Тепловой расчёт промышленного парогенератора K-50-40-1
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка к курсовому проекту: 46 с., 5 рис., 23 табл.Графическая часть содержит 1 лист формата А0 и А1.
Объектом исследования является парогенератор К-50-40-1. Тепловой расчет парового котла может быть конструктивным и поверочным. Задача конструктивного теплового расчета котла заключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла, определении размеров радиационных и конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных номинальных параметрах пара, надежность и экономичность его работы. При этом обеспечение надежности работы поверхностей нагрева предполагает получение расчетных тепловых характеристик, исключающих увеличение максимальной температуры стенки сверх допустимого значения по условиям прочности, а на экономичность работы котла определяющее влияние оказывают температура уходящих газов и присосы холодного воздуха в газовый тракт.
Выполнение конструктивного теплового расчета производится на основании исходных данных: тип парового котла (барабанный или прямоточный, его заводская маркировка), номинальную паропроизводительность и параметры перегретого пара, месторождение и марку энергетического топлива, способ сжигания твердого топлива (с твердым или жидким удалением шлаков), температуру питательной воды, поступающей в котел после регенеративного подогрева. Кроме указанных могут быть заданы и другие характеристики, например непрерывная продувка, доля рециркуляции газов в топку, работа котла под наддувом или при разряжении в газовом тракте и др.
Задание не поверочный расчет включает в себя практически те же исходные данные, что и при конструктивном расчете, и дополнительно – конструктивные данные поверхностей котла. Поэтому расчету предшествует определение по чертежам геометрических характеристик поверхностей (диаметров и шагов труб, числа рядов труб, размеров проходных сечений для газов и рабочей среды, габаритных размеров газоходов и поверхностей нагрева и т.д.).
При поверочном расчете котла, так же как при конструктивном, вначале определяют объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчет теплообмена в топочной камере и других поверхностях в последовательности, соответствующей их расположению по ходу газов.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования
2. Расчет топлива
2.1 Характеристики топлива.
2.2 Теплота сгорания смеси топлив.
2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания.
2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания.
3 Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива
4. Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива
5. Расчет конструктивных характеристик топки котла
7. Расчет фестона
8. Расчёт пароперегревателя
9. Расчет хвостовых поверхностей нагрева
10. Расчет невязки теплового баланса парогенератора
Выводы
ВВЕДЕНИЕ
Паровой котел – это основной агрегат тепловой электростанции (ТЭС). Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива.
Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котел должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и питательной воды с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.
Номинальное давление пара – наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.
Номинальные температуры пара высокого давления (свежего пара) и пара промежуточного перегрева (вторично-перегретого пара) – температуры пара, которые должны обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.
Номинальная температура питательной воды – температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечения номинальной паропроизводительности.
При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры будут изменяться.
Оборудование котельной установки условно разделяют на основное (собственно котел) и вспомогательное. Вспомогательными называют оборудование и устройства для подачи топлива, питательной воды и воздуха, для удаления продуктов сгорания, очистки дымовых газов, удаления золы и шлака, паропроводы, водопроводы и др.
Современный котел оснащается системами автоматизации, обеспечивающими надежность и безопасность его работы, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, защиту окружающей среды от вредных выбросов.
1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования
Парогенератор к-50-40-1.
Расчётное топливо каменный уголь, природный газ.
Топочная камера полностью экранирована трубами 60 мм с шагом 70 мм. Оборудована четырмя пылеугольными горелками, расположенными на боковых стенках (по 2 на стенку). Схема испарения – трёхступенчатая. Чистый отсек (первая ступень) расположен в средней части барабана, солевые (вторая ступень) – по его торцам. В солевых отсеках находится по два внутрибарабанных циклона. В третью ступень включены два выносных циклона 377 мм с внутренней улиткой.
Перегреватель агрегата – горизонтального типа, змеевиковый, радиационно-конвективный, расположен за фестоном и выполнен из труб 32 х 3 мм. В рассечку перегревателя включён пароохладитель.
Экономайзер парогенератора – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый с шахматным расположением труб 28 х 3 мм. Установлен в опускном газоходе «в рассечку с воздухоподогревателем». Поперечный шаг труб: первой ступени – 35 мм, второй – 45 мм; продольный (для обеих ступеней) – 50 мм.
Воздухоподогреватель – трубчатый, двухступенчатый, четырёхходовой (по воздуху), с вертикальным расположением труб 40 х 1,.5 мм. Поперечный шаг труб – 54 мм, продольный – 42 мм.
Исходные данные представлены в таблице 1и 1.1
Таблица 1. Исходные данные.
№варианта | Тип парогенератора | Топливо №1(уголь) | Топливо № 2(газ) |
36 | К-50-40-1 (ном) | 70 | 29 |
Таблица 1.1
q1 % | D т/ч | Pп.п бар | tп.п 0С | % | tп.в 0С | мельница |
70 | 48 | 40 | 445 | 4 | 145 | ХВ-ЩХ |
2. Расчёт топлива
2.1 Характеристики топлива
Расчётные характеристики для заданных видов топлива предоставлены в таблицах 2.1 и 2.2
Таблица 2.1 Характеристики твёрдого топлива.
Ср % | Wp % | Ap % | Spk % | TSpop % | Hp % | Np % | Op % | Qрн КДж/кг | Vг | t1 0С | t2 0С | t3 0С |
46.1 | 6 | 33.8 | 0.4 | 3.6 | 0.5 | 9.6 | 4360 * 4.187 | 50 | 1450 | >1500 | - | |
Таблица 2.2 Характеристики газа.
