Компоновка и тепловой расчет поверхностей нагрева барабанного котла ТП-230

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Компоновка и тепловой расчет поверхностей нагрева барабанного котла ТП-230



• Введение
• тепловой котел пароперегреватель экономайзер
• Котельный агрегат является сложным теплообменным аппаратом, в котором происходит горение топлива, осуществляется процесс передачи тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева и от них к рабочему телу - котловой воде и пару.
• При постоянной нагрузке в каждой точке котла устанавливаются вполне определённые значения параметров воды, пара и греющих газов, коэффициентов теплопередачи. Системы уравнений материальных и энергетических балансов связывают величины параметров рабочего тела и продуктов сгорания с величинами поверхностей нагрева, их конструктивными характеристиками.
• Студенты кафедры «Тепловые электрические станции» по профилям «Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях» и «Тепловые электрические станции» выполняют курсовую работу и курсовой проект по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы».
• В практикуме по выполнению курсовой работы [2] даются рекомендации по расчету топки котла и фестона, которые являются предметом курсовой работы.
• В данном учебном пособии приведены описания компоновки и конструкции парового котла ТП-230, физических процессов, происходящих в поверхностях нагрева, даны указания по проведению теплового расчёта конвективных поверхностей нагрева этого котла, что является предметом курсового проекта по курсу «Котельные установки и парогенераторы».
• В курсовом проекте проводится конструктивно-поверочный расчет, который обязателен при проведении поверочного расчета котла при переводе его на сжигание топлива, элементный состав которого отличен от расчётного.
• При поверочно-конструктивном расчёте тепловой расчёт обычно завершают на одной из конвективных поверхностей нагрева - чаще всего на второй ступени водяного экономайзера. Результатом такого расчёта является определение величины её поверхности нагрева.


1. Общие сведения о тепловом расчёте котельного агрегата

При проведении теплового расчёта котельного агрегата различают поверочный и конструктивный тепловые расчёты, которые отличаются между собой целями расчета и искомыми величинами.

Поверочный расчёт котла проводится для оценки показателей экономичности и надёжности его работы на конкретном виде топлива, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных данных для проведения аэродинамического и гидравлического расчётов, оценки температур металла и прочности труб, интенсивности золового износа, коррозии и т.д. [1].

При проведении поверочного расчёта должны быть известны: тип котельного агрегата, компоновка и размеры его поверхностей нагрева, тип сжигаемого топлива и способ его приготовления к сжиганию, нагрузка и параметры пара, температуры питательной воды и пара перед промежуточными перегревателями.

Избыток воздуха в топке и ожидаемые величины присосов по всем газоходам котла принимаются по таблице П1.

При проведении поверочного расчета полагаются заданными:

- сведения о конструкции и размерах топочного устройства, поверхностей нагрева и газоходов;

- тип сжигаемого топлива;

- паровая производительность котла, параметры перегретого пара и температура питательной воды;

- расходы насыщенного пара и пара на входе в промежуточный пароперегреватель, если таковые имеются на котле;

- величина непрерывной продувки;

- данные по расчёту пылесистемы.

При конструкторском (конструктивном) расчёте известны все параметры теплоносителя и газов на входе и выходе из каждой поверхности нагрева, а также конструктивная схема котла [1].

При конструктивном расчёте определяются размеры топки и поверхностей нагрева отдельных элементов котла, необходимые для обеспечения принятой номинальной производительности.

Показатели экономичности и параметры пара принимаются для заданных температуре питательной воды и характеристиках топлива.

При поверочно-конструктивном расчёте часть поверхностей нагрева рассчитывается поверочным расчётом, в результате которого определяются их тепловосприятия (например, первая по ходу газов ступень пароперегревателя).

Такой расчёт обычно производится при переводе котла на сжигание того вида топлива, который не предусматривался для сжигания данным типом котла при его проектировании. Например, котел был спроектирован для сжигания твёрдого топлива, а его в процессе эксплуатации перевели на сжигание газообразного топлива.

Последняя ступень пароперегревателя по ходу пара, вторая ступень водяного экономайзера и вторая ступень воздухоподогревателя рассчитываются конструктивным расчётом. В результате этого расчёта определяются необходимые площади их поверхностей нагрева.

При выполнении курсового проекта студенты выполняют поверочно-конструктивный расчёт котла типа ТП-230 для заданного вида топлива.

Основные сведения котла ТП-230

Котел выполнен по П - образной компоновке с естественной циркуляцией. Работает на твердом типе топливе (пылеугольный) при камерном сжигании. Котел имеет два барабана, двухступенчатый пароперегреватель, двухступенчатый рекуперативный воздухоподогреватель и двухступенчатый водяной экономайзер.



2. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева котла ТП-230-2

2.1 Рекомендации по проведению теплового расчета

На котле установлен поверхностный пароохладитель на стороне насыщенного пара. Этот факт необходимо учесть при расчёте пароперегревателя путём задания тепловосприятия пароохладителя количеством тепла, отданным 1 кг пара охлаждающей воде. Начальная энтальпия пара на входе в пароперегреватель подсчитывается по формуле (п. 9-24) [4, 5]

, (1)

где - энтальпия насыщенного пара при давлении в барабане котла, - теплосъём в поверхностном пароохладителе, принимается из условия снижения температуры перегретого пара на 25-40°С [4,5].

Первая ступень пароперегревателя по ходу продуктов сгорания рассчитывается поверочным расчётом, вторая ступень - конструктивным расчётом, в результате которого определяется поверхность нагрева.

По аналогии с пароперегревателем рассчитываются воздухоподогреватель II ступени и водяной экономайзер II ступени.

После расчёта последней конвективной ступени нагрева - второй ступени водяного экономайзера производится расчёт невязки баланса котла, которая при правильном выполнении расчёта не должна превышать 0,5% от располагаемого тепла.



3. Тепловой расчет

Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева начинается с поверхности нагрева, расположенной по ходу газов за фестоном - с конвективного пароперегревателя. Первой про ходу газов расположена выходная ступень конвективного пароперегревателя по ходу пара.

Исходные данные для теплового расчёта котла:

- тип парового котла - барабанный котел с естественной циркуляцией ТП-230 и с равновесной тягой;

- паровая производительность котла - 57 кг/с;

- давление перегретого пара - 9,5 МПа;

- температура перегретого пара - 475°С;

- вид сжигаемого топлива - каменный уголь, Азейский бассейн, класс Р;

- температура питательной воды на входе в котёл - 187°С;

- давление питательной воды p_пв = 11,5 МПа;

- теплосъём в пароохладителе - 150 кДж/кг;

- температура холодного воздуха - 30°С;

- температура газов на выходе из фестона - 1095°С;

- температура уходящих газов - 150°С;

- тепло, воспринятое излучением из топки фестоном и конвективным пароперегревателем - 754,97 кДж/кг;

- тепло, воспринятое излучением из топки фестоном - 392,2 кДж/кг;

- температура горячего воздуха за воздухоподогревателем - 340°С;

- расчетный расход топлива -10,19 кг/с;

- коэффициент избытка воздуха в топке и присосы по газоходу (табл. 1);

- энтальпии продуктов сгорания и воздуха (табл. 1);

- объёмы продуктов сгорания и воздуха (табл. 2).



3.1 Расчет пароперегревателя i ступени по ходу движения газов

Данная ступень пароперегревателя является выходной ступенью по ходу пара. В ней пар перегревается до заданной температуры перегретого пара.

На рисунке 1 приведена расчётная схема пароперегревателя первой ступени.

Исходные данные для расчёта пароперегревателя I ступени:

- наружный диаметр труб =42 мм;

- поперечный шаг =133 мм;

- продольный шаг =150 мм;

- расположение труб - коридорное;

- размер поверхности нагрева =620 м²;

- живое сечение для прохода газов =40,3 м²;

- живое сечение для прохода пара =0,087 м²;

- температура газов на выходе из фестона = =1095°С;

- энтальпия газов ==10179,2 кДж/кг.

Принимаем температуру газов на выходе из пароперегревателя =900°С.

По принятой температуре по таблице 2 находится энтальпия (=8276,3 кДж/кг).

Таблица 1. Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трехатомных газов и концентрация золовых частиц

Величина и расчетная формула	Газоход
	топка, фес - тон	п/п I ст.	п/п II ст.	эк. II ст.	вп. II ст.	эк. I ст.	вп. I ст.
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева =т+ УДi	1,2	1,215	1,23	1,25	1,28	1,3	1,33
2. Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева ср=(+)/2	1,2	1,2075	1,2225	1,24	1,265	1,29	1,315
3. Объём водяных паров, м3/кг = + +0,0161 (ср-1)•	0,735	0,736	0,737	0,738	0,740	0,741	0,743
4. Полный объём газов, м3/кг VГ= +1,0161 (ср-1)•	5,773	5,806	5,871	5,947	6,055	6,164	6,272
5. Объёмная доля водяных паров =/VГ	0,127	0,126	0,125	0,124	0,122	0,120	0,118
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП= +	0,265	0,263	0,261	0,258	0,254	0,249	0,245
7. Масса дымовых газов при сжигании твёрдого и жидкого топлива Gг=1-0,01AP + +1,306•ср• , кг/кг При сжигании газа: Gг=+(dГ/1000)+ +1,306 •ср •, кг/м3	7,533	7,575	7,658	7,756	7,896	8,035	8,175
8. Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг µ зл= APун /(100•Gг), где ун - доля уноса золы из топки (см. табл. 4.6 [2]), ун = 0,95.	0,0208	0,0206	0,0204	0,0202	0,0198	0,0195	0,0191

Теплота, отданная дымовыми газами в пароперегревателе, определяется по соотношению:

, (2)

где - коэффициент сохранения теплоты, рассчитывается по формуле

,

- присосы воздуха в поверхности. Принимаются по таблице П1, (=0,03);

- энтальпия присасываемого воздуха. Определяется по таблице 1 по температуре холодного воздуха = 30°С, энтальпия холодного воздуха =169,5 кДж/кг.

