Тепловой расчёт парогенератора

Министерство образования и науки Российской Федерации

Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина 

Кафедра «Энергетика теплотехнологий» 
 
 
 

Курсовой проект

«Тепловой расчёт парогенератора»

Вариант 3 
 
 
 

Выполнил: студент гр.4-56 Сидоров В.А.

Проверил: к.т.н., доц. Иванов И.И. 
 
 
 
 

Иваново 2010

Содержание 

Введение………………………………………………………………………………

Исходные данные…………………………………………………………………….

1. ^{Конструктивные характеристики парогенератора ДКВр-10-13………………..}
2. ^{Выбор типа топки………………………………………………………………...}
3. ^{Выбор коэффициента избытка воздуха в топке и присосов в газоходах котла..}
4. ^{Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива………………………..}
5. ^{Энтальпия  воздуха и продуктов сгорания………………………………………}
6. ^{Тепловой баланс парогенератора и расход топлива…………………………….}
7. ^{Основные конструктивные характеристики топки……………………………...}
8. ^{Расчет теплообмена в топке………………………………………………………}
9. ^{Расчёт фестона…………………………………………………………………….}
10. ^{Расчёт перегревателя……………………………………………………………...}
11. ^{Расчёт конвективного пучка……………………………………………………...}
12. ^{Расчёт невязки теплового баланса парогенератора……………………………...}

^{Список  литературы………………………………………………………………............} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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°С) с давлением Р=1,3; 2,3 МПа. Парогенераторы предназначаются 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.

Топки парогенераторов ДКВр производительностью 2,5; 4; 6,5 т/ч имеют только боковые экраны, выполненные из труб диаметром 51x2,5 мм с шагом 80 мм; топки парогенераторов ДКВр с производительностью D=10 т/ч - также боковой и задний экраны (из труб Ø51х2,55 мм с шагом 130мм). Камеры догорания во всех парогенераторах ДКВр имеют задний экран, образованный трубами 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 Ø 51x2,5 мм. Расположение труб пучка коридорное: шаг труб по длине парогенератора S_i=100 мм, по ширине S₂=110 мм.

Перегреватели парогенераторов ДКВр унифицированы  и отличаются лишь числом параллельных змеевиков, изготовленных из труб Ø 32x3 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 - для непрерывной продувки), 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. 
 

Исходные  данные:

Тип котла  – ДКВР 10-13

Паропроизводительность: D = 12 т/час

Давление  перегретого пара: P_п.п. = 1,2 МПа

Температура перегретого пара: t_п.п. = 300 ⁰С

Температура питательной воды: t_п.в.= 100 ⁰С

Топливо: природный газ (табл. VI-2) 

Состав  газа по объёму, % (вариант 3):

СН₄ = 93,8 %

С₂Н₆ = 2,0 %

С₃Н₈ = 0,8 %

С₄Н₁₀ = 0,3 %

С₅Н₁₂ и более тяжёлые = 0,1 %

N₂ =2,6 %

CO₂ = 0,4 %

Низшая  теплота сгорания сухого газа Q_н^р = 36,12 МДж/м³. 

1. Конструктивные характеристики  парогенератора ДКВр-10-13.

По табл. II-1 определяем конструктивные характеристики парогенератора.

Номинальная паропроизводительность - 10,0 т/ч.

Рабочее давление пара - 1,3 МПа.

Температура пара - насыщенный.

Площадь поверхности  нагрева:

лучевоспринимающей  топки и камеры догорания при  сжигании углей - 47,9 м²;

лучевоспринимающей  топки и камеры догорания при  сжигании газа и мазута - 39,7 м²;

конвективного пучка 229,1 м².

Площадь живых  сечений (усреднённая) для прохода  газов конвективного пучка - 1,28 м².

Объём топки  и камеры догорания при сжигании газа 37,5 м³. 

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

3. Выбор коэффициента избытка  воздуха в топке  и присосов в газоходах     котла. По данным расчетных характеристик газомазутных топок табл. 4-5 и нормативных значений присоса воздуха в газоходах выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки a_Т  и присосы воздуха по газоходам Δa  и находим расчётные коэффициенты избытка воздуха в газоходах a^¢¢.

a^¢¢=α_т+∑∆α

α_т=1,15

  На  выходе из топки:

a^¢¢_Т = a_Т + Δa_Т = 1,15 + 1´1,05 = 1,2, где  a_Т = 1,15  по табл. 4-5,  Δa_Т  - по табл. 2-2.

  Коэффициент фестона:

a_Ф = a^¢¢_Т = 1,2, т.к. Δa_Ф = 0.

  Перегреватель:

a^¢_П = a^¢_Ф = 1,2

a^¢¢_П = a^¢_П + Δa_П = 1,2 + 0,05 =1,25, где Δa_П   по табл. 2-2.

  Конвективный  пучок:

a^¢_К.П.  = a^¢¢_П = 1,25

a^¢¢_К.П. = a^¢_К.П.  + Δa_К.П.   = 1,25 + 0,05 =1,3, где Δa_К.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^¢¢.

4. Расчёт объёмов  воздуха и продуктов  сгорания топлива.

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

Рассчитаем  теоретический объём воздуха, необходимый  для сжигания 1 м³ топлива:

V°= 0,0476∙(m + 0,25n)C_mH_n, где m и n - число атомов углерода и водорода соответственно.

V°=0,0476∙(2∙93,8+3,5∙2,0+5∙0,8+6,5∙0,3+8∙0,1)=9,584 м³/м³.

Определим теоретические  объёмы продуктов сгорания топлива:

А) объём двухатомных  газов

V_N2=0,79V°+0,01N₂, 
V_N2=0,79∙9,584+0,01∙2,6=7,59736m³/m³.

Б) объём трёхатомных  газов:

V_CO2=0,01(SmC_mН_n+CO₂),

V_CO2= 0,01∙(1∙93,8+2∙2,0+3∙0,8+4∙0,3+5∙0,1+0,4)=1,023m³/m³.

B) объём водяных паров:

V_Н20= 0,01(S0,5nC_mH_n) + 0,0161V⁰,

V_Н2О= 0,01∙(2∙93,8+3∙2,0+4∙0,8+5∙0,3+6∙0,1)+0,0161∙9,584=2,1433м³/м³.

V^о=9,584 м³/м³

V_N2°= 7,59736 м³/м³

V_C02°= 1,023м³/м³

V_H2О°= 2,1433 м³/м³

Таблица   2. Характеристика продуктов сгорания в газоходах парогенератора.

5. 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.

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

I_Г = I_Г^о+(α-1)·I^о_В

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.

6. Тепловой баланс  парогенератора и  расход топлива.

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

Таблица 5. Расход теплового баланса парогенератора и расход топлива.

7. 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 q_v. Его расчётное значение не должно превышать допустимого, указанного в табл. 4-5. С учётом рекомендаций примечания III выбираем количество и тип газо-мазутных горелок, устанавливаемых на фронтовой стене топки. Расчёты проводим в соответствии с таблицей 6.

 Таблица 6. Расчёт конструктивных характеристик топки.

8. 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.