Тепловой расчёт парогенератора. 2

 
 

Введение. 
 

   Парогенераторы  ДКВр  выпускаются с номинальной  производительностью  D=2,5; 4; 6,5; 10 т/ч   для выработки насыщенного или перегретого пара  (250  и 370 оС   с  давлением

 P= 1.3;  2,3 Мпа.  Парогенераторы предназначены для сжигания газа и мазута, а также различных видов твёрдого топлива. Все указанные парогенераторы имеют общую конструктивную схему, характеризуемую двумя продольно расположенными барабанами, между которыми установлен развитый конвективный пучок, омываемый горизонтальным потоком газов.  Между топкой и конвективным пучком имеется камера догорания, отделённая от конвективного пучка шамотной перегородкой, установленной между первыми  и вторыми  рядами кипятильных труб. Чугунной перегородкой конвективный пучок делится на два газохода. Дымовые газы выводятся через окно в задней стенке слева. Допускается выход газов вниз, вверх или через боковую стенку парогенератора.

   В топке парогенератора ДКВр производительностью  2,5;  4;  6,5 т/ч имеются только боковые экраны выполненные из труб диаметром  51´2,5  мм  с шагом 80 мм;  топки парогенераторов  ДКВр  с производительностью  10  т/ч  имеют также боковой и задний экраны из тех же трубок с шагом 130 мм.  Камеры догорания во всех парогенераторах  ДКВр  имеют задний экран, образованный трубками первого ряда конвективного пучка с шагом  110 мм,  и два боковых экрана по четыре трубы с каждой стороны с шагом  80 мм.

   Конвективный  пучок выполнен из труб диаметром  51´2,5 мм.  Расположение труб пучка коридорное: шаг труб по длине парогенератора  S1=100 мм,  по ширине  S2=110 мм.  Перегреватели парогенераторов ДКВр унифицированы и отличаются лишь числом параллельных змеевиков, изготовленных из труб диаметром  32´3 мм.  Располагаются перегреватели в первом газоходе конвективного пучка, после второго и третьего рядов труб напротив окна для выхода газов из камеры догорания.

   В водном пространстве верхнего барабана размещены питательная и перфорированная  трубы (последняя предназначена  для непрерывной продувки),  а  в нижнем барабане перфорированная  труба для периодической продувки. В нижний барабан введены дополнительные трубы для перегрева агрегата паром при растопке. В паровом пространстве верхнего барабана установлены жалюзийные сепараторы. 
 
 

   Расчётная часть.

         Задание по курсовому проекту:

  Тепловой расчёт парогенератора.

     Исходные данные:

   Тип котла ДКВр –10-13

  Паропроизводительность:             Д = 10 т/ч

  Давление  перегретого пара:          Pп.п. = 1,3 МПа

  Температура перегретого пара:    tп.п. = 320оС

  Температура питательной воды:   tп.в. = 100оС

  Топливо:                                         природный газ (таб. VI-6   стр. 176) 

  Состав  газа по объёму %:

  CH4 = 95.6%

  C2H6 = 0.7%

  C3H8 = 0.4%

  C4H10 = 0.2%

  C5H12 и более тяжёлые = 0.2%

  N2 =2.8%

  CO2 =0.1%

  Низшая  теплота сгорания сухого газа:  Qнс = 35,50 МДж/м3 

  1. Выбор типа топки.

  Для сжигания природного газа выбираем газомазутную топку. Принимаем температуру воздуха  в котельной и поступающую  в топку, соответственно равными  30оС. 

   
  1. Выбор коэффициента избытка  воздуха в топке и присосов в газоходах     парогенератора.
 

   По  данным расчетных характеристик  газомазутных топок таб. 4-5 и нормативных  значений присоса воздуха в газоходах выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки  aТ  и присосы воздуха по газоходам Δa  и находим расчётные коэффициенты избытка воздуха в газоходах  a¢¢.

    1. На выходе из топки:

           a¢¢Т = aТ + ΔaТ = 1,15 + 1´1,05 = 1,2

где  aТ = 1,15  по табл. 4-5,  ΔaТ  - по табл. 2-2.

    1. Коэффициент фестона:

           aФ = a¢¢Т = 1,2 

 т.к.  ΔaФ = 0.

    1. Перегреватель:

               a¢П =    a¢Ф = 1,2

               a¢¢П =  a¢П  +  ΔaП   = 1,2 + 0,05 =1,25

где ΔaП   по табл. 2-2.