=2185 кДж/кг. (3)

Теплота, воспринятая паром

, (4)



где - расход пара, =57 кг/с;

- энтальпия перегретого пара на выходе из пароперегревателя.

При = 9,5 МПа и = 475°С по таблице ХХV [1] определяется =2875,45 кДж/кг;

- энтальпия перегретого пара на входе в пароперегреватель;

- теплота, полученная поверхностью за счёт излучения из топки. Определяется по результатам расчёта фестона (см. стр. 25 [2]).

= 530 - 392,2 = 137,8 кДж/кг. (5)

Энтальпия перегретого пара на входе в пароперегреватель

= =

=2513,65 кДж/кг. (6)

При давлении пара =9,5 МПа по энтальпии находится температура пара на входе в первую ступень. Температура пара определяется по таблице XXV [1] ( =312,82°С).

Температурный напор в пароперегревателе определяется по формуле

, (7)

где - большая разность температур сред;

- меньшая разность температур сред.



=1095-312,82=782,18°С; (8)

=900-475=425°С; (9)

=585,5°С. (10)

Средняя температура газов

; (11)

=997,5°С. (12)

Скорость газов определяется по формуле

, (13)

где - объем газов на 1 кг топлива. Определяется по таблице 1 (= 5,806 м³/кг).

=6,83 м/с. (14)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке для коридорных гладкотрубных пучков определяется по рисунку П1.

, (15)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией.

При =42 мм и =6,83 м/с

=61 Вт/(м²МК).

Таблица 2. Энтальпия продуктов сгорания

Поверхность нагрева	«,С			НГВ=(? ? 1)	НГ=+ +(?1)+ +Нзл	Нзл
Топочная камера, фестон =1,2	2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800	18578 16709 14857 13020 11214 9463 7729 6035	14485 13055 11633 10232 8839 7468 6123 4807	2897 2611 2326,6 2046,4 1767,8 1493,6 1224,6 961,4	21475 19710 17527,8 15363,6 13223,2 11148,4 9108 7116,8	390 344,2 297,2 241,4 191,8 154,4 120,4
Пароперегреватель I ст. =1,215	1000 800	7729 6035	6123 4807	1316,4 1033,5	9199,8 7188,9	154,4 120,4
Пароперегреватель II ст. =1,23	1000 800 600 400	7729 6035 4409 2857	6123 4807 3534 2308	1408,2 1105,6 812,8 530,8	9291,6 7261 5309,7 3444,2	154,4 120,4 87,9 56,4
Экономайзер II ст. =1,25	800 600 400 200	6035 4409 2857 1388	4807 3534 2308 1137	1201,7 883,5 577 284,2	7357,1 5380,4 3490,4 1698,7	120,4 87,9 56,4 26,5
Воздухоподогреватель II ст. =1,28	600 400 200	4409 2857 1388	3534 2308 1137	989,5 646,2 318,3	5486,4 3559,6 1732,8	87,9 56,4 26,5
Экономайзер I ст. =1,3	600 400 200 100	4409 2857 1388 685	3534 2308 1137 565	1060,2 692,4 341,1 169,5	5557,1 3605,8 1755,6 867,2	87,9 56,4 26,5 12,7
Воздухоподогреватель I ст. =1,33	400 200 100	2857 1388 685	2308 1137 565	761,6 375,2 186,4	3675 1789,7 759,2	56,4 26,5 12,7



Относительные продольные и поперечные шаги

, ; (16)

, . (17)

По их значениям определяются следующие поправки:

C_Z - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов (=1);

- поправка на компоновку пучка (=1).

Поправка на влияние физических параметров среды () определяется по доли водяных паров () и средней температуре газов, (=0,94);

Вт/ (м²МК). (18)

Эффективная толщина излучающего слоя

; (19)

0,51 м. (20)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами [1].

Для нахождения этого коэффициента рассчитывается величина

, (21)

где - доля трехатомных газов и водяных паров. Определяется по таблице 2;

- давление продуктов сгорания, принимается равным 0,1 МПа для котлов, работающих под разряжением.

0,2630,10,51=0,0134. (22)

По рисунку П2 определяется коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (=12 (м МПа)^-1)).

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п. 7-36 [1]).

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

; (23)

0,16.

Коэффициент теплового излучения газовой среды

; (24)

=0,147. (25)

Средняя температура пара

; (26)

=394°С. (27)

Скорость пара



, (28)

где - удельный объем пара.

