Тепловой расчет парового котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект на тему

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРОВОГО КОТЛА



Содержание проекта

сгорание конвективный нагрев экономайзер

Введение

Исходные данные

1. Материальный баланс котла

1.1 Расчётные характеристики топлива, объёмы воздуха и продуктов сгорания

1.2 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

2. Тепловой расчёт котла

2.1 Тепловой баланс котла

2.2 Расчет топки

2.3 Расчет радиационных и конвективных поверхностей нагрева

2.3.1 Расчет выходного (ширмового) пароперегревателя ВПП

2.3.2 Расчет конвективного пароперегревателя КПП

2.4 Расчет водяного экономайзера

2.5 Расчет воздухоподогревателя

Заключение

Список литературы



Введение

Паровой котёл - это устройство, в котором для получения пара требуемых параметров используют теплоту, выделяющуюся при сгорании органического топлива или отходящих газов.

По виду пароводяного тракта различают барабанные и прямоточные котлы. В барабанных котлах пароводяная смесь в замкнутом контуре (барабаны, коллекторы и испарительные поверхности нагрева) проходит многократно.

Заданной паропроизводительности D=210 т/ч и давлению пара на выходе из котла Рпп=14МПа, температуре перегретого пара tпп=520°C соответствует котел Е-210-13,8-560КБТ ( БКЗ-210-140-9). Сжигаемое топливо: каменные и бурые угли, лигниты, антрациты, газы природный, коксовый, доменный, мазут.

Котел Е-210-13,8-560 КБТ (БКЗ-210-140-9) предназначен для работы на каменных и бурых углях на тепловых электростанциях с теплофикационными турбинами.

Котел вертикально-водотрубный, однобарабанный с естественной циркуляцией, на высокие параметры пара, однокорпусный П-образной закрытой компоновки в газоплотном исполнении .

Котел имеет твердое шлакоудаление, снабжен двумя шнековыми транспортерами.

Топочная камера объемом 1123 м3 призматической формы открытого типа с размерами в плане по осям труб 9,34х6,73 м.

Топочная камера полностью экранирована цельносварными мембранными газоплотными панелями, образованными из гладких труб 60х6 мм с вваренной полосой толщиной 6 мм (сталь 20). Шаг труб составляет 80 мм.

Фронтовой и задний экраны в нижней части образуют скаты холодной воронки, через которую выпадающий шлак непрерывно удаляется.

Топка оборудована шестью пылеугольными вихревыми горелками, расположенными по три на каждой боковой стене в форме треугольника вершиной вниз.

Блоки топочной камеры подвешены на тягах к потолочным рамам каркаса котла и свободно расширяются вниз. Жесткость стен топочной камеры обеспечивается поясами жесткости.

Барабан котла сварной конструкции, имеет внутренний диаметр 1600 мм с толщиной стенки 112 мм и изготовляется из листовой стали 16ГНМА.

Барабан оборудован устройствами для ускоренного обогрева и расхолаживания.

Вода из барабана к нижним коллекторам экранов подается по восьми вынесенным за каркас трубам 219х20 мм (сталь 20).

Схема испарения воды двухступенчатая с промывкой пара питательной водой.

Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан котла и представляет собой сочетание внутрибарабанных циклонов и промывочных устройств.

Вторая ступень состоит из средних циркуляционных экранов боковых стен, включенных в выносные паросепарационные циклоны, и имеет собственную водоспускную и пароотводящую системы.

Пароперегреватель радиационно-конвективного типа, состоит из четырех ступеней.

Входной потолочный радиационный пароперегреватель выполнен газоплотным из мембранных панелей, образованных из гладких труб O 42х5 мм, с вваркой полосы толщиной 6 мм (сталь 20).

Шаг труб составляет 80 мм.

Полурадиационная часть пароперегревателя выполнена в виде ширмовых поверхностей нагрева из труб 32х5 мм (сталь 12Х1МФ), расположена в верхней части на выходе из топки и является второй ступенью, воспринимает теплоту от продуктов сгорания топлива (топочных газов), нагревается до температуры насыщения, а затем частично испаряется. Из обогреваемых труб полученная пароводяная смесь поступает в барабаны, где происходит разделение пара и воды. Уровень воды (зеркало испарения) делит барабан на водный и паровой объёмы. Из последнего пар по трубам, расположенным в верхней части барабанов, направляется в пароперегреватель. Вода же, смешиваясь в водяном объёме с питательной водой, поступающей из экономайзера, вновь направляется в опускные трубы.

Конвективные поверхности пароперегревателя расположены в горизонтальном поворотном газоходе и выполнены из труб O 32х4,5 мм (сталь 20, 12Х1МФ) и выходной панели из стали 12Х18Н12Т и представляют собой первую, третью и четвертую ступени.

Тракт пара пароперегревателя состоит из двух независимых потоков.

Температура перегретого пара регулируется двухступенчатым впрыском собственного конденсата, получаемого в конденсаторах, установленных на потолочной раме каркаса. Впрыск конденсата осуществляется за счет перепада давлений на участке конденсатор - точка впрыска.

В конвективном газоходе расположены «в рассечку» водяной экономайзер и трубчатый воздухоподогреватель.

Водяной экономайзер имеет две ступени и выполнен из труб 32х4 мм (сталь 20).

Трубчатый воздухоподогреватель выполнен из труб 40х1,5 мм (Ст. 3). Воздухоподогреватель по трактам воздуха и газов является двухпоточным. Нижние, входные по воздуху кубы - съемные.

Блоки воздухоподогревателя и водяного экономайзера установлены друг на друге и опираются на портал каркаса. Все соединения сварены между собой, что до минимума снижает присосы.

Обмуровка цельносварных трубчатых экранов котла осуществляется рулонными волокнистыми материалами.

