Поверочный расчет парового котлоагрегата КЕ-6,5-14 работающего на угле Сангарского месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В промышленности используется более 50 % всех видов энергоресурсов, в том числе до 65% вырабатываемой электроэнергии. Соответственно большой роли энергетики в промышленном производстве современные промышленные предприятия имеют сложные и многообразные технологические системы, состоящие из комплексов установок и устройств, предназначенных для сжигания топлива и производства, распределения и потребления электроэнергии, теплоты, сжатого воздуха, газа, кислорода.

В настоящее время на тепловых паротурбинных электростанциях вырабатывается более 80 % электроэнергии, в качестве основных теплоносителей в быту и производстве используется пар и подогретая паром или дымовыми газами вода, получаемая в котельных установках. Первые паровые котлы в начале XIX в. вырабатывали пар давлением 0,5--0,6 МПа и имели производительность сотни килограммов в час.

В настоящее время для производства пара применяются котлы, вырабатывающие пар с давлением до 25 МПа (и даже до 31 МПа) и температурой до 570 °С и производительностью до 4000 т/ч.

В зависимости от назначения на промышленных предприятиях применяются автономные производственные и отопительные котельные на органическом топливе и котлы, использующие теплоту отходящих газов и другие тепловые отходы технологических агрегатов, а также котельные установки промышленных электростанций. В котлах используются различные виды твердого, жидкого и газообразного топлива.

В ряде случаев часть поверхности пароперегревателя размещается в топке, а экономайзер и воздухоподогреватель выполняются в несколько ступеней и.т.д.

Настоящий курсовой проект разработан на основании курсового задания данного в приложении А. Тема курсового проекта «Поверочный расчёт парового котлоагрегата типа КЕ-6,5-14».

Целью курсового проекта является определение поверочного расчёта, определение состава и теплоты сгораемого топлива, расчёт объёмов энтальпии воздуха и продуктов сгорания, тепловой баланс котлоагрегата, расчёт топочной камеры, конвективных пучков, водяного экономайзера.

1. Общая часть

1.1 Техническая характеристика котельного агрегата типа КЕ 6,5-14

Котлы, паропроизводительностью 6,5 т/ч, имеют длинный верхний и укороченный нижний барабан, диаметром 1000 мм. Верхний и нижний барабаны расположены на общей вертикальной оси, их длина изменяется в зависимости от типа и размера котла. Передняя часть верхнего барабана изолирована и расположена над топочной камерой.

В водяном пространстве верхнего барабана размещены питательные трубы и штуцер для непрерывной продувки. Пароводяная смесь, образующаяся в экранных и кипятильных трубах, поступает под уровнем воды в верхнем барабане. Сепарация пара осуществляется в паровом объёме барабана и дырчатом листе, установленном на расстоянии 0.5 м. от верхней образующей барабана, и затем направляется в паропровод или в пароперегреватель. Коллекторы боковых экранов расположены по всей длине котельных агрегатов, и к ним кроме экранных труб присоединены настенные трубы конвективного газохода. Это позволило применять лёгкую на трубную обмуровку. Котельный агрегат КЕ 6,5-14 оборудован цепными решётками с пневмомеханическим забрасывателем. Цепные решётки поставляются в виде одного блока, предварительно собранного и обкатанного на заводе-изготовителей. Это повысило эксплуатационную надёжность решётки и сократило срок её монтажа.

Для снижения потери теплоты от механической неполноты сгорания с уносом топки, оборудованной системы возврата уносов. Унос возвращается в топку при помощи эжекторов, получающих воздух от вентилятора острого дутья.

1.2 Определение состава и теплоты сгорания топлива

В котельном агрегате типа КЕ-6,5-14 в качестве топлива используется уголь, состав которого представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав угольного топлива

Место рождение	Марка, класс	Состав рабочей массы топлива, %
Сангарское	Г	10	16,2	0,4	58,3	4,3	0,8	10

Определяется низшая теплота сгорания топлива , кДж/, по формуле:

(1)

1.3 Водно-химический режим котлоагрегата

Целью водно-химического режима является предотвращение накипи образования и коррозии котлов, а также получению пара, требуемого качества при наименьших потерях продувочной воды.

Продувка котла необходима, чтобы предотвратить накопление в котловой воде примесей способных попасть в котел с питательной водой и вызвать накипеобразование, коррозию или ухудшить качество пара. Обработка питательной воды осуществляется как до котла, так и внутри его.

При выборе водно-химического режима парового котла необходимо учитывать рабочее давление котла, его паропроизводительность, теплонапряжение поверхности нагрева, вид использованного топлива, наличие перегрева пара и требования к его качеству со стороны паропотребителей.

