Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение

Санкт-Петербургский энергетический техникум

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По предмету: Котельные установки

Тема: Реконструкция котла Е 160-100 ГМ

По специальности:140101 курс 4

Разработал: Безверхов И.А.

Руководитель: Городецкая И.Л.

2008



Содержание

1. Описание котла до реконструкции

2. Тепловой расчет котла

2.1 Технические характеристики топлива

2.2 Присосы и избытки воздуха по газоходу котла

2.3 Расчёт объёмов продуктов сгорания

2.4 Расчет энтальпий продуктов сгорания

2.5 Тепловой баланс котла

2.6 Расчёт топки

2.6.1 Конструктивные характеристики топки

2.6.2 Тепловой расчёт топки

2.7 Расчёт пароперегревателя

2.7.1 Конструктивные характеристики ширм

2.7.2 Тепловой расчёт ширм

2.7.3 Расчёт теплообмена в III конвективной ступени

2.7.4 Расчёт теплообмена в I конвективной ступени

2.8 Расчёт экономайзера

2.8.1 Конструктивные характеристики экономайзера

2.8.2 Расчёт теплообмена в экономайзере

2.9 Расчёт РВП

2.9.1 Тепловой расчёт РВП

2.10 Расчет невязки баланса

3 Выводы по реконструкции

Список литературы



1. Описание котла до реконструкции

Котёл Е 160-100 ГМ с естественной циркуляцией. Компоновка П-образная.

Основные технические характеристики:

Давление перегретого пара Рпп = 9.8 МПа Температура перегретого пара tПП = 540 °С Температура питательной воды tПВ = 210 °С Паропроизводительность D=160 т/ч

Основным топливом является газ, резервным мазут. Топка призматическая, экраны гладкотрубные из труб Ш 60Ч4 мм, с шагом 64 мм. Вверху трубы заднего экрана образуют аэродинамический выступ. На горизонтальной стенке в три ряда расположены 12 газомазутных горелок. Экраны объединены вверху и внизу в секции коллекторами. Верхние коллекторы подвешены к верхнему перекрытию каркаса с помощью подвесок. Нижние коллекторы при растопке свободно перемещаются вниз. Четыре пояса жесткости скрепляют секции. Материал труб сталь 20.

На котле применена двухступенчатая схема испарения: часть пароводяной смеси из экранов поступает в барабан, часть в четыре выносных циклона, которые образуют солёный отсек.

Пароперегреватель радиационно-конвективного типа. Сухой насыщенный пар из барабана направляется по потолочным трубам в первую конвективную ступень, расположенную в верхней части опускного газохода из них в горизонтальные ширмы, из ширм в третью конвективную ступень, расположенную в верхней части опускного газохода и далее идёт на турбину. Трубы Ш 32Ч4, ширмы и третья ступень выполнены из стали 12Х1МФ, первая ступень из стали 20.

Крепление ширм и третьей ступени осуществляется на подвесных трубах, крепление первой ступени на стойках, опирающихся на балки, проходящие сквозь газоход котла. Для регулирования температуры перегретого пара в коллекторах установлены два впрыскивающих пароохладителя.

Экономайзер змеевикового типа из труб Ш 32Ч3,5 мм, сталь 20, расположение труб шахматное, змеевики параллельны фронту, крепление на стойках, три пакета труб высотой 1,5 м, зазоры для лазов 800 мм.

Для подогрева воздуха два РВП-3600 со скоростью вращения 2 об/мин. Для защиты холодной части РВП от сернокислой коррозии при работе котла на мазуте предусмотрен предварительный подогрев воздуха в паровом калорифере, до 60-80 °С.

Обмуровка котла трёхслойная: огнеупорный слой, теплоизоляционные плиты, штукатурка.

В топке обмуровка натрубная, в конвективной шахте накаркасная.

Каркас из 8 колонн верхнего перекрытия балок, выполнен из стали 20. Для обслуживания предусмотрены лестницы и площадки.



2. Тепловой расчет котла

2.1 Технические характеристики топлива

Газопровод: Дашава - Киев

Объёмный состав газа, %

CH4 - 97,1%

C2H6 - 0,3%

C3H8 - 0,1%

C4H10 - 0,0%

C5H12 и более тяжелые - 0,0%

N2 - 2,4%

CO2 - 0,1%

H2 - нет

Теплота сгорания низшего, сухого газа QCH=35,04 мДж\м3

2.2 Присосы и избытки воздуха по газоходу котла

Рисунок 2.1 Эскиз газохода

Котел газоплотный, присосы в газоходе Дб=0

Коэффициент избытка воздуха в топке б=1,16

Дб_рвп=0,2

б_рвп= б_ух= б_эк + Дб_рвп=1,36

2.3 Расчёт объёмов продуктов сгорания

Теоретический объём воздуха 9,32 м³/м³

Теоретический объём водяных паров 2,11 м³/м³

Объем трехатомных газов 0,98 м3/м3

Теоретический объём азота 7,38 м³/м³

Теоретический объём газов =7,38+0,98+2,11=10,47 м³/м³

Данные смотри по табл. П4.2 (мазут) или П 4.3 (газ) [1]

Расчет объёмов продуктов сгорания по газоходу котла приведены в табл. 2.1

Таблица 2.1 Объемы продуктов сгорания

Величина и расчётная формула	Топка, газоход	РВП
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева	1,16	1,36
2. Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева. бср	aср=ат=1,16
3. Объём водяных паров , м3/кг	2,119	3,219
4. Полный объем газов , м3/кг	11,985	12,932
5. Объемная доля трёхатомных газов	0,081	0,075
6. Объёмная доля водяных паров	0,176	0,163
7. Доля трехатомных газов и водяных паров	0,257	0,238

2.4 Расчет энтальпий продуктов сгорания

Нг° и На⁰ взяты из П4.2 (мазут) и П4.3 (газ)

Таблица 2.2 Энтальпии продуктов сгорания

0С
			Топка	РВП
			Нг	Нг	ДН
100	1455	1241		1777	1778
200	2910	2483		3555
300	4438	3766	5040	5417
400	5966	5049	6773
500	7569	6391	8591
600	9173	7733	10410
700	10862	9133	12323
800	12552	105034	14237
900	14319	11957	16232
1000	16086	13381	18226
1100	17880	14863	20258
1200	19674	16345	22289
1300	21539	17848	24394
1400	23404	19351	26500
1500	25290	20871	28629
1600	27177	22391	30759
1700	29094	23913	32920
1800	31012	25435	35081
1900	32961	26996	37280
2000	34910	28558	39479
2100	36882	30117	41700
2200	38854	31677	43922



2.5 Тепловой баланс котла

Рисунок 2.2 Схема «вода-пар»

Р_пв=11 МПа

t_пв=212 ⁰С

h_пв=923,7 кДж/кг

Р_пе=9,3 МПа

t_пе=538⁰С

h_пе=3574,5 кДж/кг

Р_б=10,45 МПа

t_н=313,86 ⁰С

h'=1425,8 кДж/кг

h^”=2717,1 кДж/кг

Р_б=Р_пе+0,1Р_пе=10,45 МПа

P_пв=P_б+0,05P_б=11 МПа

Таблица 2.3 Тепловой баланс

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула	Расчёт
1. Располагаемое тепло топлива		кДж/кг	кДж/кг	35040
2. Температура уходящих газов		°С	По заданию	114
3. Энтальпия уходящих газов	Нух	кДж/м3	Табл. 2.2 б=бух	2025,9
4. Температура холодного воздуха	tхв	°С	По заданию	30
5. Энтальпия холодного воздуха		кДж/кг	Табл. 2.2	372,3
6. Потери тепла: с уходящими газами от химического недожога от механического недожога - в окружающую среду	q2	%	(Hух-бух- •H°ух)(100- q4)/( )	4,3
	q3	%	Табл. 4.6 \1\	0,25
	q4	%	Табл. 4.6 \1\	0,25
	q5	%		0,5
7. Сумма тепловых потерь		%	q2+q3+q4+q5	5,3
8. КПД котла, брутто		%	100 - Уq	94,7
9.Энтальпия перегретого пара		кДж/кг	Рис 2.2 расчёта	3574
10. Энтальпия питательной воды	hпв	кДж/кг	Рис 2.2 расчёта	923,7
11. Тепло полезно используемое в котле	Qка	кДж/с	DМ(hпп-hпв)	426698,3
12. Полный расход топлива	В	кг (м3)/с		3,57
13. Расчётный расход топлива	Вр	кг (м3)/с	Bp=B(1- 0,01•q4)	3,56
14. Коэффициент сохранения тепла	ц	--	ц =1-	0,994

2.6 Расчёт топки

Рисунок 2.3 Эскиз топки

2.6.1 Конструктивные характеристики топки

1. Диаметр и толщина труб dЧд=60Ч4 мм

2. Шаг трубы S₁=64 мм

3. Ширина топки сверху (чертёж) a=7140 мм

4. Глубина топки b=4416 мм

5. Поверхность фронтовой стенки F_ф=110 м²

6. Поверхность задней стенки Fз=78 м²

7. Поверхность боковой стенки F_б=68 м²

8. Поверхность пода Fпода=28,4 м²

9. Поверхность выходного окна Fвых=37,3 м²

10. Суммарная поверхность стен Fст=389,7 м²

11. Объём топочной камеры V_m=а*F_б=483 м³

12. Эффективная толщина излучающего слоя S=4,5 м

13. Отношение S₁/d=1,06

14. Расстояние от оси крайней трубы до обмуровки е=40 мм

15. Отношение е/d=0,66

16. Угловой коэффициент экранов (формула 4.31 [1]) х=0,988

17. Степень экранирования топки (страница 46 {1}) ч=0,975

18. Лучевоспринимающая поверхность топки

Н_Л=(F_ф+F₃+2F_б) ч+F_вых+F_пода=381,6 м²

2.6.2 Тепловой расчёт топки

1. Коэффициент избытка воздуха в топке б_m=1,16 (задано)

2. Температура горячего воздуха t_гв=256°С (задано)

3. Энтальпия горячего воздуха (по таблице 2 расчёта, графа «воздух» интерполяция)

кДж/кг(м³)

4. Тепло, вносимое воздухом в топку

5. Полезное тепловыделение в топке

кДж/кг(м³)

6. Теоретическая температура горениял=1950 °С

7. Высота расположения осей горелок h_г =3,5 м

8. Высота топки Нm=18 м

9. Относительное положение максимума температур

X_m =h_г/H_m =3,5/18= 0,19

10. Объёмная доля водяных паров (из таблицы 2.1 расчета) r_H2O =0,176 м³/м³

11. Объёмная доля трёхатомных газов (из таблицы 2.1 расчета) r_n =0,257м³/м³

12. Давление в топке Р=0,1 МПа

13. Произведение P_nМS =PМr_nМS=0,1М0,257М4,5=0,115 МПаМм

14. Коэффициент ослабления лучей сажей

15. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами К_Г =3

16. Оптическая толщина светящейся части пламени

(КРS)св=(КгМr_n+Кс)МPМS= =(5М0,32+1,43) 0,1М4,5=0,958

17. Оптическая толщина несветящейся части пламени

(КРS)г = КгМr_nМPМS=3М0,257 М0,1М4,5)=0,3469

18. Коэффициент усреднения факела m=0,1

19. Коэффициент излучения светящейся части пламени е_св=0,62

20. Коэффициент излучения несветящейся части пламени е_г=0,35

21. Коэффициент излучения факела е_ф=mМе_св+(1-m)Ме_г =0,1М0,62+(1-0,1) 0,35=377

22. Коэффициент М М=0,52-0,52МХ_Т=0,52-0,5М0,19=0,425

23. Параметр B_pМQ_m/F_cm=3,56М38680/389,7=353,35кВт/м²

24. Коэффициент загрязнения экранов о=0,65

25. Коэффициент тепловой эффективности экранов ,где х из пункта 2.6.1

ш=xМо=0,988М0,65=0,642

26. Температура газов на выходе из топки 1250 °С

27. Энтальпия газов на выходе из топки 23341кДж/кг(м³)

28. Количество тепла воспринимаемое в топке

Q_Л =ц(Q_m -)=0,994(38680-23341)=15246 кДж/кг(м³)

29. Средняя тепловая нагрузка с поверхности нагрева в топке

q_л=B_pМQ_Л/Н_Л=3,56 М15246/381,6=142,2 кВт/м²

30. Теплонапряжение топочного объёма q_н =B_pМQ^p_н/V_T =3,56 М35040/483=258,2 кВт/м³

2.7 Расчёт пароперегревателя

Рисунок. 2.4 Схема пароперегревателя

2.7.1 Конструктивные характеристики ширм

1. Диаметр и толщина труб dЧд=32М4 мм

2. Шаг между ширмами S₁=775 мм

3. Количество ширм Z₂ =9 шт

4. Лучевоспринимающая поверхность ширм H_л.ш=50 м²

5. Полная поверхность нагрева ширмового пароперегревателя H_n=150 м²

6. Расчётная поверхность нагрева ширм Н_р=Н_п-Н_лш=100 м²

2.7.2 Тепловой расчёт ширм

Цель расчёта - определить температуру пара на выходе из ширмового пароперегревателя по условию теплообмена в нём.

1. Температура газов на входе в ширмы (из расчета топки) 1250⁰С

2. Энтальпия газов на входе в ширмы 23341 кДж/кг

3. Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен топки и ширм

в=A\U”_т=700\1250=0,56

4. Лучистое тепло воспринятое ширмами из топки

Q_лш=вМ(Q_лМ В_р/Н_л)М(Н_лш/В_р)=0,56 М142,2 М(50/3,56)=1118,426

5. Температура пара на входе в ширмы (принимается по согласованию с преподавателем) 400⁰C

6. Энтальпия пара на входе в ширмы (таблица III [2]) 3098,5кДж/кг(м³)

7. Температура пара на выходе из ширм (принимается со следующим уточнением)

500⁰С

8. Энтальпия пара на выходе из ширм (таблица Ш [2])

3374,1 кДж/кг(м³)

9. Тепловосприятие ширм по балансу; D_впр2= 1,5 - 2 кг/с - расход воды

на впрыск(принять)

D_ш-расход пара через ширмы;

D_ш=D-D_впр2=44,7-2=42,7кг/с

D=161/3,6=44,7кг/с

Q_бш=(D_ш/В_р)(-)-Q_лш=(42,7/3,56)(3374,1,4-3098,5)-1118,426=2187,07 кДж/кг(м³)

10. Энтальпия газов на выходе из ширм

23341-(2187,07/0,994)=21141 кДж/кг(м³)

11. Температура газов на выходе из ширм (таблица 2.2 расчёта, графа «топка», интерполяция) 1150°С

12. Средняя температура газов (1250+1150)/2=1200⁰С

13. Средняя температура пара (400+500)/2=450⁰С

14. Коэффициент теплоотдачи K=104 Вт/м²К

15. Температурный напор в ширмах 1200-450=750⁰С

16 Тепловосприятие ширм по условию теплообмена

Q_m=(H_pМKМДt)/B_pМ10³=(100М104М750)/3,56М10³=2191 кДж/кг(м³)

17. Отношение Q_бМ100% /Q_m=2187,07 М100/2191=99,8%

2.7.3 Расчёт теплообмена в III конвективной ступени

1. Температура газов перед III ступенью (из расчёта ширм) 1150⁰C

2. Энтальпия газов перед III ступенью (из расчёта ширм) 21141 кДж/кг(м³)

3. Энтальпия и температура пара на входе в III ступень (пункт 2.7.3.) t'=t₅=480⁰C;

h'=h₅=3308,6 кДж/кг(м³)

4. Температура и энтальпия пара на входе в III ступень (пункт 2.7.3.) t”=t₆=538⁰С;

h"=h₆=3574 кДж/кг(м³)

5. Тепловосприятие ступени по балансу

Q_бIII =(D/B_p)М(h₆-h₅)=(44,7/3,56)(3574-3308,6)=3330,7 кДж/кг(м³)

6. Энтальпия газов за III ступенью

21141-(3330,7/0,994) =17790кДж/кг

7. Температура газов за III ступенью (по таблице 2.2 расчёта, графа «пароперегреватель», интерполяция) 965⁰C

2.7.4 Расчёт теплообмена в I конвективной ступени

1. Температура газов на входе в I ступень (из расчёта Ш ступени)

965⁰C

2. Энтальпия газов на входе в I ступень (из расчёта III ступени)

17790 кДж/кг(м³)

3. Температура и энтальпия на выходе из I ступени (пункт 2.7.3.)

t”=t₂=420⁰C; h”=h₂=3138,9кДж/кг(м³)

4. Температура и энтальпия пара на входе в I ступень (пункт 2.7.3.)

t'=t₁=313,86⁰C

h'=h=2717,1 кДж/кг(м³)

5. Тепловосприятие ступени по балансу

Q_бI=(D₁/B_p)М(h₂ -h₁)=(40,7/3,56)(3138,9-2717,1)=4808,52 кДж/кг(м³)

D₁=D-Dвпр2-D_впр1=44,7-2-2=40,7

6. Энтальпия газов на выходе из I ступени

17790-(4808,52/0,994)=12952,4 кДж/кг(м³)

7.Температура газов на выходе из I ступени (по таблице 2.2 расчёта, графа «пароперегреватель», интерполяция) 720⁰C



2.8 Расчёт экономайзера

Рисунок. 2.5 Эскиз экономайзера: 1.Входные коллекторы; 2.Выходные коллекторы; 3.Узел крепления труб (стойки и балки); 4.Трубы экономайзера

2.8.1 Конструктивные характеристики экономайзера

1. Наружный диаметр и толщина стенки (чертёж) dЧд=32Ч3,5 мм

2. Поперечный шаг труб (чертёж) S₁=70 мм

3. Продольный шаг труб (чертёж) S₂=60 мм

4. Относительный поперечный шаг у₁ =S₁/d=2,18

5. Относительный продольный шаг у₂ =S₂/d=1,875

6. Количество труб в ряду Z₁=41

7. Количество рядов по ходу газов (чертёж) Z₂=20

8. Взаимное расположение труб шахматное

9. Ширина газохода (чертёж) а=7,104 м

10. Глубина газохода (чертёж) b_ш =2,9 м

11. Живое сечение для прохода газов F_г=аМb_ш-Z₁МdМ(a-0,1)=11,5м²

12. Поверхность нагрева (чертёж) Н=664 м²

13. Толщина излучающего слоя (формула 6.40 [1]) S=0,122 м

14. Поверхность одного ряда экономайзера Нряд = Н/Z₂ =664/19=33,2 м²



2.8.2 Расчёт теплообмена в экономайзере

Цель расчёта: определить новую поверхность нагрева экономайзера, в соответствии с заданием и определить объём реконструкции.

1. Температура газов на входе в экономайзер (из расчёта пароперегревателя, I ступень)

720⁰

2. Энтальпия газов на входе в экономайзер 12952,4 кДж/кг(м³) котел газоход топка теплообмен

3. Энтальпия воды на выходе из экономайзера

Q=Q_л+Q_бш+Q_III+Q₁=25572,2кДж/кг

кДж/м

4. Температура воды на выходе из экономайзера (таблица III [2], или страница 153 [1])

310⁰C

5. Температура и энтальпия питательной воды (рисунок 2.2 расчёта) t_пв =212⁰С

h_пв=923,7 кДж/кг(м³)

6. Тепловосприятие экономайзера по балансу

кДж/кг(м³)

7. Энтальпия газов на выходе из экономайзера

кДж/кг(м³)

8. Температура газов на выходе из экономайзера (таблица 2.2 расчёта, графа «экономайзер», интерполяция) 310⁰С

9. Средняя температура газов ⁰С

10. Средняя температура воды ⁰С

11. Температурный напор на входе в экономайзер 720-310=410⁰С

12. Температурный напор на выходе из экономайзера 310-212=98⁰С

13. Температурный напор ==218,3⁰С

14. Температура загрязнённой стенки 25⁰С = 261+25 = 286⁰С

15. Объём дымовых газов (таблица 2.1 расчёта) = 11,985 м³/м³

16. Объёмная доля водяных паров (таблица 2.1 расчёта) = 0,176 м³/кг

17.Обьёмная доля трёхатомных газов (таблица 2.1 расчёта) 0,257м³/м³

18.Средняя скорость газов = 10,710 м/с

19. Коэффициент теплоотдачи конвекцией

=98,8 Вт/мІ·К

20. Суммарная поглощающая способность трёхатомных газов =0,257·0,122·0,1 = 0,0031 МПа·м

21. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами К_Г =42

22. Суммарная оптическая толщина запылённого потока

= 0,135

23. Коэффициент теплоотдачи излучением о = 7.1 Вт/мІ·К

24. Коэффициент тепловой эффективности 0,85

25. Коэффициент теплопередачи К=60 Вт/м²К

26. Поверхность экономайзера по условиям теплообмена

м²

27. Поверхность нагрева одного ряда Н_ряд=33,2 м²

28. Новое количество рядов по ходу газа Z₂=Нр/Нряд=2068/33,2=62,2 рядов

Принимаю 60 рядов

Число рядов округляется до числа кратного четырём, так как в теплообменнике расположение труб шахматное.

Экономайзер надо скомпоновать в пакеты высотой 1-1,5 м с разрывами 0,8-1 м для лазов и определить новую высоту, которую занимает в конвективной шахте экономайзер.

Принимаю 3 пакета, каждый высотой 1,18 м



2.9 Расчёт РВП

Рисунок. 2.6 Эскиз РВП

2.9.1 Тепловой расчёт РВП

Цель расчёта: уточнить заданную температуру горячего воздуха, которая может отличаться от принятой в задании ±40°С и уточнить температуру уходящих газов, которая может отличаться от принятой в задании на ±10°С.

1. Температура и энтальпия горячего воздуха (из расчёта «топки») t_гв=256⁰С

3213,6 кДж/кг(м³)

2. Температура воздуха на входе в РВП (по заданию) +30⁰C

3. Энтальпия воздуха на входе в РВП (таблица 2.2 расчёта, графа «воздух», интерполяция)

533,1 кДж/кг(м³)

4. Отношение количества воздуха на входе в РВП к теоретически необходимому

1,16-0=1,16

5. Тепловосприятие РВП по балансу

кДж/кг(м³)

6. Энтальпия и температура газов на входе в РВП (из расчёта экономайзера)

5297,4 кДж/кг(м³)

310⁰С

7. Энтальпия газов на выходе из РВП (уходящих газов)

8. Температура газов на выходе из РВП (уходящих газову по таблице 2.2 расчёта, графа «РВП», интерполяция) 113⁰С

2.10 Расчет невязки баланса

Невязка теплового баланса

УQ=Qл+Qбш+QбIII+Qб1+Qбэк=33181,24 кДж/м3 кДж/кг(м3)

2. Относительная невязка теплового баланса 0, 0046%

Допускается невязка не более 0,5%



3. Выводы по реконструкции

В разделе 2 выполнен тепловой расчёт котла Е-160-100 ГМ в соответствии с заданием. Из расчёта топки 12500С, что соответствует рекомендации норм теплового расчёта и, следовательно, топка котла Е-160-100 ГМ реконструкции не требует. Из теплового расчёта ширм стало известно, что в них пар перегревается с tґ=4000С, до tЅ=5000С. Для регулирования температуры перегретого пара работают два впрыскивающих пароохладителя. Расход воды на впрыск 1-Dвпр1=2 м/с, расход воды на впрыск 2-Dвпр2 =2 м/с. В III ступени пароперегревателя пар перегревается с tґ=4800С, до tЅ=5380С, в I ступени с t=3130С, до tЅ=4200С

Экономайзер кипящий, вода в нём нагревается с tпв=2120С, до t=3300С, поверхность нагрева экономайзера Н=2068 м2. Он изготавливается из трёх пакетов по 20 рядов в каждом.

В РВП воздух нагревается с tґ=+300С, до tЅ=2560С. КПД котла

Для защиты от сернокислотной коррозии воздух предварительно нагревается до 300С в паровом калорифере.

После указанной реконструкции котёл Е-160-100ГМ пригоден для сжигания газа из газопровода Промысловка -Астрахань и работы на заданных параметрах.



Список литературы

1. Ю.М. Липов и другие «Компоновка и тепловой расчёт парового котла» Издательство энергоатомиздат 1988

2. С.А. Ривкин «Термодинамические свойства и водяного пара» Издательство энергоатомиздат 1984

3. Методическое пособие

Размещено на Allbest.ru

...