Ограждениями горизонтального и поворотного газохода служит огнеупорная кладка на щитах каркаса. Огнеупорные материалы применены также в амбразурах горелок, гарнитуре и шлаковых бункерах.

Очистка экранов топочной камеры производится маловыдвижными аппаратами паровой обдувки. Поверхности нагрева пароперегревателя очищаются паром с помощью выдвижных аппаратов обдувки. Очистка поверхностей нагрева в конвективной шахте осуществляется с помощью устройств дробечистки.

рис.1.Поперечный разрез котла БКЗ-210-140-9

Котел разработан с учетом возможности ремонта всех поверхностей нагрева.

Котел снабжен необходимой арматурой, устройствами для отбора проб пара и воды, контрольно-измерительными приборами.

Процессы питания котла, регулирования температуры перегретого пара и горения автоматизированы. Предусмотрены средства тепловой защиты.

Котел поставляют транспортабельными блоками.

Комплектующие для котла БКЗ-210-140

Радиационные поверхности нагрева, воспринимающие тепло от газов за счет излучения

Конвективные поверхности нагрева

Топочные камеры

Топочные экраны, которые обеспечивают охлаждение стенок труб

Горелки для котла

Экономайзер для котла БКЗ-210-140

Ширмовый пароперегреватель БКЗ-210-140, располагаемый в верхней части топки



Исходные данные

1.Тип котла Е-210-13,8-560КБТ

( БКЗ-210-140-9).

2.Паропроизводительность D=210 т/ч (58,33 кг/с)

3.Параметры вырабатываемого пара :

давление рпп=13,8 МПа(140 кгс/см2);

температура tпп=520°С

4. Параметры питательной воды

давление рпв= 15,7 МПа(160 кгс/см2);

температура tпв=215°С

5.Температура уходящих газов Тух=140°С

6. Топливо п. 26 *

*(см. «Тепловой расчет котельных агрегатов». Нормативный метод, 1973 г.

Подмосковный (таблица I, п.26, стр.156 )

Марка топлива -Б2 ;

Класс или продукт обогащения - Р, ОМСШ.

Рабочая масса топлива (состав, %):

Wр=32,0% ; Ар=25,2% ; Sрк=1,5%; Sрор=1,5%; Ср=28,7% ; Нр=2,2% ; Nр=0,6% ; Ор=8,6% .

Низшая теплота сгорания Qнр=2490 ккал/кг= 10,433 МДж/кг

Зольность на сухую массу 37%;

Выход летучих на горючую массу 50%.

7. Объем воздуха и продуктов сгорания, м3/кг:

*(см. «Тепловой расчет котельных агрегатов». Нормативный метод, 1973 г.

Подмосковный (таблица XI, п.26, стр.176 ).



1. Материальный баланс котла

1.1 Расчётные характеристики топлива, объёмы воздуха и продуктов сгорания

В соответствием с заданием, в котором указано месторождение топлива, выбираем основные расчётные параметры топлива: элементарный химический состав рабочей массы, низшую теплоту сгорания рабочей массы, приведённые влажность и зольность, выход летучих.

рис.2. Схема газового тракта котла.

Объемы воздуха и продуктов сгорания.

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата.

При тепловом расчёте котлоагрегата присосы воздуха принимаются по нормативным данным.

Присосы воздуха в газоходы котла принимаются в соответствии с наличием и расположением поверхностей нагрева в рассчитываемом котле. В соответствии с этими данными определим теоретические и действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания ( таблица 1).

Таблица 1

Рассчитываемая величина	Размерность	Газоходы котла (м3/кг): Ар=25,2%
		Топка, ширмы	ВПП	КПП	ВЭ	ТВП
Присосы воздуха в поверхности нагрева, ?б		0,05	0,03	0,03	0,02	0,03
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева, б''		1,1	1,13	1,16	1,18	1,21
Средний коэффициент избытка воздуха, бср=0.5(б'+б'')		1,1	1,115	1,145	1,17	1,195
Действительный объём водяных паров VH20= V0H20+0,0161•Vв (бср-1)	Нм3/кг	0,6947	0,6954	0,6968	0,698	0,6992
Объём газа Vг= VH20+VR02+V0N2+Vв• (бср-1)	Нм3/кг	3,8687	3,9135	4,0031	4,0778	4,1525
Доля водяных паров rH20=VH20/Vг		0,1795	0,1776	0,174	0,1711	0,1683
Доля 3-х атомных газов rR02=VR02/Vг		0,1421	0,1405	0,1373	0,1348	0,1324
Суммарная доля 3-х атомных газов. rn= rH20+ rR02		0,3216	0,3181	0,3113	0,3059	0,3007
Масса дымовых газов Gг, кг/кг		4,9716	5,0867	5,2019	5,2787	5,3939
Безразмерная концент-рация золовых частиц мзл, кг/кг		0,0114	0,0112	0,0109	0,0108	0,0105

Gг=1-Ар/100+1,306*i”*Vв ; зл=( AР * аун)/(100* Gг)



Доля золы топлива, уносимой дымовыми газами из топки аун= AР *0,9=0,252*0,9=0,2268, где 0,9-доля уноса золы с дымовыми газами.

1.2 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчётов энтальпию воздуха и продуктов сгорания относим к 1 кг твердого топлива.

Расчёт энтальпий продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт ведём для всего возможного диапазона температур после поверхностей нагрева, так как эти температуря неизвестны. В дальнейших расчётах при пользовании значениями энтальпии выполняется линейная интерполяция в интервале температур 100К. Поэтому при расчётах энтальпии интервал температур не должен быть более 100К.

Энтальпия теоретически необходимого объёма воздуха:

, ,

где - теплоёмкость воздуха при температуре .

