Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поверочный расчет парового котла К-50-40/14



Введение

Топочная камера объемом 238 м полностью экранирована трубами 60*3 мм, расположенными с шагом 70 мм. Для работы на каменном угле топку оборудуют четырьмя пылеугольными горелками, которые располагают на боковых экранах.

Схема испарения - трехступенчатая. Чистый отсек (первая ступень) расположен в средней части барабана, солевые (вторая ступень) - по его торцам. В солевых отсеках находится по два внутрибарабанных циклона. В третью ступень включены два выносных циклона 377 мм с внутренней улиткой.

Пароперегреватель - горизонтального типа, змеевиковый, радоационно - ковективный, расположен за фестоном и выполнен из труб 32*3 мм. Пароохладитель включен в рассечку перегревателя.

Экономайзер - стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб 28*3 мм. Установлен в опускном газоходе после пароперегревателя. Продольный шаг - 50 мм, поперечный - 70 мм.

ВЗП - стальной, трубчатый, с шахматным расположением труб 40*1,5 мм, 3-ходовой. Поперечный шаг труб 54 мм, продольный - 42 мм.



1. Выбор коэффициентов избытка воздуха

Величину коэффициента избытка воздуха на выходе из топки, при использовании твердого топлива, принимаем _т''=1,2

Для заданного парового котла находим значения присосов воздуха в газоходы

Элементы парового котла	Газоходы	Величина присоса
Топочная камера	Топка парового котла для газового топлива	0,1
Котельные пучки	Фестон	0
Пароперегреватели	Первичный пароперегреватель	0,03
Экономайзеры	Котлов Д<50 т/ч	0,08
Воздухоподогреватели (трубчатые)	Котлов Д<50 т/ч	0,06

Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:

№ п./п.	Газоходы	Коэф. избытка воздуха за газоходом ''	Величина присоса	Средний коэф. избытка воздуха в газоходе
1	Топка и фестон	т''=ф''=т=1,2	т=0,1	т=т''=1,2
2	Паропегреватель	пе''=т''+пе=1,2+ 0,03=1,23	пе=0,03	пе=(пе'' + т'')/2= (1,23+1,2)/2=1,215
3	Экономайзер	эк''=пе''+эк=1,23+0,08=1,31	эк=0,08	эк=(эк''+пе'')/2= (1,31+1,23)/2=1,27
4	Воздухоподогреватель	вп''=ух=эк''+вп=1,31+0,06=1,37	вп=0,06	вп=(ух+эк'')/2= (1,37+1,31)/2=1,34



2. Топливо и продукты сгорания

Вид топлива: Бурый угол Челябинского бассейна марки Б3

Элементарный состав рабочей массы топлива: W^p=17%; A^p=35,7%; S^p=0,8%; C^p=33,6%; H^p=2,5%; N^p=0,9%; O^p=9,5%;

Величина теплоты сгорания и выход летучих веществ:

Температурная характеристика золы: t₁=1180C

Рассчитываем приведенную влажность и зольность:

Теоретические объемы:

Объём и масса воздуха и продуктов сгорания при сжигании 1 кг угля в атмосферном воздухе:

Теоретический объём азота

Объём трёхатомных газов:

Теоретический объём водяных паров:

Объемы и массы продуктов горения, доли трехатомных газов и водяных паров, концентрация золы

№ п/п	Величина	Единицы	Vo=6,51м3/кг; V(RO2) =1,23м3/кг; Vo(N2)=5,15м3/кг; Vo(H2O) =0,59м3/кг; Wp=9,5%; Ap=12,7%
			Газоходы
			Топка и фестон	Пароперегреватель	Экономайзер	Воздухоподогреватель
1	Коэф.избытка воздуха за газоходом ''	-	т''=1,2	пе''= 1,23	эк''= 1,31	вп''= 1,37
2	Коэф.избытка воздуха средний в газоходе	-	т''=1,2	т= 1,215	эк= 1,27	вп= 1,34
3		ЗА	М3/КГ	0,553	-	-	0,563
		СР		-	0,5542	0,5571	0,5610
4		ЗА	М3/КГ	4,529	-	-	5,11
		СР		-	4,58	4,769	5,001
5		ЗА	-	0,1395	-	-	0,1236
		СР		-	0,1380	0,1325	0,1263
6		ЗА	-	0,1221	-	-	0,1101
		СР		-	0,1210	0,1168	0,1121
7		ЗА	-	0,2616	-	-	0,2337
		СР		-	0,259	0,2493	0,2384
8		ЗА	КГ/КГ	6,278	-	-	7,0261
		СР		-	6,344	6,586	6,894
9		ЗА	КГ/КГ	0,0213	-	-	0,0238
		СР		-	0,0215	0,0223	0,0234
10		ЗА	КГ/М3	1,3862	-	-	1,375
		СР		-	1,3852	1,3810	1,3785

