Освоение методики теплового и аэродинамического расчета, основных задач проектирования и конструкций поверхностей нагрева котельного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Краткое описание котлоагрегата - прототипа

2. Пересчёт состава топлива, выхода летучих веществ и высшей теплоты сгорания одной массы на другую

3. Тепловой баланс котлоагрегатa

3.1 Определение площадей стен топки

3.2 Определение мощности ширм

3.3 Определение мощности пароперегревателей

4. Тепловой баланс конвективных поверхностей нагрева

4.1 Расчет РП

4.2 Расчет ШПП (1 ширма)

4.2.1 Конструктивные характеристики ШП

4.2.2 Тепловой расчет ШП1

4.3 Расчет ШПП (2 ширма)

4.3.1 Конструктивные характеристики

4.3.2 Тепловой расчет ШП2

4.3.3 Коэффициент ослабления лучей ШП2

4.4 Расчет ПР1

4.4.1 Конструктивные характеристики ПР1

4.4.2 Тепловой расчет ПР1

4.4.3 Коэффициент ослабления лучей ПР1

4.5 Расчет потолочного конвективного пароперегревателя КП1

4.5.1 Тепловой расчет КП1

4.5.2 Коэффициент ослабления лучей КП1

4.6 Расчет КП2

4.6.1 Конструктивные характеристики КП2

4.6.2 Тепловой расчет КП 2

4.6.3 Коэффициент ослабления лучей КП2

4.7 Конструктивные характеристики ЭК 1 ступени

4.7.1 Конструктивные характеристики ЭК1

4.7.2 Тепловой расчет ЭК1

4.7.3 Коэффициент ослабления лучей ЭК 1

4.8 Конструктивные характеристики ЭК 2 (во второй ступени)

4.8.1 Тепловой расчет ЭК 2

4.9 Конструктивные характеристики ЭК 9 (2 ступени)

4.9.1 Тепловой расчет ЭК 9

4.10 Конструктивные характеристики воздухоподогревателя (1 ступени) ВПР 1



Введение

Цель работы - освоение методики теплового и аэродинамического расчетов, основных задач проектирования и конструкций поверхностей нагрева котельного агрегата.

Перед расчетом приводятся общее описание, особенности компоновки котло агрегата -прототипа, а также его краткие технические характеристики.

котлоагрегат пароперегреватель конвективный



1. Краткое описание котлоагрегата - прототипа

Котел Еп-420-140Ж

Котельный агрегат типа Е-420-140Ж предназначен для сжигания твёрдых топлив. Котел-барабанный, с естественной циркуляцией, выполнен по П-образной схеме.

Топочная камера - с жидким шлакоудалением, полностью экранизирована трубами диаметром 60 мм, расположенными с шагом 64 мм. В нижней части топки трубы фронтового и заднего экранов образуют пережим (полуоткрытая топка), разделяющий утепленную камеру горения и камеру охлаждения. Камера горения представляет собой два восьмигранных предтопка, соединённых переходным коридором. Трубы фронтового и заднего экранов внизу топки образуют слабонаклонный под, в котором имеются две летки для выхода жидкого шлака.

Прямоточные горелки расположены по четыре на каждом предтопке и направлены тангенсально к окружностям диаметром 980 мм, расположенным по осям каждого предтопка.

Сопла для сброса сушильного агента размещены выше ядра горения под пережимом. Для достижения плотности топка с наружней стороны экранных труб защищена металлическим листом.

Топочные экраны секционированы на 20 независимых циркуляционных контуров.

Барабан котла - сварной, внутренним диаметром 1600 мм (сталь 16ГНМА).

Схема испарения - двухступенчатая, с промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан котла, вторая включает две группы выносных сепарационных циклонов.

Пароперегреватель - радиационно-конвективного типа, изготовлен из труб диаметром 32 и 38 мм (сталь 20, 12X1МФ и X18H12T).

Радиационная часть выполнена в виде ширмовыф поверхностей нагрева и потолочных труб.

Конвективная часть состоит из пакетов, расположенных в горизонтальном газоходе котла.

Регулирование температуры перегретого пара осуществляется двухступенчатым впрыском «собственного» конденсата. Кроме того, при растопках котла с целью предохранения от пережога пароперегревателя последний снабжен специальным растопочным пароохладителем с впрыском питательной воды.

