2

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТЭС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ПАРОВЫМ КОТЛАМ

Тепловой расчет парогенератора ГМ-50-1

Выполнил: студент группы III-1^xx

Антонов П.А.

Иваново2003

Оглавление

Введение

Аннотация

Последовательность пуска котла

Плановый останов котла

I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла.

Выбор коэффициентов избытка воздуха

II. Топливо и продукты горения

III. Определение расчётного расхода топлива

IV. Выбор схемы сжигания топлива

V. Поверочный расчёт топки

V.1. Определение конструктивных размеров и характеристик топки

V.2. Расчёт теплообмена в топке

VI. Поверочный расчёт фестона

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

VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева

IX.I Расчёт водного экономайзера

IX.II Расчёт воздушного подогревателя

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Парогенератор ГМ-50-1.

Топочная камера обьемом 144 м полностью экранирована трубами 603мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы фронтового и заднего экранов образуют под топки. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров.

На боковых стенах топочной камеры размещены по три основные газомазутные горелки, с фронта - две дополнительные. В барабане находится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Вторая ступень вынесена в выносные циклоны Ш 377 мм.

Пароперегреватель - конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб 323 мм и поперечным шагом 75 мм.

Экономайзер - стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб 283 мм. Продольный шаг - 50 мм, поперечный - 70 мм.

Воздухоподогреватель - стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 401,5мм. Поперечный шаг труб - 60 мм, продольный - 42 мм.

Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора приведены в аннотации.

АННОТАЦИЯ

В данном курсовом проекте производится расчет парогенератора ГМ-50-1, исходя из следующих данных:

1. Тип котла ГМ-50-1__________________________

2. Номинальная паропроизводительность Д_К = 50 т/ч

3. Рабочее давление в барабане котла Р_К = 45 кгс/см²

4. Рабочее давление на выходе из пароперегревателя Р_ПЕ = 40 кгс/см²

5. Температура перегретого пара t_ПЕ = 440 °С

6. Температура питательной воды t_ПВ = 140 °С

7. Температура уходящих газов t_УХ = 150 °С

8. Температура горячего воздуха t_ГВ = 220 °С

9. Вид и марка топлива мазут м/с (№ 96)_____________

10. Тип топочного устройства: камерная.

В результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены следующие изменения:

В пароперегревателе добавлены две петли.

Расчётная поверхность пароперегревателя - 296,26 м.

В экономайзере убрана одна петля во втором пакете.

Расчётная поверхность экономайзера - 412,65 м.

Высота газохода для размещения экономайзера - 2,425 м.

Расчётная поверхность ВЗП - 1862,88 м.

Число ходов по воздуху n = 3.

Высота хода по воздуху h = 2,161 м.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПУСКА КОТЛА

Внешний осмотр (исправность горелок, вентиляторов, дымососов; топка, газоходы, арматура (запорная, регулирующая); КИП; автоматика, подвод напряжения).

Открывают воздушники, линию рециркуляции ЭКО, линию продувки пароперегревателя, закрывают дренажи, клапан непрерывной продувки, главные паровые задвижки 1 и 2.

Котел заполняют деаэрированной водой с температурой 60-70 и контролируют разность температур. Время заполнения водой 1-1,5ч. Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы.

Включают дымосос и вентилируют топку и газоходы 10-15 мин.

Устанавливают разряжение и включают мазутные растопочные форсунки , чтобы при отсутствии пара .

При появлении пара из воздушников-2, их закрывают.

Растопочный пар, расхолаживая пароперегреватель, выводиться через линии продувки пароперегревателя.

При продувают воздухоуказательные колонки и экранную систему.

При открывают ГПЗ-1, закрывают линии продувки пароперегревателя, прогревают соединительный паропровод, выпуская пар через растопочный расширитель.

Периодически подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.

Увеличивают расход топлива до

При включают непрерывную продувку.

13. При открывают растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.

При и увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают котел в магистраль.

Переходят на основное топливо и увеличивают нагрузку до номинальной.

15. Включают автоматику.

ПЛАНОВЫЙ ОСТАНОВ КОТЛА

Предупреждают турбинное отделение о снижении нагрузки

Плавно снижают нагрузку до 40%.

Прекращают подачу топлива и гасят топку.

Вентилируют топку и газоходы 15 мин.

Продувают трубную систему через дренажи. Через 8-14 часов продувку повторяют.

Продувку пара осуществляют сначала через растопочное РОУ, потом через растопочный расширитель, а затем через линию продувки парогенератора.

7. Переодически подпитывая котел, следят за уровнем, чтобы T_{cт(верх)} - Т_ст(ниж) < 40 ^оС.

8. Скорость расхолаживания < 0,3 (^оС/мин)

9. При температуре воды t_в =50 ^оС и Р = 1 атм открывают дренажи и котел опорожняют, после чего выводят в ремонт.

I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха

1.1) Расчётно-технологическая схема трактов парового котла с отображением компоновки поверхностей нагрева представлена на рисунке 1.

1.2) Величина коэффициента избытка воздуха т'' =1,1 при использовании жидкого топлива (малосернистый мазут). Значение присосов воздуха в газоходы для заданного парового котла:

Элементы парового котла	Газоходы	Величина присоса
Топочная камера	Топки паровых котлов для жидкого топлива	0,05
Котельные пучки	Фестон	0
Пароперегреватели	Первичный пароперегреватель	0,03
Экономайзеры	Для котлов D50т/ч	0,08
Воздухоподогреватели(трубчатые)	Для котлов D50т/ч	0,06

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

№	Газоходы	Коэффициент избытка воздуха за газоходом ''	Величина присоса	Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе
1	Топка и фестон
2	Пароперегре-ватель	=1,13
3	Экономайзер	=1,21
4	Воздухоподо-греватели	+0,06=1,27

II. Топливо и продукты горения

2.1) Вид топлива: Мазут малосернистый (№96)

Wp	Ap	Sp	Сp	Нp	Np	Op	Qp H
3,0	0,05	0,3	84,65	11,7	-	0,3	9620

2.2) Объёмы воздуха и продуктов горения при =1,0 и 760 мм.рт.ст.:

Расчитываем приведённую влажность W^П и зольность А^П

Для контроля проверим баланс элементарного состава:

C^P+ H^P+ S^P+ N^P+ O^P+ A^P+ W^P=100%

84,65%+11,7%+0,3%+0,3%+0,05%+3,0%=100%

2.3) При >1 объёмы продуктов горения, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, безразмерную концентрацию золы, массу газов, их плотность расчитывают по всем газоходам для средних и конечных значений .

Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и водяных паров

№	Величина	Единицы		АР=0,05%
				Газоходы
				Топка и фестон	Паропере-греватель	Экономай- зер	Воздухопо- догреватель
1	Коэф избытка воздуха за газоходом ''	-		1,1	1,13	1,21	1,27
2	Средний коэф избытка воздуха в газоходе	-		1,1	1,115	1,17	1,24
3		м3/кг	за	1,5271	-	-	1,5562
			ср	-	1,5297	1,5391	1,5510
4		м3/кг	за	12,5591	-	-	14,3936
			ср	-	12,7210	13,3145	14,0698
5		--	за	0,1258	-	-	0,1098
			ср	-	0,1242	0,1187	0,1123
6		--	за	0,1216	-	-	0,1081
			ср	-	0,1202	0,1156	0,1102
7		--	за	0,2474	-	-	0,2179
			ср	-	0,2445	0,2343	0,2225
8		кг/кг	За	16,2562	-	-	18,6140
			Ср	-	16,4642	17,2271	18,1980
9		кг/м3	За	1,2944	-	-	1,2932
			Ср	-	1,2943	1,2939	1,2934

2.3) Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы уносимую газами принимаем а_ун=0,95=95%):

энтальпию золы не учитываем.

2.5) Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)

газоход	Тем-ра газов
Топка и фестон (при т'')	2200	10218	8628	862,8	11080,80	-
	2100	9701	8203	820,3	10521,30	559,50
	2000	9187	7778	777,8	9964,80	556,50
	1900	8676	7353	735,3	9411,30	553,50
	1800	8168	6928	692,8	8860,80	550,50
	1700	7665	6514	651,4	8316,40	544,40
	1600	7163	6099	609,9	7772,90	543,50
	1500	6664	5684	568,4	7232,40	540,50
	1400	6170	5270	527	6697,00	535,40
	1300	5679	4856	485,6	6164,60	532,40
	1200	5193	4452	445,2	5638,20	526,40
	1100	4719	4048	404,8	5123,80	514,40
	1000	4248	3645	364,5	4612,50	511,30
	900	3779	3252	325,2	4104,20	508,30
Паропе-регреватель при пе''	700	2862	2486	323,18	3185,18	-
	600	2421	2106	273,78	2694,78	490,40
	500	1994	1736	225,68	2219,68	475,10
	400	1573	1375	178,75	1751,75	467,93
Эконо-майзер при эк''	500	1994	1736	364,56	2358,56	-
	400	1573	1375	288,75	1861,75	496,81
	300	1163	1022	214,62	1377,62	484,13
Воздухо-ль при вп''=ух	300	1163	1022	275,94	1438,94	-
	200	766	676	182,52	948,52	490,42
	100	379	336	90,72	469,72	478,80

III. Определение расчётного расхода топлива

3.1) Располагаемое тепло топлива Q^р_р находим по формуле:

Q^р_р=Q^р_н+Q_в.вн+i_тл

3.2) Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне парового котла, Q_в.вн учитывают только для высокосернистых мазутов. Топливо проектируемого котла - малосернистый мазут.

где (I^o_в)' при t'_вп =100 ^oC (I^o_в)'=322 ккал/кг;

3.3) Величину физического тепла топлива находим по формуле:

i_тл= C_тл t_тл, где t_тл =100 ^oC; C_тл =0,415+0,0006t_тл=0,415+0,0006100=0,475 ккал/(кг ^oC);

i_тл= 0,475100=47,5 ккал/кг;

3.4) Q^р_р=Q^р_н+i_тл=9620+47,5=9667,5 ккал/кг;

3.5) Потери теплас химическим недожогом q₃=0,5%;

с механическим недожогом q₄=0,0%;

3.6) Потеря тепла с уходящими газами:

где (I^o_хв) при t =30 ^oC; I^o_хв=9,5V^o =9,510,62=100,89 ккал/кг;

I_ух=709,135 ккал/кг; t_ух=150 ^oC; _ух=1,27;

3.7) Потеря тепла от наружного охлаждения котла: q₅=0,92% (при D = 50 т/ч);

3.8) КПД парового котла “брутто” находят по методу обратного баланса:

_пк=100-(q₂+ q₃+ q₄+ q₅+ q₆)=100-(6,01+0,5+0,92)=92,57 %;

Коэффициент сохранения тепла:

3.9) Расход топлива, подаваемого в топку:

где Qпк=Dк(I_пе- I_пв)1000; при P_пе = 40 кгс/см² и t_пе = 440^oC I_пе = 789,8 ккал/кг;

а при P_пв = 1,08P_б = 1,0845 = 48,6 кгс/см² и t_пв = 140^oC I_пе = 141,3 ккал/кг;

Qпк = 50(789,8- 141,3)1000=3,2425·10⁷ккал/кг;

3.10) Расход топлива используют при выборе и расчёте числа и мощности горелочных устройств. Тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностям нагрева, производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения:

IV. Выбор схемы сжигания топлива

4.1) Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и качества топлива. Подготовка к сжиганию мазута заключается в удалении из него механических примесей, повышении давления и подогрева для уменьшения вязкости.

4.2) В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100130^оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 3040 м/с.

V. Поверочный расчёт топки

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

V.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топки

5.1.1) По чертежу парового котла определяем размеры топки и заполняем таблицу

№	Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Источник или формула	Топочные экраны	Выход-ное окно
					Фронтовой	Боко-вой	Задний
					Осн. часть	Под		Осн. часть	Под
1	Расчётная ширина экранированной стенки	bст	м	чертёж или эскиз	5,0	5,0	3,5	5,0	5,0	5,0
2	Освещённая длина стен	lст	м	чертёж или эскиз	9,075	1,675	-	7,05	1,85	2,05
3	Площадь стены	Fст	м2	bст ·lст	45,5	8,375	30,014	35,125	9,25	10,25
4	Площадь стен, не занятых экранами	Fi	м2	чертёж или эскиз	-	-	0,9202	-	-	-
5	Наружный диаметр труб	d	м	чертёж или эскиз	0,06
6	Число труб	Z	шт		70	70	49	70	70	-
7	Шаг труб	S	м		0,07	0,07	0,07	0,07	0,07	-
8	Отн. шаг труб	S/d	-	-	1,1667
9	Расстояние от оси до обмуровки	е	м		0,1	0,1	0,1	0,065	0,065	-
10	Относ.	e/d	-	-	1,667	1,667	1,667	1,0833	1,0833	-
11	Угловой к-т экрана	X	-	номо-грамма	0,99	0,99	0,99	0,985	0,985	1
12	К-т загрязнения		-	таблица	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
13	К-т тепловой эффективности экрана		-		0,5445	0,5445	0,5445	0,54175	0,54175	0,55

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

5.1.3) Активный объём топочной камеры определяют по формуле:

Эффективная толщина излучающего слоя:

V.2 Расчёт теплообмена в топке

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



При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:

Где T_т'' = _т'' + 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; T_a = _a + 273 -температура газов, которая была бы при адибатическом сгорании топлива, [K]; B_о - критерий Больцмана, определяемый по формуле:

Из этих формул выводятся рясчётные.

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

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

Полезное тепловыделение в топке Q_т соответствует энтальпии газов I_а, котрой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е Q_т= I_а Т_а=2352,4 К;

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

М=А-Bx_т; где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимают: А=0,54; В=0,2; (при камерном сжигании мазута).

Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле:

Х_т= Х_г+ Х; где Х_г - относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок h_г (от пода топки) к общей высоте топки Н_т (от пода топки до середины выходного окна из топки, т.е. Х_г = h_г/ Н_т ); Х - поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая для газомазутных топок с производительностью >35т/ч Х=0;

При расположении горелок в несколько ярусов и одинаковом числе горелок в ярусе высоту расположения определяют расстоянием от средней линии между ярусами горелок до пода или до середины холодной воронки; при разном числе горелок в каждом ярусе:

где n₁, n₂ и т.д. - число горелок в первом, втором и т.д. ярусах; h_1г, h_1г и т.д. - высота расположения осей ярусов.

М = 0,54·0,2·0,2459=0,4908

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

Принимаем _г'' = 1100 ⁰С:

Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания определяют по формуле:

5.2.5) Степень черноты топки определяют по формуле:

где а_ф - эффективная степень черноты факела:

где а_св и а_г - степень черноты,которой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами; m - коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма и m=0,55 для жидкого топлива.

Величины а_св и а_г определяют по следующим формулам:

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

Коэффициент ослабления лучей k_г топочной средой определяют по номограмме.

Коэффициент ослабления лучей k_с сажистыми частицами определяют по формуле:

где T_т'' - температура газов на выходе из топки; C^р/H^p - соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;

5.2.6)тОпределяем количество тепла, переданное излучением в топке:



5.2.7) Определим тепловые нагрузки топочной камеры:

Удельное тепловое напряжение объёма топки:

Допуск 250300 Мкал/м³ч;

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок

VI Поверочный расчёт фестона

6.1) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами бокового топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном _ф'' при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

6.2) По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.

6.3) По чертежам парового котла составляем таблицу:

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Ряды фестона	Для всего фестона
			1	2	3
Наружный диаметр труб	d	м	0,06
Количество труб в ряду	z1	--	23	23	24	-
Длина трубы в ряду	lI	м	2,3	2	1,275	-
Шаг труб: поперечный	S1	м	0,21	0,21	0,21	0,21
продольный	S2	м	-	0,35	0,775	0,5197
Угловой коэф фестона	xф	-	-	-	-	1
Расположение труб	-	-	шахматное
Расчётная пов-ть нагрева	H	м2	9,966	8,666	5,765	24,3977
Размеры газохода: высота	aI	м	2,25	2,05	1,275	-
ширина	b	м	5	5	5	-
Площадь живого сечения	F	м2	8,283	7,611	4,539	6,7646
Относительный шаг труб: поперечный	S1/d	-	3,5	3,5	3,5	3,5
продольный	S2/d	-	-	5,833	12,92	8,6616
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	-	-	-	2,03

Длину трубы в каждом ряду l_i определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду z₁ определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Поперечный шаг S₁ равен утроенному шагу заднего экрана топки, т.к. этот экран образует три ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольный шаг между первым и вторым рядами определяют как кратчайшее расстояние между осями труб этих рядов S₂', а между вторым и третьим рядами S₂'' как длину отрезка между осями труб второго и третьего рядов, соединяющего их на половине длины труб. Среднее значение продольного шага для фестона определяют с учетом расчетных поверхностей второго и третьего рядов труб, существенно различающихся по величине:

Принимаем x_ф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя

(в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

По S₁^ср и S₂^ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона S_ф



6.4) Расположение труб в пучке - шахматное, омывание газами - поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода `а' определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода `b' одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

6.5) Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

F_i = a_ib - z₁ l_iпрd;

где l_iпр - длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.

F_ср находим как среднее арифметическое между F₁ и F₃.

6.6) Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Н_i = dz_1i l_i;

где z_1i - число труб в ряду; l_i - длина трубы в ряду по её оси.

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Н_ф = Н₁ + Н₂ + Н₃ = 9,966+8,666+5,765 = 24,3977 м;

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

Н_доп = F_ст·x^б = (1,7062 + 1,7062)·0,99 = 3,3782 Н_ф' = Н_ф + Н_доп = 27,776 м;

6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

6.8) Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30100⁰С ниже, чем перед ним:

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов перед фестоном	ф'=т''	0С	1053,4
Энтальпия газов перед фестоном	I ф'=I т''	ккал/кг	4885,534
Объёмы газов на выходе из топки при т	Vг	м3/кг	12,559
Объёмная доля водяных паров	rH2O	--	0,1216
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	--	0,2474
Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб=45кгс/см2	tн	0С	256,23

Для газов за фестоном находим энтальпию при

и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:

6.9 Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

где k - коэффициент теплопередачи, t - температурный напор,

Н - расчётная поверхность нагрева.

6.9.1)При сжигании мазута коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

Где _к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; _л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.

6.9.2) Для определения _к (коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб) рассчитаем среднюю скорость газового потока:

для фестона при скорости газов 8,903 м/с равен 0,6.

Для нахождения _к по номограммам определяем _н=59 ккал/м²ч^оС и добавочные коэффициенты: С_z=0,88; С_ф=0,85; С_s=1 _к = _нС_zС_фС_s = 590,880,851 = 44,13 ккал/м²ч^оС;



6.9.3) Для нахождения _л используем номограммы и степень черноты продуктов горения `a':

Для незапылённой поверхности kpS = k_гr_nSp, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2474;

р_nS = r_nS = 0,24742,03 = 0,5022

По номограмме находим k_г = 0,66

По номограмме находим С_г=0,96; _н=170 ккал/м²ч^оС; _л = _наС_г =1700,28190,96=46 ккал/м²ч^оС

6.9.4)

Находим температурный напор:

6.10)Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

т.о. поверочный расчёт выполнен.

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

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

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

7.3) Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при P_пе=40 кгс/см² и t_пе=440^oC i_пе=789,8 ккал/кг;

при P_б=45 кгс/см² и температуре насыщения i_н=668,1 ккал/кг;

i_по=15 ккал/кг;

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

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

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



Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним _пе=601,52⁰С;

7.4)Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:

где I^о_гв находим по t_гв=220^oC I^о_гв=745,2 ккал/кг;

_вп - отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

где I_ух - энтальпия уходящих газов, которую находим по t_ух=150^oC I_ух=709,135 ккал/кг;

I^о_ух - энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при t_прс=( t_гв + t'_в)/2=(220+30)/2=125 ^oC I_прс=421 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним _эк=301,87⁰С;

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

7.6) Определяем невязку теплового баланса парового котла:

VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

8.1) Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

8.2) По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 125.

8.3) По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,032
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,026
Количество труб в ряду	z1	-	68
Количество труб по ходу газов	z2	-	18
Шаг труб: поперечный	S1	м	0,075
продольный	S2	м	0,055
Относительный шаг труб поперечный	S1/d	-	2,344
продольный	S2/d	-	1,719
Расположение труб змеевика	-	-	шахматное
Характер взаимного течения	-	-	перекрестный ток
Длина трубы змеевика	l	м	29,94
Поверхность, примыкающая к стенке	Fстх	м2	21,353
Поверхность нагрева	H	м2	226,01
Размеры газохода: высота на входе высота на выходе	a a	м м	1,68
ширина	b	м	5,2
Площадь живого сечения на входе	F	м2	5,363
Площадь живого сечения на выходе	F	м2	5,363
Средняя площадь живого сечения	Fср	м2	5,363
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	0,119
Глубина газового объёма до пучка	lоб	м	1,35
Глубина пучка	lп	м	0,935
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару	m	шт.	68
Живое сечение для прохода пара	f	м2	0,0361

8.3.1) Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z₁. В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) F_ст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S₁/d и е/d причём е/d r/d =0,5 х=0,75.

Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:

Н = dz₁ l + F_ст х.

8.3.2) Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу.

8.3.3) По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя:

8.3.4) Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:

F = a ·b - d·z₁· l_пр = 1,68·5,2 - 68·0,032·1,55 = 5,363 (м²);

Площадь живого сечения для прохода пара:

8.4) Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:

Наименование величин	Обознение	Размерность	Величина
Температура газов до пароперегревателя	ф	0С	998,4
Температура газов за пароперегревателя	пе	0С	601,52
Температура в состояния насыщения	tн	0С	256,23
Температура перегретого пара	tпе	0С	440
Средний удельный объём пара	ср	м3/кг	0,062615
Конвективное восприятие	Qkпе	ккал/кг	1886,41
Объёмы газов на выходе из топки при српе	Vг	м3/кг	12,721
Объёмная доля водяных паров	rH2O	-	0,1202
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	-	0,2445

Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины определены ранее.

8.5) Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

8.5.1)Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Где _к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; _л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.

Для определения _к - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме:

_н=80 ккал/м²ч^оС; добавочные коэффициенты: С_z=1; С_ф=0,98; С_s=1; _к = _нС_zС_фС_s = =8010,981 = 78,4 ккал/м²ч^оС;

Для нахождения _л используем номограммы и степень черноты продуктов горения `a':

Для незапылённой поверхности kpS = k_гr_nSp, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2445;

р_nS = r_nS = 0,24450,119 = 0,0291.

По номограмме находим k_г = 3,34;

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

t_з = t_пе^ср + (80100) = 348,12 + 90 = 438,12 ^оС;

По номограмме находим С_г = 0,95; _н = 130 ккал/м²ч^оС; _л = _наС_г = 1300,950,0926 =

= 11,437 ккал/м²ч^оС;

При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину _л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма,

свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Т_к - температура газов в объёме камеры, (К); l_об и l_п - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А - коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;

8.5.2) Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

При этой скорости пара С_d = 1,02; _н = 1300 ккал/м²ч^оС; _л = _нС_d = 13001,02 = 1326 ккал/м²ч^оС;

8.5.3)Коэффициент теплоотдачи:

8.5.4) Температурный напор:

температурный напор можно найти как:

Поправочный коэффициент определяют по номограмме по безразмерным параметрам:



По R и Р находим = 0,96

8.6) Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 2% вносим конструктивные изменения.

8.7) Найдем число петель змеевика, которое надо добавить:

Следовательно, добавляем к поверхность пароперегревателя 2 змеевика. Поверочный расчёт выполнен.

IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева

IX.I Расчёт водного экономайзера

9.1.1) С использованием ранее выполненных расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:

Наименование величин	Обознение	Размерность	Величина
Температура газов до экономайзера	пе	0С	601,52
Температура газов за экономайзером	эк	0С	301,865
Температура питательной воды	Tпв	0С	140
Давление пит. воды перед экономайзером	Рэк	кгс/см2	48,6
Энтальпия питательной воды	iпв	ккал/кг	141,3
Тепловосприятие по балансу	Qбэк	ккал/кг	1310,63
Объёмы газов при среднем избытке воздуха	Vг	м3/кг	13,3145
Объёмная доля водяных паров	rH2O	-	0,1156
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	-	0,2343

Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Р_эк = 1,08Р_б.

9.1.2) Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:

Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):

Где D_эк - пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях D_эк = D_пе =D;

i_эк - энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; i_эк - энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.

При указаной схеме включения пароохладителя:

По i_эк = 156,3 ккал/кг и Р_эк = 48,6 кгс/см² находим и t_эк = 154,56 ⁰С;

По i_эк = 251,274 ккал/кг и Р_б = 45 кгс/см² находим и t_эк = 242,96 ⁰С;

Т.к i_эк < i_эк, значит экономайзер некипящего типа.

9.1.3) По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 125, на котором указываем все конструктивные размеры.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу.

Конструктивные размеры и характеристики экономайзера

Наименование величин	Обозн	Раз-ть	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,028
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,022
Количество труб в ряду	z1	--	25
Количество рядов труб по ходу газов	z2	--	40
Шаг труб: поперечный	S1	м	0,07
продольный	S2	м	0,05
Относительный шаг труб поперечный	S1/d	--	2,5
продольный	S2/d	--	1,786
Расположение труб змеевика	--	--	шахматное
Характер взаимного течения	--	--	противоток
Длина горизонтальной части петли змеевика	l1	м	5,1
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения	lпр	м	5,2
Длина трубы змеевика	l	м	104,83
Поверхность нагрева ЭКО (по чертежу)	Hэк ч	м2	461,06
Глубина газохода	а	м	1,78
Ширина газохода	b	м	5,4
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	5,972
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	0,118
Глубина газового объёма до пучка	lоб	м	2
Глубина пучка	lп	м	1,9
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару	m	шт.	50
Живое сечение для прохода пара	f	м2	0,019

9.1.4) Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном омывании определяют по формуле:

где l_пр - длина проекции ряда труб на плоскость сечения, м.

Площадь живого сечения для прохода воды:

Поверхность нагрева экономайзера:

Где l - длина змеевика, определяемая с использованием длины горизонтальной части змеевика (l₁):

9.1.5)Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяют по формуле:

Где _к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; _л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.

Для определения _к - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:

_н=60 ккал/м²ч^оС; добавочные коэффициенты:

С_z=1; С_ф=1; С_s=1;

_к = _нС_zС_фС_s = 63111 = 60 ккал/м²ч^оС;

Для нахождения _л используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения `a':

Для незапылённой поверхности kpS = k_гr_nSp, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2343.

р_nS = r_nS = 0,23430,118 = 0,02765;

По номограмме находим k_г = 3,4;

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

t_з = 0,5(t_эк + t_эк ) + (4060) = 0,5(154,56+242,96) + 50 = 248,76 ^оС;

По номограмме находим С_г=0,97; _н=100 ккал/м²ч^оС; _л = _наС_г =1000,08970,97= 8,7 ккал/м²ч^оС;

При расчёте экономайзера на величину _л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Т_к - температура газов в объёме камеры, (К); l_об и l_п -- соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А - коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;

9.1.6)Температурный напор:

температурный напор с достаточной точностью можно найти как:

9.1.7)Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 2% вносим конструктивные изменения.

9.1.8)Найдем требуемую длину змеевика:

Следовательно, принимаем Z₂^р равное 36, то есть Z₂^{1 ряда} =20, Z₂^{2 ряда} =16 во втором пакете убираем одну сдвоенную петлю.

Для первого пакета:

Для второго пакета:

Высота экономайзера:

Расчёт закончен

IX.II Расчёт воздушного подогревателя

9.2.1) По чертежам парового котла составляем эскиз воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 125, на котором указывают все конструктивные размеры.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя

Наименование величин	Обозн	Раз-ть	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,04
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,037
Количество труб в ряду	z1	-	72
Количество рядов труб по ходу газов	z2	-	33
Шаг труб: поперечный	S1	м	0,056
продольный	S2	м	0,042
Относительный шаг труб: поперечный	S1/d	-	1,4
продольный	S2/d	-	1,05
Расположение труб	-	-	шахматное
Характер омывания труб газами	-	-	продольный
Характер омывания труб воздухом	-	-	поперечный
Число труб, включённых параллельно по газам	z0	-	2376
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	2,555
Ширина газохода	b	м	4,144
Высота одного хода по воздуху (заводская)	hх	м	2,1
Площадь живое сечение для прохода воздуха	Fв	м2	2,6544
Поверхность нагрева ВЗП	Hвп	м2	2413,99

Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное; взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха не меньше двух.

Расчётно определим число труб, включенных параллельно по газам:



Площадь живого сечения для прохода газа:

Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной заводской конструкции):

Поверхность нагрева ВЗП:

9.2.2) С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:

Наименование величин	Обознение	Размерность	Величина
Температура газов до воздухоподогревателя	эк	0С	301,87
Температура газов за воздухоподогревателем	ух	0С	150
Температура воздуха до воздухоподогревателя	tв	0С	30
Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя	tгв	0С	220
Объёмы газов при среднем избытке воздуха	Vг	м3/кг	14,0698
Теоретический объём воздуха	V0	м3/кг	10,62
Температура воздуха до воздухоподогревателем к теоретически необходимому	вп	--	1,05
Объёмная доля водяных паров	rH2O	--	0,1102
Тепловосприятие по балансу	Qбвп	ккал/кг	695,85

Находим скорости газов и воздуха:

Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: W_г=12±3 м/с, а W_в = (0,50,6)W_г = 5,076,08 м/с, однако полученная скорость воздуха больше допустимой принимаем W_в'=6,08 м/c.

Пересчитываем:

9.2.3)Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин.

где = 0,7

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяют по формуле:

При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 14:

_н=29 ккал/м²ч^оС; добавочные коэффициенты: С_ф=1,1; С_l=1;

_к = _нС_фС_l = 291,11 = 31,9 ккал/м²ч^оС;

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:

_н= 56 ккал/м²ч^оС; добавочные коэффициенты: С_z=1; С_ф=0,98; С_s=1;

_к = _нС_zС_фС_s = 5610,981 = 54,88 ккал/м²ч^оС;

9.2.4) Температурный напор:

температурный напор можно найти как:

Поправочный коэффициент определяют по номограмме по безразмерным параметрам:

По R и Р находим = 0,96

9.2.5)Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 10% вносим конструктивные изменения.

Принимаем число ходов n=3.

Пересчитываем:

высота трубного пучка:

высота хода:

расчетная площадь живого сечения для прохода воздуха:

действительная скорость воздуха:

Невязка:

Невязка <10 % расчёт закончен.

Список литературы

Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией Н.В. Кузнецова. - М.: Энергия, 1973. -296с.

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

Методические указания по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново, 1987. -36с.

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

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

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

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

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