CH4 % | C2H6 % | C3H8 % | C4H10 % | C5H12 % | N2 % | CO2 % | H2S % | O2 % | CO % | H2 % | Qсн КДж/м3 | сг кг/м3 |
63.2 | 2.6 | 1.2 | 0.7 | - | 2 | 0.3 | - | - | - | - | 8840*4.187 | 0.782 |
2.2 Теплота сгорания смеси топлив
При сжигании смеси жидкого и газообразного топлив расчёт с целью упрощения условно ведется на 1 кг жидкого топлива с учётом количества газа (м3), приходящегося на 1 кг жидкого топлива. Поскольку доля жидкого топлива в смеси задана по теплу, то теплота сгорания жидкого топлива и является этой долей.
Следовательно, удельная теплота сгорания смеси определиться как
где – теплота сгорания твёрдого топлива, кДж/кг;
– доля твёрдого топлива по теплу, %;
Количество теплоты, вносимое в топку с газом:
Тогда расход газа (в м3) на 1 кг твёрдого топлива будет равен:
где – теплота сгорания газа, кДж/м. Проверка:
2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания
Необходимое для полного сгорания топлива количество кислорода, объёмы и массовые количества продуктов сгорания определяются из нижеследующих стехиометрических уравнений:
- Для твёрдого топлива:
- Для газообразного топлива:
VвII=0.0476∙[0.5∙СО+0.5∙Н2+1.5∙Н2S+∑(m+0.25∙n)∙СmНn–О2]=
=0.0476∙[(1+0.25∙4)∙93.2+(2+0.25∙6)∙2.6+(3+0.25∙8)∙1.2+(4+0.25∙10)∙0.7+]=9.8079 м/м;
VN2II=0.79∙VвII+0.01∙N2=0.79∙9.8079+0.01∙2=7.76 м/м;
VRO2II=0.01∙(СО2+СО+Н2S+∑m∙СmНn)=0.01∙(0.3+1∙93.2+2∙2.6+3∙1.2+4∙0.7)=1.051 м/м;
VН2OII=0.01∙(Н2S+Н2+∑0.5∙n∙СmНn+0.124∙dr)+0.0161∙Vв=0.01∙(0.5∙4∙93.2+0.5∙6∙2.6+0.5∙8∙1.2+0.5∙10∙0.7+0.124∙10)+0.0161∙9.8079=2.16031 м/м;
- Для смеси топлив:
Vв=VвI+Х∙VвII=4.7593+0.21∙9.8079=6.81896 м/кг;
VN2=VN2I+Х∙VN2II=3.7638+0.21∙7.76=5.3952 м/кг;
VRO2=VRO2I+Х∙VRO2II=0.8658+0.21∙1.051=1.0865 м/кг;
VН2O=VН2OI+Х∙VН2OII=0.551+0.21∙2.16031=1.004665 м/кг;
Расчёт действительных объёмов.
VN2=VN2+(–1)∙Vв=5.3952+(1.2–1)∙6.818=6.7589 м/кг;
VН2O=VН2O+0.0161∙(–1)∙Vв=1.005+0.0161∙(1.2–1)∙6.819=1.027 м/кг;
Vr=VRO2+VN2+VН2O=1.0865+6.76+1.03=8.8725 м/кг;
Объёмные доли трёхатомных газов.
rRO2=VRO2/Vr=1.0865/8.8725=0.122462
rН2O=VН2O/Vr=1.33/8.8725=0.1157
rn=rRO2+rН2O=0.122462+0.1157=0.2382
Концентрация золы в продуктах сгорания.
=А ∙ун/(100·Gr)=33.8∙0.95/(100·11.35)=0.03574 кг/кг;
Gr=1-A/100+1.306∙· Vв=1-33.8/100+1.306·1.2·6.819=11.35 кг/кг;
2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания
Iв=Vв∙(сt)в=6.819∙1436=9792.08 кДж/кг;
Ir=VRO2∙(с)RO2+VN2∙(с)N2+VН2О∙(с)Н2О=1.0865∙2202+5.3952∙1394+1.005∙1725=11655.63 кДж/кг;
Ir=Ir+(–1)∙Iв+Iзл;
т.к. (А ∙ун/Qн)∙10=(33.8∙0.95/26077)∙10=1.23<1.5,
то Iзл – не учитывается;
Ir=Ir+(–1)∙Iв=11655.63+(1.2–1)∙9792.08=13614.04 кДж/кг.
Полученные результаты после проверки на компьютере и уточнения офор- мим в виде даблицы 2.3
Таблица 2.3 Результаты расчёта топлива.
Для твёрдого топлива | Для газообразного топлива | Для смеси топлив | Энтальпии при t=1000 °С |
VвI=4.7593 VN2I=3.7638 VRO2I=0.8658 VН2OI=0.551 | VвII=9.8079 VN2II=7.76 VRO2II=1.051 VН2OII=2.16031 | VвII=6.81896 VN2II=5.3952 VRO2II=1.0865 VН2OII=1.0047 | Воздуха: Iв=9792.08 Газа: Ir=11655.63 Ir=13614.04 Золы: Iзл=0.00 |
При т=1.2, t=1000°С.
Значение коэффициентов избытка воздуха на выходе из топки и присосов воздуха в элементах и газоходах котельной установки принимаем по таблице 2.4.
Таблица 2.4 Присосы воздуха по газовому тракту.
