фронт. и боковых экранов

 

  ф.б.

 

 

¾

Sф.б.

 

 

d

90 = 1,184

76

 

12

Относит. шаг труб заднего экрана

  з.

 

¾

Sз.

 

d

90 = 1,184

76