Тепловой расчет котельного агрегата БКЗ-75-39ФБ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

 

Усть-Илимский филиал

Областного государственного бюджетного образовательного учреждения

среднего профессионального  образования

«Иркутский энергетический колледж»

(УИФ ОГБОУ СПО «ИЭК»)

 

 

 

Курсовой проект

 

 

 

 

По дисциплине:   Котельные установки ТЭС    

 

Тема:  Тепловой расчет котельного агрегата БКЗ-75-39 ФБ   

 

 

 

 Выполнил студент гр.  2.ТЭС.11        Гуртяков П.П    

                                                                                  Ф И О           

                                                                             24.06.2013            

                              дата,  л. подпись

 

 

 

 

 

 Проверил преподаватель        Мелентьева А.А   

                                Ф И О   

                                            __________________________________________

                   оценка, дата,  л. подпись

 

 

 

 

 

 

Усть-Илимск

2013

 

содержание

    Введение 3

1. Заданные параметры 7

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания 8

3. Расчет средних характеристик продуктов сгорания

    в поверхностях нагрева 10

4. Тепловой расчет котлоагрегата БКЗ-75-39 ФБ 11

5. Расчет энтальпий продуктов сгорания 12

6. Расчет теплового баланса и расхода топлива 14

7. Расчет топки 16

8. Расчет фестона 18

9. Расчет пароперегревателя 20

    Заключение 23

    Список использованных источников 24

    Приложение: 1. Схема на 2л. в 1экз.

     2. Эскиз котельного агрегата на1л. в 1экз.

   

 

Введение

Для расчета предлагается котельный агрегат  (КА) БКЗ-75-39 ФБ однобарабанный, вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией предназначен для работы на бурых и каменных углях, торфе, антрацитовым штыбе и тощих углях – с одновременным производством перегретого пара давлением 39 кгс/см2, температурой 440º С и производительностью по пару 75 т/ч. Компоновка котла БКЗ-75-39 ФБ выполнена по П - образной схеме. Топочная камера размещена в первом (восходящем) газоходе. В верхнем (поворотном) газоходе расположен пароперегреватель, во втором (нисходящем) газоходе расположен водяной экономайзер(теплообменник для предварительного подогрева воды, подаваемой в паровой котел, за счет теплоты отходящих газов) и воздухоподогреватель.

Котёл имеет один барабан, предназначенный для разделения пароводяной смеси и барботажной (пропускание через жидкость газа или пара под давлением) промывки насыщенного пара питательной водой. Для прогрева нижней образующей полусферы барабана в начальный период растопки предусмотрен коллектор парового разогрева; для равномерного расхолаживания верхней образующей полусферы барабана в период останова предусмотрен коллектор парового расхолаживания. Подвод котловой воды из барабана котла к нижним камерам экранных блоков осуществляется по водоопускным трубам.  Водоопускные трубы идут вдоль топки и обмурованы заодно с ней. К каждой камере фронтовых и тыловых экранных блоков котловая вода подводится по 4 трубам. К камерам боковых средних блоков котловая вода подводится по 6 трубам: 2 в „чистый“ отсек и 4 в „солевой“ отсек от выносных циклонов. К каждой камере боковых крайних экранных блоков котловая вода подводится по 2 трубам. Отвод пароводяной смеси от верхних камер экранных блоков осуществляется соответствующим количеством пароотводящих труб такого же размера.

В паровом пространстве барабана происходит объемная сепарация пара (отделение капелек воды из потока пара). Под потолком барабана установлена  решетка, предназначенная для равномерного парораспределения по пароотводящим трубам. Из барабана сухой насыщенный пар отводится по пароперепускным трубам в камеры потолочного пароперегревателя.

Питательная вода в барабан  котла подводится по трубам с фронтовой  стороны. Внутри барабана вся питательная  вода поступает в раздающий короб, откуда часть воды поступает непосредственно  в водяной объем, а часть воды направляется на промывочный лист для  барботажной промывки пара.

На котле имеется пароперегреватель (ПП), предназначенный для перегрева  сухого насыщенного пара до номинальных  параметров с целью получения  максимального к.п.д. на котле, турбоагрегате и всей паросиловой установки в целом. Конструктивно пароперегреватель расположен в верхней части КА: поверхности нагрева – в горизонтальном газоходе;  пароперепускные трубы, камеры, коллекторы, пароохладители - вне обогреваемой зоны над потолком КА.