При =394°С и =9,5 МПа, =0,0252 м³/кг.

Скорость пара

м/с. (29)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к пару определяется по рисунку П3

, (30)

где - поправка на форму канала (=0,92);

При =394°С и = 20,02 м/с,

=2520 Вт/(м²МК).

Вт/(м²МК). (31)

Температура стенки труб пароперегревателя

, (32)

где - коэффициент загрязнения поверхности нагрева. При сжигании твёрдого топлива и коридорном расположении труб =0,0043 (м² К)/Вт (стр. 142 [4]);

- средняя температура среды, протекающей в рассчитываемой поверхности (=394°С).

=551,37°С. (33)

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

, (34)

где - коэффициент теплоотдачи излучением. Находится по рисунку П4;

= 0,147 (формула 25).

Для температуры стенки =551,37°С коэффициент теплоотдачи равен 250 Вт/(м²МК).

Вт/(м²МК). (35)

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

, (36)

где - коэффициент использования поверхности. Определяется по таблице 6.1 [4], для пароперегревателя =1,0.

95,92 Вт/(м²МК). (37)

Коэффициент теплопередачи

, (38)

где - коэффициент тепловой эффективности. Определяется по таблице П2, (=0,65).

59,87 Вт/(м²МК). (39)

Тепло, воспринятое пароперегревателем, по условию теплопередачи



; (40)

=2132,81 кДж/кг. (41)

Проверка правильности выполненного расчета осуществляется по соотношению

; (42)

< 2%. (43)

Расчёт I ступени пароперегревателя закончен.

3.2 Расчет пароперегревателя ii ступени по ходу движения газов

На рисунке 2 приведена схема пароперегревателя второй ступени.

Исходными данными для расчёта II ступени пароперегревателя являются следующие данные:

- теплосъём в поверхностном пароохладителе, принятый ранее - 150 кДж/кг;

наружный диаметр труб d_н =38 мм;

поперечный шаг S₁=95 мм;

продольный шаг S₂=75 мм;

расположение труб - коридорное;

живое сечение для прохода газов f_г =23,3 м²;

живое сечение для прохода пара f_п =0,098 м²;

температура пара на выходе из пароперегревателя II ступени по ходу газов =312,82°С;

энтальпия пара =3013,65 кДж/кг;

температура пара на входе в поверхностный пароохладитель равна температуре насыщения, =318°С;

теплосодержание пара по таблице XXIII [1]; =2705,4 кДж/кг.

Так как на стороне насыщенного пара расположен поверхност ный пароохладитель, то энтальпия пара на входе в пароперегреватель определяется по соотношению 8.08 [1]

; (44)

= 2705,4 - 150 = 2555,4 кДж/кг. (45)

Теплота, воспринятая паром

; (46)



кДж/кг. (47)

Температура газов на входе в пароперегреватель принимается равной температуре газов на выходе из пароперегревателя I ступени ==900°С.

Энтальпия дымовых газов определяется по таблице 2 (==9482,9 кДж/кг).

Энтальпия дымовых газов на выходе из пароперегревателя

; (48)

=7277,1 кДж/кг. (49)

По найденной энтальпии (по табл. 2) находится температура дымовых газов на выходе из пароперегревателя (=794°С).

Температурный напор в пароперегревателе определяется по формуле

, (50)

где - большая разность температур сред;

- меньшая разность температур сред.

=900-318 = 582°С; (51)

=794-312= 482°С; (52)



=505°С. (53)

Средняя температура газов

; (54)

=847°С. (55)

Скорость газов определяется по формуле

; (56)

=10,41 м/с. (57)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке для коридорных гладкотрубных пучков

, (58)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией. Определяется по рисунку П1.

При =38 мм и =10,41 м/с,

=78 Вт/(м²МК);

, ; (59)



, . (60)

C_Z - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов (=1);

C_S - поправка на компоновку пучка, для

=1

- поправка на влияние физических параметров среды (=0,98).

Вт/(м²МК).

Эффективная толщина излучающего слоя

; (61)

0,18 м. (62)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (). Для нахождения этого коэффициента необходимо найти

0,2610,10,18=0,0047 (63)

По рисунку П2 определяется =30 (м МПа)^-1.

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п. 7-36) [1].

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

; (64)



0,14. (65)

Коэффициент теплового излучения газовой среды

; (66)

=0,13 (67)

Средняя температура пара

; (68)

=315°С. (69)

Скорость пара

, (70)

где - удельный объем пара.

При =315°С и =9,5 МПа,

=0,0178 м³/кг.

10,35 м/с. (71)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к пару. Находится по рисунку П3,

, (72)

где - поправка на форму канала (=0,95).

Для =315°С и = 10,35 м/с,

=2950 Вт/(м²МК).