Водяной экономайзер из труб диаметром 32, толщиной стенки 4 мм м трубчатый воздухоподогреватель, выполненные в рассечку, расположены опускном конвективном газоходе, кроме воздухоподогревателя первой ступени по ходу воздуха, который вынесен в отдельную колонку.

Кубы воздухоподогревателя и блоки «холодной части экономайзера установлены друг на друге сварены между собой для увеличения плотности конвективного газохода.

При нагревании конвективная шахта расширяется вверх.

Для очистки поверхности нагрева от золовых отложений предусмотрены обдувочные аппараты вибро очистка ширм и дробевая очитка низко температурных поверхностей нагрева.

Котлоагрегат снабжен необходимой арматурой устройствами для отбора проб пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами. Процессы питания котла, регулирование температуры перегретого пара и горения автоматизированы.

Котло агрегат поставляется крупными транспортабельными блоками.

Характеристики состава топлива.



2. Пересчёт состава топлива, выхода летучих веществ и высшей теплоты сгорания одной массы на другую

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет
Сухая, рабочая масса топлива		кг
Сухая беззольная рабочая масса топлива		кг
Сухая беззольная рабочая масса топлива		кг
Сухая беззольная рабочая масса топлива		кг
Сухая беззольная рабочая масса топлива		кг
Сухая беззольная рабочая масса топлива		кг
Теоретический обьем воздуха продуктов сгорания
Теоретическая масса воздуха



ЭНТАЛЬПИИ ВОЗДУХА

ТАБЛИЦА

100	384,83	494,487	571,456	609,936	648,421	686,902
500	1986,5	2615,44	3012,74	3211,39	3410,04	3608,69
1000	4170,2	7344,03	8178,07	8595,09	9012,11	9429,13
1500	6493,1	8769,23	10063,85	10717,16	11366,47	12015,78
2000	8891,4	12114,55	13892,83	14781,97	15671,11	16560,25

Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с необходимым количеством воздуха.

Азот

Трёхатомных газов

Водяных паров.

Адиабатная температура

Расчёт тепловой мощности котельного агрегата.



- Мощность воздухоподогревателя. на воздухе.

= =61553.78 к Вт. - Мощность воздухоподогревателя

= 61553.78 = 20517.92 к Вт

= - = 175511.996 - 20517,92 = 124994.076 к Вт.

= = = 4739.8 \ кг.

= = = 4071.46 \ кг.

= = 30.7 = 20517.78 к Вт.

= + + , \ кг .

Объем дымовых газов.

= 0,54 + 2,28 + 0, 7 = 2, 947 = 4,1 \ кг.

=0,54 + 2, 28 + 0, 7 + 2,947 = 4,4

1, 4

= 4,6 \ кг.

= 1,5

= 4.9 \ кг.

Объемные доли трехатомных газов .

=

=1 ,2 = = 0, 131

=1,3 = = 0,122

= 1, 4 = = 0, 117

= 1, 5 = = 0, 110

=

= 1, 2 = = 0, 17

= 1, 3 = = 0, 159

= 1,4 = = 0, 152

= 1, 5 = = 0, 142

Объем водяных паров.

= +

= 1, 2 = 0, 131 + 0, 17 = 0, 301

3. Тепловой баланс котлоагрегатa

3.1 Определение площади стен топки

Тепловой расчет топочной камеры.

Радиционые свойства продуктов сгорания :

1. Зададимся температурой газов на входе из топочной камеры :

= - = 12016,08 - =7966,95 к Дж / кг.

Энтальция продуктов сгорания на выходе из топки.

= 500 + 500 = 979

Температура газов на выходе из топки :

= 979 + 273 = 1252 к

Давление в топочной камере Р = 101325 0,2 9.8 = 0.1013 М Па

Эффективная толщина излучающего слоя топки :

S = 3,6 = 3, 6 = 12,23 = 0, 301

Коэффициент поглащения лучей газовой фазой:

= = = 0, 738 1/м Мпа

= концентрация золы в продуктах сгорания:

= = = 0,033 кг.

= 1 - + 1,306 = 1 - + 1, 306 1,2 2,9 =5,29 кг.