Рассчитаем энтальпию дымовых газов на 1 м³ топлива, газов при б=1,05 энтальпию теоретически необходимого количества воздуха в зависимости от температуры:

Рассчитываем значения энтальпий воздуха и продуктов сгорания и сводим результаты в таблицу

газоход	Тем-ра газов
Топка и фестон (при т'')	2200	4094	3586	717,2	5314,2
	2100	3892	3410	682	5046	268,2
	2000	3690	3233	646,6	4779,6	266,4
	1900	3489	3056	611,2	4514,2	265,4
	1800	3287	2880	576	4249	265,2
	1700	3091	2707	541,4	3987,4	261,6
	1600	2894	2525	505	3727	260,4
	1500	2697	2363	472,6	3468,6	258,4
	1400	2500	2191	438,2	3213,2	255,4
	1300	2304	2018	403,6	2955,6	257,6
	1200	2113	1850	370	2703	252,6
	1100	1921	1683	336,6	2455,6	247,4
	1000	1729	1515	303	2210	245,6
	900	1542	1351	270,2	1966,2	243,8
Паропе-регреватель при пе''	700	1284	1033	206,6	1490,6
	600	1085	875	175	1260	230,6
	500	893	722	144,4	1037,4	222,6
	400	704	571	114,2	818,2	219,2
Эконо-майзер при эк''	500	893	722	144,4	1037,4
	400	704	571	114,2	818,2	219,2
	300	520	425	104	624	194,2
Воздухо-ль при вп''=ух	300	520	425	104	624
	200	342	281	40	382	242
	100	169	140	20	189	193

3. Тепловой баланс парового котла. определение расчетного расхода топлива

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемым располагаемым теплом и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь ,,, и . На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.

Составляем тепловой баланс для установившегося состояния парового котла:

100=q₁+ q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆

Для твердых топлив располагаемое тепло топлива: Q_p^p= Q_н^p=2998 ккал/кг.

Потери тепла с химическим q₃ и механическим q₄ недожогом определяем по табл. 3.1. [1]. В зависимости от вида топлива и паропроизводительности парового котла.

q₃=0,5%, q₄=3% и q_v=160-140 Мкал/кг

Потерю тепла с уходящими газами находят по формуле:

Величину энтальпии уходящих газов J_ух определяем линейной интерполяцией по таблице для заданной температуры уходящих газов:

%

Потерю тепла от наружного охлаждения котла q₅ находим по рис. 3.1. [1]:

q₅=f(Д)=f(50)=1,17%

КПД парового котла брутто находим по методу обратного баланса:

=100 - (q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆)=100 - (7.43+0,5+3+1,17)=87.9%

ц=1-=1-=0,986



Расход воздуха, подаваемого в топку, рассчитываем по формуле:

Q_пк - количество теплоты полезно отданное в паровом котле

Находим значения энтальпий перегретого пара i_пе и питательной воды i_пв:

По Р_пе=40 кгс/см² и t_пе=385С i_пе=758,6 ккал/кг = 3309,2 кДж/кг

Р_пв=1,1Р_б=1,1 44=48,4 кгс/см² (Р_б - давление в барабане котла)

По Р_пв=48,4 кгс/см² и t_пв=150С i_пв=151,552 ккал/кг = 635 кДж/кг

кг/ч

Определяем расход фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения:

кг/ч

4. Поверочный и тепловой расчет топочной камеры

Задачей теплового расчёта является определение температуры газов на выходе из топки _т'' при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.