Вт/(м²МК). (73)

Температура стенки труб пароперегревателя

, (74)

где - коэффициент загрязнения. При сжигании твёрдого топлива и коридорном расположении труб =0,0043 (м² К)/Вт (стр. 142 [4]);

- средняя температура среды, протекающей в рассчитываемой поверхности; =315°С;

- площадь поверхности нагрева.

Величина поверхности нагрева принимается равной =1500 м².

Температура стенки труб пароперегревателя

=396°С. (75)

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

, (76)

где - коэффициент теплоотдачи излучением, находится по рисунку П4. Для температуры стенки =396°С

=155 Вт/(м²МК);

Вт/(м²МК). (77)

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

, (78)

где - коэффициент использования поверхности. Определяется по таблице 6.1 [4], для пароперегревателя =1,0.

96,59 Вт/(м²МК). (79)

Коэффициент теплопередачи

, (80)

где - коэффициент тепловой эффективности. Определяется по таблице П2, =0,6.

70,37 Вт/(м²МК). (81)

Необходимый размер поверхности нагрева пароперегревателя II ступени

; (82)

=1527 м². (83)

Поскольку размер поверхность отличается от принятого раннее (1500 м²) менее, чем на 7%, то расчёт считается законченным.

3.3 Расчет воздухоподогревателя I ступени

Исходные данные:

- поверхность нагрева - =5050 м²;

- продольный и поперечный шаги - =60 мм; =42 мм;

- наружный диаметр труб - =40 мм;

- проходное сечение для продуктов сгорания - =11,8 м²;

- проходное сечение для воздуха - =11,8 м²;

- расположение труб по ходу воздуха шахматное;

- температура воздуха перед воздухоподогревателем =30^оС;

- энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель =201,6 кДж/кг;

- температура дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя = =150°С;

- энтальпия уходящих газов (1274,45 кДж/кг).

На рисунке 3 приведена схема воздухоподогревателя первой ступени.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура воздуха на выходе из I ступени воздухоподогревателя принимается равной =180°С.

По таблице 2 находится энтальпия воздуха (=950 кДж/кг).

Теплота, воспринятая воздухом в воздухоподогревателе

, (84)

где - отношение количества воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому рассчитываем по соотношению

; (85)

=878 кДж/кг. (86)

Теплота, отданная газами

, (87)

где - энтальпия присасываемого воздуха.

Определяется по таблице 2 по средней температуре присасываемого воздуха .

; (88)

^°С; (89)

= 594 кДж/кг. (90)

Из равенства уравнений (84) и (87) получится соотношение для расчёта энтальпии газов

кДж/кг. (91)

По таблице 2 по полученному значению энтальпии находится температура газов (=236°С).

Воздухоподогреватель является двухходовым теплообменником с перекрёстным движением нагреваемого воздуха относительно продуктов сгорания [2].

Для любой сложной схемы движения сред, если выполняется условие

, (92)

то температурный напор рассчитывается по соотношению

, (93)

где , - средние температурные напоры.

Температурные напоры рассчитываются по конечным температурам сред для всей поверхности при движении сред относительно друг друга по прямотоку и противотоку.

=

=88°С; (94)

=88°С. (95)



Температурный напор равен

=88°С. (96)

Скорость газов, скорость воздуха, средние температуры газов и воздуха

; (97)

; (98)

= =205°С; (99)

=115°С; (100)

=8,77 м/с; (101)

=7,14 м/с. (102)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде (воздуху).

, (103)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией, который определяется по рисунку П5.

Для =40 мм и =7,14 м/с,

=70 Вт/(м²К);

- поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов (=1);

Относительные продольный и поперечный шаги труб

, . (104)

При

, , (105)

поправки равны:

- поправка на компоновку пучка, (=1,05);

- поправка на влияние физических параметров среды ().

Вт/(м²К). (106)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности

, (107)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяется по рисунку П6.

Для =40 мм и =8,77 м/с, получается =28 Вт/(м²К);

- поправка на влияние физических параметров среды (=1,15);

- поправка на влияние физических параметров среды принимается (=1);

Вт/(м²К). (108)

Коэффициент теплопередачи излучением продуктов сгорания.

Для воздухоподогревателя первой ступени принимается

=0, (109)

поскольку средняя температура газов меньше 300°С (п. 7-34 [1]).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке.

; (110)

32,2 Вт/(м²К). (111)

Коэффициент теплопередачи

, (112)

где - коэффициент эффективности использования поверхности воздухоподогревателя. Определяется по таблице П3 (=0,9);

20,15 Вт/(м²К). (113)

Тепло, воспринятое воздухоподогревателем I ступени по условию теплопередачи

; (114)

=872 кДж/кг. (115)

Проверка правильности выполненного расчета осуществляется по соотношению

; (116)



. (117)

Расчет окончен.

