Примерный расчет топки котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Характеристика котельного агрегата ГМ-50-1

1.1 Краткое описание котельного агрегата ГМ-50-1

котельный топливо агрегат баланс

Блочный котельный агрегат типа ГМ-50-1 предназначен для работы на мазуте и природном газе. Котлоагрегат ГМ-50-1 - однобарабанный, выполнен по П-образной схеме с совмещенной стенкой между топочной камерой и конвективной шахтой и вынесенным воздухоподогревателем. Топочной камерой объемом 144 м полностью экранирована трубами диаметром 60 мм с толщиной стенки 3 мм, расположенным с шагом 70 мм.трубы заднего и фронтового экранов в нижней части образуют под топочной камеры. В верхней части трубы заднего экрана разведены в трехрядный фестон. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров. На боковых стенках топочной камере размешены по три основные горелки, с фронта котла - две дополнительные горелки для поддерживания постоянной температуры перегрева пара при изменении вида топлива.

Схема испарения - двухступенчатая, рассчитана на питательную воду с солесодержанием да 200 мг/л.

Барабан котла внутренним диаметром 1500 с толщиной стенки 40 мм выполнен из стали 20. В барабане имеется чистый отсек первой ступени испарения с внутри барабанными циклонами. Второй ступенью испарения служат выносные диаметром 377 мм, пар из которых поступает в барабан.

Пароперегреватель - конвективный, горизонтального типа, расположен в конвективном газоходе и походу пара разбит на ступени. Выполнен из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3 мм, выходные петли из стали 12ХМ. Температура перегрева регулируется поверхностным пароохладителем, расположенным в рассечке пароперегревателя. Весь пароперегреватель выполнен в одном блоке.

Водяной экономайзер - кипящего типа, гладкотрубный, змеевиковый, выполнен из труб диаметром 28 мм с толщиной стенки 3 мм, расположенным в конвективном газоходе, состоит из двух блоков.

Трубчатый воздухоподогреватель выполнен из труб диаметром 40 мм. Допускается устанавливать с поверхностью нагрева, представляющей собой самостоятельный циркуляционный контур, который состоит из барабана внутренним диаметром 7 мм с толщиной стенки 20 мм и ряда наклонных секций труб диаметром 60 мм с толщиной стенки 3 мм.

Питательная вода из экономайзера поступает в барабан котельного агрегата. Пароводяная смесь из этого барабана отводится в барабан котла.

Очистка экранных поверхностей нагрева пароперегревателя производится стационарными продувочными устройствами. Каркасы котла сварной конструкции без обшивки. Обмуровка котлов - монолитная, облегченная закрепляется на каркасе котла. Толщина обмуровки 215 мм, в местах, не закрытых трубами 315 мм.

Котлы оборудованы комплектом арматуры КИП, автоматики, помостов и лестниц.

1.2 Термодинамические данные котельного агрегата ГМ-50-1

Энтальпия питательной воды -

Энтальпия получаемого пара в котле -

Энтальпия перегретого пара -

Энтальпия кипящей жидкости -

Температура парообразования -



2. Поверочный тепловой расчет котельного агрегата ГМ-50-1

2.1 Определение объемов теплосодержаний воздуха и продуктов сгорания топлива

В соответствии с заданием выписываем данные:

Топливо - природный газ №27, месторождение-Серпухов - Ленинград

C₅H₁₂ и более тяжелые 0,1%

Для обеспечения полного сжигания топлива в топке, необходимо подводить воздух в избыточном количестве, по сравнению с теоретическим. Избыток воздуха в топке колеблется в довольно широких пределах: и принимается в зависимости от рода сжигаемого топлива и типа топки по Л2, стр. 35, таблица 3.1

При движении продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата, вследствие нахождения их под разряжением, имеет место присос воздуха из помещения котельной и объем продуктов сгорания увеличивается. Величина присосов воздуха зависит от относительной величины ограждающих поверхностей, их конструкции, состояния и выполнения обмуровки котельного агрегата. Присосы воздуха определяются для каждой поверхности нагрева по Л2, стр. 37, таблица 3.2

1) Топочная камера

2) Пароперегреватель

3) Экономайзер

4) Воздухоподогреватель

Определяем избытки воздуха в поверхностях нагрева котлоагрегата:

Определяем теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания газа:

- число атомов углерода

- число атомов водорода

Определить теоретический объем азота в продуктах сгорания при сжигании газа:



Определить объем трехатомных газов при сжигании газа:

Определяем теоретический объем водяных паров при сжигании газа:

Определяем объемы и вес дымовых газов, объемные доли трехатомных газов и водяных паров, концентрацию золы, результаты сводятся в таблицу №1

Наименование величины	Теоретические объёмы =10 V0RO2=1,078 V0N2=7,927 V0H2O=2.0614
	Размерность	Топка и фестон	Пароперегреватель	Экономайзер 1-ой ступени	Воздухоподогреватель 1-ой ступени
Коэффициент избытка воздуха за газоходом	-	1,15	1,18	1,26	1,32
Коэффициент избытка воздуха, средний для газоходов	-	1,15	1,165	1,22	1,29
-1)		1,5	1,65	2,2	2,9
VH2O=V0H2O+0.016 (-1) V0		2,0854	2,0878	2,0966	2,1078
Vr=V0RO2+V0N2+V0H2O+(-1) V0		12,5664	12,714	13,2664	13,9664
rRO2= V0RO2/Vг	-	0,858	0848	0,0813	0,0777
r H20=VH20/Vг	-	0164	0,162	0,155	0,148
rn= rRO2+ r H20	-	0,2498	0,2468	0,2363	0,2252

Определяем энтальпию теоретического объема воздуха всего диапазона температур

Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего диапазона температур

Определяем энтальпию теоретического объема золы для всего диапазона температур

Результаты сводим в таблицу №2

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего диапазона температур

Определяем энтальпию продуктов сгорания

Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания по газоходам котла сводятся в таблицу №3

По данным таблицы №3 на миллиметровке строим диаграмму.

№	Наименование газохода	Т,			(-1)Ч	I=+
1	Топка, фестон	2200	41095	34104	5116	46211
		2000	36931	32844	4927	41858
		1800	32814	27384	4108	36922
		1600	28760	24108	3616	32376
		1400	24775	20832	3125	27900
		1200	20829	17598	2640	23469
		1100	18926	16002	2400	21326
		1000	17035	14406	2161	19196
		900	15150	12852	1928	17078
		800	13294	11340	1701	14995
		700	11477	9828	1474	12951
2	Выход их перегревателя	800	13294	11340	2041	15335
		700	11477	9828	1769	13246
		600	9714	8324	1498	11212
		500	8001	6863	1235	9236
		(400)	6318	5435	978	7296
3	Выход из водяного экономайзера	(500)	8001	6863	1784	9785
		400	6318	5435	1413	7731
		300	4683	4040	1050	5733
		200	3084	2674	695	3779
4	Выход из воздухоподогревателя (уходящие газы)-	300	4683	4040	1293	5976
		200	3084	2674	856	3940
		100	1528	1327	425	1953

2.2 Тепловой баланс и потери тепла в котельном агрегате

При сжигании топлива выделяемое тепло не все полезно используется в котельной установке для образования пара, часть тепла теряется, образуя тепловые потери. Для установления соотношения между количеством тепла, поступившим в котельный агрегат, и суммой полезно использованного тепла и тепловыми потерями, составляется тепловой баланс установки, из которого определяется коэффициент полезного действия и необходимый расход топлива. Тепловой баланс составляется на 1 кг сжигаемого твердого или жидкого топлива и на 1 м³ газообразного топлива

Общее уравнение теплового баланса для установившегося теплового состояния котлоагрегата имеет вид

Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива определяется в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и системы топки по Л3, стр. 49, таблица 4.4



- теплота сгорания топлива, по заданию

Потери тепла от механической неполноты сгорания топлива определяется только для твердого топлива, также как пункт 2.2.1.

Потери тепла с уходящими дымовыми газами определяется по разности энтальпий продуктов сгорания при выходе из котла и холодного воздуха

- теплосодержание уходящих дымовых газов определяемое по диаграмме согласно заданной температуре уходящих газов (из задания)

- коэффициент избытка воздуха уходящих газов (взять со схемы)

- теплосодержание теоретического количества холодного воздуха

Потеря тепла от наружного охлаждения по газоходам принимается по Л2, стр. 50, таблица 4.5 в зависимости от паропроизводительности



Распределение этой потери по отдельным газоходам производится пропорционально количеству тепла, отдаваемому продуктам сгорания, в соответствующих газоходах, что учитывается введением коэффициента сохранения тепла, который определяется по формуле

Определяем КПД котельного агрегата

Определяем полезно используемую мощность котлоагрегата

- паропроизводительность котельного агрегата, по заданию в кг/с

- энтальпия перегретого пара (определяется по температуре перегретого пара и давлению в котле пункт 1.3.3)

- энтальпия питательной воды (определяется пункт 1.3.1)

Определяем расход топлива, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса

Определяем расчетный расход топлива для газа и мазута



2.3 Тепловой расчет топочной камеры

Для теплового расчета топки, по чертежам составляем ее эскиз и таблицу:

Конструктивные характеристики топочной камеры

Наименование величины	Об-е	Ед. измер.	Фронтовой экран	Задний экран	Боковой экран 1	Боковой экран 2	Фестон
Расчетная ширина экрана			5	5	3,28	3,28	5
Средняя освещенная длина экрана труб			9,25	6,5	9,5	9,5	2,6
Площадь стены занятой экраном			46,25	32,5	31,2	31,2	13
Расчетная ширина стены топки, на которой расположен экран			5	5	3,28	3,28	5
Расчетная высота топки			9,25	6,5	9,5	9,5	2,6
Площадь стены занятой экраном			46,25	32,5	31,2	31,2	13
Наружный диаметр труб			60x3	60x3	60x3	60x3	60x3
Число труб			69	69	44	44	69
Шаг экранных труб			70	70	70	70	70
Относительный шаг		-	1,17	1,17	1,17	1,17	1,17
Расстояние от оси экранных труб, до обмуровки			60	60	60	60
Относительное расстояние		-	1	1	1	1
Угловой коэффициент		-	0,98	0,98	0,98	0,98	1
Лучевоспринимающая поверхность экрана			45,3	31,9	30,6	30,6	12,7
Суммарная площадь стены			=154,2
Суммарная лучевоспринимающая поверхность топки			=151,1

Полезное тепловыделение в топке



- количество тепла вносимого в топку с воздухом

- теплосодержание горячего воздуха поступающего в топочную камеру (определяется по рассчитанной таблице №3, согласно температуре горячего воздуха )

- определена в пункте 2.2.3

По полученному значению , которое принимается за теплосодержание продуктов сгорания , с помощью диаграммы определяем теоретическую температуру горения

Предварительно задаемся условной температурой дымовых газов на выходе из топки :

- при сжигании твердого топлива -

- при сжигании мазута -

- при сжигании газа -

так как принято условно, производим ее уточнение по номограмме в Л2, стр. 68, рисунок 5.7. Для пользования этой номограммой необходимо определить следующие параметры:

а) Теоретическая температура горения

б) Величина тепловой нагрузки стен топки



- расход топлива принимаем из пункта 2.2.9.

- по таблице конструктивных характеристик топочной камеры

в) Коэффициент тепловой эффективности экрана

- угловой коэффициент (определяется по таблице конструктивных характеристик топочной камеры как среднее арифметическое для всех экранов)

- коэффициент загрязнения топочных экранов (по Л2, стр. 62, таблица 5.1)

г) Безразмерный параметр

- расстояние от пода топки или середины холодной воронки до оси горелок

- расстояние от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна топки

д) Определяем эффективную толщину излучающего слоя

е) Определяем коэффициент ослабления лучей при сжигании жидкого и газообразного топлива:



- суммарная доля 3-х атомных газов (по рассчитанной таблице №1)

- коэффициент ослабления лучей сжатыми частицами

- коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами (по Л2, рисунок 5.4) или по формуле

ё) Степень черноты факела для жидкого и газообразного топлива определяется по формуле:

- коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела (принимаем по Л2, таблица 5.2)

- степень черноты светящейся части факела



- степень черноты несветящихся 3-х атомных газов

ж) Определяем действительную температуру на выходе из топки по номограмме в Л2, рисунок 5.7, полученную температуру сравниваем с температурой принятой в начале этого пункта, если расхождения не превышают , то расчет окончен =1200⁰С

По действительной температуре на выходе из топки по диаграмме определяем энтальпию на выходе из топки

Определяем количество теплоты, передаваемое лучевоспринимающими поверхностями в топке

2.4 Тепловой расчет фестона

Для теплового расчета фестона, составляем его эскиз и таблицу:

Конструктивные характеристики фестона

Наименование величины	Об-е	Ед. измер.	Фестон	Для всего фестона
			I	II	III	IV
Наружный диаметр труб			60х3	60х3	60х3
Число труб в ряду			22	23	23		68
Длина трубы ряда			2,5	2,5	2,5
Поперечный шаг труб			210	210	210
Продольный шаг труб			100	100	100
Относительный поперечный шаг труб		-	3,5	3,5	3,5
Относительный продольный шаг труб		-	1,6	1,6	1,6
Расчетная поверхность нагрева							26,9
Площадь живого сечения прохождения газов
Расположение труб со стороны дымовых газов	-	-

Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания фестону

- коэффициент сохранения теплоты

- энтальпия продуктов сгорания перед фестоном равна энтальпии на выходе из топки

и - энтальпия продуктов сгорания после фестона (определяется по диаграмме по заданной температуре газов за фестоном)

Первая температура газов за фестоном

Вторая температура газов за фестоном



Определяем среднюю температуру газов в фестоне

Определяем средний температурный напор в фестоне

- температура парообразования, пункт 1.3.5.

Средняя скорость продуктов сгорания в фестоне

- берется из таблицы №1 для топки и фестона

- расчетный расход топлива

Определяем требуемую поверхность нагрева фестона



Определяем коэффициент теплоотдачи

- коэффициент тепловой эффективности (определяется по Л2, таблица 6.1 и 6.2 в зависимости от вида топлива)

и - суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева

- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон. Для поперечно омываемых пучков принимаем

и - коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков



и - коэффициент теплоотдачи (определяется по номограмме Л2, стр. 71, рисунок 6.1, определяется по и по диаметру труб )

- поправка на число рядов труб по ходу газов (принимается по Л2, стр. 71, рисунок 6.1, в зависимости от числа рядов в фестоне)

- поправка на компоновку пучка (принимается по Л2, стр. 75, рисунок 6.2, в зависимости от двух параметров и (взять из таблицы №5))

и - коэффициент учитывающий влияние изменения физических параметров потока газов (принимается по Л2, стр. 75, рисунок 6.2, по температуре потока газов и , и по объемной доле водяных паров (из рассчитанной таблицы №1))

и - коэффициент теплоотдачи излучением в конвективных поверхностях нагрева для не запыленного газового потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

и - коэффициент теплоотдачи, и (определяется по Л2, стр. 78, рисунок 6.4), для их определения вычисляется температура загрязненной стенки

- при сжигании твердых и жидких топлив принимается , при сжигании газа

- температура парообразования, пункт 1.3.5.

и - степень черноты газового потока

и - коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами (определяется по Л2, стр. 63, рисунок 5.4)

Для пользования этой номограммой необходимо определить следующие параметры:

- толщина излучающего слоя

- принимаем из рассчитанной таблицы №1

и - заданные температуры на выходе из фестона

Результат проведенных расчетов показывает, что для охлаждения дымовых газов с температуры на выходе из топки до температуры поверхность фестона должна быть равна . При охлаждении с до составляет

Полученные расчетные данные позволяют определить температуру газов за фестоном в том случае, когда его расчетная поверхность нагрева равна . Для этого строим график зависимости температуры дымовых газов за фестоном, от поверхности нагрева фестона

По определенной температуре на выходе из фестона , по диаграмме определяем энтальпию на выходе из фестона

2.5 Тепловой расчет пароперегревателя

Для теплового расчета пароперегревателя, составляем его эскиз и таблицу:

Конструктивные характеристики пароперегревателя

Наименование величины	Об-е	Ед. измер.	Для пароперегревателя
Диаметр труб и толщина стенок			32х2
Число змеевиков пароперегревателя			27
Число труб в ряду пароперегревателя газохода
Число рядов труб
Поперечный шаг труб			75
Продольный шаг труб			55
Относительный поперечный шаг труб			2,34
Относительный продольный шаг труб			1,72
Расположение труб	-	-
Характер омывания	-	-
Расчетная поверхность нагрева			155

Количество теплоты воспринятое поверхностью нагрева пароперегревателя



- паропроизводительность в кг/с, взять из задания

- энтальпия перегретого пара, пункт 1.3.3.

- энтальпия насыщенного пара, пункт 1.3.2.

- тепловосприятие пароохладителя, берется

Теплосодержание дымовых газов за пароперегревателем

Определение температуры дымовых газов на выходе из пароперегревателя по диаграмме и

Средняя температура продуктов сгорания в пароперегревателе

Средний температурный напор в пароперегревателе при последовательно смешенном токе

- коэффициент пересчета от противоточной схемы к последовательно смешанному току (определяется по Л2, стр. 83, рисунок 6.7). Для пользования номограммой определяем безразмерные параметры.

= /2 - поверхность нагрева в которой осуществляется прямоток, м²

- полная поверхность пароперегревателя, по справочной литературе, м²

- температура пара на входе в пароперегреватель, пункт 1.3.2

- температура пара на выходе из пароперегревателя, пункт 1.3.3

Определяем требуемую поверхность нагрева пароперегревателя

Невязка



Размещено на Allbest.ru

...