По справочным данным :

Энтальпия 1 м3 воздуха, газообразных продуктов сгорания (кДж/м3 ) и 1 кг золы (кДж/кг)

Таблица 2

?, °С
100	170	130	132	151	133	81
200	359	261	238	305	267	170
300	561	393	408	464	404	264
400	774	528	553	628	543	361
500	999	666	701	797	686	460
600	1226	806	852	970	832	562
700	1466	949	1008	1151	982	664
800	1709	1096	1163	1340	1131	769
900	1957	1247	1323	1529	1285	878
1000	2209	1398	1482	1730	1440	987
1100	2465	1550	1642	1932	1600	1100
1200	2726	1701	1806	2138	1760	1209
1300	2986	1856	1970	2352	1919	1365
1400	3251	2016	2133	2566	2083	1587
1500	3515	2171	2301	2789	2247	1764
1600	3780	2331	2469	3011	2411	1881
1700	4049	2490	2637	3238	2574	2070
1800	4317	2650	2805	3469	2738	2192
1900	4586	2814	2978	3700	2906	2337
2000	4859	2973	3150	3939	3074	2520
2100	5132	3137	3318	4175	3242	-
2200	5405	3301	3494	4414	3410	-

Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания: , , где - теплоёмкости трёхатомных газов, азота и водяных паров при температуре продуктов сгорания .

Энтальпия золы:.где (c)зл- удельная энтальпия золы, кДж/кг

Энтальпия действительного объёма продуктов сгорания:

, .



Энтальпия воздуха и продуктов сгорания по газовому тракту за поверхностями нагрева котла (таблица 3).

Таблица 3

Температура ,	Энтальпия
			Топка, ширма	ВПП	КПП	ВЭ	ТВП
			Jг	Jг/ 100	Jг	Jг/ 100	Jг	Jг/ 100	Jг	Jг/ 100	Jг	Jг/ 100
100	391	501	544	5,6	556	5,72	568	5,83	576	5,91	587	6,04
200	785	1016	1104	5,74	1128	5,86	1151	5,99	1167	6,06	1191	6,18
300	1188	1544	1678	5,92	1714	6,03	1750	6,15	1773	6,24	1809	6,36
400	1596	2089	2270	6,09	2317	6,23	2365	6,35	2397	6,43	2445	6,56
500	2017	2651	2879	6,19	2940	6,32	3000	6,45	3040	6,54	3101	6,66
600	2446	3222	3498	6,4	3572	6,53	3645	6,67	3694	6,75	3767	6,89
700	2887	3812	4138	6,57	4225	6,69	4312	6,82	4369	6,92	4456	7,04
800	3325	4418	4795	6,7	4894	6,84	4994	6,97	5061	7,06	5160	7,20
900	3778	5037	5465	6,81	5578	6,95	5691	7,09	5767	7,17	5880	7,31
1000	4234	5666	6146	6,88	6273	7,02	6400	7,16	6484	7,26	6611	7,4
1100	4704	6300	6834	6,9	6975	7,05	7116	7,19	7210	7,28	7351	7,43
1200	5174	6938	7524	7,08	7680	7,21	7835	7,35	7938	7,45	8094	7,58
1300	5642	7590	8232	7,27	8401	7,42	8570	7,56	8683	7,66	8852	7,81
1400	6124	8256	8959	7,18	9143	7,33	9326	7,48	9449	7,57	9633	7,71
1500	6606	8916	9677	7,27	9876	7,41	10074	7,55	10206	7,65	10404	7,8
1600	7088	9588	10404	7,34	10617	7,48	10829	7,63	10971	7,72	11184	7,86
1700	7568	10263	11138	7,35	11365	7,39	11592	7,64	11743	7,74	11970	7,88
1800	8050	10942	11873	7,47	12114	7,62	12356	7,76	12517	7,86	12758	8,02
1900	8544	11632	12620	7,45	12876	7,6	13132	7,75	13303	7,85	13560	7,99
2000	9038	12317	13365	6,01	13636	6,16	13907	6,31	14088	6,4	14359	6,55
2100	9531	13013	13966	7,46	14252	7,61	14538	7,76	14728	7,86	15014	7,99
2200	10025	13710	14712	-	15013	-	15314	-	15514	-	15815	-

Температура горячего воздуха принимается оптимальной исходя из минимума затрат в поверхности воздухоподогревателя и из условий обеспечения экономичного горения топлива.



3. Тепловой расчёт котла

Тепловой баланс котла

рис.2.Схема энергетического котла

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступавшее в котельный агрегат и отнесенное к 1 кг твердого топлива (МДж/кг) называют располагаемой теплотой и обозначают .

Располагаемое тепло топлива определяется по формуле

Qр = Qнр+ iтл+(1-k)* Qкрб, кДж/кг;

где Qнр- низшая теплота сгорания рабочего топлива, кДж/кг;

iтл = стл * tтл - физическое тепло топлива, кДж/кг;

k - коэффициент разложения карбонатов при сжигании карбонатных топлив;

Qкрб - затраты тепла на разложение карбонатов, кДж/кг.

Поскольку заданное топливо не является карбонатным, подогрева топлива не предусмотрено, форсуночное дутье отсутствует, Qф,Qкрб принимаются равными нулю.

Поскольку для данного топлива Wр=32%> Qнр/150=2490/150=16,6(размерность ккал/кг), физическое тепло топлива следует учесть, при этом температура топлива принимается 20°С.

В формуле iтл = стл * tтл параметр стл соответствует теплоемкости рабочей массы твердого топлива, которая рассчитывается по выражению

стлр=, ккал/(кг*°С)

Теплоемкость сухой массы топлива, , ккал/(кг*°С) принимается по данным табл.3-1.