3.4 Расчет водяного экономайзера I ступени

Исходные данные:

- поверхность нагрева - =940м²;

- продольный и поперечный шаги - =105 мм; =75 мм;

- наружный диаметр труб - =38 мм;

- проходное сечение для продуктов сгорания - =17 м²;

- шахматное расположение труб;

- температура питательной воды = =187°С;

- энтальпия питательной воды =798,88 кДж/кг;

- давление питательной воды = 11,5 МПа;

- величина непрерывной продувки =3%;

- температура дымовых газов на выходе из водяного экономайзера ==236°С;

- энтальпия дымовых газов =2136 кДж/кг;

- расход продувочной воды = 1,917 кг/с (стр. 11 [3]).

Температурой питательной воды () на выходе из водяного экономайзера I ступени задаёмся равной 224°С. Энтальпия воды =962,45 кДж/кг (таблица XXIII [1]).

Количество теплоты, воспринятое водой в водяном экономайзере

; (118)

=662 кДж/кг. (119)

Теплота, отданная газами воде

, (120)

где - энтальпия, определяемая по температуре присасываемого воздуха.

Для =30^°С по таблице 2 находится =201,6 кДж/кг.

На рисунке 4 приведена схема водяного экономайзера I ступени.

Рис. 4 Расчетная схема водяного экономайзера первой ступени

Из равенства уравнений (118) и (120) рассчитывается энтальпия продуктов сгорания

кДж/кг. (121)

По энтальпии продуктов сгорания по таблице 2 находится температуру продуктов сгорания на входе в водяной экономайзер, (= 430°С).

Водяной экономайзер представляет собой теплообменник, выполненный по противоточной схеме движения греющей и обогреваемой сред.

Для нахождения температурного напора определяется разность температур сред на концах поверхностей нагрева

=430-224=206°С; (122)

=236-187= 49^°С. (123)

При таком условии температурный напор в водяном экономайзере I ступени рассчитывается по формуле

; (124)

=109°С. (125)

Средняя температура стенки трубы водяного экономайзера

+ 25 = (224 + 187)/2 + 25 = 243,5°С. (126)

Коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания

, (127)

где - коэффициент теплоотдачи. Определяется по рисунку П5, получается =38 Вт/(м²К);

- степень черноты газового потока, который определяется по суммарной оптической толщине продуктов сгорания (рисунок П7).

Эффективная толщина излучающего слоя.

Для = 38 мм, = 105 мм и = 75 мм получается

; (128)

0,2 м, (130)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п. 7-36 [1]);

0,2490,10,2=0,005 (131)

По рисунку П2 =47 1/(м МПа)^-1.

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

; (132)

0,234. (133)

Коэффициент теплового излучения газовой среды определяется по рисунку П7.

=0,22. (134)

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

Вт/м²К. (135)

Скорость газов в водяном экономайзере

; (136)

; (137)

= 328,5°С; (138)

=7,66 м/с. (139)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности

, (140)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией. Определяется по рисунку П6.

Для =38 мм и =7,66 м/с, получается

=78 Вт/(м²К); (141)

Относительные продольные и поперечные шаги труб

, . (142)

При

, , (143)

получаем:

- поправка на влияние физических параметров среды, (=1);

- поправка на число поперечных рядов по ходу газов (=1);

- поправка на компоновку пучка (=99).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

Вт/(м²К). (144)

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

, (145)

=1 по пункту 7-08 [1].

77,22+8,36=85,58 Вт/(м²К). (146)

Коэффициент теплопередачи через стенку

; (147)

- определяем по таблице П2 (=0,65);

= Вт/(м²К). (148)

Тепло, воспринятое воздухоподогревателем I ступени по условию теплопередачи

; (149)

=653,5 кДж/кг. (150)

Проверка правильности выполненного расчета осуществляется по соотношению

; (151)



. (152)

Расчет окончен.

3.5 Расчет воздухоподогревателя II ступени

Для второй ступени воздухоподогревателя проводится конструктивный расчёт.

Исходные данные:

- поверхность нагрева - =6060 м²;

- продольный и поперечный шаги - =80 мм; =52,5 мм;

- наружный диаметр труб - =51 мм;

- проходное сечение для продуктов сгорания - =9,3м²;

- проходное сечение для воздуха - f_в=11,2 м²;

- шахматное расположение труб;

- температура воздуха перед воздухоподогревателем =180°С;

- энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель

=1229 кДж/кг;

- температура дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя =430°С;

- энтальпия при этой температуре (3848 кДж/кг);

- температура горячего воздуха за воздухоподогревателем II ступени =400°С;

- энтальпия (= 2430 кДж/кг).

Теплота, воспринятая воздухом в воздухоподогревателе II ступени

, (153)

где - отношение количества воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому, рассчитывается по соотношению

; (154)

=1450 кДж/кг. (155)

Теплота, отданная газами

, (156)

где - энтальпия присасываемого воздуха. Определяется по таблице 2 по температуре присасываемого воздуха (=1636 кДж/кг).

; (157)

260°С. (158)

Из равенства уравнений (3.212) и (3.215) определяется энтальпия продуктов сгорания

кДж/кг. (159)



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рисунке 5 приведена схема воздухоподогревателя второй ступени.

По энтальпии продуктов сгорания по таблице 2 находится температура газов на входе в воздухоподогреватель (=553°С).

Температурный напор в воздухоподогревателе II ступени.

Для любой сложной схемы движения сред, если выполняется условие

> 0,92, (160)

то температурный напор рассчитывается по соотношению

, (161)

где и - средние температурные напоры, рассчитанные по конечным температурам сред для всей поверхности при движении по прямотоку и противотоку.

Определяем средние температурные напоры

==231,5^°С; (162)

==231,5°С; (163)

Отношение к

==1 > 0,92.

Температурный напор

(164)

Скорость газов, скорость воздуха и относительные поперечные и продольные и шаги

=

=17,81 м/с; (165)

=

=10,48 м/с; (166)

=491,5°С; (167)

=260°С; (168)

, ; (169)

, . (170)

Температура стенки поверхности воздухоподогревателя определяется как полусумма средних температур газов и воздуха (п. 8-54 [1])

= 375,75°С. (171)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде

, (172)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией. Определяется по рисунку П5.

Для =51 мм, =10,48 м/с, получается =79 Вт/(м²К);

- поправка на число поперечных рядов (C_l =1);

- поправка на влияние физических параметров среды (=0,94);

Вт/(м²К). (173)



Коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания

, (174)

где - коэффициент теплоотдачи. Определяется по рисунку П5, получается =57 Вт/(м²К);

- коэффициент излучения газов. Определяется по рисунку П7.

Вт/(м²К). (175)

Эффективная толщина излучающего слоя

; (176)

0,05 м. (177)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю п. 7-36 [1];

- находим произведение

0,2540,10,05=0,0012. (178)

По рисунку П2 k_Г = 42 (м МПа)^-1.

Суммарная оптическая толщина слоя продуктов сгорания

; (179)



0,0533 (180)

Коэффициент теплового излучения газовой среды определяется по рисунку П7.

=0,081. (181)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности

, (182)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией. Определяется по рисунку П6.

Для =51 мм и =17,81 м/с

=46 Вт/(м²К); (183)

- поправка на влияние физических параметров среды (=1,03);

- поправка на число поперечных рядов (C_l = 1).

Вт/(м²К). (184)

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

; (185)

47,38+4,617=52 Вт/(м²К). (186)

Коэффициент теплопередачи

, (187)

где - коэффициент использования поверхности воздухоподогревателя. Определяется по таблице П3 (=0,9).

27,5 Вт/(м²К). (188)

Тепло, воспринятое воздухоподогревателем II ступени по условию теплопередачи

; (189)

=2786 кДж/кг. (190)

Проверка правильности выполненного расчета осуществляется по соотношению

; (191)

(192)

Для обеспечения заданной температуры воздуха за воздухоподогревателем необходимо произвести конструктивный расчет. Из формулы (3.251) выражаем

; (193)

=2320 м². (194)

Расчёт воздухоподогревателя II ступени закончен.



3.6 Расчет водяного экономайзера II ступени

Для второй ступени водяного экономайзера проводится конструктивный расчёт. При конструктивном расчёте по уравнению теплового баланса определяется температура воды на выходе из водяного экономайзера, а затем рассчитывается поверхность водяного экономайзера.

Исходные данные:

- поперечные и продольные шаги - =105 мм; =75 мм;

- наружный диаметр труб - =38 мм;

- проходное сечение для прохода газов - f_Г =17,9 м²;

- шахматное расположение труб;

- температура воды на входе в экономайзер II ступени =224°С; - энтальпия питательной воды =962,45 кДж/кг;

- температура дымовых газов на выходе из водяного экономайзера II ступени ==553°С;

- энтальпия 5035 кДж/кг;

- температура дымовых газов на входе в водяной экономайзер II ступени ==794°С;

- энтальпия дымовых газов 7277 кДж/кг.

Теплота, воспринятая водой в водяном экономайзере

. (195)



Теплота, отданная газами

=

=0,99•(7277-5035 + 0,02•201,6)=2223,5 кДж/кг. (196)

Из равенства уравнений (194) и (195) определяется энтальпия воды на выходе из экономайзера

= 1167,7 кДж/кг. (197)

По энтальпии определяется температура воды на выходе из экономайзера. По таблице XXIV [1], =268°С.

Температурный напор в водяном экономайзере II ступени

; (198)

=553-224= 329°С (199)

=794-268=526°С; (200)

=420°С. (201)

Средняя температура воды

= (224 + 268)/2 = 246°С. (202)



Средняя температура стенки поверхности (п. 7-39 [1])

= 246 + 60 =306°С. (203)

На рисунке 3.6 приведена схема водяного экономайзера второй ступени.

Коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания излучением определяется по средней температуре стенки поверхности трубы

, (204)

где = 0,141 - коэффициент излучения газов;

= 68 Вт/(м² К) - определяется по средней температуре газов (рис. П5)



; (3.267)

=673,5°С. (205)

Коэффициент теплоотдачи излучением

Вт/(м²К). (206)

Эффективная толщина излучающего слоя

(207)

0,20 м. (208)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю п. 7-36 [1];

- находим произведение

0,2580,10,20=0,00516. (209)

По рисунку П2 определяется коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания, k_Г =20 (м МПа)^-1.

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

; (210)



. (211)

Коэффициент теплового излучения газовой среды определяется по рисунку П7.

=0,12. (212)

Скорость газов и относительные продольные и поперечные шаги

; (213)

=11,45 м/с; (214)

(215)

. (216)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности

, (217)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией. Определяется по рисунку П5.

Для =38 мм и =11,45 м/с

=98 Вт/(м²К);

- поправка на влияние физических параметров среды (=0,98);

- поправка на число поперечных рядов принимается (=1);

- поправка на компоновку пучка принимается (=1).

Вт/(м²К). (218)

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

; (219)

96+9,59=105,6 Вт/(м²К). (220)

Коэффициент теплопередачи через стенку

, (221)

где - определяется по таблице П3,

= 0,68; (222)

72 Вт/(м²К). (223)

Тепло, воспринятое воздухоподогревателем II ступени по условию теплопередачи

. (224)

Полагаем, что

. (225)

Из (3.287) находится величина поверхности нагрева II ступени экономайзера

=750 м². (226)

Расчёт второй ступени воздухоподогревателя считается законченным.

Результаты теплового расчёта котла сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Сводная таблица расчётных данных по конвективным поверхностям котла

Поверхности
Фестон	1200	11148,4	1095	10179,2	850	102	959	959
Паропер I ст.	1095	10179,2	900	8276,3	585	59,9	2185	2132
Паропер II ст.	900	8276,3	794	7277	505	70,37	4323	4323
Водяной эк. II ст.	794	7277	553	5035	420	72	2223,5	2223,5
Воздух. п. II ст.	553	5035	430	3848	231	27,5	1450	1450
Водяной эк. I ст.	430	3848	236	2136	97,6	65	662	653,5
Воздух. п. I ст.	236	2136	150	1150	90	20	878	878

Тепловосприятие в топке = 6562 кДж/кг.

Располагаемое тепло 1 кг сжигаемого топлива -18600 кДж/кг.

Коэффициент полезного действия котла - 90,19%.

Перечисленные выше данные для фестона взяты из расчёта топки котла.

3.7 Расчет невязки теплового баланса котла

Расчёт невязки теплового баланса котла осуществляется по соотношению:

. (227)

В уравнение (227) подставляются тепловосприятия поверхностей нагрева, определённые по уравнениям теплового баланса.

Величина невязки не должна превышать 0,5% от [1]

(228)

Невязка теплового баланса котла определяется по соотношению

< 0,5%; (229)

(230)

Невязка баланса является допустимой.

Тепловой расчёт котельного агрегата считается законченным.



Заключение

В ходе расчета курсовой работы по дисциплине «Котловые установки» были подсчитаны: 1-я ступень пароперегревателя; 2-я ступень пароперегревателя; воздухоподогреватель 1-ой ступени; водяной экономайзер 1-ой ступени; воздухоподогреватель 2-ой ступени; водяной экономайзер 2-ой ступени.

Тепловой расчёт котла заканчивается расчётом невязки баланса, которая не должна превышать 0,5%. В результате теплового расчета определены температуры продуктов сгорания за каждой конвективной поверхностью нагрева, уточнены величины поверхностей нагрева, обеспечивающие достижение принятых температур горячего воздуха, перегретого пара при сжигании заданного вида топлива.

Список литературы

1. Тепловой расчёт котельных агрегатов (Нормативный метод)/ Издание третье, переработанное и дополненное. Издательство НПО ЦКТИ, СПб, 1998. - 257 с.

2. Салов А.Г. Компоновка и тепловой расчет поверхностей нагрева барабанного котла ТП-230. Самара, Сам. гос. тех. ун-т, 2012. - 72 с.

3. Кудинов А.А., Зиганшина С.К. Поверочный тепловой расчёт топки парового котла: практикум, - Самара, Самар. гос. тех. ун-т, 2009. - 36 с.

4. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 592 с.

5. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

6. Резников М.И., Липов Ю.М. Котельные установки электростанций. - М.: Энергоиздат, 1987. - 288 с.

Размещено на Allbest.ru

...