За пароперегревателем расположена  поворотная камера, соединяющая горизонтальный газоход с конвективной шахтой. Конвективная шахта представляет собой опускной газоход с расположенными в нем  поверхностями нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Водяной экономайзер предназначен для нагрева питательной воды до температуры близкой к температуре  насыщения пара, воздухоподогреватель (ВЗП) предназначен для подогрева воздуха, подаваемого в топку котла и необходимого для обеспечения процесса горения топлива. В целом подогрев питательной воды и воздуха обеспечивает максимальный к.п.д. котла.

Питание КА водой осуществляется через узел питания, расположенный  на основной отметке обслуживания КА. Узел питания оснащен двумя регуляторами питания: основным Ду225 поворотного  типа и байпасным Ду100 шиберного типа. Длительная эксплуатация котла допускается на клапане Ду225, клапан Ду100 используется как аварийный при выходе из строя основного клапана. Работа поворотных клапанов допускается на любых перепадах давления, на шиберных клапанах перепад допускается не более 50кгс/см2.

В курсовой работе приводится проверочный тепловой расчет котлоагрегата БКЗ-75-39 ФБ, основной целью расчета  является определение основных показателей работы котлоагрегата и его элементов, а также мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.

 

 

№ строки

Формат

Обозначение

Наименование

Кол-во листов

№ экз.

Примечание

1

            

2

            

3

А-4

КП 919 140101 2013 ЛУ

Лист утверждения

1

    

4

А-4

КП 919 140101 2013

Задание на курсовой

проект

1

    

5

А-4

КП 919 140101 2013 ГЧ

Продольный разрез Котельного агрегата БКЗ75-39ФБ

1

    

6

            

7

            

8

            

9

            

10

            

11

            

12

            

13

            

14

            

15

            

16

            

17

            

18

            

19

            

20

            

 

 

 

 

 

 

         

 

КП 919 140101 2013 ВД

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разработал 

Гуртяков

    

Тепловой расчет котельного агрегата

БКЗ-75-39ФБ

Лит

Лист

Листов

Проверил

Мелентьева

    

У

      

1

       
                 

Н. контр

      

Филиал ИЭК в

г .Усть-Илимске

Утверждаю

      

 

1. Заданные параметры

Провести тепловой (проверочный) расчет котельного агрегата

БКЗ-75-39 ФБ

Заданные параметры:

1.Производительность 75 т/час

2.Давление перегретого  пара 40 кгс/см2

3.Давление в барабане 44 кгс/см2

4.Температура перегретого  пара 4400 С

5.Давление питательной  воды 50 кгс/см2

6.Температура питательной  воды 1450 С

Заданное топливо: каменный уголь Гусиноозерский марки Б3 .

   Таблица 1

Характеристика топлива

 

Углерод

СР

Водород

НР

Кислород

ОР

Азот

NР

Сера

SР

Зола

AР

Влага

WР

43.9

3.2

11.4

0.7

0.5

16.8

23.5


 

Выход летучих на горючую массу VГ = 49%;

Низшая теплота сгорания QРН = 17556.1

 

 

 

 

 

 

 

 

2. расчет Объемов воздуха и продуктов сгорания

Объем воздуха и продуктов  сгорания при  α = 1

,  (1)

м3/кг;

,      (2)

 м3/кг;

,      (3)

 м3/кг;

,  (4)

 м3/кг.

Выход летучих на горючую массу VГ = 49%.

При  избытке воздуха  α > 1:

Объем водяных паров:

,     (5)

 кг/м3;

Объем дымовых газов:

,    (6)

 м3/кг;

 

 

 

 

 

Объемные доли 3-х атомных  газов, равные парциальным давлениям  газов при общем давлении 1 кгс/см2:                      

                             ,       (7)

  

  

                       (8)

 

  

Безразмерная концентрация золы в дымовых газах:

  ,       (9)

  

где αун = 0,95 (Кузнецов табл. XVII-XIX)

 Масса дымовых газов:

, кг/м3    (10)

 

 

 

 

 

 

 

3. Средние характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева

Произведен расчет средних  характеристик продуктов сгорания в поверхностях нагрева и сведён в таблицу 2.

