Курсовой проект выполнен на 55 страниц, включает в себя: 9 глав, 9 таблиц, 1 рисунок, 1 график, 8 приложений, 8 литературных источников.

Целью работы является поверка котельного агрегата ТГМП-1202.

This semester project consists of 55 pages with 9 chapters, 9 tables, 1 picture, 1 graph, 8 supplements and 8 literature sources.

The main objective of my project is escrow of boiler unit TGMP-1202.

Список использующихся сокращений

Развитие цивилизации невозможно представить без тепловых электростанций. Тепловые электростанции (ТЭС) - это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке (1882 год), а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России в Санкт-Петербурге. С момента своего появления именно ТЭС получили наибольшее распространение, учитывая все увеличивающуюся энергетическую потребность наступившего техногенного века. Вплоть до середины 70-х годов 20-ого века, именно эксплуатация ТЭС являлась доминирующим способом получения электроэнергии.

Выработка электричества в ТЭС происходит в следствие множества этапов. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания - паровом котле, при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.

Система пар-вода замкнута. Пар, после прохождения через турбину, конденсируется и вновь превращается в воду, которая дополнительно проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой котел.

Существует несколько типов тепловых электростанций. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие помимо электрической ещё и тепловую энергию. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС). В настоящее время, среди ТЭС больше всего тепловых паротурбинных электростанций. В электростанциях такого типа, тепловая энергия сжигаемого топлива используется в парогенераторе, где достигается очень высокое давление водяного пара, приводящего в движение ротор турбины и, соответственно, генератор. В качестве топлива, на таких теплоэлектростанциях используется мазут или дизель, а также природный газ, уголь, торф, сланцы, иными словами все виды топлива. КПД ТПЭС составляет около 40 %, а их мощность может достигать 3-6 ГВт.

Основные компонентами ТЭС являются: котельная установка, паровая турбина и электрогенератор.

Котельная установка -- комплекс устройств для получения водяного пара под давлением. Она состоит из топки, в которой сжигается органическое топливо, топочного пространства, по которому продукты горения проходят в дымовую трубу, и парового котла, в котором кипит вода.Часть котла, которая во время нагрева соприкасающаяся с пламенем, называется поверхностью нагрева. По выходному продукту или теплоносителю разделяют котлы на водогрейные и паровые. По виду используемого топлива котлы делятся на твердотопливные, жидкотопливные, газовые, электрические, комбинированные. котельный агрегат пароперегреватель регенеративный

Паровые котлы предназначены для производства пара и по своему назначению делятся на:

- энергетические котлы, вырабатывающие пар, используемый в паровых турбинах для выработки электрической энергии. Подобные котлы используются на ТЭС и ТЭЦ в связке с турбогенераторами.

- промышленные котлы -- вырабатывают пар для технологических нужд. Паровые котлы часто применяются в деревообрабатывающей отрасли для сохранения необходимой влажности в камерах, где проходит сушка ценных пород дерева, в медицине для стерилизации инструментов и спецодежды, в сельском хозяйстве при изготовлении комбикормов и т.д.

Промышленные котлы вырабатывают насыщенный пар, а энергетические перегретый. Пример паровых котлов: котлы серии ТГМ, ТГМП, ТП, Е.

Цель данного курсового проекта является поверочный расчет котельного агрегатаТГМП-1202. Для этого необходимо решить следующий ряд задач:

· Рассчитать материальный баланс выбранного котла;

· Выполнить тепловой расчет основных поверхностей котла;

· Провести аэродинамический расчет газового и воздушного трактов котельной установки;

· Подобрать соответствующее оборудование на основе аэродинамического и теплового расчетов (дымосос и дутьевой вентилятор).

1. Описание котельной установки

5.3 Расчет конвективного пароперегревателя

Пароперегреватели котельных агрегатов средней и большой мощности и высоких параметров имеют несколько ступеней с приращением энтальпии в каждой на 250 - 420 кДж/кг и перемешиванием пара за каждой ступенью. Для регулирования температуры перегрева пароперегреватели оснащаются пароохладителями, как правило впрыскивающего типа. Наличие пароохладителя отражается на величине поверхности нагрева пароперегревателя: чем больше принята величина впрыска, тем больше будет его поверхность нагрева.

Количество тепла, воспринятого в КПП, кДж/кг:

Где - переизлучение теплоты из топки, кДж/кг, принимаем, что вся энергия излучения топочного объема, прошедшая ширмы, поглащается в КПП.

Тогда;

- энтальпии пара на выходе и входе из КПП, кДж/кг.

-является функцией заданных параметров перегретого пара (давления и температуры), кДж/кг;

- расход перегретого пара, кг/с (указан в задании на курсовой проект).

Для первой ступени КПП:

Для второй ступени КПП:

По найденной величине определяют энтальпию газа на выходе из КПП, кДж/кг:

где - энтальпия газов на входе в КПП, кДж/кг;

- коэффициент сохранения тепла;

- величина присосов вохдуха в ПП;

- энтальпия присосанного холодного воздуха, кДж/кг.

Определим число труб пароперегревателя в одной ступени по ширине газохода:

Где - ширина газохода (ширина котла), м;

Длина одного змеевика первого пакета КПП:

Длина одного змеевика второго пакета КПП:

Действительное число рядов труб по ходу газов расчитывают по средней высоте змеевиков пароперегревателя:

Ширина первого пакета по ходу движения газов, м:

Ширина второго пакета по ходу движения газов:

5.4 Поверочный расчет пароперегревателя

Узнав выше необходимые параметры для расчета ПП, мы можем выполнить его поверочный расчет. Задачей поверочного расчета является определение температуры газов за пароперегревателем при заданных конструкциях размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед пароперегревателем, т.е. на выходе из топки.

Расчет проводится при известной температуре пара на выходе из пароперегревателя равной =545 и заданной температуре пара на входе = 290 .

Принимаем 2 температуры газов на выходе из ПП:

=1000.

= 900.

1)Тепло, отданное газами рассчитываемой поверхности , кДж/кг:

2) Средняя температура продуктов сгорания в газоходе,:

3) Температурный напор,:

4) Расчетная скорость дымовых газов, м/с:

- площадь живого сечения для проходов газа и воздуха, м².

5) Средняя скорость пара в конвективном пароперегревателе,

где средний удельный объем пара;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омываниикоридорных плавниковых пучков, Вт/(К):

6) Степень черноты потока газа :

здесь суммарная оптическая толщина для продуктов сгорания.

Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока:

Коэффициент поглощения лучей газовойфазой продуктов сгорания:

Так как наддув меньше 0,15 Мпа (6 кПа), принимаем давления равное 0,1 Мпа.

7)Коэффициент теплоотдачи излучением для незапыленного потока (продукты сгорания газообразных и жидких топлив), Вт/(К):

где _н - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме

степень черноты потока газа при температуре на выходе;

Коэффициент теплоотдачиот газов к стенке трубы, Вт/(К):

196,8 Вт/(К);

Вт/(К);

8) Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару(находим по номограмме):

.

9)Коэффициент теплопередачи, Вт/(К):

10)Тепловоспринятое поверхностью конвекцией и межтрубным излучением:

Строим график Q(t) и по пересечению графиков определяем температуру газов за пароперегревателем:

Температура продуктов сгорания на выходе:= 958,5 ⁰С;

Энтальпия газов на выходе из ПП составит: кДж/кг.

6. Расчет регенеративного воздухоподогревателя

Определим тепловосприятие регенеративного воздухоподогревателя:

- энтальпии теоритического объема горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя и холодного воздуха на входе в воздухоподогреватель, кДж/кг, определяется по таблице 4.4 по значениям расчетных температур горячего воздуха = 339и холодного воздуха по колонке при ;

- отношение количества горячего воздуха к теоритически необходимому

- коэффициент избытка горячего воздуха, вводимого через горелки,

;

- средние значения присосов воздуха в замкнутых системах пылеприготовления, работающих под разряжением, ;

Для газоплотного котла = 0;

- присосы воздуха в ВП.