=0,268 ккал/(кг*°С) для бурого угля ( марка заданного топлива Б2)

iтл = 0,268 * 20*4,187=22,44кДж/(кг*К)

Следовательно, располагаемое тепло топлива

Qр = Qнр+ iтл =10433+22=10455кДж/кг.

Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива q3 обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в уходящих газах.

Энергетический котел БКЗ (производительность свыше 75 т/ч) оснащен камерной топкой, для которых q3 принимается по данным таблиц XVII-XIX.

q3=0% -по табл. XVII.

Потеря тепла от механического недожога q4 составляет q4=1,0% -по табл. XVII

Потеря тепла с физическим теплом шлака q6 определяются по формуле:

q6шл=



где шл=1-ун =0,05 ; ун=0,95 находится по данным таблицы XVII,

()зл=562 кДж/кг - энтальпия золы, принимается при температуре твердого шлакоудаления, равной 600°С.

q6шл=

Потеря тепла от наружного охлаждения q5=0,5 принимается по данным рис.4.

Потеря теплоты с уходящими газами обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха

Температура уходящих газов: , - исходные данные

Энтальпия уходящих газов: - по таблице для .

Температура холодного воздуха: .

Энтальпия воздуха, кДж/м3 ( при коэффициенте избытка воздуха б = 1,1),

cв=1,2978 кДж/(м3*К)-Рабинович, табл.XII, стр.322.



рис.4. Определение потерь тепла от наружного охлаждения .

.

Сумма тепловых потерь:

, .

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю, часть её в виде пара или электрической энергии расходуется на собственные нужды.

КПД котла рассчитываем по уравнению обратного баланса:

.

Коэффициент сохранения тепла .

Температура питательной воды: ;

Давление питательной воды : рпв= 15,7 МПа(160 кгс/см2);

Энтальпия питательной воды: - по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара.

Энтальпию питательной воды в барабане котла определим для давления среды в барабане, которое принимается на 10% выше давления перегретого пара.

рб=1,1рпп=1,1*13,8=15,18МПа

Энтальпия кипящей воды в барабане котла: , - по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара в соответствии с давлением рб.

Энтальпия насыщенного пара в барабане котла: , - по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара в соответствии с давлением рб.

Энтальпия перегретого пара при рпп= 13,8МПа и tпп=520°С :

iпп=3382,19

Полное количество тепла, полезно используемое в котле :

,

где D=210 т/ч=58,33кг/с - производительность котла ;

П=5%- процент непрерывной продувки( принимается) .

Полный расход топлива: .

Расчетный расход топлива: Вр=В*(1-q4/100)=14,79*0,99=14,64

= 53237*0,99=52705

2.2 Расчёт топки

Топка котельной установки служит для сжигания топлива и получения продуктов сгорания с высокой температурой, а также для организации теплообмена между высокотемпературной средой и поверхностями нагрева, расположенными в топке. Теплообмен в топке - это сложный процесс, который усложняется ещё и тем, что в топке происходит одновременно движение и горение топлива. Источник излучения в топке - горящее топливо. Процесс излучения складывается из излучений топлива, газов и обратного излучения тепловоспринимающих и других ограждающих поверхностей.

Известно, что твёрдые тела излучают энергию с поверхности, а газы - со всего объёма. В топках энергию излучают в основном трёхатомные газы (СО2, SО2) и водяной пар (Н2О).

В топочном объёме наблюдается пространственное, несимметричное поле температур излучающей среды; максимальная температура, близкая к теоретической, располагается в зоне ядра факела, а минимальная - на выходе из топки.

Расчёт теплообмена в топках паровых котлов основывается на приложении теории подобия к топочным процессам. На базе этой теории разработан нормативный метод теплового расчёта котельных агрегатов.

Конструктивные характеристики топки:

Объем топки Vт = 1123 м3.

Размеры топки 9,34х6,73

Площадь сечения топки Fт = 79,8 м2.

Полная поверхность стен топки Fcт =745 м2.

Поверхность выходного окна топки Fвых = 69,5 м2.

Площадь потолка топки Fпот = 80 м2.

Диаметр экранных труб d = 60 мм.

Шаг экранных труб S = 80 мм.

Диаметр потолочных труб dпе = 42 мм.

Шаг потолочных труб Sпе = 90 мм.

Поверхность потолочного пароперегревателя Fпе =80 м2.

Расчетная высота топки Hт =18,85 м.

Средняя высота расположения горелок hг = 6,3 м.

Эффективная толщина излучающего слоя: .

В данном котле в топку подается подогретый воздух от воздухоподогревателя. Согласно технической характеристике котла по паспорту БКЗ-210

Температура воздуха в ВЗП, °С:

на входе 60°С

на выходе 355°С

Задаемся параметрами воздуха - на входе t вх =22°С- холодный воздух,

на выходе t вых =300°С- горячий воздух,

(Данные будут уточняться в ходе расчета).

Полное тепловыделение в топке определяется по формуле :

В этой формуле учитывается тепло Qгв, вносимое с подогретым в воздухоподогревателе воздухом :



Ранее посчитанная энтальпия холодного воздуха

Энтальпию горячего воздуха , вносимого в топку, определим по температуре выхода воздуха из воздухоподогревателя : t вых =300°С

1188.

1262,21

11815,42

Теоретическая температура горения: , - по таблице для и при .

Температура продуктов сгорания на выходе из топки: , -задается Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки: - по - таблице для .