    1. Конвективный пучок:

                a¢К.П.  = a¢¢П = 1,25

                 a¢¢К.П. = a¢К.П.  + ΔaК.П.   = 1,25 + 0,05 =1,3

где ΔaК.П.   по табл. 2-2.

  Результаты  расчёта сводим в табл.1. 

  Таблица 1. Присосы воздуха по газоходам Δa   и расчётные коэффициенты избытка воздуха в газоходах a¢¢.  

Участок газового тракта Δa  a¢¢
1.   Топка 0,05 1,2
2.   Фестон 0 1,2
3.   Перегреватель 0,05 1,25
4.   Конвективный пучок 0,05 1,3

  a¢¢=αт+Σ Δa   

   
  1. Расчёт  объёмов воздуха  и продуктов сгорания топлива.
 
    1. Рассчитаем  теоретический объём воздуха, необходимый  для сжигания 1 м3 топлива
 

Vo = 0,0476´Σ(m + 0,25n)·CmHn = 0,0476∙[(1+0,25·4)·95,6 + (2+6·0,25)·0,7 + (3+0,25·8)·0,4+(4+0,25·10)·0,2 + (5+0,25·12)·0.2] = 9,45 м3/м3,

где m  и   n число атомов углерода и водорода соответственно

   Vo = 9,45 м3/м3.

    1. Определим теоретические объёмы продуктов сгорания топлива:

А)  объём  двухатомных газов:

    VN2 = 0.79· Vo + 0.01·N2 = 0,79·9,45 +0,01·2,8 = 7,493 м3/м3

   VN2 = 7,493 м3/м3.

Б)  объём  трёхатомных газов:

   VRO2 = 0,01·( ΣmCmHn +СО2) = 0,01·[1·95,6 +2·0,7+3·0,4+4·0,2+5·0.2+0,1] = м3/м3.

   VRO2 = 1,001м3/м3.

В)   объём водяных паров:

    VH2O = 0,01·(Σ0,5·n·CmHn) + 0,0161·Vo = 0,01·(0.5·4·95.6+0.5·6·0.7+0.5·8·0.4+0.5·10·0.2+0.5·12·0.2)+0,0161·9,45=2,123 м3/м3.

     VH2O = 2,1239 м3/м3.

   По  формулам (2-18)-(2-23) рассчитаем объёмы газов  по газоходам, объёмные доли газов и  полученные результаты сводим в таблицу 2.

   Vo = 9,45 м3/м3.

   VRO2o = 1,001м3/м3.

   VN2o = 7,493 м3/м3.

   VH2Oo = 2,123 м3/м3. 

   Таблица   2.  Характеристика продуктов сгорания в газоходах парогенератора.

Величина Единицы

измерения

 Топка и

фестон

 перегреватель Конвективный

пучок

1. Расчётный  коэффициент избытка воздуха  в газоходе - 1,2 1,25 1,3
2. VRO2 м3/м3 1,001 1,001 1,001
3. VR2 = VN2 + (α-1)· Vo м3/м3 9,383 9,855 10,328
4. VH2O = VH2Oo + 0,061·(α-1)·Vo м3/м3 2,238 2,267 2,295
5. VГ = VRO2 + VR2 + VH2O м3/м3 12.622 13.123 13,624
6. rRO2 = VRO2 / VГ - 0,079 0,076 0,073
7. rH2O = VH2O / VГ - 0,177 0,172 0,168
8. rn = rH2O + rR02 - 0,256 0,248 0,241
 
 
  1. Энтальпия воздуха и продуктов  сгорания.
 

Удельные  энтальпии теоретического объёма воздуха  и продуктов сгорания топлива  рассчитываем по формулам (2-25)-(2-26), используя данные таблицы 2-4.  Полученные результаты сводим в таблицу 3. 

   Таблица 3. Энтальпия теоретического объёма воздуха и продуктов сгорания топлива,  кДж/м3. 