Соблюдение установленных норм качества питательной воды и пара должно обеспечивать безаварийную работу котельного агрегата. Использование продувочной воды понижает КПД котла из расчета: 1% продувки понижает КПД котла на 0,15%-0,25%. Чем ниже давление пара в расширителях, тем больше в них выделяется пара и тем больше получение конденсата.

При невозможности использования продувочной воды для питания котлов возможно применение следующей схемы:

- снижение давления продувочной воды;

- направление отсепарированной в расширители воды в теплообменнике для подогрева исходной или обработанной воды;

- использование охлажденной до 400 - 500С продувочной воды для растворения солей на различные технологические нужды.

Для предотвращения уноса капель воды паром, для равномерного распределения питательной воды в барабанах и быстрого смешивания ее с котловой водой, для промывки пара питательной водой от унесенных солей, для выравнивания скоростей пара и пара-водяной смеси по площади и объему барабана, для создания контуров с концентрированием солей в соловых отсеках используются внутрибарабанные сепарационные устройства.

Водно-химический контроль должен своевременно и точно обнаруживать отложение солей в котле и удалять их из котла.

Основное внимание водно-химического контроля направлено на предотвращение отложений, а не их удаление.

2. Специальная часть

2.1 Конструктивная характеристика котлоагрегата типа КЕ-6,5-14

Конструктивные характеристики котлоагрегата типа КЕ-6,5-14 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Конструктивные характеристики котла

Величина	КЕ-6,5-14
Объём топки, м3	14,77
Площадь поверхности стен топки,м2.	44,52
Диаметр экранных труб, мм	51х2,5
Шаг труб боковых экранов, мм	55
Площадь луче воспринимающей поверхности нагрева, м2.	24,78
Площадь поверхности нагрева конвективных пучков, м2.	148,95
Диаметр труб конвективных пучков	51х2,5
Расположение труб	Коридорное
Поперечный шаг труб, мм	90
Продольный шаг труб, мм	110
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2	0,95
Размеры 1-го газохода м.
высота	2,1
Ширина	1,2
Размеры 2-го газохода м.
высота	2,1
Ширина	0,8
Число труб по ходу продуктов сгорания	23

2.2 Расчёт объёма воздуха и продуктов сгорания

Определяется теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания при сжигании газообразного топлива V0, м3/кг, по формуле:

(2)

Определяется теоретический объем азота в продуктах сгорания при сжигании газообразного топлива , м3/кг, по формуле:

0,79• V0+ (3)

Определяется объем трехатомных газов при сжигании газообразного топлива , м3/кг, по формуле:

(4)

Определяется теоретический объем водяных паров при сжигании газообразного топлива , по формуле:

(5)

Принимаем коэффициент избытка воздуха перед газоходом:

(6)

Определяется коэффициент избытка воздуха после газохода, , по формуле:

(7)

где - коэффициент избытка воздуха на входе из топки; - присос воздуха в топочной камере, .

Определяется средний коэффициент избытка воздуха , по формуле:

(8)

Определяется избыточное количество воздуха , , по формуле:

(9)

Определяется действительный объем водяных паров для угля , , по формуле:

Определяется действительный суммарный объем продуктов сгорания , , по формуле:

(10)

Определяется объемной долей трехатомных газов , по формуле:

(11)

Определяется объемная доля водяных паров , по формуле:

(12)

Определяется суммарная объемная доля , по формуле:

(13)

Определяется концентрация золовых частиц в продуктах сгорания по формуле:

(14)

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу 3.

Таблица 3 - Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов, концентрация золы

Величина	Теоретические объемы: 3; ; ;
	Газоход
	топка, Фестон	конвективные пучки	экономайзер
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева	1,4	1,45	1,65
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева	1,35	1,425	1,55

2.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Определяется энтальпия теоретического объема воздуха для температуры 100С для газа , кДж/кг, по формуле:

,

где - энтальпия 1 м3 воздуха, кДж/кг.

Определяется энтальпия теоретического объема продуктов сгорания для температуры 100 оС для газа , кДж/кг, по формуле:

(15)

Определяется энтальпия избыточного количества воздуха , кДж/кг, по формуле:

 (16)

Определяется энтальпия золы кДж/кг, по формуле:

(17)

Определяется энтальпия продуктов сгорания для угля , кДж/кг, по формуле:

(18)

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводят в таблицу 4.

Таблица 4 - Энтальпия продуктов сгорания

Поверхность нагрева	Температура после поверхности нагрева
Верх топочной камеры, фестон,	2000	18444	22179,3	6455,4
	1900	17436	20958,94	6102,6
	1800	16428	19724,8	5749,8
	1700	15444	18510,75	5405,4
	1600	14466	17303,16	5063,1
	1500	13482	16098,69	4718,7	20817,39
	1400	12498	14918,36	4374,3	19292,66
	1300	11514	13719,49	4029,9	17749,39
	1200	10560	12549,83	3696	16245,83
	1100	9600	11403,68	3360	14763,68
	1000	8640	10261,04	3024	13285,04
Конвективные пучки,	900	7710	9128,209	2698,5	11826,71
	800	6804	8008,15	2381,4	10389,55
	800	6804	8008,15	2891,7	10899,85
	700	5892	6912,541	2504,1	9416,641
	600	4992	5844,81	2121,6	7966,41
	500	4116	4811,107	1749,3	6560,407
	400	3258	3791,888	1384,65	5177,708
	300	2424	2803,504	1030,2	3834,559
Водяной экономайзер,	400	3258	3791,888	1791,9	5584,958
	300	2424	2803,504	1333,2	4137,559
	200	1602	1844,865	881,1	2726,516
	100	798	908,651	438,9	1347,813

2.4 Тепловой баланс агрегата

Определяется располагаемая теплота топлива , кДж/кг, по формуле:

(19)

Определяется энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре 30оС , кДж/кг, по формуле:

(20)

Определяется энтальпия уходящих газов , кДж/кг, по формуле:

(21)

где - энтальпия большая, соответствующая 200С, кДж/кг; - температура, для которой вычисляется энтальпия, С; - температура, соответствующая меньшей энтальпии, С, = = 100С.

Определяются потери теплоты с уходящими газами , %, по формуле:

(22)

где - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, =1,65; - потери теплоты от механической неполноты горения, %, .

Применяются потери от химической неполноты горения,

Определяются потери теплоты от наружного охлаждения , %, по формуле:

(23)

где - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %, ; - расчетная нагрузка парового котла, т/ч,; - расчетная нагрузка парового котла, т/ч, .

Определяется полезная мощность парового котла , кВт, по формуле:

 (24)

где - энтальпия насыщенного пара, кДж/кг, =кг; - энтальпия питательной воды на выходе в экономайзер, кДж/кг, кг; - энтальпия кипящей воды в барабане котла, кДж/кг, кДж/кг.

Определяются потери от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла , %, по формуле:

(25)

где - лучевоспринимающая поверхность балок и панелей, м2, м2.

Определяются потери с физическим теплом шлака , %, по формуле:

(26)

Определяются потери от охлаждения балок и панелей топки и потери с физическим теплом шлака:

(27)

Определяется КПД парового котла по уравнению обратного баланса , %, по формуле:

(28)

где - потери теплоты от химической неполноты сгорания, %, .

Определяется расход топлива, подаваемого в топку парового котла , кг/с, по формуле:

(29)

Определяется расчетный расход топлива Вр, кг/с, по формуле:

(30)

Определяется коэффициент сохранения теплоты , по формуле:

(31)

2.5 Расчет топочной камеры

Принимаем температуру продуктов сгорания на выходе из топочной камеры С

Определяется энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки для принятой температуры, кДж/кг, = 14763,68 кДж/кг.

Определяется теплота, вносимая в топку воздухом, Qв, кДж/кг, по формуле:

(32)

Определяется полезное тепловыделение в топке,, кДж/кг, по формуле:

(33)

Определяется коэффициент тепловой эффективности экрана, , по формуле:

(34)

Определяется эффективная толщина излучающего слоя, s, м, по формуле:

 (35)

Определяется коэффициент ослабления лучей трехатомных газов,, , по формуле:

(36)

Определяется коэффициент ослабления лучей, k, , по формуле:

(37)

Определяется степень черноты светящейся части факела, бсв, по формуле:

(38)

Определяется площадь зеркала R, по формуле:

(39)

Определяется степень черноты топки, бт, по формуле:

(40)

Определяется параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки, М, по формуле:

(41)

где xт - относительное положение максимума температуры.

Определяется теоретическая (адиабатная) температура горения, К, по формуле:

(42)

Определяется средняя суммарная теплоемкость продуктов горения на 1 м3 газа, VCcр, кДж/(мК), по формуле:

(43)

Определяется действительная температура на выходе из топки, , , по формуле:

(44)

Определяется энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки , :

(45)

2.6 Расчет конвективных пучков котла

Принимаются температуры сгорания после рассчитываемого газохода, .

Определяются значения энтальпий уходящих газов для принятых температур, H. кДж/кг:

кДж/м3

кДж/м3

Определяется теплота, отданная продуктам сгорания, Qб. кДж/кг, по формуле:

, (46)

где H'- энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, кДж/кг; Дб- присос воздуха в конвективную поверхность нагрева; количество теплоты, вносимое присасываемым в газоход воздухом, кДж/кг.

Определяется расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, С, по формуле:

(47)

Определяется температурный напор t, С, по формуле:

, (48)

где температура охлаждающей среды, С, С.

С

С

Определяется средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева м/с, по формуле:

(49)

м/с

м/с

Определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева, , Вт/м2К, по формуле:

, (50)

где коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К; поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; поправка на компоновку пучка; коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока.

Вт/м2К

Вт/м2К

Определяется толщина излучающего слоя s, по формуле:

, (51)

где d диаметр труб конвективной поверхности, м, d 0,051 м; поперечный шаг труб, 0,09 м; продольный шаг труб, м.

м

Определяется коэффициент ослабления лучей, , м·МПа, по формуле:

(52)

м·МПа

м·МПа

Определяется суммарная оптическая толщина, kps, по формуле:

(53)

где коэффициент ослабления лучей трехатомными газами; коэффициент ослабления лучей золовыми частицами; концентрация золовых частиц.

Определяется температура загрязненной стенки, С, по формуле:

, (54)

где средняя температура окружающей среды, С, С; при сжигании газа, ?? 60С.

Определяется коэффициент теплоотдачи излучением, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/м2·К, по формуле:

(55)

где коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К.

Вт/м2К.

Вт/м2К.

Определяется суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м2·К, по формуле:

, (56)

где коэффициент использования, 1.

Вт/м2·К

Вт/м2·К

Определяется коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К по формуле:

, (57)

где коэффициент тепловой эффективности.

Вт/м2К

Вт/м2К

Определяется температурный напор t, по формуле:

(58)

Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, кДж/кг, по формуле:

, (59)

где площадь лучевоспринимающей поверхности, кг.

кДж/кг

кДж/кг

Методом графической интерполяции определяется температура продуктов сгорания на выходе из конвективных пучков .

2.7 Расчет водяного экономайзера

Определяется энтальпия продуктов сгорания, , кДж/кг, по формуле:

(60)

кДж/кг

Определяется количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов,, кДж/кг по формуле:

(61)

где энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер; энтальпия уходящих газов; присос воздуха в экономайзер.

кДж/кг

Определяется энтальпия воды после водяного экономайзера, , кДж/кг, по формуле:

, (62)

где энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг, кДж/кг.

кДж/кг

Определяется температурный напор для прямотока t, С по формуле:

(63)

С

Определяем температурный напор, по формуле:

(64)

где и - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости, .по формуле:

С

К установке принимается чугунный экономайзер марки ВТИ конструктивные характеристики которого приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Конструктивные характеристики труб чугунного экономайзера ВТИ

Характеристика одной трубы	Экономайзер ВТИ
Длина, мм	2000
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2	2,95
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2	0,120

Определяется площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2, по формуле:

 (65)

где площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы, м2, 0,12 м2.

м2

Определяется действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере , м/с, по формуле:

(66)

Определяется коэффициент теплопередачи , K, Вт/(м2·K), по формуле:

, (67)

где коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров, Вт/(м2·К), 20,5 Вт/(м2·К), поправочный коэффициент,

Вт/(м2·К)

Определяется площадь поверхности нагрева водяного экономайзера м2, по формуле:

(68)

Определяется число труб, n, по формуле:

 (69)

шт.

К установке принимаем 127 трубы

Определяется число рядов, m, по формуле:

(70)

К установке принимаем 31рядов.

Заключение

котельный газоход коррозия

В результате выполнения курсового проекта был произведён поверочный расчёт парового котлоагрегата КЕ-6,5-14, топливом для которого является уголь месторождения Сангарское. В результате расчёта были определены основные показатели работы котлоагрегата: температура продуктов сгорания на выходе из топки , КПД котлоагрегата , расход топлива , температура продуктов сгорания на выходе из конвективных пучков . К установке приняли чугунный экономайзер ВТИ, в котором число труб n=127 шт., а число рядов m=31 шт.

Из этого следует, что завершив поверочный расчет топочной камеры, конвективных пучков и водяного экономайзера, а также научившись рассчитывать объемы продуктов воздуха и продуктов сгорания и рассчитав энтальпии воздуха и продуктов сгорания, курсовой проект можно считать завершенным.

Список использованных источников

1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование / Р.И. Эстеркин. - Л.: Стройиздат, 1999 - 280с.

2. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация: Учебное пособие. / Б.А. Соколов.-2-е издание исправленное. - М.: Издательский центр «Академия», 2007 - 432с.

3. Соколов Б.А. Устройство паровых и водогрейных котлов малой и средней мощности: Учебное пособие / Б.А. Соколов - М.: Издательский центр «Академия», 2008 - 64с.

4. Ривкин С.А. Термодинамические свойств воды и водяного пара: Справочник / С.Л. Ривкин, А.А. Александров. - М.: Энергоатомиздат, 1984.- 84с.

Размещено на Allbest.ru

...