По уравнению теплового баланса по газовой стороне рассчитывается энтальпия газов на входе в РВП, кДж/кг:

- тепловосприятие воздухоподогревателя, кДж/кг,

- энтальпия газов за РВП (уходящих газов), кДж/кг;

- количество тепла, вносимого присасываемым воздухом, кДж/кг, определяется при средней температуре подогреваемого воздухапо колонке для

Скорость газов при номинальной нагрузке рекомендуется принимать , а воздуха . Условия омывания теплообменной поверхности в газовом и воздушном потоках одинаковы, поэтому при расчете теплообмена в регенеративном воздухоподогревателе коэффициенты теплоотдачи в обоих потоках оказываются близкими по величине.

Коэффициент теплопередачи в регенеративном воздухоподогревателе k, Вт/(м²К) может быть найден по уравнению:

-коэффициент использования поверхности регенеративного воздухоподогревателя, принимается равным для мазута ;

A - коэффициент определяющий интенсивность теплообмена, А = 10,1 - так как расчет корпуса регенеративного воздухоподогревателя производится без разделения на холодную и горячую часть.

Расчетная поверхность нагрева одного корпуса регенеративного воздухоподогревателя, м², определяется по формуле:

-температурный напор воздухоподогревателя, , принимается равным -среднему температурному напору, определенному для противоточной схемы движения теплоносителя;

-число корпусов, установленных на один паровой котел.

Полный секундный объем газов, м³ проходящий через РВП при средней температуре , составляет:

Расчетное проходное сечение корпуса РВП, м², обеспечивающее пропуск объема газов со скоростью , имеет значение:

Поверхность набивки РВП высотой в 1 м , м², при выбранном диаметре ротора определяется по формуле:

Здесь 0,85 - коэффициент, учитывающий долю объема корпуса РВП, занятого рабочей поверхностью листов теплообменной набивки для диаметров

-расчетное число листов набивки:

-эквивалентный диаметр проходного сечения между листами набивки;

-толщина листа набивки 0,6-0,8 мм - в горячей части и 1,2 - 1,5 мм - в холодной или 0,9 мм - в среднем;

-диаметр ротора, м.

Расчетная высота регенеративного воздухоподогревателя, м:

7. Расчет водяного экономайзера

Расчету теплообмена в экономайзере предшествует конструктивная и компоновочная проработка поверхности: выбор диаметра и шагов труб, расположение змеевиков в газоходе, исходя из заводских чертежей проектируемого котла, определение числа параллельно включенных труб, определение проходных сечений по обеим средам.

Сначала ведется расчет второй ступени, а потом второй, так как она расположена сразу после пароперегревателя по ходу газов в опускном газоходе.

Так как коллектор размещен параллельно фронту котла число труб в ряду:

Где - ширина топки (ширина котла), м;

Трубы выходят из коллектора в 2 ряда, так как применяется шахматный пучок, (z_p = 2).

Определение тепловосприятия экономайзера часто выполняют, как определение замыкающей поверхности, после расчета тепловосприятия всех остальных поверхностей, когда известны энтальпии газов соседних поверхностей (ВПП и КПП). В этом случае тепловосприятие экономайзера определяется по газовой стороне с помощью формулы, кДж/кг:

- энтальпия газов на входе в экономайзер, кДж/кг. При расчете второй ступени экономайзера принимается равной энтальпии газов за КПП; при двухступенчатой компановкена входе в первую ступень экономайзера, которая определяется по таблице при температуре газов=523по колонке для

- энтальпия газов на выходе из экономайзера, определяют ее из расчета энтальпии газов на входе в воздухоподогреватель, при

- величина присосов воздуха в экономайзере (так как он двухступенчатый, значит примет значение на всех ступенях );

- количество тепла, вносимого в экономайзере присасываемым холодным воздухом, кДж/кг.

Для второй ступени водяного экономайзера:

Для первой ступени водяного экономайзера:

.

Определим энтальпию воды на выходе из водяного экономайзера, кДж/кг:

- энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, кДж/кг, определяется через функцию давления питательной воды и температуры питательной воды на входе в экономайзер, для первой ступени: = ) ;

- расход питательной воды на входе в экономайзер котла, кг/с.

Энтальпия питательной воды на выходе из первой ступени экономайзера:

Энтальпия питательной воды на выходе из второй ступени экономайзера:

Температура питательной воды на выходе из экономайзера:

Экономайзер состоит из противоточного участка, поэтому температурный напор вычисляется следующим образом:

Расчетная скорость воды в экономайзере, м/с²:

- количество параллельных труб выходящих из одного коллектора;

- количество сторон (входных коллекторов) подвода воды;

- количество параллельных трубок в одном сечении коллектора;

- удельный объем воды, м³/кг, определяемый давлением питательной воды и средней температурой воды

- внутренний диаметр труб, м.

Скорость дымовых газов, м/с, определяется для межтрубных промежутков (в ряду труб) по размерам газохода экономайзера для установки в конвективной шахте - по ее размерам в свету (:

площадь поперечного сечения для прохода газов, определяется как разность между полной площадью поперечного сечения газохода в свету, проходящему через оси поперечного ряда труб, и частью этой площади, занятой трубами, для поперечноомываемых гладкотрубных пучков;

Размеры поверхности нагрева, обеспечивающей получение необходимого тепловосприятия, определяется по формуле, м²:

Длина каждого змеевика, определяется по наружному диаметру труб , м:

Число рядов по ходу газов (число петель):

Полная высота пакета экономайзера, м:

- продольный шаг труб экономайзера, мм.

8. Составление прямого баланса котла

Завершающим этапом распределения тепловосприятий является проверка правильности распределения с помощью определения расчетной невязки теплового баланса котельного агрегата, кДж/кг:

Тепловосприятие для первой и второй ступени экономайзера:

= 16670,1

9. Аэродинамический расчет котельного агрегата

9.1 Газовый тракт

В газовоздушный тракт котла входит оборудование (тягодутьевые машины, всасывающие и нагнетательные воздухо- и газоходы, запорные и регулирующие органы, элементы собственно котельного агрегата, золо- и шлакоулавливающие и удаляющие устройства, дымовая труба) и соединительные элементы, по которым движется воздух и образующиеся продукты сгорания топлива.

Движение воздуха и продуктов сгорания сопровождается потерями давления, которые зависят от размеров поверхности нагрева, их проходных сечений и скоростей воздуха и газов. Движение воздуха и газов происходит благодаря созданию в газовоздушном тракте перепада давлений на входе и выходе с помощью тягодутьевых машин: вентиляторов и дымососов. Вентиляторы создают напор и их устанавливают в начале тракта. Дымососы располагают в конце тракта, где они создают разряжение.

В паровом котле ТГМП - 1202 транспорт воздуха до топки и продуктов сгорания до выхода в атмосферу обеспечивается специальными высоконапорными дутьевыми вентиляторами без применения дымососов. В таком случае топка и газоходы будут находиться под некоторым избыточным давлением - под наддувом. Весь газовый тракт котла при наддуве находится под избыточным давлением (Рис.1), и чтобы исключить проникновение токсичных газов из газового тракта в котельное отделение, обеспечивается полная газоплотность всех стен газоходов котла.

В газоплотном тракте исключены присосы воздуха. При наддуве напор, который создает высоконапорный дутьевой вентилятор, меньше, чем сумма напоров дутьевого вентилятора и дымососа в уравновешенной тяге, так как с уменьшением объема газов при отсутствии присосов в газовом тракте снижается сопротивление тракта.

Таким образом, цель аэродинамического расчета - выбор тягодутьевых машин на основе их производительности и перепада давлений в газовом и воздушном трактах.

9.1.1 Сопротивление ширмового пароперегревателя

Ширмовые (полурадиционные) пароперегреватели представляют собой по газовой стороне ряд параллельно включенных каналов, стенки которых образованы большим количеством труб малого диаметра. Движение газов может быть направлено как поперек, так и вдоль труб. Из-за большого поперечного шага ширм их коэффициент сопротивления очень мал. Поэтому можно свести расчет аэродинамического сопротивления ШПП к расчету сопротивления продольно - омываемого коридорного пучка труб.

- коэффициент сопротивления трения;

- эквивалентный (гидравлический) диаметр, м ;

- длина труб (принимается равной высоте труб ШПП, м;

- динамическое давление (скоростной напор), Па, определяется по рисунку приложения 3;

9.1.2 Сопротивление конвективного пароперегревателя (сопротивление поперечно-омываемого коридорного пучка труб)

Сопротивление конвективного пароперегревателя считается по формуле:

,

где о - коэффициент сопротивления; h_д - динамическое давление, мм. вод. ст., определяем по рисунку Приложения 3 ( вод. ст.).

Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка определяется из выражения:

где - количество рядов труб по глубине пучка; - коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка.

Коэффициент сопротивления зависит от отношения:

где - шаг труб по ширине пучка, мм;

- шаг труб по глубине пучка, мм;

d_н - наружный диаметр труб, мм, а так же от числа Re.

Так как и , величина будет определяться по формуле:

где величины определяются по рисунку Приложения 4:

.

Следовательно,

Для первой ступени КПП:

9.1.3 Сопротивление регенеративного воздухоподогревателя

Сопротивление регенеративных воздухоподогревателей, Па, можно подсчитать по общей формуле:

где k - поправочный коэффициент, учитывающий сопротивление входа в канал набивки и выхода из них, а так же изменение скорости в крышке воздухоподогревателя, k=1,1;

л - коэффициент сопротивления трения в канале, л = 0,2; l - величина набивки воздухоподогревателя, l = 76 мм; d_э - эквивалентный диаметр, (d_э = 9,7мм); h_д - динамический напор, h_д = 3,8 мм рт.ст. = 38 Па, значение которого определяется по скорости щ_г, м/с, и средней температуре газов , °С в регенеративном воздухоподогревателе.

9.1.4 Расчет сопротивления дымовой трубы

Определим объем уходящих газов, м³/ м³:

- теоретический объем продуктов сгорания, м³/ м³;

- теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания топлива;

- коэффициент избытка воздуха для уходящих газов.

Поперечное сечение устья дымовой трубы:

- скорость движения дымовых газов на выходе из дымовой трубы, м/с. Принимается из диапазона 15-20 м/с.

- количество котлов на одну дымовую трубу, примем n = 2.

Внутренний диаметр дымовой трубы на выходе, м:

По общепринятым стандартам выбираем наиболее близкое значение устья дымовой трубы Пусть котельная проектируется для городского района, в котором в радиусе 200 м котельной имеются здания высотой более 15 м, поэтому учитывая большую тепловую нагрузку, выбираем дымовую трубу выполненную из кирпича, высотой более 45 м. Высота дымовой трубы для выбранного диаметра дымовой трубы лежит в диапазоне: 150 - 300 м. Примем Н = 150 м.

Плотность дымовых газов при 0 и 760 мм рт. ст., кг:

Сопротивление трения на участке трубы определяется по соотношению, предполагая, что труба имеет постоянный уклон:

где л - коэффициент сопротивления трения, для кирпичных труб с учетом кольцевых выступов футеровки примем равным 0,05;

i = 0,02 - величина среднего уклона дымовой трубы.

Потери давления с выходной скоростью определяем следующим образом, Па:

- коэффициент местного сопротивления выхода, примем равным 1;

Определим самотягу дымовой трубы:

- абсолютное среднее давление на участке, принимается равным 1 Па;

- высота дымовой трубы, м.

Перепад полных давлений по газовому тракту, Па:

- разряжение давления на выходе из топки, Па. Принимается равным 50 Па.;

- суммарное сопротивление газового тракта, Па.

- сопротивление конвективных поверхностей, Па;

- сопротивление газоходов;

Полные потери напора:

Котел работающий под наддувом не использует дымососы, поэтому в данном курсовом проекте дымосос не рассчитывается. А дутьевой вентилятор выбирается из суммарных сопротивлений газового и воздушного трактов.

9.2 Воздушный тракт

Определяем площади поперечного сечения воздуховода, м², для двух характерных значений скоростей движения воздуха 8 и 12 м/с по формуле:

- средняя максимальная температура воздуха наиболее теплого месяца, , примем равной 30 ;

- необходимое количество воздуха, подаваемого на горение, м³/ м³

- скорость движения воздуха м/с.

- площадь поперечного сечения воздуховода.

Определяем действительную скорость движения воздуха, м/с, в воздуховодах:

Рассчитываем потери напора в воздуховоде на трение, Па, по формуле:

где л - коэффициент сопротивления трения (для металлических каналов равен 0,02; для кирпичных или бетонных каналов при d_экв0,9 м - л = 0,03, а при d_э...