Определение конструктивных размеров и характеристик топки.

_ок принимают по таблице 2.1. [2]: для открытых гладкотрубных экранов, для бурых и каменных углей _ок=0,45

Площадь стены топки F_ст^т=F_ст^ф'+ F_ст^ф+2 F_ст^б+ F_ст^з+ F_ст^з'+ F_ок=53,14+16,352+

+249,72+40,88+14,31+12,673=236,795 м².

Угловой коэффициент экрана x определяем по номограмме 1а в зависимости от S/d и e/d для этого экрана.

Угловой коэффициент экрана, закрытого огнеупорной массой, равен единице. Реальные условия работы экранов с учетом загрязнения их отложениями шлака и золы оценивают коэффициентом тепловой эффективности экранов: х, где - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения экранных труб или нанесения на них слоя огнеупорного материала, для неэкранированных стен топки принимают =0

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:

Активный объём топочной камеры определяют по формуле:

м³

Эффективная толщина излучающего слоя:



Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Единица	Источник или формула	Топочные экраны	Выходное окно
					Фронтовой	Боковой	Задний
					Основная часть	Под или хол. вор		Основная часть	Под или хол. вор
1	Расчетная ширина экранированной стены	bст	м	Чертеж и эскиз	5,11	5,11	4,69	5,11	5,11	5,11
2	Освещенная длина стены	lст	м	Чертеж и эскиз	10,4	3,2	-	8	2,8	2,48
3	Площадь стены	Fст	м2	bст lст	53,14	16,352	49,72	40,88	14,31	12,673
4	Площадь учаска не закрытого экранами	Fстi	м2	Чертеж и эскиз	8	-	0,5	-	-	-
5	Наружный диаметр труб	d	м	Чертеж и эскиз	0,06	-
6	Число труб в экране	Z	шт.	Чертеж и эскиз	74	74	68	74	74	-
7	Шаг экранных труб	S	м	Чертеж и эскиз	0,07	0,07	0,07	0,07	0,07	-
8	Отн-ый диаметр труб	S/d	-	-	1,167	-
9	Растояние от оси трубы до обмуровки	e	м	Чертеж и эскиз	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	-
10	Отн-ое растояние до обмуровки	e/d	-	-	1,67	1,67	1,67	1,67	1,67	-
11	Угловой коэф. экрана	x	-	Номограмма 1а	0,98	0,98	0,98	0,98	0,98	1
12	Коэф.учитывающий загрязнения		-	Таблица 2.2. [2]	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45
13	Коэф. Тепловой эффективности экрана		-	x	0,44	0,44	0,44	0,44	0,44	0,45

Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки _т'' с критерием Больцмана B_o, степенью черноты топки а_т и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок.

При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:

где T_т''=_m''+273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K];

T_a= _a+273 - температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, [K];

B_о - критерий Больцмана, определяемый по формуле:

Из этих формул выводятся расчётные.

Определяем полезное тепловыделение в топке Q_т и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Т_а:

Где количество тепла, вносимое в топку с воздухом Q_в, определяют по формуле:



ккал/кг

Полезное тепловыделение в топке Q_т соответствует энтальпии газов I_а, которой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива,

т.е. Q_т= J_{а а}=1959,74C;

Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяют по формуле:

М=А-Bx_т

где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимают:

А=0,59; В=0,5; (при камерном сжигании каменных углей).

Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле:

Х_т= Х_г+ Х

где Х_г - относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок h_г (от пода топки или середины холодной воронки) к общей высоте топки Н_т (от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна из топки, т.е. Х_г = h_г/ Н_т; Х - поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая по таблице 2.4. [2]: в пылеугольных топках с вихревыми или прямоточными горелками при фронтальном или встречном их расположении Х=0,1

Степень черноты топки а_т и критерий Больцмана В₀ зависят от искомой температуры газов на выходе _т''.

По таблице 2.5. [2]: в камерных топках для сжигания каменных углей принимаем _т''= 1100 ⁰С, этой температуре соответствует J_т''=3390,8 ккал/кг

Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания определяют по формуле:

Степень черноты топки определяют по формуле:

Где а_ф - эффективная степень черноты факела.