Таблица 2

Наименование  величин

Размерность

V0 = 4,38м3/кг; VRO2 = 0,153 м3/кг; V0N2 = 3,4м3/кг;

V0H2O = 0,717118м3/кг

Топка и фестон

П/П

1ст

П/П

2ст

В/Э

2ст

ВЗП

2ст

В/Э

1ст

ВЗП

1ст

Коэффициент избытка воздуха за газоходом α

–

1,25

1,28

1,31

1,33

1,36

1,38

1,41

Коэффициент избытка воздуха α средний

–

1,225

1,265

1,295

1,32

1,345

1,37

1,395

VH2O = V0H2O +0,0161*(α-1)*V0

м3/кг

0,7904

0,7927

0,7945

0,7959

0,7973

0,7988

0,8002

Vг = VRO2 +VN2 +VH2O + (α-1)*V0

м3/кг

5,3073

5,4609

5,5695

5,6599

5,7503

5,8408

5,9312

rRO2 =

–

0,1714

0,1666

0,1633

0,1607

0,1582

0,1558

0,1534

rH2O =

–

0,1489

0,1451

0,1426

0,1406

0,1386

0,1367

0,1349

rn = rH2O +rRO2

–

0,3203

0,3117

0,3059

0,3013

0,2968

0,2925

0,2883

GГ =1–

+1,306*V0*α

кг/м3

6,601

6,786

6,926

7,042

7,158

7,275

7,391

μ =

–

0,0156

0,0152

0,1494

0,1469

0,0144

0,0142

0,0140


 

4. Тепловой расчет котлоагрегата БКЗ-75-39 Фб

Произведен тепловой расчёт котлоагрегата БКЗ-75-39 ФБ и               сведён в таблицу 3.

Таблица 3

Производительность

т/ч

По  конструктивным характеристикам

Д

75

Деление пара в барабане

кг/см2

=//=

РБ

44

Давление  пара за задвижкой

кг/см2

=//=

PЗ

40

Температура питательной воды

оС

=//=

tПВ

145

Теплосодержание питательной воды

кДж/кг

Кузнецов  табл. XV

IПВ

146,4*4,19=613,8

Температура насыщения

оС

Кузнецов  табл. XXIII

tкип

255

Теплосодержание воды при кипении

кДж/кг

=//=

Iкип

265*4,19=1110,85

Теплосодержание насыщенного пара

кДж/кг

=//=

Iнп

668*4,19=2799

Температура перегретого пара

оС

По  конструктивным характеристикам

tпп

440

Теплосодержание перегретого пара

кДж/кг

Кузнецов  табл.XXV

Iпп

789*4,19=3306

Удельный  объем насыщенного пара

м3/кг

Кузнецов  табл.XXIII

VНП

0,046


 

5.РАСЧЁТ ЭНТАЛЬПИЙ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Произведён рсчёт энтальпий продуктов сгорания и сведён в таблицу4.

 Таблица  4

I = I0Г + (αср – 1)* I0В + IЗЛ , кДж/кг

α1ВЗП

∆I

1480

597

885

905

922

947

969

991

997

1012

972

1086

1077

999

1226

1080

1076

1242

951

  

I

472

1952

2549

3434

4339

5261

6208

7177

8168

9165

10177

11149

12235

13312

14331

15437

16517

17593

18835

19786

α1В/Э

∆I

1457

872

860

881

897

921

942

963

971

985

943

1059

1048

1030

1039

1050

1048

912

1221

  

I

449

1906

2478

3338

4219

5116

6037

6979

7942

8913

9898

10841

11900

12948

13978

15017

160067

17115

18027

19248

α2ВЗП

∆I

1441

556

844

864

879

903

925

946

953

965

925

1039

1029

1012

1018

1032

1028

892

1202

  

I

433

1874

2430

3274

4138

5017

5920

6845

7191

8744

9709

10634

11673

12702

13714

14732

15764

16792

17684

18886

α2В/Э

∆I

1427

543

830

849

865

888

910

930

937

949

909

1023

1012

995

1003

1015

1012

875

1185

  

I

420

1847

2390

3220

4069

4934

5822

6732

7662

8599

9548

10457

11480

12492

13487

14490

15505

16517

17392

18577

α2ПП

∆I

1413

528

815

833

849

872

893

913

921

931

891

1007

984

977

984

997

994

858

1166

  

I

405

1818

2346

3161

3994

4843

5715

6608

7521

8442

9373

10264

11271

12265

13242

14226

15223

16217

170075

18241

α1ПП

∆I

1095

809

797

815

830

851

574

1193

895

913

871

985

443

1586

962

976

972

1036

1144

  

I

338

1483

2292

3089

3904

4734

5585

6159

7352

8247

9163

10034

11019

11462

12948

13910

14886

15858

16694

17838

αТ =  αФ

∆I

1072

786

772

795

800

826

1047

866

874

883

842

283

1619

927

934

947

944

806

1114

  

I

364

1436

2222

2994

3788

4588

5414

6261

7127

8001

8884

9726

10009

11628

12555

13489

14436

15380

16186

17300

Iзл,

кДж

кг

13

27

42

58

73

89

106

122

140

157

175

192

217

253

281

300

330

349

381

401

 

(Cv)зл

кДж

кг

19,3

40,4

63,0

86,0

109,5

133.8

158,2

183,2

209

235

262

288

325

378

420

448

493

522

570

600

I0В,

кДж

кг

580

1167

1765

2375

2999

3637

4294

4955

5624

6294

6992

7690

8386

9103

9818

10534

11250

11965

12698

13434

I0Г,

кДж

кг

221

1147

1783

2402

3036

3681

4342

5024

5722

6428

7136

7804

8580

9327

10065

10819

11575

12339

12948

13877

U,

оC

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000


 

где      ,       (9)

,   (10)

,         (11)

         (12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Тепловой  баланс И расход топлива.

Произведён расчёт теплового баланса и расхода топлива и           сведён в таблицу 5.

Таблица 5

Наименование величин

Обозначение

Расчетная формула или способ определения

Размерность

Расчет

Температура воздуха после калорифера

t

Задано по нормам

оС

50

Теплосодержание воздуха после  калорифера

I0В

Метод интерполяции

кДж/кг

75*4,19 = 314,3

Количество воздуха на входе  в ВЗП отнесенное к теоретически необходимому

β′ВП

αт -∆αт -∆αпп +2* ∆αвп

=//=

1,25-0,05-0,04+2*0,03=1,195

Тепло вносимое в топку после  калорифера

QВВН

β'вп *(I0В – I0ХВ)

кДж/кг

1,195*(314,25-263,9) = 60

Располагаемое тепло воздуха

Qрр

QРН+ QВВН

кДж/кг

17556,1+60 = 17616,1

Температура уходящих газов

Uух

Кузнецов табл. II-9.

оС

140

Теплосодержание уходящих газов

Iух

По I-U табл.

кДж/кг

776

Потеря тепла от механического  недожога

g4

Кузнецов табл.XVII

%

1

Теплосодержание холодного воздуха

I0ХВ

tхв=30º

кДж/кг

Потеря тепла с уходящими  газами

g2

%

Потеря тепла от химического  недожога

g3

Кузнецов табл.XVII

%

0


 

Продолжение табл.5

именование величин

Обозначение

Расчетная формула или способ определения

Размерность

Расчет

Потеря тепла в окружающую среду

g5

Кузнецов рис.5.1

%

0,8

Коэффициент сохранения тепла

φ

1-(g5 /100)

%

1-

Суммарная потеря тепла

Σg

g2+g3 +g4+g5

%

4

к.п.д. котлоагрегата

ηка

100 - Σg

%

100-4 = 96

Теплосодержание перегретого пара

Iпп

По табл.

Вукаловича

кДж/кг

3306

Теплосодержание питательной воды

Iпв

По табл.

Вукаловича

кДж/кг

1464*4,19=613

Полезно использованное в агрегате тепло

Qпт

Д*(Iпп -Iпв)

кДж/кг

75000*(3306-613)=202*106

Тепло затраченное на подогрев продувочной  воды

Qпр

gпр*Д*(Iкип -Iпв)

кДж/кг

0.01*3*75000*(1110-613) =1,1*106

Суммарное количество затраченного тепла

Qка

Qпт + Qпр

кДж/кг

202 + 1,1 = 203,1*106

Полный расход тепла

Bк

кг/час

Расчетный расход топлива действительно  сгоревшего

Bр

кг/час


 

7. РАСЧЁТ  ТОПКИ

Произведён расчёт топки и сведён в таблицу 6.

