Поверочный расчет котельного агрегата ПК-14

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Котел ПК-14 имеет технические характеристики: Р = 9,8 МПа,t = 510С. В зависимости от вида используемого топлива изменяются поверхности нагрева конвективного пароперегревателя, второй ступени экономайзера и воздухоподогревателя.

Пароперегреватель котла состоит из поверхности нагрева, расположенной на потолке топки и конвективной опускной шахты, ширмового пакета, размещенного за фестоном, и конвективного пакета, устанавливаемого за ширмовым пакетом. Регулирование температуры пара осуществляется впрыском конденсата в трубопровод, соединяющий ширмовой и конвективные пакеты пароперегревателя. Экономайзер и воздухоподогреватель двухступенчатые. Экономайзер выполнен из змеевиков горизонтальных труб диаметром 38 4,5. Конвективная шахта, начиная со второй ступени воздухоподогревателя, разделена по глубине шахты на две половины для лучшей организации теплообмена в воздухоподогревателе и облегчения блочного изготовления. Топка имеет натрубную обмуровку. Котел скомпонован по П-образной схеме. Топка образует подъемную шахту, пароперегреватель расположен в горизонтальном газоводе, а конвективные поверхности нагрева в опускной шахте.



1. Топливо

Тип котла: ПК-14

Вид топлива: природный газ №30 (газопровод Средняя Азия-Центр)

Расчетная характеристика топлива:

Химический состав и технические характеристики топлива:

CH₄ = 93,8%

где CH₄ - содержание метана в заданном виде топлива.

C₂H₆ = 3,6%

где C₂H₆ - содержание этана в заданном виде топлива.

C₃H₈ = 0,7%

где C₃H₈ - содержание пропана в заданном виде топлива.

C₄H₁₀ = 0,2%

где C₄H₁₀ - содержание бутана в заданном виде топлива.

C₅H₁₂ = 0,4%

где C₅H₁₂ - содержание пентана в заданном виде топлива.

N₂ = 0,7%

где N₂ - содержание азота в заданном виде топлива.

CO₂ = 0,6%

где CO₂ - содержание диоксида углерода в заданном виде топлива.

Низшая теплота сгорания:

Q = 8970 ккал/м³ = 8970 4,19 = 37584,3 кДж/м³



2. Объемы и теплосодержание воздуха и продуктов сгорания топлива

Рисунок 2.1 - Избытки воздуха и присосы по газоходам

Коэффициент избытка воздуха за газоходами определяется нарастающим итогом, путем суммирования избытка воздуха за предшествующим газоходом с присосом очередного по ходу газов:

(2.1)

и т.д.

Средний избыток воздуха в газоходе определяется по формуле:

, (2.2)

где б - избыток воздуха перед газоходом, равный избытку воздуха за предыдущим газоходом:

и т.д. (2.3)

Таблица 2.1

Избыток воздуха и присосы по газоходам

Наименование газохода	Избыток воздуха за газоходом	Присос воздуха в газоходе	Ср. избытоквоздуха вгазоходе
Топка и фестон Пароперегрев. Водян. эк-р 2 Воздухопод. 2 Водян. эк-р 1 Воздухопод. 1	= 1,1 13 15 18 2 23 = ух	= 0,05	075 115 14 165 19 215

Таблица 2.2

Объем и вес дымовых газов, объемные доли трехатомных газов и водяных паров

Наименование величин	Размер-ность		Vо= 9,89 м3/м3 VRO2= 1,065 м3/м3 VоN2= 7,820 м3/м3VоН2О= 2,205 м3/м3
			Топка и фестон	Паро/п	Эконом 2 ст.	Воздух 2 ст.	Эконом 1 ст.	Воздухоп. 1 ст.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Коэф. избытка воздуха загазоходом	_		1,1	1,13	1,15	1,18	1,2	1,23
Коэф. избытка воздуха средний для газохода	_		1,075	1,115	1,14	1,165	1,19	1,215
VН2О =V0Н2О+0,016(б-1) VО		за	2,221
		сред		2,223	2,227	2,231	2,235	2,239
Vг =VRO2+ +VON2+VH2O+(б-1)VO		за	12,095
		сред		12,245	12,497	12,748	12,999	13,250
НRO2=		За	0,088
		сред		0,086	0,085	0,083	0,081	0,080
Н =VH2O/Vг	_	за	0,184
		сред		0,181	0,178	0,175	0,172	0,169
Н=Н +Н	_	за	0,272
		сред		0,267	0,263	0,258	0,253	0,249
G=ссг.тл +1,306бV0	кг	За	14,980
	кг	сред		15,174	15,497	15,819	16,142	16,465
Удельный весдымовых газов гГ=	средний		1,238	1,239	1,240	1,241	1,242	1,243

Где объёмы и вес воздуха и продуктов сгорания при сжигании топлива определяется по следующим формулам:

Теоретическое количество воздуха:

V⁰ = 0,0476 [ У (m+n/4) C_mH_n] м³/м³; (2.4)

V⁰ = 0,0476 [(1+4/4)*93,8+(2+6/4)*3,6+(3+8/4)*0,7+

+(4+10/4)*0,2+(5+12/4)*0,4] = 9,89 м³/м³;

Объем трехатомных газов:

V_RO2 = 0,01[ СО₂ + У C_mH_n] м³/м³; (2.5)

V_RO2 = 0,01[ 0,6+ (1*93,8) + (2*3,6) + (3*0,7) + (4*0,2) + (5*0,4) ] = 1,065

м³/м³;

Теоретический объем водяных паров:

V⁰_H2O = 0,01[Уn/2 C_mH_n] + 0,0161V⁰ м³/м³; (2.6)

V⁰_H2O = 0,01[4/2*93,8 + 6/2*3,6 + 8/2*0,7 + 10/2*0,2 + 12/2*0,4] +

+ 0,0161*9,89 = 2,205 м³/м³;

Теоретический объем азота:



V⁰_N2 = 0,79V⁰ + N₂/100 м³/м³; (2.7)

V⁰_N2 = 0,79*9,89 + 0,7/100 = 7,820 м³/м³;

с^с_гтл = 0,01[1,96СО₂ + 1,25N₂ + ?(0,536m + 0,045n) C_mH_n]

с^с_гтл = 0,01[1,96*0,6 + 1,25*0,7 + (0,536*1 + 0,045*4)*93,8 + (0,536*2 +

0,045*6)*3,6 + + (0,536*3 + 0,045*8)*0,7 + (0,536*4 + 0,045*10)*0,2 +

(0,536*5 + 0,045*12)*0,4] =

= 0,01[1,176 + 0,875 + 67,1608 + 4,8312 + 1,3776 + 1,8068] = 0,772 кг/м³;

G_г = с^с_гтл + 1,306 + бV⁰ кг/м³;

G_г = 0,772 + 1,306*1,1*9,89 = 14,980 кг/м³;

G_г = 0,772 + 1,306*1,115*9,89 = 15,174 кг/м³;

G_г = 0,772 + 1,306*1,14*9,89 = 15,497 кг/м³;

G_г = 0,772 + 1,306*1,165*9,89 = 15,819 кг/м³;

G_г = 0,772 + 1,306*1,19*9,89 = 16,142 кг/м³;

G_г = 0,772 + 1,306*1,215*9,89 = 16,465 кг/м³;

Энтальпия дымовых газов:

V_H2O = V⁰_H2O + 0,016(1,1 - 1)v⁰ кг.

V_H2O = 2,205 + 0,016(1,1-1)*9,89 = 2,221 кг.

V_H2O = 2,205 + 0,016(1,115-1)*9,89 = 2,223 кг.

V_H2O = 2,205 + 0,016(1,14-1)*9,89 = 2,227 кг.

V_H2O = 2,205 + 0,016(1,165-1)*9,89 = 2,231 кг.

V_H2O = 2,205 + 0,016(1,19-1)*9,89 = 2,235 кг.

V_H2O = 2,205 + 0,016(1,215-1)*9,89 = 2,239 кг.

V_г = V_RO2 + V⁰_N2 + V⁰_H2O + (б - 1)V⁰ кг.

V_г = 1,065 + 7,820 + 2,221 + (1,1 - 1)*9,89 = 12,095 кг.

V_г = 1,065 + 7,820 + 2,223 + (1,115 - 1)*9,89 = 12,245 кг.

V_г = 1,065 + 7,820 + 2,227 + (1,14 - 1)*9,89 = 12,497 кг.

V_г = 1,065 + 7,820 + 2,231 + (1,165 - 1)*9,89 = 12,748 кг.

V_г = 1,065 + 7,820 + 2,235 + (1,19 - 1)*9,89 = 12,999 кг.

V_г = 1,065 + 7,820 + 2,239 + (1,215 - 1)*9,89 = 13,250 кг.

_НRO2 =

_НRO2 = 1,065/12,095 = 0,088

_НRO2 = 1,065/12,245 = 0,086

_НRO2 = 1,065/12,497 = 0,085

_НRO2 = 1,065/12,748 = 0,083

_НRO2 = 1,065/12,999 = 0,081

_НRO2 = 1,065/13,250 = 0,080

Н =V_H2O/V_г

Н = 2,221/12,095 = 0,184

Н = 2,223/12,245 = 0,181

Н = 2,227/12,497 = 0,178

Н = 2,231/12,748 = 0,175

Н = 2,235/12,999 = 0,172

Н = 2,239/13,250 = 0,169

r_п = r_RO2 + r_H2O

r_п = 0,088 + 0,184 = 0,272

r_п = 0,086 + 0,181 = 0,267

r_п = 0,085 + 0,178 = 0,263

r_п = 0,083 + 0,175 = 0,258

r_п = 0,081 + 0,172 = 0,253

r_п = 0,080 + 0,169 = 0,249

г_Г=кг/нм³_;

г_Г=14,980/12,095 = 1,238 кг/нм³_;

г_Г=15,174/12,245 = 1,239 кг/нм³_;

г_Г=15,497/12,497 = 1,240 кг/нм³_;

г_Г=15,819/12,748 = 1,241 кг/нм³_;

г_Г=16,142/12,999 = 1,242 кг/нм³_;

г_Г=16,465/13,250 = 1,250 кг/нм³_;

Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2

Таблица 2.3

Энтальпия продуктов сгорания по газоходам кДж/кг

Наименование газохода	Коэффициент избытка воздуха, б	Темп. 0С	Н0г	Н0В	(б-1)Н0В	Нг= Н0г+(б-1)Н0В	?Нг
1. Топка, фестон, вход в пароперегреватель	б"т=бф=б'пе=1,1	2200 2000 1800 1600 1400 1200 1100 1000 900	41283,2 37119,2 32970,8 28893,4 2488505 20919,3 19006,3 17107,4 15207,2	33724,9 30401,86 27078,82 23844,79 20600,87 17406,4 15824 14251,49 12708,65	3372,49 3040,186 2707,882 2384,479 2060,087 1740,64 1582,4 1425,149 1270,865	44655,7 40159,4 35678,7 31277,9 26945,6 22659,9 20588,7 18532,5 16478,1	4496,3 4480,7 4400,8 4332,3 4285,7 2071,2 2056,2 2054,4
2. Выход из пароперегревателя	б"пе=1,13	900 800 700 600 500 400	15207,2 13345,5 11520,4 9747,5 8030,5 6339,1	12708,65 11215,26 9721,87 8228,48 6784,54 5380,16	1652,124 1457,984 1263,843 1069,702 881,990 699,421	16859,3 14803,5 12784,2 10817,2 8912,5 7038,2	2055,8 2019,3 1967 1904,7 1874,3
3. Выход из водяного экономайзера 2-й ступени	б"вэ2=1,15	600 500 400	9747,5 8030,5 6339,1	8228,48 6784,54 5380,16	1234,272 1017,681 807,024	10981,8 9048,2 7146,1	1933,6 1902,1
4. Выход из воздухоподогревателя 2-й ступени	б"взп2=1,18	500 400 300	8030,5 6339,1 4693,8	6784,54 5380,16 3995,56	1221,217 968,429 719,2	9251,7 7307,5 5413	1944,2 1894,5
5. Выход из водяного экономайзера 1-й ступени	б"вэ1=1,2	400 300 200	6339,1 4693,8 3095,9	5380,16 3995,56 2640,63	1076,032 799,112 528,126	7415,1 5492,9 3624,02	1922,2 1868,9
6. Выход из воздухоподогревателя 1-й ступени	б"взп1=бух=1,23	300 200 100	4693,8 3095,9 1531,7	3995,56 2640,63 1315,37	918,979 607,345 302,535	5612,8 3703,2 1834,2	1909,6 1869



3. Расход топлива

Котлоагрегат - ПК-14

Давление острого пара:

Рпп = 9,8 МПа

Температура острого пара:

t_пп = 510⁰С

Температура питательной воды:

t_пв = 145⁰С

Температура уходящих газов:

t_ухг = 123⁰С

Температура горячего воздуха:

t_гв = 305⁰С

Расчётно-располагаемое тепло топлива:

Q^p_p=Q^с_н

Q^с_н= 8970*4,19 = 37584,3 кДж/м³

Производительность котла:

Д = 208 т/ч

б_пр = 2,5%

Определение тепловых потерь котла:

Потери тепла от механического недожога q₄ = q₆ = 0 [1, с.84]

Потери тепла от химического недожога q₃ = 0,5 % [1, с.84]

q = 100

Потери тепла с уходящими газами q₂ определяется по формуле:



Q₂= (3.1)

где - энтальпия холодного воздуха находится по формуле:

= 39,8*V⁰ = 39,8*9,89 = 393,622 кДж/кг (3.2)

Н_ух - энтальпия уходящих газов:

Н_ух = 1869/100*23+1834,2 = 2264,07 кДж/кг (3.3)

Q₂ = (2264,07-1,23*393,6220 = 1779,91 кДж/кг (3.4)

Потери тепла от наружного охлаждения q₅ = 0,58% [1, с.84]

q = (1779,91/8970*4,19)*100 = 4,74%

Коэффициент полезного действия котлоагрегата, брутто:

(q + q₃ + q+ q+ q₆ ) = 100 - (4,74 + 0,5 + 0,58) = 94,18%

(3.5)

Полное количество теплоты, полезно отданное в котле:

Q= Д ( h- h) + Д(h- h) кДж/ч (3.6)

где: Д = 208 т/ч - паропроизводительность.

Д = 5,2 т/ч - расход воды на продувку котла

h - энтальпия перегретого пара, определяемая по давлению и температуре у главной парозапорной задвижки котла [5, с. 45].

h = 11,8/1*0,2+3399,7 = 3402,06 кДж/кг

h- энтальпия питательной воды на входе в котел при t по заданию и давлении на входе в экономайзер [5, с.45].

Р= 1,06*Р_пп = 1,06*9,8 = 10,388 МПа

h = С*t⁰_пв = 4,19*145 = 607,55 кДж/кг

h - энтальпия воды при температуре насыщения, соответствующей давлению в барабане.

h = h' - 2 таблица = 1399,9 кДж/кг

Q = 20810(3402,06-607,55) + 5,210(1399,9-607,55) =

= 585378,310 кДж/ч

Расход топлива подаваемого в топку:

(3.7)

В = *100 = 16537,6 м³/ч



4. Топочная камера

Построение эскиза топки и определение ее геометрических размеров

Рисунок 4.1 - Эскиз боковой стены топки

Пользуясь величинами, входящими в уравнение теплового баланса котельного агрегата, находим полезное тепловыделение в топке по формуле:

кДж/кг (4.1)

Количество тепла, входящего в топку с воздухом, определяется по формуле:

Q_{В =} (б_Т - ?б_Т - ?б_ПЛ)Н⁰_ГВ + ( ?б_Т + ?б_ПЛ ) Н⁰_ХВ (4.2)

где - теплосодержание горячего воздуха, поступающего в топку.

Н⁰_ГВ = (5380,16 - 3995,56)/100*5 + 3995,56 = 4064,79 кДж/кг

Н⁰_ХВ =39,8*V⁰ = 39,8*9,89 = 393,622 кДж/кг

?б_ПЛ = 0 - коэффициент присоса

?б_Т = 0,05 - по таблице 2.1

б_Т = 1,075 - по таблице 2.1

Q^Р_Р = 37584,3 кДж/ кг

= (1,075 - 0,05 - 0)*4064,79 + (0,05 + 0)*393,6 = 4186,01

37584,3*(100-0,5-0-0/100) + 4186,01 = 41582,4

Находим геометрические размеры топки:

Толщина излучающего слоя вычисляется по формуле:

S=3,6 , м (4.3)

где - активный объем топочной камеры.

b = 9,9 м - ширина топки.

а = 7,715м; а₁ = 1,25м;

l₁ = 5,75 м; l₂ = 7,65 м;

h₁ = 12,5 м; h₂ = 4,5 м; h₃ =5 м;

- площадь боковой стены топочной камеры, м². Для нахождения площади боковой стены разбиваем эскиз топки на простые геометрические фигуры (треугольник, прямоугольник, трапецию) и находим их площадь.



= F_тр + F_прям + F_трап, м²

F_трап = (7,715*1,25/2)4,5 =20,171 м²

F_прям = 7,715*12,5 = 96,437 м²

F_тр = 7,715*5/2 = 19,287 м²

= 20,171 + 96,437 + 19,287 = 135,895 м²

F_СТ - общая площадь стенки .

F_СТ = 2+ F_ФР + F_З (4.4)

F_ФР = 256,41м²

F_З = 180,675 м²

F_СТ = 2 Ч 135,895 + 256,41 + 180,685 = 708,875 м²

Активный объем топочной камеры и толщина излучающего слоя равны:

V 135,895Ч 9,9 = 1345,3605

S =3,6 Ч 1345,3605/708,875 = 6,83 м

По таблице 2.3 в соответствии с Q_т нахожу адиабатическую температуру горения:

а = 2000+х

(4496/200)*х + 40159,4 = 41582,4

Х = 63,3

а = 2000 + 63,3 = 2063,3⁰С

Для нахождения температуры газов на выходе из топки определяются вспомогательные величины:

М - параметр, определяющийся в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки Х

М =0,54- 0,2 (4.5), где

= (4.6)

где - отношение высоты расположения осей горелок (от оси горелок до середины холодной воронки) к высоте топки Нт (от середины холодной воронки до середины выходного окна из топки).

= 4,4м

= 17,3 м

4,4/17,3 + (-0,15) = 0,104

М = 0,54-0,2*0,104 = 0,52

Находим среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов :

(4.7)

где Х-угловой коэффициент экранов находится по номограмме 1(а) [1, с.67] Х = 0,98

о - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или закрытия изоляцией поверхностей, находится по таблице 4-8 [1, с.26],= 0,65

0,98*0,65 = 0,64

При сжигании газового топлива эффективная степень черноты факела определяется по формуле:

а_ф = ma_св + (1-m)а_г (4.8)

Для газа m = 0,1

К - коэффициент ослабления лучей топочной средой 1/м*кгс/см².

Р - 1 кгс/см²

S = 6,83 м - эффективная толщина излучающего слоя.

S = 95мм - шаг труб в топке.

d = 76мм - диаметр.

Относительный шаг:

S/ d = 95/76 = 1,25

К = (К_г* Нп + К_с) (4.9)

где к_г = 0,13 ккал/м²*ч/⁰С- находится по номограмме №3 [1, с.68]

Нп = 0,27 - из таблицы 2.2

К_с = 0,03*(2-б_Т)*( 1,6*Т"_т/1000 - 0,5)*С^р/Н_р

Т"_т = 1100 = 1373⁰К

С^р/Н_р = 0,12?m/n*C_m*H_n

С^р/Н_р = 0,12*(1/4*93,8+2/6*3,6+3/8*0,7+4/10*0,2+5/12*0,4) = 3,019

К_с = 0,03(2-1,075)(1,6*1373/1000-0,5)*3,019 = 0,138 ккал/м²*ч/⁰С.

РпS = Р НпS = 1*0,27*6,83 = 1,844 кгс/см².

К = (К_г* Нп + К_с)

К = (0,13*0,27+0,138) = 0,173 ккал/м²*ч/⁰С.

KPS = 0,173*1*6,83 = 1,18

а_св = 0,7

К_гPS = 0,13*1*6,83 = 0,89

а_г = 0,6

Степень черноты факела находится по формуле (4.8):

а_ф = 0,61 ккал/м*кгс/см².

Удельное напряжение стен топочной камеры:

q_F = (16537,6*41582,4)/(708,875*4,19) = 231524,2 ккал/м²ч⁰С

Следовательно, по номограмме 7 [1, с. 69] нахожу температуру на выходе из топки: = 990⁰С



5. Конвективные поверхности нагрева

5.1 Расчет конструктивных поверхностей фестона

Рисунок 5.1 Эскиз фестона

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле:

, м (5.1)

где - поперечный шаг труб.

= 380мм по чертежу

- продольный шаг труб.

= 400мм (по чертежу).

d = 76мм - наружный диаметр труб

й_сррд = 3,75 м

Лучевоспринимающая поверхность фестона:

Нлф = Нлок ЧХпуч = Вок Чйок Ч Хпуч (5.2)

Вок = Вт = 9,9 м²

Длина окна: йок = 5 м

Лучевоспринимающая поверхность выходного окна:

Нлок = Вок Чйок

Нлок = 9,9 Ч 5 = 49,5м²

Хпуч = 0,72

/ d = 380/76 = 5

Нлф = 9,9 Ч5 Ч 0,72 = 35,64 м²

Конвективная поверхность нагрева ряда Нрд определяется как наружная, обогреваемая газами поверхность труб, лежащих в одном ряду

Нрд = Zрд Чй_сррд Ч р Ч dн (5.3)

Zрд - количество труб в одном ряду.

Zр - общее количество труб.

Zр = B/S₁ - 1 = 9,9/0,095-1 = 103

Zрд = Zр/n = 103/4 = 26



р = 3,14

d = 76мм = 0,076м

Нрд = 26*3,75*3,14*0,076 = 23,26 м²

Конвективная поверхность нагрева фестона:

Нф = У Ч Нрд (5.4)

Нф = 4 Ч 23,26 = 93,04 м²

Живое сечение для прохода газов определяется для поперечного омывания пучка и рассчитывается по формуле:

(5.5)

9,9*5-0,4*5*0,076 = 39,62

Принимаю температуру дымовых газов за фестоном:

Для определения количества тепла, переданного фестону, по известной поверхности и температуре газов за фестоном решается система двух уравнений:уравнение теплового баланса:

(5.6)

где - энтальпия газов за топкой, определяется по таблице 2.3

= 18327,06 кДж/кг

- энтальпия газов за фестоном:

= 17094,4 кДж/кг

кДж/кг

Уравнение теплопередачи:

кДж/кг (5.7)

где - средний температурный напор в фестоне:

= (5.8)

Температура насыщения при давлении в барабане: t кип = 314⁰C

= 960 - 314 = 646 ⁰C

- средняя температура дымовых газов:

Коэффициент теплопередачи при расчете фестонов

ккал/м²*ч*⁰С (5.9)

где= 0,85 - коэффициент тепловой эффективности, зависит от рода топлива и определяется по таблице 5-3 [1, с.33]

- ккал/м²*ч*⁰С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвективных пучков:

(5.10)

где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева в следствие неравномерного омывания её газами. =1 принимается [1, с. 32]

- коэффициент теплоотдачи конвекции определяется по номограмме 13 [1, с. 72].

ккал/м²*ч*⁰С. (5.11)

где - поперечные коэффициенты учитывающие конструктивные особенности фестона и влияние физических характеристик, температуры и состава газов на коэффициент теплоотдачи, определяется по вспомогательным полям номограммы 13.

В номограмме 13

- относительный шаг труб,

- относительный поперечный шаг труб

0,380 / 0,076 = 5

0,400 / 0,076 = 5,3

Сs = 0,94

Сz = 0,93

Сф = 1,05

Находим средний секундной объем газов:

(5.12)

Средняя скорость газов:

== 6,3 (5.13)

45 - по номограмме 13

45*0,93*0,94*1,05 = 41,3 ккал/м²*ч*⁰С.

- ккал/м²*ч*⁰С, коэффициент теплоотдачи излучением определяется по номограмме 19[1, с.76].

В зависимости от температур потока и стенки, а также степени черноты продуктов сгорания определяемой по номограмме 2 - для а.

Для запыленного потока:

(5.14)

Температура загрязненной стенки для фестонов рассчитывается по формуле:

(5.15)

Где ?t = 80⁰С - поправка

= 314 + 80 = 394⁰С

Для определения по номограмме 19 входящих в формулы величин находим вспомогательные величины

РпS = PЧНпЧS

Нп = 0,27

S = 2,224 м

1 Ч 0,27 Ч 2,224 = 0,6 мкгс/см²

Суммарная сила поглощения запыленного газового потока:

КРS = (Кг Ч Нп ) Ч Р Ч S (5.16)

- коэффициент ослабления луча трехатомными газами находится по номограмме 3,= 0,65

КРS = (0,65*0,27) Ч 1 Ч 2,224 = 0,39

а = 0,45 находится по номограмме 2

180 находится по номограмме 19

С_г = 0,95

Ч а Ч С_г = 180*0,33*0,95 = 56,43

( 41,3 + 56,43) = 97,73

К = 0,85 Ч 97,73 = 83,1

= 1265 кДж/кг.

Для проверки точности расчета находим отношение , которое должно быть в пределах 100±5%

103,2 %

Так как /< 5%, то принимаю температуру за фестоном 930⁰С

Так как расхождение между количеством теплоты, подсчитанным по

уравнениям теплопередачи и теплового баланса равняется 1,8%, что меньше допустимого (5%), принимаю температуру дымовых газов 930⁰С, расчет фестона закончен.

5.2 Расчет пароперегревателя второй ступени

Количество тепла, необходимое для перегрева пара, воспринимается пароперегревателем путем конвективного теплообмена с газовым потоком и за счет лучистого теплообмена с топочной камерой через фестон.

Рисунок 5.2 Эскиз пароперегревателя

1. Барабан

2. Выходной коллектор

3. Промежуточный коллектор

4-1 ступень пароперегревателя

5-2 ступень пароперегревателя

(5.17)

Где - теплота, переданная перегревателю конвекцией газового потока.

- то же излучением из топки

(5.18)

где= 1,4 - коэффициент распределения топочного излучения, находится по номограмме 11

Вр = 16537,6 м³/ч

(5.19)

994 Ч( 41582,4 - 18327,06) = 23115,80 кДж/кг

Нл = Fст * х = 708,875 (5.20)

Fст = 708,875м²

Х = 1

Лучевоспринимаемая поверхность п / перегревателя:

(5.21)

где = 0,72 угловой коэффициент фестона, находится по номограмме 1 (г)

49,5 Ч (1- 0,72) = 13,86

632,7 кДж/кг

Энтальпия газов за п/перегревателем:

(5.22)

= 8280,5 кДж/кг

Количество тепла, отданное газами в газоходе пароперегревателя:

(5.23)

Где 15 Ч4,19 = 62,9 съем теплоты в пароохладителе по таблице 5-5 [1, с.37]. кДж/м³ - теплосодержание насыщенного пара

кДж/м³ - теплосодержание перегретого пара

(3402,1 - 2717,1 + 62,9) - 632,7 = 8772,8 кДж/кг

По таблице 2.3 находим значение газов за 1 ступенью пароперегревателя:

= 400 + х = 400 + 64,4 = 464,4⁰С

(8912,5 - 7038,2)/100*х + 7038,2 = 8280,5

18,7*х = 8280,5 - 7038,2

Х = 64,4

Расчет второй ступени пароперегревателя

Принимаю температуру дымовых газов за второй ступенью 750⁰С:

Н_г = 14803,5 кДж/м³ (5.24)

кДж/кг (5.25)

( 17094,4 - 14803,5 + 393,622) = 2283 кДж/кг

Находим теплосодержание пара на входе в ступень:

(5.26)

где 632,7 кДж/кг - количество тепла, полученное пароперегревателем излучением из топки.

Энтальпия пара после первой ступени:

кДж/кг

Средняя температура газов:

(5.27)

Средняя температура пара:

(5.28)

Число труб в ряду:

(5.29)

шт

В = 9,9 м - ширина газохода

Средняя высота газохода: 5,75 м - по чертежу

Средняя длина труб: = 4 м - по чертежу

Сечение для прохода газов:

(5.30)

5,75 Ч 9,9 - 103 Ч 4 Ч 0,042 = 39,62

Сечение для прохода пара:

d_вн = 42 - 5Ч2 = 32мм = 0,032м

(5.31)

103

Секундный расход пара:

(5.32)

Средняя скорость газов:

(5.33)

Секундный объемный расход пара:

(5.34)

Где = 0,0314

- удельный объём пара

Средняя скорость пара:

(5.35)

Температурный напор для 2 ступени пароперегревателя рассчитывается по формуле:

= (5.36)

Где - температурный напор при схеме с чистым противотоком.

Ш = 0,99 - поправка

= (5.37)

где = 930 - 423 = 507? 500⁰С

= 800 - 510 = 290- большая и меньшая разность между температурой газов и температурой пара в начале и в конце 2 ступени пароперегревателя.

=

396 = 392

Коэффициент теплопередачи К в пароперегревателе с коридорным расположением рядов для всех типов рассчитывается по формуле:

(5.38)

где - коэффициент тепловой эффективности определяется в зависимости от вида топлива по таблице 5-3

=0,85

- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

- коэффициент теплоотдачи от стенки к пару

(5.39)

где - коэффициент использования принимаем =1

-коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяется по номограмме 12

(5.40)

d = 42мм

S₁ = 95мм

S₂ = 105мм

- относительные поперечный и продольный шаги труб.

- поправочные коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности пароперегревателя, влияние физических характеристик и температуры газов на коэффициент теплоотдачи, определяются по номограмме 12 [1, с. 71]

0,97 С_ф = 1,02 43,5

0,97Ч 1 Ч 1,02 Ч 43,5 = 42,5

-коэффициент теплопередачи излучением, определяется по номограмме 19

Для газообразных топлив:

ЧС_г (5.41)

С_г = 0,95 определяется по номограмме 19

Суммарная сила поглощения запыленного слоя:

KPS = (КгЧНп +) PS (5.42)



Кг = 2,7 - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами находится по номограмме 3

Нп = 0,267

P = 1кгс/см²

Эффективная толщина излучающего слоя:

(5.43)

котел топливо конвективный хвостовой

Где - по чертежу

105м - по чертежу

- по чертежу

м

РпS = РЧНпЧS = 1Ч0,267Ч0,23 = 0,05

KPS = (2,7Ч0,267) Ч 1Ч0,23 = 0,17

а = 0,15 - степень черноты факела, определяется по номограмме 2 160

160 Ч0,15Ч0,95 = 23

Температура загрязненной стенки для пароперегревателя рассчитывается по формуле:

t_ср + 25⁰С = 466,5+25 = 491,5 ⁰С

Определяем поверхность нагрева одного ряда:

Нрд = Zрд Чй_сррд Ч р Ч dн = 103*4*3,14*0,042 = 54,3 м²

Определяем количество рядов:

n_рд = Н_2ст / Нрд = 652 / 54,3 = 12 шт

Расчетная поверхность 2 ступени пароперегревателя:

Н_2ст = Нрд Ч n = 54,3*12 = 652 м²

(5.45)

где - поправочный коэффициент, определяемый по номограмме 15

=0,98, 2400

по номограмме 15

2400Ч0,98 = 2352

Определяем тепловосприятие второй ступени пароперегревателя по уравнению:

(5.46)

кДж/кг

Принимаю температуру дымовых газов 750⁰С:

= 750⁰С

кДж/м³

= 0,994(17094 - 13794 + (0,03/2)*393,622) = 3286,1 кДж/кг

?tм = 750 - 510 = 240⁰С

=

?tср = 0,99*371 = 367,3⁰С

кДж/кг

Так как расхождение между количеством тепла, подсчитанным по уравнениям теплового баланса и теплопередачи равняется 0,1%, что меньше допустимого (2%), принимаю температуру дымовых газов между ступенями 750⁰С.



6. Хвостовые поверхности нагрева

Рисунок 6.1 - Эскиз опускной шахты

Для определения тепловосприятия 1-й ступени ВЗП рассчитываем температуру воздуха на выходе из нее, которая определяется по формуле:

(6.1)

где 145 - температура питательной воды

= 123- температура уходящих из котла дымовых газов



145 + 40 + 0,7*( 123 - 120) = 187

По найденной температуре определяю энтальпию воздуха по таблице 2.3:

= 2468,35

Нахожу тепловосприятие первой ступени ВЗП:

(6.2)

Энтальпия газов на входе в первую ступень ВЗП:

(6.3)

где - энтальпия воздуха, присасываемого в 1 ст. ВЗП при средней температуре воздуха в ней.

(6.4)

= 1428

кДж/кг

где 2264,07 кДж/м³ - энтальпия уходящих газов (по таблице 2.3)

Определяю тепловосприятие второй ступени ВЗП:

(6.5)

кДж/кг

где = 4064,8 - энтальпия горячего воздуха, поступающего в топку.

Находим энтальпию воздуха, присасываемого во вторую ступень ВЗП при средней температуре воздуха в ней:

(6.6)

t'_взп2 = t"_взп1 = 187

t_гв = 300

Энтальпия воздуха, присасываемого во вторую ступень ВЗП:

3230 кДж/м³

Определяю энтальпию газов за второй ступенью ВЗП:

(6.7)

где = 7146,1 кДж/м³ - нахожу по таблице 2.3.

кДж/кг

По таблице 2.3 нахожу температуру дымовых газов за второй ступенью ВЗП: = 309⁰С

Определяю тепловосприятие водяного экономайзера первой и второй ступени.

(6.8)

кДж/кг

(6.9)

кДж/кг

где - энтальпия газов за пароперегревателем.

Невязка теплового баланса при компоновке в «рассечку»:

(6.10)

кДж/кг

Так как невязка теплового баланса находится в допустимых пределах, поверочный расчёт котельного агрегата, по заданному виду топлива, выполнен верно.



7. Воздухоподогреватель 2 ступени

Рисунок 7.1 - Эскиз воздухоподогревателя 2 ступени

По найденному значению , при конструктивном расчёте нахожу поверхность нагрева воздухоподогревателя 2 ступени:

(7.1)

где - тепловосприятие ВЗП 2 ступени по уравнению теплового баланса, кДж/м³.

Вр - расчетный расход топлива, м³/ч.

- средний температурный напор, ⁰С.

К - коэффициент теплопередачи, ккал/м²ч⁰С.

Средняя температура воздуха:

(7.2)



Средняя температура газов:

(7.3)

Делаем интерполяцию между температурами 300⁰С-400⁰С:

= 300+x = 300 + 8,5 = 308,5 ?309⁰С

1894,5/100*Х+5413 = 5573

18,9Х = 5573 - 5413

18,9Х = 160

Х = 8,5

Число труб в ряду на входе воздуха:

(7.4)

= 147 шт

Где В = 9,8 м - по чертежу (ширина газохода)

0,067м - по чертежу (поперечный шаг труб)

Число труб вдоль потока воздуха:

(7.5)

шт

Где 0,046 м - по чертежу (продольный шаг труб)

А = 4 м - по чертежу (глубина газохода)

Общее количество труб ВЗП₂:

(7.6)

шт

Сечение для прохода газов:

(7.7)

где 0,037 м - внутренний диаметр трубы

Средний секундный расход газов:

(7.8)

где Вр = 16537,6 м³/ч

Vг = 12,748 - по таблице 2.3

Средний секундный расход воздуха:

(7.9)



Средняя скорость газов в ВЗП₂:

(7.10)

Оптимальная скорость воздуха:

(7.11)

Температурный напор:

309 - 187 = 122

400 - 300 = 100

Так как /< 1.7, то определяется как среднеарифметическая разность температур:

= (7.12)

=

(7.13)

где ш = 0,99 коэффициент перехода к действительной схеме, находится по номограмме 31[1, с.78]

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

, (7.14)

где - коэффициент использования, выбирается по таблице 6-3

- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, ккал/м²ч⁰С, определяется по номограмме 14.

(7.15)

где 30 ккал/м²ч⁰С - по номограмме 14

- коэффициент, зависящий от отношения длины труб, принимаем равным 1,0

1,1 - по номограмме 12

(7.16)

Где = 53 - по номограмме 13

- по номограмме 13

1, - по номограмме 13

у₁ = s₁/d у₂ = s₂/d

у₁ = 0,067/0,040 у₂ = 0,046/0,040

где d = 53 мм - наружный диаметр трубы.

у₁ = 1,675 у₂ = 1,15

1 - по номограмме 13

Конструктивные характеристики ВЗП₂:

(7.17)

Определяю общую высоту ВЗП₂.

(7.18)

Где - средний диаметр труб

(7.19)

мм

м

По заданному виду топлива высота воздухоподогревателя второй ступени равняется 2,2 м



8. Водяной экономайзер 2 ступени

Рисунок 8.1 - Эскиз водяного экономайзера 2 ступени

По найденному значению нахожу поверхность нагрева водяного экономайзера:

(8.1)

где - тепловосприятие ВЭ 2 ступени по уравнению теплового баланса, кДж/м³.

Вр - расчетный расход топлива, м³/ч.

- средний температурный напор, ⁰С.

К - коэффициент теплопередачи, ккал/м²ч⁰С

Средняя температура газов:

(8.2)

Энтальпия воды на входе в ВЭ₂:

(8.3)

Где = 607,55

= 62,85

кДж/ккал

Энтальпия воды на выходе:

кДж/ккал (8.4)

где - расход воды через экономайзер.

= (8.5)

Где = 208 т/ч

= 5,2 т/ч

= т/ч

кДж/ккал

(8.6)

кДж/ккал

Нахожу температуру водяного экономайзера:

= 177

= 197

(8.7)

Нахожу число труб в ряду:

(8.8)

38 мм - по чертежу

38 - 9 = 29 мм - по чертежу

А = 4 м - по чертежу

В = 10,044 м - по чертежу

= 84 мм - по чертежу

= 75мм - по чертежу

шт

Нахожу число параллельно включенных труб:



(8.9)

шт

Длина труб водяного экономайзера:

(8.10)

м

Сечение для прохода газов:

(8.11)

Сечение для прохода воды:

(8.12)

Средний секундный расход газов:

(8.13)

Средняя скорость газов:

(8.14)

Секундный объемный расход воды на входе в водяной экономайзер:

н (8.15)

где - удельный объем воды

н

Скорость воды на входе в водяной экономайзер:

(8.16)

Температурный напор:

464,4 - 197 = 267,4

400 - 177 = 223

Так как /< 1.7, то определяется как среднеарифметическая разность температур:

= (8.17)

=

Коэффициент теплопередачи:

К = ш*б₁ ккал/м²ч⁰С (8.18)

- коэффициент теплопередачи от газов к стенке:

, (8.20)

Где ш = 0,85 - коэффициент использования, берется по таблице 6.3 [1, с.55]

- коэффициент теплопередачи конвекцией, по номограмме 13

(8.21)

1 - по номограмме 13

0,93 - по номограмме 13

1 - по номограмме 13

у₁ = S₁/dу₂ = S₂/d

у₁ = 0,084/0,038 = 2,2у₂ = 0,075/0,038 = 1,9

59 - по номограмме 13

- коэффициент теплопередачи излучением, по номограммам 19 и 2, приложение 2

Для запылённого потока:

(8.22)

Суммарная поглощательная способность:

Р_пS = Р ф_П S, (8.23)

Где Р = 1кгс/см² - давление газа в газоходе.

ф_П = 0,263 - по таблице 2.2

Эффективная толщина излучающего слоя:

(8.24)

м

Р_пS = 1 0,263 0,15 = 0,044

Суммарная сила поглощения запылённого потока:

KPS = (К_г ф_П) Р S (8.25)

Где К_г = 4,5 - по номограмме 3

ф_П = 0,263 - по таблице 2.2

KPS = (4,5 0,263) 1 0,15 = 0,18

а = 0,17 - по номограмме 2

с_r = 0,91 - по номограмме 19

Температура загрязнённой стенки:

tз = tср + ?t, (8.26)

где ?t = 25- для вторых ступеней водяного экономайзера, при сжигании газа.

tз = 187 + 25 = 212

= 1(54,87 + 9,1) = 64

К = 0,85*64 = 54,4

Конструктивные характеристики водяного экономайзера 2 ступени.

Нахожу расчетную поверхность водяного экономайзера:

(8.27)

Нахожу поверхность нагрева одного ряда:

(8.28)

Определяю количество рядов:

(8.29)

шт

Количество петель:

(8.30)

шт

Высота водяного экономайзера:

(8.31)

м

По заданному виду топлива принимаю к установке один пакет водяного экономайзера второй ступени высотой 0,45 метров.



Заключение:

В ходе выполнения курсового проекта по теме:

«Поверочный расчёт котельного агрегата», по заданному виду топлива, были рассчитаны температуры теплоносителей и дымовых газов между поверхностями нагрева, а также были произведены конструктивные расчеты элементов котла.



Используемая литература

1. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Котельные установки ТЭС».

2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. «Энергия», 1973.

3. Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. Компоновка и тепловой расчет парового котла. Энергоатомиздат, 1988.

4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей, Энергоатомиздат, 1989.

5. С.Л. Ривкин, А.А. Александров. Теплотехнические свойства воды и водяного пара. «Энергия». 1980.

Размещено на Allbest.ru