Коэффициент М учитывает распределение температуры по высоте топочной камеры и характеризует влияние максимума температуры пламени на эффект суммарного теплообмена

Параметр М для камерных топок

М=М0(1-0,4хг)*

Где М0=0,46 (Карякин, табл.6.3)

хг- параметр, характеризующий относительный уровень расположения горелок в топке,

хг=hг/Нт=6,3/18,85=0,3372



r-параметр забалластированности топочных газов (рециркуляция газов в топку отсутствует)

r==

М=0,46(1-0,4*0,3372)* =0,43

Коэффициент загрязнения - учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой: (Карякин, табл.6.4)

Угловой коэффициент газоплотных экранов топки и выходного газового окна хэ = хвых =1.

Коэффициент тепловой эффективности экранов: , где х- угловой коэффициент газоплотных экранов топки

Коэффициент тепловой эффективности радиационного пароперегревателя, расположенного на потолке топки,

шр.пе = xр.пе · жр.пе = 1,0 · 0,45 = 0,45,

где жр.пе - коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнений; принимается таким же, как и для топочных экранов.

Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами, размещенными в выходном окне топки в = 0,6.

Коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия выходного окна топки при размещении за ним ширм,

жвых = жэ · в = 0,45 · 0,6 = 0,27.



Коэффициент тепловой эффективности выходного окна топки

швых = xвых · жвых = 1,0 · 0,27 = 0,27.

Средний коэффициент тепловой эффективности стен топки

шср =

Поверхность стен топки, незащищенная экранами:

-Fгор=4*(0,5*2,4)=4,8 м2-поверхность, занятая горелками

--поверхность, занятая лючками и лазами

Поверхность стен топки, занятая ошипованными экранами: FошЭ=0

Экранированная поверхность стен топки Fэ=Fcт-Fн-э

Fэ= 745-(4,8+0,46)=739,74 м2

шср =

Степень экранирования топки:

Угловые коэффициенты экранов:

открытых ;

выходного окна ;

потолочного .

Лучевоспринимающая поверхность топки:

Нл=(739,74-80-69,5)*0,99+80*0,97+69,5*1=731,44м2

Давление в топочной камере котлоагрегата:

Парциальное давление трёхатомных газов: . ( m см. таблицу 1 для топки).

Коэффициент пропорциональности, определяющий относительное изменение интенсивности луча в поглощающем слое единичной толщины, называют коэффициентом ослабления луча. Это основная характеристика любой мутной среды, определяющая её излучательную, рассеивающую и поглощательную способности.

При сжигании твердого топлива коэффициент поглощения лучей зависит от коэффициентов поглощения лучей трехатомными газами, золовыми и коксовыми частицами и подсчитывается по формуле, :

.

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами:

.

Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы определяется по формуле

Для бурых углей : Азл=0,75; =0,1

Коэффициент поглощения топочной среды

k=3,743*0,3216+0,678+0,1=1,982 [1/(м*МПа)]

Определим степень черноты факела аф.

Для твердых топлив она равна степени черноты среды, заполняющей топку

аф=а=1-е-kpS=1-e-1.982*0,1*5,43=1-е-1,076=0,659

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания при нормальных условиях при средней температуре в топке:

Критерий Больцмана

Расчетная температура продуктов сгорания на выходе топки (ат=аф=0,659):

Так как полученное значение действительной температуры на выходе из топки отличается от принятого значения равного °С менее чем на 100°С, то расчёт топочной камеры считаем законченным

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки: , - по таблице для .

Тепло, переданное излучением:

, .

Удельная нагрузка топочного объёма:

, .

Удельная нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:

, .

2.3 Расчет радиационных и конвективных поверхностей нагрева

Пароперегреватели современных энергетических котлов ТЭЦ состоят из одной или нескольких радиационных и конвективных ступеней.

Радиационные ступени пароперегревателя воспринимают тепло излучением высокотемпературной топочной среды. Они выполняются либо в виде плоских трубных панелей, которые размещают на стенах( настенные пароперегреватели) и потолке топки ( потолочные пароперегреватели), либо в виде топочных ширм с большим поперечным шагом (более 700 мм), размещаемых в объеме топочной камеры.

Полурадиационными называют такие ступени пароперегревателя, которые в равной степени воспринимает тепло как излучением из топки, так и конвекцией от дымовых газов.

Конструктивно они представляют собой плоские трубные панели, которые размещают в виде ширм непосредственно в выходном газовом окне топки. Эти ширмы, в отличие от радиационных топочных ширм, располагают с меньшим поперечным шагом (S1<700 мм), вследствие чего они могут воспринимать значительное количество тепла как излучением из топки, так и конвекцией от дымовых газов.

Конвективными называют такие ступени пароперегревателя котла, которые наибольшую часть его тепла воспринимают конвекцией от дымовых газов. Лучистое тепло из топки в небольшом количестве попадает лишь на первые по ходу газов конвективные ступени пароперегревателя, размещаемые непосредственно за полурадиационными ширмами.

рис.5. Схема компоновки пароперегревателей котла Р=14 МПа

1-конвективный; 2-ширмовый; 3-потолочный;

4- конвективный промежуточный;

5-опускные трубы.

Конструктивно конвективные ступени пароперегревателя представляют собой густые (плотные) пучки труб с малыми как поперечными, так и продольными шагами, вследствие чего дымовые газы проходят через такие пучки с достаточно большими скоростями и обеспечивают высокую интенсивность конвективного теплообмена.

Конвективные ступени пароперегревателя изготавливают в виде трубных змеевиковых пакетов. Количество ступеней может быть одна, две и более. Размещают их как правило в поворотном, а иногда и в опускном газоходе котла.

2.3.1 Расчет выходного (ширмового) пароперегревателя ВПП

По описанию и чертежам котла составляем эскиз ВПП

L1=6,9 м; L2=0,9 м; L3=1,25 м; h1 = hт =18,85 м; h2 = 6,3 м; b=9,34м; с=1,5 м; с=0,15м.