Участки газового тракта. | ∆ | | Температура, °С. |
Топка | 0.1 | 1,2 | 100–2200 |
Пароперегреватель I ст. | 0,05 | 1,25 | 600–1200 |
Экономайзер II ст. | 0,04 | 1,29 | 400–900 |
Воздухоподогреватель II ст. | 0,03 | 1,32 | 300–600 |
Экономайзер I ст. | 0,04 | 1,36 | 200–500 |
Воздухоподогреватель I ст. | 0,03 | 1,39 | 100–400 |
Данные расчётов энтальпии продуктов сгорания топлива при различных температурах газов в различных газоходах сведены в таблицу 2.5
Таблица 2.5 Энтальпии продуктов сгорания в газоходах.
Таблица 2.6 Характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева.
Величина | Един-ица | Топка | Участки конвективных поверхностей нагрева | ||||
1.200 | 1.225 | 1.27 | 1.305 | 1.34 | 1.375 | ||
VRO2 | м/кг | 1.087 | 1.087 | 1.087 | 1.087 | 1.087 | 1.087 |
VN2=VN2+(-1)∙Vв | –//– | 6.759 | 6.929 | 7.24 | 7.47 | 7.714 | 7.95 |
VН2O=VН2O+ 0.0161∙(-1)∙Vв | –//– | 1.027 | 1.029 | 1.034 | 1.038 | 1.042 | 1.046 |
Vr=VRO2+VN2+VН2O | –//– | 8.872 | 9.045 | 9.357 | 9.599 | 9.842 | 10.09 |
rRO2=VRO2/Vr | –//– | 0.122 | 0.12 | 0.116 | 0.113 | 0.11 | 0.108 |
rН2O=VН2O/Vr | –//– | 0.116 | 0.114 | 0.11 | 0.108 | 0.106 | 0.104 |
rn=rRO2+rН2O | –//– | 0.238 | 0.234 | 0.227 | 0.221 | 0.216 | 0.211 |
= А ∙ун/(Gr·100) | кг/кг | 0.0357 | 0.0358 | 0.0359 | 0.0359 | 0.036 | 0.036 |
10∙А ∙ун/Qн | кг/МДж | 1.231 | 1.231 | 1.231 | 1.231 | 1.231 | 1.231 |
На рис.1 представлена схема котла К-50-40-1
Рис.1 Схема котла К-50-40-1
1-Торочная камера
2-Пароперегреватель
3-Экономайзер
4-Воздухоподогреватель
5-Фестон
6-барабан
3. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива
Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива преждставлен в таблице 3
ТАБЛИЦА 3.
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определение | ||
Располагаемая теплота топлива | кДж/кг | |||
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива | По таблице 4–3 | % | 0,5 | |
Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива | По таблице 4–3 | % | 2 | |
Температура уходящих газов | По заданию | С | 140 | |
Энтальпия уходящих газов | По –таблице | кДж/кг | 1955,4 | |
Температура воздуха в котельной | По выбору | С | 30 | |
Энтальпия воздуха в котельной | По –таблице | кДж/кг | 265,94 | |
Потеря теплоты с уходящими газами | % | |||
Потеря теплоты от наружного охлаждения | По рис. 3–1 | % | 0,9 | |
Сумма тепловых потерь | % | |||
К.п.д. парогенератора | % | |||
Коэффициент сохранения теплоты | — | |||
Паропроизводительность агрегата | D | По заданию | кг/с | 48 |
Давление пара в барабане | По заданию | МПа | 4,4 | |
Температура перегретого пара | По заданию | С | 445 | |
Температура питательной воды | По заданию | С | 140 | |
Удельная энтальпия перегретого пара | По табл. VI–8 | кДж/кг | 3313 | |
Удельная энтальпия питательной воды | По табл. VI–6 | кДж/кг | 611 | |
Значение продувки | p | По выбору | % | 70 |
Полезно используемая теплота в агрегате | кВт | |||
Полный расход топлива | кг/с | |||
Расчётный расход топлива | кг/с | |||
4. Расчет теплообмена в топке
Расчёт полной площади стен топочной камеры и сумарной лучевоспринимающей поверхности топки представлен в таблицах 4.1 ,4.2, 4.3
На рис.2 представлена схема топочной камеры
ТАБЛИЦА 4.1 Расчет полной площади стен топочной камеры (Fст) и суммарной лучевоспринимающей поверхности топки (Hл)
Наименование | Обоз-наче-ние | Еди-ница | Фр.и свод | Боко-вые | Задн | Вых. окно | |
Полная площадь стены и выходного окна | FСТ | м2 | 84.6 | 130 | 66.53 | 16.63 | 297.76 |
Расстояние между осями крайних труб | b | м | 5.11 | 5,88 | 5.11 | 5.11 | |
Освещённая длина труб | L | м | 15,08 | 8,625 | 12,08 | 2,97 | |
Площадь, занятая лучевоспринимающей поверхностью | F | м2 | 77.05 | 120 | 61.73 | 15.18 | 273.96 |
Наружный диаметр труб | d | мм | 60 | 60 | 60 | 60 | |
Шаг труб | s | мм | 70 | 70 | 70 | 70 | |
Расстояние от оси труб до кладки (стены) | e | мм | 125 | 75 | 125 | 125 | |
Отношение | s/d | - | 1.17 | 1.17 | 1.17 | 1.17 | |
Отношение | e/d | - | 2.1 | 1.25 | 2.1 | 2.1 | |
Угловой коэффициент | x | - | 0.98 | 0.98 | 0.98 | 0.98 | |
Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов | HЛОТК | м2 | 75.51 | 117,6 | 60.5 | 14.88 | 268.5 |
ТАБЛИЦА 4.2 Расчёт конструктивных характеристик топки
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Активный объём топочной камеры | По конструктивным размерам | м3 | 222 | |
Тепловое напряжение объёма топки: расчётное допустимое | По табл. 4–3 | кВт/м3 кВт/м3 |
| |
Количество горелок | n | По табл. III–10 | шт. | 4 |
Тепло производительность горелки | МВт | |||
Тип горелки | — | По табл. III–6 | — | ГУ-1-Л |
Рис.2 Топочная камера
ТАБЛИЦА 4.3 Поверочный расчёт теплообмена в топке
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определение | ||
Суммарная площадь лучевоспринимающей поверхности | По конструктивным размерам | м2 | 268,5 | |