Коэффициент поглащения лучей частицами золы :

= = 1, 649 1\м М Па.

При сгорании твёрдых топлив коэффициент поглощения топочной среды:



Критерий поглощательной способности:

Эффективная значение критерия Бургера:

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания:

Адиабатная температура:

Параметр сбалансированноси топочных газов:

Относительный уровень расположения горелок:

Коэффициент сохранения тепла:

Коэффициент учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок:

Коэффициент тепловой эффективности экранов:

по табл. 6-3

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности.

Имеем 20 независимых циркуляционных контуров.

Расчет температуры газов в конце топки:

Разность на 4,7%

Определение площади поверхности топочной камеры:



Общее количество тепла, переданное излучением от газов к поверхностям топки:

Распределение тепловосприятия по высоте топочной камеры:

Определение мощности топки:

3.2 Определение мощности ширм

- ширма 1



3.3 Определение мощности пароперегревателей

Сумма мощностей:

топка

 

4. Тепловой баланс конвективных поверхностей нагрева

4.1 Расчет РП

Диаметр и толщина стен труб 38

Тепловосприятие РП из топки:

коэф. Распределения тепла на высоте топки.

Температура пара на входе в РП:

Величина вспрысков:

Величина первого впрыска:

Величина второго впрыска:

Приращение энтальпии пара в РП:



Энтальпия пара на выходе из РП

Энтальпия пара на выходе из РП

4.2 Расчет ШПП (1 ширма)

4.2.1 Конструктивные характеристики ШП

Высота ширмы:

Ширина ширмы:

Диаметр и толщина стен труб:

Шаги:

-поперечный (между ширмами)

-продольный

Количество ширм поперек газоходов

Количество труб в ширмах



Число параллельно включенных труб:

Полная поверхность нагрева ШП:

Луче воспринимающая поверхность ШП:

Расчетная поверхность нагрева ШП:

Живое сечение для прохода газов:

Живое сечение для прохода пара:

Толщина излучающего слоя:



4.2.2 Тепловой расчет ШП1

Температура газа на входе в ШП

Энтальпия газа на входе в ШП:

Температура пара на входе в ШП:

Температура пара на выходе из ШП:

Лучистое тепло воспринятое из топки ШП:

Коэффициент распределения тепла по высоте топки:

Тепло воспринятое ШП по уравнению теплового баланса:



Энтальпия газов на выходе из ШП1:

Температура газов на выходе из ШП1

Средняя температура газов в ШП1:

Средняя температура пара в ШП1:

Скорость газов в ШП1:

Скорость пара в ШП1:

Коэффициенты ослабления лучей:

-трёхатомными газами ШП1:

-золовыми частицами:

-коксовыми частицами

-продуктами сгорания

Оптическая толщина излучающего слоя:

Коэффициент ослабления лучей:

Температурный напор в ШП1:

4.3 Расчет ШПП (2 ширма)

4.3.1 Конструктивные характеристики

Высота ширмы:

Ширина ширмы:

Диаметр и толщина стен труб: 32Ч4

Шаги:

-поперечный

-продольный

Количество ширм поперек газоходов:

Количество труб в ширмах:

Число параллельно включенных труб:

Полная поверхность нагрева ШП2:

Луче воспринимающая поверхность ШП:

Расчетная поверхность нагрева ШП:

Живое сечение для прохода газов:

Живое сечение для прохода пара:

Толщина излучающего слоя:

4.3.2 Тепловой расчет ШП2

Температура газа на входе в ШП:

Энтальпия газа на входе в ШП2:

Энтальпия пара на входе в ШП2:

Температура пара на входе в ШП2:

Температура пара на выходе из ШП2:

Энтальпия пара на выходе из ШП2:

Тепло воспринятое ШП2 по уравнению теплового баланса:



Энтальпия газов на выходе из ШП2:

Температура газов на выходе из ШП2:

Средняя температура газов в ШП2:

Средняя температура пара в ШП2:

Скорость газов в ШП2:

Скорость пара в ШП2:



4.3.3 Коэффициент ослабления лучей ШП2

-трехатомными газами

-золовыми частицами

=0,1 (по табл. 6.2)

-продуктами сгорания

Оптическая толщина излучающего слоя:

Коэффициенты ослабления лучей:

Температурный напор в ШП2:

4.4 Расчет ПР1

4.4.1 Конструктивные характеристики ПР1

Диаметр и толщина стен труб:

Шаги:

-поперечный

-продольный

Длинна расположенных труб:

Высота пароперегревателя:

Ширина пароперегревателя:

Количество змеевиков в пароперегревателе:

Полная поверхность нагрева ПР1:

Относительные шаги:

-поперечный

-продольный

Живое сечение для прохода газов при поперечном омывании:

Живое сечение для прохода пара при поперечном омывании:

Толщина излучающего слоя:

4.4.2 Тепловой расчет ПР1

Температура газов на входе в ПР1:

Энтальпия газа на входе в ПР1:

Энтальпия пара на входе в ПР1:

Температура пара на входе в ПР1:

Температура пара на выходе ПР1:

Энтальпия пара на выходе из ПР1:

Тепловосприятие ПР1 по уравнения теплового баланса:

Энтальпия газов на выходе из ПР1:



Температура газов на выходе из ПР1:

Средняя температура газов в ПР1:

Средняя температура пара в ПР1:

Скорость газов в ПР1:

Скорость пара в ПР1:

4.4.3 Коэффициент ослабления лучей ПР1

-трехатомными газами

-золовыми частицами

-

-продуктами сгорания

Оптическая толщина излучающего слоя:

Коэффициент ослабления лучей:

Температурный напор в ПР1:

4.5 Расчет потолочного конвективного пароперегревателя КП1

Конструктивные характеристики

Диаметр и толщина стен труб : 32Ч4

Шаги:

-поперечный

-продольный

Ширина КП1:

Длина КП1:

Высота КП1:

Количество змеевиков по вдоль газохода:

Полная поверхность нагрева КП1:

Относительные шаги:

-поперечный

-продольный

Живое сечение для прохода газов:

Живое сечение для прохода пара:

Толщина излучающего слоя:



4.5.1 Тепловой расчет КП1

Температура газа на входе в КП1:

Энтальпия газа на входе в КП1:

Энтальпия пара на входе в КП1:

Температура пара на входе в КП1:

Температура пара на выходе из КП1:

Энтальпия пара на выходе из КП1:

Тепловосприятие КП1 по уравнению теплового баланса:

Энтальпия газов на выходе из КП1:

Температура газов на выходе из КП1:



Средняя температура газов в КП1:

Средняя температура пара КП1:

Скорость газов в КП1:

Скорость пара в КП1:

4.5.2 Коэффициент ослабления лучей КП1

-трехатомными газами:

-золовыми частицами:

-

- продуктами сгорания:

Оптическая толщина изучающего слоя:

Оптическая толщина излучаемого слоя:

Коэффициент ослабления лучей:

Температурный напор в КП1:

4.6 Расчет КП2

4.6.1 Конструктивные характеристики КП2

Диаметр и толщина стен труб

Шаги

- поперечный

-продольный

Длина расположенных труб

Высота

Ширина

Полная поверхность нагрева КП2:

Количество змеевиков:

Живое сечение для прохода газов:

Живое сечение для прохода пара:

(3,14•)/4

Толщина излучающего слоя:

По форме КП2 такое же как КП3.

4.6.2 Тепловой расчет КП 2

Температура газа на входе в КП 2:

Энтальпия газа на входе в КП 2:

Энтальпия пара на входе в КП 2:

Температура пара на входе в КП 2:

Температура пара на выходе КП 2:

Энтальпия пара на выходе из КП 2:

Тепловосприятие КП 2 по уравнению теплового баланса

Энтальпия газа на выходе из КП 2:

Температура газов на выходе из КП 2:

Средняя температура газов в КП 2:



Средняя температура пара в КП 2:

Скорость газов в КП2:

Скорость пара в КП1:

4.6.3 Коэффициент ослабления лучей КП2

-трехатомными газами:

-золовыми частицами:

-

- продуктами сгорания:



Оптическая толщина изучающего слоя:

Оптическая толщина излучаемого слоя:

Коэффициент ослабления лучей:

Температурный напор в КП1:

4.7 Конструктивные характеристики ЭК 1 ступени

Диаметр и толщина стен труб

Шаги:

-поперечный

-продольный

Количество змеевиков в экономайзере:

Полная поверхность нагрева:

Относительные шаги:

-поперечный

-продольный

Живое сечение для прохода газов:

Живое сечение для прохода пара:

Толщина излучающего слоя:

4.7.2 Тепловой расчет ЭК 1

Энтальпия пара на входе в ЭК 1.

Температура пара на входе в ЭК 1.

Температура газа на входе в ЭК 1.

Энтальпия газа на входе в ЭК 1.

Температура пара на выходе ЭК 1.

Энтальпия пара на выходе из ЭК 1.

Тепловосприятие ЭК 1 по уравнению теплового баланса:

Энтальпия газов на выходе из ЭК 1:

Температура газов на выходе из ЭК 1:

Средняя температура газов в ЭК 1:

Средняя температура пара в ЭК 1:

Скорость газов в ЭК 1:

Скорость пара в КП1:

Толщина излучающего слоя:

4.7.3 Коэффициент ослабления лучей ЭК 1

-трехатомными газами:

-золовыми частицами:

-

- продуктами сгорания:

Оптическая толщина изучающего слоя:

Коэффициент ослабления лучей:

Температурный напор в КП1:

4.8 Конструктивные характеристики ЭК 2 (во второй ступени)

Шаги:

-поперечный

-продольный

Диаметр и толщина стен труб

Полная поверхность нагрева:

Относительные шаги:

-поперечный

-продольный

Живое сечение для прохода газов:

Живое сечение для прохода пара:



Толщина излучающего слоя:

ЭК 3, ЭК 4, ЭК 5, ЭК 6, ЭК 7, ЭК 8 по форме такие же как ЭК 2

4.8.1 Тепловой расчет ЭК 2

Энтальпия пара на входе в ЭК 2:

Температура пара на входе в ЭК 2:

Температура газа на входе в ЭК 2:

Энтальпия газа на входе в ЭК 2:

Температура пара на выходе из ЭК 2:

Энтальпия пара на выходе из ЭК 2:

Тепловосприятие ЭК 2 по уравнению теплового баланса:

Энтальпия газов на выходе из ЭК 2:

Температура газов на выходе из ЭК 2:

Средняя температура газов в ЭК 2:

Средняя температура пара в ЭК 2:

Скорость газов в ЭК 2:

Скорость пара в КП1:

4.9 Конструктивные характеристики ЭК 9 (2 ступени)

Шаги: (по атласу кот. агрегатов)

-поперечный

-продольный

Диаметр и толщина стен труб

Полная поверхность нагрева:

Относительные шаги:

Живое сечение для прохода газов:

Живое сечение для прохода воды:

Толщина излучающего слоя:

м

4.9.1 Тепловой расчет ЭК 9

Энтальпия воды на входе в ЭК 9

Температура воды на входе в ЭК 9

Температура газа на входе в ЭК 9

Энтальпия газа на входе в ЭК 9

Температура воды на выходе из ЭК 9

Температура воды на выходе из ЭК 9

Энтальпия пара на выходе из ЭК 9

4.10 Конструктивные характеристики воздухоподогревателя (1 ступени) ВПР 1

м

Диаметр и толщина стен труб

Продольный шаг труб:

Поперечный шаг труб:



Мощность воздухоподогревателя на входе:

Мощность воздухоподогревателя:

Энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель

Энтальпия воздуха на выходе из ВП 1:

Температура воздуха на входе в ВП 1

Температура воздуха на выходе из ВП 1

Температура газов на входе в ВП 1

Температура газов на выходе из ВП 1

Площадь живого сечения для прохода газов:

Площадь живого сечения для прохода воздуха:

Тепловосприятие ВП 1 по уравнению теплового баланса:

Коэффициент ослабления лучей ВП 1

-трехатомными газами:

-золовыми частицами:

-

- продуктами сгорания:

Средняя температура газов в ВП 1:

Средняя температура воздуха в ВП 1:



Скорость газов в ЭК 2:

Скорость воздуха:

Температурный напор:

Поверхность нагрева:

Высота ступени воздухоподогревателя:

Всего в 1 ступени расположено 4 одинаковых воздухоподогревателя.

Размещено на Allbest.ru

...