Высота ширм Aш = 7,8 м.

Диаметр и толщина труб: .

Количество ширм и число ходов ленты ширмы:

Поперечный шаг между ширмами:.

Продольный шаг:

.

Относительные поперечный и продольный шаги:

;

Количество параллельно включенных труб в ширме:



Количество параллельно включенных труб всего ШПП:

Внутренний диаметр труб: .

Число параллельных потоков пара в ШПП ; принимаем.

Живое сечение для прохода пара:

Расход пара через ВПП Dш=D =58,33кг/с

Проверка условий надежности работы металла труб по допустимой массовой скорости:

*w=Dш/fп=58,33/0=0,145=402,1кг/(м2*°С).

Т.к. полученная меньше рекомендуемых значений в 2 раза, , уменьшим живое сечение , приняв число параллельных потоков .

Тогда

Полная поверхность ШПП:

353 м2

Угловой коэффициент ширмы: .

Расчетная поверхность ШПП :

Лучевоспринимающая поверхность входного сечения:

Лучевоспринимающая поверхность выходного сечения:

Угловой коэффициент с входного на выходное сечение:

.

Живое сечение для продуктов сгорания на входе:

Живое сечение для продуктов сгорания на выходе:

.

Среднее живое сечение для прохода газов:

Fг.ср.=0,5(Fг.вх + Fг.вых)=0,5*(72,8+60,2)=66,5м2

Эффективная толщина излучающего слоя:

.

Дополнительная поверхность топочных экранов:

Дополнительная поверхность потолочного пароперегревателя, прилегающего к ШПП:

Дополнительная поверхность нагрева, прилегающая к ШПП:

Отношение:

Т.о. условие не выполняется. В расчете необходимо учитывать дополнительные поверхности нагрева.

Лучевоспринимающая поверхность ШПП:

.

Лучевоспринимающая дополнительная поверхность:

Температура газов на входе в ВПП '

Энтальпия продуктов сгорания на входе в ВПП:

Температура газов на выходе из ВПП (принимаем предварительно) .

Расчет ведем для двух значений :

' Энтальпия продуктов сгорания на выходе из ВВП:

' Энтальпия продуктов сгорания на выходе из ВВП:

Тепловосприятие по балансу ( с учетом дополнительных поверхностей)

Qб1+дш=(=0,99*(6958-6273)=678

Qб2+дш=(=0,99*(6958-5578)=1366

Тепловосприятие по балансу (без учета дополнительных поверхностей)

Qб1ш= Qб1+дш*Fш.р./( Fш.р+ Fдоп)=678*342/(342+35,7)=603

Qб2ш= Qб2+дш*Fш.р./( Fш.р+ Fдоп)=1366*342/(342+35,7)=1215

Тепловосприятие по балансу дополнительных поверхностей

Qд1ш= Qб1+дш- Qб1ш=678-603=75

Qд2ш= Qб2+дш- Qб2ш=1366-1215=151

Средняя температура газов в ВПП:



; ;

;

Объем продуктов сгорания, табл. 1: .

Средняя скорость газов:

Коэффициент, учитывающий геометрическую компоновку пучка:

.

Число труб по ходу газов: .

Поправка на число рядов труб: т.к. , то .

Физические характеристики продуктов сгорания среднего состава:

Таблица 4

1059
1009		174·10-6

Объемная доля водяных паров: .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке:

;

;

;

Суммарное парциальное давление газов: .

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

;

;

;

.

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами:

;

,

где .

Безразмерная концентрация золы в продуктах сгорания: .

Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами:.

Коэффициент ослабления лучей продуктами сгорания:

Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами, определим для и : ; .

Коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки; определим для двух плоскостей лучевоспринимающей поверхности входного сечения ВПП .

:

для плоскости ;

для плоскости .

Количество теплоты, получаемой излучением из топки:

;

среднее тепловое напряжение экранов топки: ;

произведение

;

;



Коэффициент излучения факела:

;

Поправочный коэффициент, зависящий от вида топлива. Для угля:.

Количество теплоты, , излучаемой из топки и ВПП на поверхности за ширмами:

Количество теплоты, воспринятое ВПП и дополнительными поверхностями излучением из топки:

;

.

Количество лучистой теплоты, воспринятой ВПП:

;

;



;

.

Суммарное количество теплоты, воспринятой ШПП, за счет охлаждения продуктов сгорания и излучения из топки:

;

.

Температура и энтальпия пара на входе в ШПП.

рис.6. Схема водопарового тракта котла

где Эк - экономайзер;

Пот. Пе - потолочный перегреватель пара;

Пе 1, Пе 2 - первая и вторая ступени конвективного пароперегревателя.

Давление рабочего тела на входе в -ю поверхность нагрева

,

где - относительная средняя потеря давления в -й поверхности нагрева; принимаем для конвективного перегревателя и экономайзера; для потолочного и ширмового пароперегревателей.

- количество ступеней поверхностей нагрева рабочего тела, начиная с выхода пара из котла.

Расчет давления рабочего тела на входе в поверхности нагрева

;

;

;

;

РПБ=13,8*(1+0,03*3+0,01*2)=15,21МПа

Согласно принятой схеме водопарового тракта (рис. 6), насыщенный пар из барабана котла (параметры и ) поступает в потолочный пароперегреватель.

Принимаем перегрев пара . Тогда:

;

(по и ).

Приращение энтальпии пара в ВПП:

;

Энтальпия пара на выходе из ВПП:

;

.

Температура пара на выходе из ВПП; определяем по

и : ; .

Средняя температура пара в ВПП:

;

Температурный напор в ВПП:

;

.

Средний удельный объем пара; определяем по

и :

; .

Средняя скорость пара:

;

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару.