Полная площадь стен топочной камеры | По конструктивным размерам | м2 | 297,76 | |
Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности | — | |||
Эффективная толщина излучающего слоя пламени | м | |||
Полная высота топки | По конструктивным размерам | м | 9.75 | |
Высота расположения горелок | По конструктивным размерам | м | 3.75 | |
Относительный уровень расположения горелок | — | |||
Параметр забалансированности топочных газов | rн | — | ||
Коэффициент M0 | M0 | По нормативному методу | — | 0,4 |
Параметр, учитывающий характер распределения температуры в топке | М | — | ||
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки | По табл. 4–3 | — | 1,2 | |
Присос воздуха в топке | По табл. 2–2 | — | 0,1 | |
Присос воздуха в системе пылеприготовления | По табл. 2–1 | — | 0,04 | |
Температура горячего воздуха | По предварительному выбору | С | 350 | |
Энтальпия горячего воздуха | По –таблице | кДж/кг | 3213 | |
Энтальпия присосов воздуха | По –таблице | кДж/кг | 265,94 | |
Полезное тепловыделение в топке | кДж/кг | |||
Адиабатическая температура горения | По –таблице | С | 1972 | |
Температура газов на выходе из топки | По предварительному выбору | С | 1035 | |
Энтальпия газов на выходе из топки | По –таблице | кДж/кг | 14140 | |
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания | кДж/кг | |||
Объёмная доля: водяных паров трёхатомных газов | По табл. 1–2 По табл. 1–2 | — — | 0,116 0,122 | |
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов | — | |||
Произведение | м·МПа | |||
Коэффициент ослабления лучей: трёхатомными газами золовыми частицами газами кокса | 1/(мЧ ЧМПа) | 0.2 | ||
Коэффициент излучения сажестых частиц | — | |||
1- | — | |||
Коэффициент заполнения | m | По Н.М. | — | 0.1 |
Коэффициент ослабления лучей топочной средой | 1/(мЧ ЧМПа) | |||
Критерий Бургера | — | |||
Критерий Бургера | — | |||
Температура газов на выходе из топки | С | |||
Энтальпия газов на выходе из топки | По –таблице | кДж/кг | 14197 | |
Общее тепловосприятие топки | кДж/кг | |||
Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей | кВт/м2 | |||
5 Расчёт фестона
Конструктивные размеры и поверочный расчёт фестона представлен в таблицах 5.1 и 5.2
На рис 3 представлена схема фестона
Рис. 3 Схема фестона
ТАБЛИЦА 5.1 Конструктивные размеры и характеристики поверхностей нагрева фестона
Показатели | Еди-ница | Фес-тон | |
Наименования | Обозначение | ||
Диаметр труб : | |||
наружный | d | м | 0.06 |
внутренний | dвн | м | 0.054 |
Кол-во труб в ряду | Z1 | шт. | 9 |
Кол-во рядов труб | Z2 | 4 | |
Общее кол-во труб в рассчитваыемом участке | Z | шт. | 36 |
Средняя длина труб | lср | м | 3.135 |
Расчетна площадь поверхности нагрева | H | м2 | 21.26 |
Расположение труб | - | - | ш |
Шаг труб : | |||
поперек движения газов | S1 | 140 | |
Вдоль движения газов | S2 | 220 | |
Относительный шаг труб : | |||
поперечный | S1/d | 2.33 | |
продольный | S2/d | 3.67 | |
Размер сечения газохода поперек | А | м | 2.541 |
движения газов | В | м | 4.9 |
Площадь живого сечения для прохода газов | F | м2 | 12.45 |
ТАБЛИЦА 5.2 Поверочный расчёт фестона
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Полная площадь поверхности нагрева | Н | По конструктивным размерам | м2 | 21.26 |
Дополнительна поверхностья | H доп | » | м2 | 3.71 |
Диаметр труб | d | » | мм | 60x3 |
Относительный шаг труб: поперечный продольный | » » | — — | 2.33 3,67 | |
Количество рядов труб по ходу газов | » | шт. | 4 | |
Количество труб в ряду | » | шт. | 9 | |
Площадь живого сечения для прохода газов | F | м2 | ||
Эффективная толщина излучающего слоя | s | м | ||
Температура газов перед фестоном | Из расчёта топки | °С | 1038 | |
Энтальпия газов перед фестоном | То же | кДж/кг | 14197 | |
Температура газов за фестоном | По предварительному выбору | °С | 995 | |
Энтальпия газов за фестоном | По –таблице | кДж/кг | 13538.5 | |
Количество теплоты, отданное фестону | кДж/кг | |||
Температура кипения при давлении в барабане рб=4.4 МПа | По таблице VI–7 | °С | 256 | |
Средняя температура газов | °С | |||
Средний температурный напор | °С | |||
Средняя скорость газов | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией | По рис. 6–5 | кВт/(м2·К) | 60*0.95*0.97*0.85=46.99 | |
Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов | м·МПа |
| ||
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами | 1/(м·МПа) | |||
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами | По рис 5-6 | 1/(м·МПа) | 0,055 | |
Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока | — | |||
Степень черноты излучающей среды | По рис. 5–4 или формуле (5–22) | — | 0,3 | |
Температура загрязнённой стенки трубы | °С | |||
Коэффициент теплоотдачи излучением | По рис. 6–12 (л=н а) | Вт/(м2·К) | 220·0,3=66 | |
Коэффициент использования поверхности нагрева | — | 1 | ||
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке | Вт/(м2·К) | |||
Коэффициент загрязнения | По формуле (6–8) и рис. 6–1 | м2·К/Вт | 0,0125 | |
Коэффициент теплопередачи | Вт/(м2·К) | |||
Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи | кДж/кг | |||
Тепловосприятие настенных труб | кДж/кг | |||
Суммарное тепловосприятие газоходов фестона | кДж/кг | 515.4+131.7=646.2 | ||
Расхождение расчетных тепловосприятий | % | |||
6 Расчёт пароперегревателя
Конструктивные размеры конструктивный расчёт перегревателя представлен в таблицах 6.1 и 6.2
На рис. 4 представлена схема пароперегревателя
Рис.4 Схема пароперегревателя
ТАБЛИЦА 6.1 Конструктивные размеры и характеристики перегревателя
Показатели | Еди-ница | Номера ступени участков по ходу пара | |
Наименование | Обозначение | I ступень | |
Наружный диаметр | d | мм | 32 |
Внутренний диаметр трубы | dвн | мм | 26 |
Кол-во труб в ряду | Z1 | шт. | 72 |
Кол-во рядов по ходу | Z2 | шт. | 22 |
Средний поперечный шаг | S1 | мм | 65 |
Средний продольный шаг | S2 | мм | 75 |
Расположение труб (шахматное, коридорное) | - | - | кор |
Характер омывания (поперечное, продольное, смешанное) | - | - | поп |
Средняя длина змеевика | L | м | 2 |
Суммарная длина труб | ∑L | м | 3168 |
Площадь полной поверхности нагрева | H | м2 | 318,3 |
Площадь живого сечения на входе | F’ | м2 | 8.36 |
То же, на выходе | F” | м2 | 12.52 |
Средняя площадь живого сечения газохода | Fср | м2 | 10.03 |
Толщина излучающего слоя | s | м2 | |
Кол-во змеевиков, вкл. параллельно (по пару) | m | шт. | 72 |
Живое сечение для прохода пара | f | м2 | 0.0382 |
ТАБЛИЦА 6.2 Конструктивный расчёт перегревателя
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Диаметр труб | По конструктивным размерам | мм | 32/26 | |
Параметр пара на входе в ступень: давление температура паросодержание | МПа єС — | 4,4 256 0,985 | ||
Удельная энтальпия: кипящей воды сухого насыщенного пара | кДж/кг кДж/кг | 1115,5 2797,2 | ||
Удельная энтальпия пара на входе в ступень | кДж/кг | |||
Параметры пара на выходе из ступени: давление температура удельная энтальпия | МПа єС кДж/кг | 4,0 445 3367,58 | ||
Тепловосприятие пароохладителя | По выбору | кДж/кг | 70 | |
Тепловосприятие ступени | Q | кДж/кг | ||
Энтальпия газов на входе в ступень | Из расчёта фестона | кДж/кг | 14026 | |
Температура газов на входе в ступень | То же | єС | 995 | |
Энтальпия газов на выходе из ступени | кДж/кг | |||
Температура газов на выходе из ступени | По – таблице | єС | 657 | |
Средняя температура газов в ступени | єС | |||
Средняя скорость газов в ступени | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией | По рис. 6-5 | Вт/(м2·К) | ||
Средняя температура пара | єС | |||
Объём пара при средней температуре | По табл. VI–8 | м3/кг | 0,061 | |
Средняя скорость пара | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару | По рис. 6–7 | Вт/(м2·К) | ||
Эффективная толщина излучающего слоя | s | м | ||
Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов | м·МПа | |||
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами | По рис. 5–5 | 1/(м·МПа) | 8,75 | |
Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока | — | |||
Степень черноты излучающей среды | a | По рис. 5–5 | — | 0,04 |
Коэффициент загрязнения | По § 6–2 | м2·К/Вт | 0,01 | |
Температура загрязнённой стенки трубы | єС | |||
Коэффициент теплоотдачи излучением | По рис. 6–12 | Вт/(м2·К) | ||
Коэффициент | A | По § 6–2 | — | 0,4 |
Глубина по ходу газов: ступени (пучка) объём перед ступенью | По конструктивным размерам То же | м м | 0,225 1,155 | |
Коэффициент теплоотдачи излучением с учётом излучения газового объёма перед ступенью | Вт/(м2·К) | |||
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке | Вт/(м2·К) | |||
Коэффициент тепловой эффективности | По табл. 6–2 | — | 0,7 | |
Коэффициент теплоотдачи | k | Вт/(м2·К) | ||
Разность температур между газами и паром: наибольшая наименьшая | єС єС | |||
Температурный напор при противотоке | єС | |||
Полный перепад температур газового потока в ступени | єС | |||
Полный перепад температур потока пара | єС | |||
Параметр | R | — | ||
То же | P | — | ||
Коэффициент перехода к сложной схеме | По рис. 6–15 | — | 1 | |
Температурный перепад | єС | |||
Площадь поверхности нагрева ступени | H | м2 | ||
Т.к. невязка составляет меньше 2% то добавлять змеевеки не требуется
7 Расчёт хвостовых поверхностей нагрева
Конструктивные размеры а также расчёты ступеней хвостовых поверхностей нагрева представлены в таблицах 7.1 – 7.6
На рис. 5 прежставлена схема хвостовых поверхностей нагрева
Рис. 5 схема хвостовых поверхностей нагрева
ТАБЛИЦА 7.1 Конструктивные размеры и характеристики стального трубчатого экономайзера (ступени).
Показатели | Еди-ница | Ступень | ||
Наименования | Обозначение | I | II | |
Диаметр труб : | ||||
наружный | d | м | 28 | 28 |
внутренний | dвн | м | 22 | 22 |
Кол-во труб в ряду | Z1 | шт. | 16 | 14 |
Кол-во рядов труб | Z2 | 26 | 32 | |
Расчетна площадь поверхности нагрева | H | м2 | 236 | 230 |
Расположение труб | - | - | ш | ш |
Шаг труб : | ||||
поперек движения газов | S1 | м | 70 | 90 |
Вдоль движения газов | S2 | м | 50 | 50 |
Относительный шаг труб : | ||||
поперечный | S1/d | - | 2.5 | 3.21 |
продольный | S2/d | - | 1.79 | 1.79 |
Размер сечения газохода Поперек движения газов | А | м | 5.72 | 5.72 |
В | м | 1.12 | 1.215 | |
Площадь живого сечения для прохода газов | F | м2 | 6.41 | 6.98 |
Кол-во параллельно включенных труб (по воде) | Z0 | шт. | 32 | 28 |
Площадь живого сечения для прохода воды | f | м2 | 0.0122 | 0.011 |
ТАБЛИЦА 7.2 Воздухоподогреватель
Показатели | Еди-ница | Ступень | ||
Наименования | Обозначение | I | II | |
Диаметр труб : | ||||
наружный | d | м | 40 | 40 |
внутренний | dвн | м | 37 | 37 |
Длина труб | l | м | 5.514 | 2.525 |
Кол-во ходов по воздуху | n | м | 3 | 1 |
Кол-во труб в ряду поперек движения воздуха | Z1 | шт. | 48 | 50 |
Кол-во рядов труб вдоль движения воздуха | Z2 | шт. | 26 | 30 |
Расположение труб | - | - | ш | ш |
Шаг труб : | ||||
поперечный (поперек потока воздуха) | S1 | м | 54 | 54 |
продольный (вдоль потока воздуха) | S2 | м | 42 | 42 |
Относительный шаг труб : | ||||
поперечный | S1/d | - | 1.35 | 1.35 |
продольный | S2/d | - | 1.05 | 1.05 |
Площадь живого сечения для прохода газов | Fг | м^2 | 2.7 | 3.2 |
Кол-во параллельно включенных труб (по газам) | Z0 | шт. | 1248 | 15000 |
Средняя высота воздушного канала | h | м | 1.838 | 2.525 |
Площадь среднего сечения воздушного канала | Fв | м^2 | 2.5 | 3.5 |
Площадь поверхности нагрева | H | м^2 | 1750 | 731 |
ТАБЛИЦА 7.3 Поверочный расчёт второй ступени экономайзера
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Площадь поверхности нагрева ступени | H | По конструктивным размерам | м2 | 230 |
Площадь живого сечения для прохода газов | То же | м2 | 6,98 | |
То же, для прохода воды | f | м2 | 0,011 | |
Температура газов на входе в ступень | Из расчёта перегревателя | єС | 656.7 | |
Энтальпия газов на входе в ступень | То же | кДж/кг | 8705 | |
Температура газов на выходе из ступени | По выбору | єС | 437 | |
Энтальпия газов на выходе из ступени | По – таблице | кДж/кг | 5930 | |
Тепловосприятие ступени (теплота, отданная газами) | кДж/кг | |||
Удельная энтальпия воды на выходе из ступени | кДж/кг | |||
Температура воды на выходе из ступени | По табл. VI–6 | єС | 225 | |
Удельная энтальпия воды на входе в ступень | кДж/кг | |||
Температура воды на входе в ступень | По табл. VI–6 | єС | 160 | |
Средняя температура воды | tср | єС | ||
Скорость воды в трубах | м/с | |||
Средняя температура газов | єС | |||
Средняя скорость газов | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией | По рис. 6–5 | Вт/(м2·К) | 77 | |
Эффективная толщина излучающего слоя | s | м | ||
Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов | м·МПа | |||
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами | По рис. 5–5 | 1/(м·МПа) | 6,3 | |
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами | По рис. 5–6 | 1/(м·МПа) | 0,062 | |
Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока | — | |||
Степень черноты газов | а | По рис. 5–4 | — | 0,054 |
Температура загрязнённой стенки трубы | єС | |||
Коэффициент теплоотдачи излучением | По рис. 6–12 | Вт/(м2·К) | ||
Температура в объёме камеры перед ступенью | Из расчёта перегревателя | єС | 657 | |
Коэффициент | А | По § 6–2 | — | 0,4 |
Глубина по ходу газов: ступени объём перед ступенью | По конструктивным размерам То же | м м | 1,1 1,9 | |
Коэффициент теплоотдачи излучением с учётом излучения газового объёма перед степенью | Вт/(м2·К) | |||
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке | Вт/(м2·К) | |||
Поправка к коэффициенту загрязнения | По табл. 6–1 | м2·К/Вт | 0,002 | |
Коэффициент загрязнения | По формуле (6–8) | м2·К/Вт | 0,0056 | |
Коэффициент теплоотдачи | Вт/(м2·К) | |||
Разность температур между средами: наибольшая наименьшая | єС єС | |||
Отношение | — | |||
Температурный напор | єС | |||
Тепловосприятие ступени по уравнению теплообмена | кДж/кг | |||
Расхождение расчётных тепловосприятий | % | |||
ТАБЛИЦА 7.4 Поверочный расчёт второй ступени воздухоподогревателя
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Диаметр труб | По конструктивным размерам | мм | 40 | |
Относительный шаг: поперечный продольный | То же » » | — — | 1,35 1,05 | |
Количество рядов труб | » » | шт. | 30 | |
Количество ходов по воздуху | » » | — | 3 | |
Площадь живого сечения для прохода газов | » » | м2 | 3,2 | |
То же, для прохода воздуха | » » | м2 | 3,5 | |
Площадь поверхности нагрева | » » | м2 | 731 | |
Температура газов на входе в ступень | Из расчёта второй ступени экономайзера | єС | 437 | |
Энтальпия газов на входе в ступень | То же | кДж/кг | 6038 | |
Температура воздуха на выходе из ступени | По выбору | єС | 350 | |
Энтальпия воздуха на выходе из ступени | По –таблицы | кДж/кг | 3213 | |
Отношение количества воздуха на выходе из ступени к теоретически необходимому | — | |||
Температура воздуха на входе в ступень | По выбору | єС | 287 | |
Энтальпия воздуха на входе в ступень | По –таблицы | кДж/кг | 2608,8 | |
Тепловосприятие ступени | кДж/кг | 649,5 | ||
Средняя температура воздуха | єС | |||
Энтальпия воздуха при средней температуре | По –таблицы | кДж/кг | 2920,8 | |
Энтальпия газов на выходе из ступени | кДж/кг | |||
Температура газов на выходе из ступени | По –таблицы | єС | 398 | |
Средняя температура газов | єС | |||
Средняя скорость газов | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны | По рис. 6–7 | Вт/(м2·К) | 35 | |
Средняя скорость воздуха | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны | По рис. 6–5 | Вт/(м2·К) | 58 | |
Коэффициент использования поверхности нагрева | По табл. 6–3 | — | 0,85 | |
Коэффициент теплоотдачи | Вт/(м2·К) | |||
Разность температур между средами: наибольшая наименьшая | єС єС | |||
Средний температурный напор при противотоке | єС | |||
Перепад температур: наибольший наименьший | єС єС | |||
Параметр | — | |||
То же | — | |||
Коэффициент | По рис. 6–16 | — | 0,82 | |
Температурный напор | єС |
| ||
Тепловосприятие по уравнению теплообмена | кДж/кг | |||
Расхождение расчётных тепловосприятий | % | |||
ТАБЛИЦА 7.5 Конструктивный расчёт первой ступени экономайзера
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Площадь поверхности нагрева ступени | H | По конструктивным размерам | м2 | 236 |
Площадь живого сечения для прохода газов | То же | м2 | 6,41 | |
То же, для прохода воды | f | То же | м2 | 0,0122 |
Температура газов на входе в ступень | Из расчёта 2 ст. воздухоподогревателя | єС | 398 | |
Энтальпия газов на входе в ступень | То же | кДж/кг | 5616,6 | |
Температура газов на выходе из ступени | По выбору | єС | 307 | |
Энтальпия газов на выходе из ступени | По – таблице | кДж/кг | 4281,79 | |
Тепловосприятие ступени (теплота, отданная газами) | кДж/кг | |||
Удельная энтальпия воды на выходе из ступени | Из расчёта 2 ст. экономайзера | кДж/кг | 669,6 | |
Температура воды на выходе из ступени | То же | єС | 160 | |
Удельная энтальпия воды на входе в ступень | По табл. VI–6 | кДж/кг | 610 | |
Температура воды на входе в ступень | По заданию | єС | 145 | |
Средняя температура воды | tср | єС | ||
Скорость воды в трубах | м/с | |||
Средняя емпература газов | єС | |||
Средняя скорость газов | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией | По рис. 6–5 | Вт/(м2·К) | 61 | |
Эффективная толщина излучающего слоя | s | м | ||
Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов | м·МПа | |||
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами | По рис. 5–5 | 1/(м·МПа) | 5 | |
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами | По рис. 5–6 | 1/(м·МПа) | 0,055 | |
Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока | — | |||
Степень черноты газов | а | По рис. 5–4 | — | 0,0356 |
Температура загрязнённой стенки трубы | єС | |||
Коэффициент теплоотдачи излучением | По рис. 6–12 | Вт/(м2·К) | 1,2 | |
Температура в объёме камеры перед ступенью | Из расчёта перегревателя | єС | 398 | |
Коэффициент | А | По § 6–2 | — | 0,4 |
Глубина по ходу газов: ступени объём перед ступенью | По конструктивным размерам То же | м м | 1,1 1,9 | |
Коэффициент теплоотдачи излучением с учётом излучения газового объёма перед степенью | Вт/(м2·К) | |||
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке | Вт/(м2·К) | |||
Поправка к коэффициенту загрязнения | По табл. 6–1 | м2·К/Вт | 0,002 | |
Коэффициент загрязнения | По формуле (6–8) | м2·К/Вт | 0,0056 | |
Коэффициент теплоотдачи | Вт/(м2·К) | |||
Разность температур между средами: наибольшая наименьшая | єС єС | |||
Отношение | — | |||
Температурный напор | єС | |||
Площадь поверхности нагрева ступени | м2 | |||
Т.к. невязка составляет меньше 2% то внесение конструктивных изменений не требуется
ТАБЛИЦА 7.6 Конструктивный расчёт первой ступени воздухоподогревателя
Величина | Единица | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Диаметр и толщина стенки труб | По конструктивным размерам | мм | 40х0,3 | |
Относительный шаг труб: поперечный продольный | То же » » | — — | 1,35 1,05 | |
Количество рядов труб | » » | шт. | 30 | |
Количество ходов по воздуху | » » | — | 1 | |
Площадь живого сечения для прохода газов | » » | м2 | 2,7 | |
То же, для прохода воздуха | » » | м2 | 2,5 | |
Площадь поверхности нагрева | Н | » » | м2 | 1750 |
Температура газов на выходе из ступени | По заданию | єС | 140 | |
Энтальпия газов на выходе из ступени | По –таблице | кДж/кг | 1871.14 | |
Температура воздуха на входе в ступень | По выбору | єС | 30 | |
Энтальпия теоретического количества холодного воздуха | По –таблице | кДж/кг | 265.94 | |
Температура воздуха на выходе из ступени | Из 2 ст воздухоподогревателя | єС | 287 | |
Энтальпия теоретического количества воздуха на выходе из ступени | По –таблице | кДж/кг | 2608,8 | |
Отношение | — | |||
Тепловосприятие ступени | кДж/кг | |||
Средняя температура воздуха в ступени | єС | |||
Энтальпия теоретического количества воздуха присосов при средней температуре | По –таблице | кДж/кг | 1406,8 | |
Температура газов на входе в ступень | Из расчёта 1 ст. экономайзера | єС | 307 | |
Энтальпия газов на входе в ступень | По –таблице | кДж/кг | 4366,22 | |
Средняя температура газов | єС | |||
Средняя скорость газов | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке | По рис. 6–7 | Вт/(м2·К) | 34 | |
Средняя скорость воздуха | м/с | |||
Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны | По рис. 6–4 | Вт/(м2·К) | 55 | |
Коэффициент использования поверхности нагрева | По табл. 6–3 | — | 0,85 | |
Коэффициент теплопередачи | Вт/(м2·К) | |||
Разность температур между средами: наибольшая наименьшая | єС єС | |||
Температурный напор при противотоке | єС | |||
Перепад температур: наибольший наименьший | єС єС | |||
Параметр | Р | — | ||
То же | R | — | ||
Коэффициент | По рис. 6–16 | — | 0,82 | |
Температурный перепад | єС | |||
Площадь поверхности нагрева ступени | м2 | |||
Т.к. невязка составляет более 2% то вносим конструктивные ихменения. Добавляем к воздухоподогревателю дополнительно 2713 м2
8 Расчёт невязки теплового баланса парогенератора
Расчёт невязки теплового баланса представлен в таблице 8
ТАБЛИЦА 8
Величина | Величина | Расчёт | ||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | ||
Расчётная температура горячего воздуха | Из расчёта воздухоподогревателя | єС | 350 | |
Энтальпия горячего воздуха при расчётной температуре | То же | кДж/кг | 3213 | |
Лучистое тепловосприятие топки | Из расчёта топки | кДж/кг | 14605.3 | |
Расчётная невязка теплового баланса | кДж/кг | |||
Невязка | — | % | ||
ВЫВОДЫ
В ходе выполнения курсового проекта был проведен тепловой расчет промышленного парогенератора К-50-40-1 при совестном сжигании твердого и газообразного топлива. Расчет также включает в себя выбор системы пылеприготовления и типа мельниц.
Расчет проводился по твердому топливу, с учетом тепла, вносимого в топку, за счет сжигания газообразного топлива.
Последовательно был проведен поверочный расчет всех поверхностей нагрева котла: экранов топки, фестона, пароперегревателя , водяного экономайзера (две ступени), воздухоподогревателя (две ступени). С учетом того, что парогенератор спроектирован на сжигание другого вида топлива, возникла необходимость в проведении поверочно-конструктивного расчета.
При поверочном расчете поверхности нагрева приходится задаваться изменением температуры одной из теплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этим определяется тепловосприятие поверхности в первом приближении. Далее можно вычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, температурный напор, скорости газового потока и рабочей среды и все другие величины, необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении. При расхождении принятого и расчетного тепловосприятий выше допустимого повторяют расчет для нового принятого тепловосприятия. Таким образом, поверочный расчет поверхности нагрева выполняется методом последовательных приближений.
Тепловой расчет парогенератора заканчивается определением невязки теплового баланса. В курсовом проекте величина невязки составляет 1,83 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тепловой расчет промышленных парогенераторов. / Под ред. В.И. Частухина. – Киев: Вища шк., 1980. – 184 с.
2. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н.Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.
3. Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 208 с.
4. Расчет паровых котлов в примерах и задачах: Учеб. пособие для вузов/ А.Н. Безгрешнов, Ю.М. Липов, Б.М. Шлейфер; Под общ. ред. Ю.М. Липова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.
5. Методические указания "Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания для смеси топлив с применением ЭВМ" по курсу "Котельные установки промышленных предприятий". / Сост.: А.А. Соловьев, В.Н. Евченко. – Мариуполь: ММИ, 1991. – 17 с.
6. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу "Котельные установки промышленных предприятий" для студентов специальности (7.090510)/ Сост.: А.А. Соловьев, В.М. Житаренко – Мариуполь: ПГТУ, 1998. – 40 с.