В случае слоевого сжигания степень черноты факела определяется по формуле:

Где S_т - эффективная толщина излучаемого слоя в топке; P - давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгс/см^2.

Коэффициент ослабления лучей k топочной средой определяют по формуле:



Где: k_г определяем по номограмме 3 [2]: k_г=0,45

k_зл - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяем по номограмме 4 [2]: k_зл=6,8

_зл-массовая концентрация золы в дымовых газах: _зл=0,01089 кг/кг

k_кокс=1 - коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами

₁ и ₂ - безразмерные величины, учитывающие влияние концентрации коксовых частиц в факеле, которые зависят от рода топлива (₁) и способа его сжигания (₂). Для топлив, рекомендованных для курсового проекта ₁=0,5, при камерном сжигании ₂=0,1.

₂=0,1.

Температура газов на выходе из топки:



при _т''=1049,8С J_т''=2333,1 ккал/кг

Определяем количество тепла, переданное излучением в топке:

ккал/кг

Определим тепловые нагрузки топочной камеры:

Удельное тепловое напряжение объёма топки:

Допуск 250300 Мкал/м³ч;

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:

При фронтальном расположении горелок максимально допустимое напряжение сечения топочной камеры по условиям шлакования экранов топки для шлакующих каменных углей: q_f=1500 Мкал/(м²ч). Полученное значение меньше допустимого.

5. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

Тепловосприятие пароперегревателя.

При выполнении расчёта в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчётов до проведения поверочно-конструкторских расчётов пароперегревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.

Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера - по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания).

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при P_пе=40 кгс/см² и t_пе=385^oC i_пе=758,6 ккал/кг;

При P_б=44 кгс/см² и температуре насыщения i_н=668,26 ккал/кг;

i_по-съем тепла в пароохладителе, служащем для регулирования температуры перегретого пара: i_по =15 ккал/кг;

ккал/кг.

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Q_пе^л =0), а угловой коэффициент фестона Х_ф=1.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Q_пе^к = Q_пе=448.3 ккал/кг.

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:



Примем несколько меньше. (с учетом того, что данные по фестону мы взяли приближенно). Для расчета возьмем =2144,2 ккал/кг

ккал/кг

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним _пе''= 862,3C;

Тепловосприятие воздухоподогревателя.

Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. В случае предварительного подогрева воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, за счет рециркуляции горячего воздуха, тепловосприятие воздухоподогревателя равно:

где J_гв^o находим по t_гв=240^oC J_гв^o =498,8 ккал/кг;

t_хв=30С; ккал/кг

Для твердого топлива температура воздуха на входе в воздухоподогреватель: t_в'=30C ккал/кг

_вп - отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:



_рц - отношение объёма рециркуляции в воздухоподогревателе горячего воздуха к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

Уравнение решаем относительно J_эк'':

где J_ух - энтальпия уходящих газов, которую находим по t_ух=165^oC J_ух=336,2 ккал/кг;

J_прс^o - энтальпия теоретического объёма воздуха, которую находим при температуре присасываемоговоздуха t_прс, который через неплотности поверхности перетекает с воздушной стороны на газовую за счет разности статистических давлений

С

J_прc^о=263 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним _эк''=389,063C.

Тепловосприятие водяного экономайзера.

Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

4) Определение невязки теплового баланса

Определяем невязку теплового баланса парового котла:

Q_p^p=2998 ккал/кг; _пк=87,9%; Q_л=1139 ккал/кг; Q_пе^кб=448,3 ккал/кг; q₄=3%

ккал/кг



Список литературы

Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией

Н.В. Кузнецова. - М.: Энергия, 1973. -296 с.

Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. - М.: Энергия, 1974. -360 с.

Методические указантя по определению коэффициента полезного действия паровых

котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново, 1987. -36 с.

Методические указантя по определению коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей нагрева паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1987.

Методические указантя по поверочному расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1987.

Методические указантя по конструкторскому расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1991. -36 с.

Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. - Л.: Энергия, 1972. - 200 с.

Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. - М.: Энерго - атомиздат, 1985. -376 с.

Размещено на Allbest.ru

...