Определим значения физических свойств водяного пара при среднем давлении для двух расчетных значений средней температуры пара в ВПП.

Таблица 5

374	8,24	0,34	1,556
395	8,12	0,39	1,318

;

;

.

Коэффициент загрязнения ВПП при сжигании твердых топлив составляет =0,0043:

Температура загрязнений стенки трубы ВПП:

;

; ;

;



; .

Коэффициент теплоотдачи излучением:

;

;

;

;

Коэффициент использования ВПП: .

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

;

.

Коэффициент теплопередачи от газов к пару:

;

;



;

.

Тепловосприятие ШПП по уравнению теплопередачи:

;

.

Расчетную температуру газов на выходе из ШПП определяем методом графической интерполяции (рис. 7).

Исходные данные для построения графиков:

Таблица 6

Из графика .



Рис. 7. Графоаналитическое решение теплового баланса в ШПП

Окончательный расчет выходного ширмового пароперегревателя

' Энтальпия продуктов сгорания на выходе из ВВП:

' Энтальпия продуктов сгорания на выходе из ВВП:

Энтальпия дымовых газов за ВПП

Тепловосприятие ВПП и дополнительных поверхностей по балансу:

.

Тепловосприятие ВПП по балансу:

Тепловосприятие по балансу дополнительных поверхностей:

.

Средняя температура газов в ШПП:

; .

Объем продуктов сгорания, табл. 1: .

Средняя скорость газов:

Коэффициент, учитывающий геометрическую компоновку пучка:

Число труб по ходу газов: .

Поправка на число рядов труб: т.к. , то .

Физические характеристики продуктов сгорания среднего состава:



Таблица 4

1027

Объемная доля водяных паров: .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке:

;

;

Суммарное парциальное давление газов: .

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

;

;

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами:

где .

Безразмерная концентрация золы в продуктах сгорания: .

Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами:.

Коэффициент ослабления лучей продуктами сгорания:

Коэффициент излучения факела:

;

Поправочный коэффициент, зависящий от вида топлива. Для угля:.

Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами, определим для : .

Количество теплоты, получаемой излучением из топки:

;

Количество теплоты, , излучаемой из топки и ВПП на поверхности за ширмами:

Количество теплоты, воспринятое ВПП и дополнительными поверхностями излучением из топки:

.



Количество лучистой теплоты, воспринятой ВПП:

;

.

Суммарное количество теплоты, воспринятой ШПП, за счет охлаждения продуктов сгорания и излучения из топки:

.

Количество лучистой теплоты, воспринятой из топки дополнительными поверхностями нагрева, прилегающими к ВПП:

.

Суммарное количество теплоты, воспринятое дополнительными поверхностями нагрева, прилегающими к ВПП, за счет охлаждения продуктов сгорания и излучения из топки:

.

Приращение энтальпии пара в ВПП:

.

Энтальпия пара на выходе из ВПП:

.

Температура пара на выходе из ВПП; определяем по

и :

котел то

2.3.2 Расчет конвективного пароперегревателя КПП

Геометрические характеристики пароперегревателя.

Пароперегреватель КПП состоит из двух ступеней .

Поверхность теплообмена- трубы расположенные в m=2 ряда с поперечным шагом.

I ступень КПП:

Поперечный шаг между змеевиками s1=80 мм.

Расположение труб коридорное, так как сжигается твердое топливо и необходимо очищать трубы от золовых частиц.

Живое сечение для прохода пара

Расход пара через пароперегреватель.

Dпп=Dпе=58,33 кг/с

Проверка условия надежности метала труб по массовой скорости.

Полученное значение массовой скорости находится в пределах допустимых значений.

Уточнение s1:

Продольный шаг между змеевиками

z2=m·n2=2·16=32

Уточнение с:

с = 166+96+166+96+166+96+166 = 1012 мм = 1,012 м

Относительные продольный и поперечный шаги

Длина одного змеевика

Площадь змеевиков

Площадь ряда

Поверхность нагрева первой ступени пароперегревателя

Живое сечение для прохождения газов

Живое сечение для прохождения пара

II ступень КПП:

n2= 12 шт ; z2=m·n2= 2*12=24 с = 0,75 м

Уточнение с:

с = 166+96+166+96+166 = 690 мм = 0,69 м

Площадь змеевиков

Площадь ряда

Поверхность нагрева второй ступени пароперегревателя

Живое сечение для прохождения газов

Живое сечение для прохождения пара

Общая поверхность нагрева пароперегревателя

Тепловой расчет конвективного пароперегревателя

Температура и энтальпия газов на входе в КПП:



;

Температура и энтальпия пара на выходе из 2 ступени КПП( р=13,8 МПа):

; ;;

Температура и энтальпия пара на входе в КПП:

; ;

Тепловосприятие КПП по балансу:

Энтальпия газов на выходе из КПП :

Присос холодного воздуха =0,03*296,18=8,9

Это соответствует температуре дымовых газов за КПП

Средняя температура газов в пароперегревателе

Тср=825+273=1098К

Объем продуктов сгорания :

Средняя скорость газов:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке.

Коэффициент, учитывающий геометрическую компоновку пучка.

Поправка на число рядов труб по ходу газа

, т.к. Z2 > 1

Физические характеристики продуктов сгорания.

Таблица 5

825			0,59

Объемная доля водяных паров



Суммарное парциальное давление газов.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами.

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами.

;

где , .

Безразмерная концентрация золы в продуктах сгорания, .

Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами.

Коэффициент ослабления лучей продуктами сгорания.

где

Коэффициент излучения факела.

, где

Средняя температура пара в пароперегревателе.

Средний удельный объем пара при Р=13,8МПа и

Средняя скорость пара.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару.