Таблица 6

Наименование величин

Обозначение

Расчетная формула или  способ определения

Размерность

Расчет

Объем топочной камеры

Vт

По конструктивным характеристикам

м3

454

Полная лучевая принимающая  поверхность нагрева

Нл

=//=

м2

326

Условный коэффициент  загрязнения

εξ

Кузнецов стр.29. табл.6-2

  

0,45

Полная поверхность стен топки

Fст

По конструктивным характеристикам

м2

370

Условная степень экранирования  топки

ψξ

=//=

Эффективная степень черноты  факела

αф

m *αсв

=//=

1 * 0,8 = 0,8

Поправочный     коэффициент

m

=//=

=//=

1

Степень черноты

αсв

=//=

=//=

0,8

Степень черноты топки

αт

=//=

Температура горячего воздуха

tгв

Кузнецов табл.II-9 Принимаем с последующим уточнением

0С

350

Отношение количества воздуха  из воздухоподогревателя к теоретически необходимому

Β″вн

αт - ∆αт - αпл

  

1,21 - 0,03 - 0,1 = 1,21

1,225 - 0,05 - 0,04 = 1,135

Теплосодержание горячего воздуха

I0гв

По I-U  табл.

кДж/кг

2070

Тепло вносимое  воздухом  в топку

Qв

β″вп *I0гв +(∆αт+∆αпл ) *J0хв

кДж/кг

1,135*2070 + (0,05+0,04) * 264 = 2373


 

Продолжение табл. 6

Наименование величин

Обозначение

Расчетная формула или  способ определения

Размерность

Расчет

Тепловыделение в топке на 1 кг топлива

Qт

кДж/кг

Теоретическая температура горения

Uа по Qт

По I-U табл. метод интерполяции

0С

2000

Температура газов на выходе из топки

U′т

Принимается с последующим уточнением

0С

950

Теплосодержание газов на выходе из топки

I′т

По I-U табл. метод интерполяции

кДж/кг

7564

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания  1кг топлива

Vср

кДж/кг

Температура газов на выходе из топки

U″ту

939

Теплосодержание газов на выходе из топки

I″ту

По I-U табл. метод интерполяции

кДж/кг

7468

Видимое тепло напряжение топочного  объема

gv

кДж/м3

*час

Тепло переданное излучением в топке

Qтл

φ*(Qт - I″ту)

кДж/кг

0,9*(19229 - 7468) = 11700

Средняя тепловая нагрузка прилегающей  поверхности

-//-

кДж/м2 *час


 

8. РАСЧЁТ ФЕСТОНА

Произведён расчёт фестона и сведён в таблицу 7.

Таблица 7

Наименование величин

Обозначение

Расчетная формула или  способ определения

Размерность

Расчет

Расположение труб

-//-

Конструктивная характеристика

-//-

Шахматное

Полная поверхность нагрева

Нл

-//-

м2

62

Лучевоспринимающая поверхность пучка фестона

Нлп

-//-

м2

18

Диаметр труб

d

-//-

мм

60

Относительный продольный шаг

S1/d1τ1

-//-

-//-

300/60=5

Относительный поперечный шаг

S2/d1τ2

-//-

-//-

250/60=4,166

Число рядов труб по ходу газов

Z

-//-

Шт.

4

Живое сечения для прохода  газов

F

-//-

м2

21,5

Эффективная толщина излучающего  слоя

Sэф

-//-

м2

0,915

Расчетная поверхность нагрева

Hр

Нл -Нлп

м2

62-18=44

Температура газов перед  фестоном

U′

Из расчета топки

0С

939

Теплосодержание газов перед  фестоном

I′

Из расчета топки

кДж/кг

7468

Температура газов перед  фестоном

U″

Принимаем

0С

920

Температура газов за фестоном

I″

По I-U табл.

кДж/кг

6692

Тепловосприятия фестона  по балансу

Qб

( I′ - I″ )*φ

кДж/кг

( 7468 - 6692 ) * 0,992 = 769