Температура

оС

 Iво=V(Ct)в IR02=VR02(CV)RO2 IH2O=VH2O(CV)H20 IN2=VN2(CV)N2 IГ=IR02+IN2+

+ IH20

30 437,92 - - - -
100 1230,39 170,17 319,93 972,59 1462,69
200 2469,28 357,957 647,09 1945,18 2950,227
300 3727,08 559,458 981,25 2936,5 4477,208
400 5017,005 772,772 1329,63 3940,56 6042,962
500 6350,4 995,394 1688,84 4970,85 7655,084
600 7691,355 1227,125 2058,67 6023,62 9309,415
700 9056,88 1463,862 2439,11 7092,87 10995,842
800 11445,085 1679,778 2830,17 8181,6 12691,548
900 11893,77 1953,851 3239,91 9289,07 14482,831
1000 13333,005 2204,502 3662,17 10415,27 16281,942
1100 14797,75 2461,759 4095,9 11560,2 18117,859
1200 16237,93 2720,818 4522,41 12724,61 19967,838
1300 17745,21 2980,177 4980,34 13867,29 21827,807
1400 19220,35 3244,641 5438,06 15064,67 23747,371
1500 20831,58 3507,904 5906,39 16235,08 25649,374
1600 22346,41 3774,37 6371,33 17417,47 27563,17
1700 23877,31 4039,73 6860,26 18612,61 29512,6
1800 25424,28 4308,304 7343,66 19820,48 31472,444
1900 26912,65 4576,572 7836,2 21012,61 33425,382
2000 28487,02 4853,148 8337,44 22211,49 35402,078
2100 30077,46 5121,416 8847,6 23453,83 37422,846
2200 31597,02 5393,788 9350,75 24639,23 39383,768
 
 
 

   Энтальпию продуктов сгорания  на 1 м3 топлива при α>1, считаем по формуле (2-27).

   IГ = IГо+(α-1)·IоВ 

   Расчёты по определению энтальпии продуктов  сгорания топлива при различных  температурах газов в разных газоходах сводим в таблицу 4.

Таблица 4.  Энтальпия продуктов сгорания в газоходах,  кДж/м3.

t, oC IоВ IоГ Участки газового тракта
топка и фестон пароперегреватель конвективный  пучок
α=1,2 α=1,25 α=1,3
IГ ΔI IГ ΔI IГ ΔI
100 1230,39 1462,69         1831,8 1859,2
200 2469,28 2950,227         3691,01
300 3727,08 4477,208         5595,3 1952,8
400 5017,005 6042,962         7548,06
500 6350,4 7655,084         9560,2 2056,6
600 7691,355 9309,415         11616,8
700 9056,88 10995,84     13260,1 2292,2 13712,9 2411,6
800 11445,08 12691,54 14980,5 1881,1 15552,3 16124,5
900 11893,77 14482,83 16861,6 17456,3 2158,9    
1000 13333,00 16281,94 18948,5 2128,9 19615,2    
1100 14797,75 18117,85 21077,4 21817,3 2209,9    
1200 16237,93 19967,83 23215,2 2161,6 24027,2    
1300 17745,21 21827,80 25376,8        
1400 19220,35 23747,37 27591,4 2224,3        
1500 20831,58 25649,37 29815,7        
1600 22346,41 27563,17 32032,5 2255,6        
1700 23877,31 29512,6 34288,1        
1800 25424,28 31472,44 36557,3 2250,6        
1900 26912,65 33425,38 38807,9        
2000 28487,02 35402,07 41099,5 2338,8        
2100 30077,46 37422,84 43438,3        
2200 31597,02 39383,76            
 
  1. Тепловой  баланс парогенератора и расход топлива.
 

    Тепловой  баланс составим в расчёте на 1 м3 располагаемой теплоты топлива, определяемой по формулам (3-2).  Расчёт проводим в соответствии с таблицей 5. 

    Таблица 5.  Расход теплового баланса парогенератора и расход топлива. 

Величина единицы расчёт
наименование обозначение способ определения
1 2 3 4 5
1.Располагаемая  теплота топлива Qp p QHp кДж/м3 35500
2. Потери  теплоты от химической

неполноты сжигания топлива

  
q3		  
по табл. (4-5)		  
%		  
0,5
3. Потери  теплоты от механичес-

кой неполноты  сжигания топлива

  
q4		  
по табл. (4-5)		  
%		  
0
4.Температура  воздуха в котельной  
tхв		  
по выбору		  
оС		  
30
5. Энтальпия  воздуха в котельной Iхв по I-υ табл. кДж/м3 437,92
6. Температура  уходящих газов υух по заданию оС 200
7. Энтальпия  уходящих газов Iух по I-υ табл. кДж/м3 2950,22
8. Потери  теплоты с уходящими

газами

  
q2
 
%		  
7,385
9. Потери  теплоты от наружного 

охлаждения

 q5 по рис. 3-1 % 1,7
10. Сумма  тепловых потерь qΣ сумма всех потерь % 9,585
11. КПД  парогенератора η 100- qΣ % 90,414
12. Паропроизводительность  агрегата D по заданию кг/с 2,8
13. Давление  пара в барабане Рб по заданию МПа 1,3
14. Температура  перегретого пара tпп по заданию оС 320
15. Температура  питательной воды Tпв по заданию оС 100
16. Удельная  энтальпия перегретого пара іпп По табл.VI-8
 кДж/кг 3087,26
17. Удельная  энтальпия питательной воды іпв По табл.VI-6
 кДж/кг 419,98
18. Значение  продувки Р по выбору % 0
19. Полезно используемая теплота в агрегате Qпг D·(tпп – tпв) кВт 7468,4
20. Полный  расход топлива В (Qпг·100)/(Qpp·ηпг) кг/с 0,23
21. Расчётный  расход топлива ВP B·(100- q4)/100 кг/с 0,23
22. Коэффициент  сохранения

теплоты

  
φ
 
-		  
0,981
 
 
  1. Основные  конструктивные характеристики топки.
 

   Парогенераторы  типа ДКВр 10-13 имеют газомазутную топку  для сжигания природного газа и мазута. В соответствии с рекомендациями главы VI определяем активный объём и тепловое напряжение объёма топки qv.  Его расчётное значение не должно превышать допустимого, указанного в таблице 4-5. С учётом рекомендаций примечания III выбираем количество и тип газомазутных горелок, устанавливаемых на фронтовой стене топки. Расчёты проводим в соответствии с таблицей 6. 
 
 
 

   Таблица 6. Расчёт конструктивных характеристик топки.

Величина Единицы Рсчёт
название обозначение формула
Активный  объём топки и камера сгорания  
Vт		 по конструктивным размерам м3 37,5
Тепл. напряжения топки:

расчётные

допустимые

  
qv

qv

  

по табл.4-5

  
кВт/м3		  
217,7

350

Количество  горелок n по табл. III-10 шт. 2
Теплопроизводительность горелки Qг
МВт 5,103
Тип горелки - табл. III-8 - ГМГ-4
 
 
  1. Расчёт  теплообмена топки.
 

   Топка парогенератора ДКВр 10-13 имеет боковые экраны, выполненные из труб 51х2,5мм с шагом 80мм, фронтовой и задний экраны, из тех же труб с шагом 130мм. Камера догорания имеет задний экран, образуемый трубами первого ряда конвективного пучка с шагом  110мм  и два боковых экрана (по 4 трубы с каждой стороны с шагом 80мм). По конструктивным размерам и характеристикам топки выполняем поверочный расчёт теплообмена в топке. Расчёты проводим в соответствии с табл. 7. 

   Таблица 7. Поверочный расчёт теплообмена в топке.

Величина единица расчёт
название обознач. формула
1 2 3 4 5
1.Активный  объём топки и камеры догорания  
Vт		 по конструктивным размерам  
м3		  
37,5
2. Суммарная  площадь поверх. стен топки и  камеры догорания Fст по конструктивным размерам м2 79,4
3. Площадь лучевоспринимающей

поверхности топки  и камеры догорания

  
Мл		 по конструктивным размерам  
м2		  
39,7
4. Эффективная  толщина излучающего слоя S 3,6·Vт/Fст м 1,7
5. Коэффициент  тепловой эффективности лучевоспринимающего слоя Ψср φ·Mл/ Fст - 0,49
6. Высота  топки (до середины бокового окна) Hт по конструктивным размерам м 4,24
7. Высота  расположения горелок hг по конструктивным размерам м 1,2
8. Коэффициент  относит. уровня расположения  горелок xr hr/Hт - 0,285
9. Параметр  учитывающий распределение температуры в топке М 0,54-0,2хr - 0,483
10. Коэффициент  избытка воздуха в топке αт по табл. 4-5 - 1,15
11. Присос  воздуха в топке Δ αт по табл. 2-1 - 0,05
12. Температура   воздуха в котельной tхв по выбору оС 30
13. Энтальпия холодного воздуха Iхв по табл.3, по IV кДж 437,92
14. Температура  горячей воды tгв предварительный выбор оС 100
15. Энтальпия горячей воды Iгв по табл. 3., по IV кДж/м3 1310,59
16. Количество  теплоты вносимое в топки воздухом  
Qв
кДж/м3 525,504
17. Полезное  тепловыделение в топке Qт
кДж/м3 35848,0
18. Адиабатная  температура горения
по табл.4, по IV оС 1786,5
19. Температура  газов на выходе из топки
предварительный выбор оС 1000
20. Энтальпия  газов на выходе из топки
по табл.4, по 
кДж/м3 19340,8
21. Сред. суммарная теплоемкость продуктов сгорания Vсер
20,9
22. Объемная  доля:

водяных паров;

трехатомных газов
по расчетам

по расчетам

 -

-

 0,177

0,079

23. Суммарная  объемная доля трёхатомных газов
- 0,256
24. Cуммарная поглащательная способность трёхатомных газов
Мпа·м 0,043
25. Коэффициент  ослабления лучей трёхатомными  газами kг рис. 5-5 или

 формула  5-26
3,7
26. Коэффициент   ослабления  лучей несветящейся  частью топочной камеры kнс kr·rn
0,947
27. Суммарная  оптическая толщина газового потока kps kнсps - 0,16
28. Степень  черноты несветящейся части факела ar рис. 5-4 или

формула 5-30

 - 0,14
29. Коэффициент  ослабления лучей сажистыми частицами kсаж
- 1,21
30. Коэффициент  ослабления лучей светящейся  частью топочной среды kсв kнс+kсаж
2,1
31. Степень  черноты светящейся части факела aсв рис.5-4 или 

формула 5-29

 - 0,31
32. Степень  черноты факела aф Maсв+(1-m)·ак - 0,157
33. Степень черноты топки aт aф/(aф+(1-aф)·φср) - 0,275
34. Тепловая нагрузка стен топки qF BPQT/FCT
111,4
35. Температура  газов на выходе из топки
по рис. 5-7 оС 1100
36. Энтальпия  газов на выходе из топки
по табл. 4, по 19 кДж/м3 21487,6
37. Общее тепловосприятие топки
кДж/м3 15089,5
38. Средняя  удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающей  поверхности топки
BPQтл/Мл
91,22
 

    8.   Расчёт Фестона. 

При тепловом расчёте  серийного парогенератора фестон, как  правило, не изменяют, а проверяют поверочным расчётом. Результаты этого расчёта представлены в таблице 8. 

    Таблица 8. Поверочный расчёт фестона.

Величина единица расчёт
название обознач. формула
1 2 3 4 5
1. Полная  площадь поверхности нагрева  
H		 по конструктивным размерам  
м2		  
7,,75
2. Диаметр  труб d по конструктивным размерам мм 51х2,5
3. Относительный  шаг труб:

поперечный

продольный

  
S1/d

S2/d

  
по конструктивным размерам		  
-		  
1.96

2.16

4. Количество  рядов труб по ходу газов  
Z2		  
по конструктивным размерам		  
шт.		  
2
5. Количество  труб в ряду Z2 по конструктивным размерам шт. 8
6. Площадь  живого сечения для прохода  газов F по табл. II-1[1] м2 1,66
7. Эффективная  толщина излучающего слоя
0,9d
 М 0,2
8. Температура  газов перед фестонами
из расчета  топки оС 1100
9. Энтальпия  газов перед фестоном I' из расчета  топки кДж/м3 21487,6
10. Температура  газов за фестонами
по предварительному расчету оС 990
11. Энтальпия  газов за фестоном
по табл.4, по
 		кДж/м3 18358,2
12 .Количество  теплоты отданное фестонами Qг
кДж/м3 3069,8
13. Температура  кипения при давлении в барабане tкип по табл. VI-7 оС 179,8
14. Средняя  температура газов
оС 1045
15. Средний  температурный напор Δt
оС 865,2
16. Средняя  скорость газов
м\с 10,11
17. Коэффициент  конвективной теплоотдачи
по рсунку 6-5
80
18. Суммарная  поглощательная способность трехатомных  газов PrnS PrnS мПа
м		 0,048
19. Коэффициент  ослабления лучей трехатомными  газами Kг рис.5-4 или 

формула 5-26
7,3
20. Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока KPS PSkгrn - 0,3
21. Степень  черноты излучающей среды А рис.5-4 или

 формула  5-22

 - 0,25
22. Температура  загрязненной стенки трубы tст tкип+ Δt оС 259,8
23. Коээфициент  отдачи излучением αл по рис.6-12

αл = a·an·cг
52,5
24. Коэффициент  использования поверхности нагрева ξ по параграфу 6-2

по формуле 6-8

 - 0,9
25. Коэффициент  теплоотдачи газов к стенке α1 ξ·(
+ αл)
119,25
26.Коэффициент  теплопередачи k
87,8
27. Коэффициент  загрязнения ξ по рис. 6-13 и  формуле 6-37
0,003
28.Суммарное  тепловосприятие газохода фестона  равно тепловоспринятию фестона по уравнению теплопередачи  
Qт		  
  
  
2608,3
29.Расхожднгие  расчётных тепловосприятий ∆Q %  
0,99