Физические свойства водяного пара при среднем давлении

Таблица 6

468	6,7	0,628	1,09

Температура загрязнения стенки трубы пароперегревателя.

Коэффициент теплоотдачи излучением.



Теплоту излучения газового объёма, расположенного перед конвективной поверхностью нагрева или внутри её, учитывают приближённо увеличением расчётного коэффициента излучения

где А = 0,4 - коэффициент, зависящий от вида и марки топлива

l0 и ln - глубины газового объёма и поверхности нагрева, м

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке.

Принимаем:

Коэффициент тепловой эффективности.

Принимаем:

Коэффициент теплопередачи.

Среднелогарифмический температурный напор



Используя уравнение теплопередачи

определяем расчётную поверхность нагрева пароперегревателя Fр=

Fр=

Отношение расчётной поверхности КПП к исходной:

Площадь поверхности нагрева заданного КПП достаточна.

2.4 Расчет водяного экономайзера

Параметры воды на входе в экономайзер

tпв=215°С ; рпв=15,7МПа;

Это соответствует энтальпии воды на входе hпв=925 кДж/кг

Энтальпия воды на выходе из экономайзера

h”эк=3382,2-(4809+328,42+1112+ 1364)*14,64/58,33=1472 кДж/кг

Количество тепла, воспринятое в экономайзере по балансу:

Qбэк=



Энтальпия газов на выходе из экономайзера :

Присос холодного воздуха =0,02*296,18=5,9

Это соответствует температуре дымовых газов за экономайзером :

Водяной экономайзер, как правило, комплектуемый с данным котлом, имеет две ступени и выполнен из труб 32х4 мм (сталь 20).

2.5 Расчет трубчатого воздухоподогревателя ТВ

Задачей настоящего расчета является определение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель, так как температуры дымовых газов на входе в ТВ ( расчет п.4) и выходе из ТВ ( задано по заданию)известны. Также было решено для более эффективной работы котла при расчете топки подавать в топку подогретый воздух с температурой 300°С.

По газовому тракту :

= при

= при

Требуемое тепловосприятие воздухоподогревателя определим из формулы :

Присос холодного воздуха =0,03*296,18=8,9

Согласно уравнению теплового баланса

cр* mвоз*t ; mвоз=воз*=1,29*2,94*1,21=4,59кг/кг

Средняя удельная изобарная теплоемкость воздуха ср=1,01

в интервале температур 30…300 °С меняется незначительно.

Отсюда t=/( cр* mвоз)=1118/(1,01*4,59)=243,6°С.

Таким образом, температура воздуха на входе в котел должна составлять

tвх= tвых-243,6=300-243,6=56,4°С, что вполне приемлемо и даже желательно.

Для предотвращения низкотемпературной коррозии воздухоподогревателя следует принять меры для повышения минимальной температуры стенки его труб, например, организовать подогрев воздуха до его входа в воздухоподогреватель либо его рециркуляцию.



Заключение

Паровой энергетический котел, Е-210-13,8-560 КБТ (БКЗ-210-140-9) принятый предварительно, работоспособен на заданном виде топлива и способен обеспечить заданные рабочие параметры при номинальной нагрузке.

Тип и основные параметры котла согласно ГОСТ 3619-89 « Котлы паровые стационарные. Типы и основные параметры».

Надежность работы топки, пароперегревателя и экономайзера будет вполне удовлетворительной.

При определенных режимах работы, например когда параметры работы котла значительно отличны от номинала, тепловой баланс котла удовлетворительно не сводится и относительная величина его невязки может быть недопустимой.

Уменьшить полученную расчетом недопустимую разницу между температурами теплообменных сред можно попытаться путем подбора (увеличения, уменьшения) величины впрыска воды в пароохладитель Dвпр и последующих повторяющихся расчетов. Принципиально подбор величины впрыска воды в пароохладитель, при которой будет обеспечиваться допустимая разница между температурами, особых затруднений не вызывает. При этом, однако, нужно иметь в виду, что величина впрыска должна быть не очень большой (более 10-12 %) и не слишком малой (менее 2-3 %). Иначе, как в том, так и в другом случае, не будет должным образом обеспечиваться регулирование температуры перегрева пара.

В зависимости от характеристики топлива, места установки и других условии строящейся или расширяемой, а также модернизируемой электростанции завод может вносить изменения в конструкцию котла, в тепломеханические, гидравлические, аэродинамические и прочностные расчеты.



Список литературы

1. Гусев Ю. Л. Основы проектирования котельных установок. (Учебное пособие). 2-е изд. М., Стройиздат, 1973, 248 с.

2. «Тепловой расчет котельных агрегатов». Нормативный метод, под редакцией Н.В. Кузнецова, Москва, Энергия, 1973 г-296 с.: ил.

3. Двойнишников В.А. и др. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: Учебник для техникумов по специальности «Котлостроение»/ В. А. Двойнишников, Л. В. Деев, М. А. Изюмов. - М.: Машиностроение, 1988. - 264 с.: ил.

4. Бойко Е.А. и др. Котельные установки и парогенераторы (тепловой расчёт парового котла): Учебное пособие/ Е. А. Бойко, И. С. Деринг, Т. И. Охорзина. Красноярск: ИПЦ КТГУ, 2005. 96 с.

5. Зах Р. Г., Котельные установки. М., «Энергия», 1968 г. 352 с. с ил.

6. Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки: Учеб. для вузов/ Г. Н. Делягин, В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков. - М.: Стройиздат, 1986. - 559 с., ил.

7. Деев Л. В., Балахичев Н. А., Котельные установки и их обслуживание: Практ. пособие для ПТУ. - М.: Высш. шк., 1990. - 239 с.6 ил.

8. Эстеркин Р.И., Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб...