Тепловой расчет котла ТП-42 для работы на углях марки АШ Донецкого месторождения

Iо.прс = Iо.хв. = 129,5кДж/кг.

Энтальпия газов на выходе из пароперегревателя (из уравнения теплового баланса по газам)

Температура газов на выходе из пароперегревателя; определяется по таблице 2

х''г.пе = 647^оС (Т''г.пе = 647 + 273 = 920К)

Невязка теплового баланса всего котла [1, 9-01]

/ДQ/ = Qp•зk + Qф + Qв.вн - (Qл.т. + Qб.ф. + Qб.пе. + Qб.эк1 + Qб.эк2• =

= 13581•0,917 - (5581,8 + 1512,11 + 3762 + 433,9 + 1175,6• = 66,123кДж/кг.

Величина невязки теплового баланса относительно располагаемого тепла

/Дq/ = = = 0,46%.

Не превышает 0,5%.

13.3 Расчет радиационного пароперегревателя

Количество тепла, воспринимаемое радиационным пароперегревателем излучением из топки; определено ранее (расчет теплообмена всего пароперегревателя) Qл.р.пе = 222,1 кДж/кг.

Расход впрыска в пароподогреватель; определен ранее Dвпр = 3,83 кг/с.

Расход пара в радиационном пароперегревателе; принимается равным

Dр.пе = Dпе - Dвпр = 63,89 - 3,83 = 60,06 кг/с.

Энтальпия пара на входе; принимается равной энтальпии насыщенного пара при давлении в барабане котла; определена ранее

i'р.пе = is = 2709,8 кДж/кг.

Энтальпия пара на выходе из радиационного перегревателя

i''р.пе = i'р.пе + Qл.р.пе.• = 2757,2кДж/кг.

Температура на выходе из радиационного пароперегревателя определяется по энтальпии на выходе при давлении в барабане котла (по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара) [1, табл. ХХV]

t''р.пе = 320^оС.

13.4 Расчет конвективного пароперегревателя второй (по ходу пара) ступени (Кпе2)

Конструктивные характеристики Кпе2

Тип ступени - шахматно-коридорная, прямоточная.

Диаметр труб наружный d = 42 мм.

Диаметр труб внутренний dвн = 32 мм.

Число рядов труб по ходу газов в шахматной части z2 шах = 4.

Число рядов труб по ходу газов в коридорной части z2 кор = 6.

Поперечный шаг труб в шахматной части s1 шах = 180мм.

Относительный поперечный шаг труб в шахматной части у1.шах = 4,52.

Поперечный шаг труб в коридорной части s1 кор = 90мм.

Относительный поперечный шаг труб в коридорной части у1 кор = 2,14.

Продольный шаг труб s2 = 150 мм.

Относительный продольный шаг труб у2 = 3,57.

Сечение для прохода пара ѓп = 0,092 м2.

Сечение для прохода газов в шахматной части Fг. шах = 46 м².

Сечение для прохода газов в коридорной части Fг. кор = 23 м².

Теплообменная поверхность нагрева шахматной части Ншах = 355 м².

Теплообменная поверхность нагрева коридорной части Нкор = 635 м².

Глубина пакета ?п = 1,35 м.

Глубина газового объема ?об = 1,2 м.

Расход пара в Кпе2 (по заданию)

DКпе2 = Dпе = 63,89 кг/с.

Давление перегретого пара на выходе из Кпе2 (по заданию)

рКпе2 = 9,8МПа.

Температура пара на выходе из Кпе2 (по заданию)

t''Кпе2 = tпе = 510^оС.

Энтальпия пара на выходе из Кпе2 (тепловой баланс)

i''Кпе2 = iпе = 3402,1 кДж/кг.

Давление пара на входе в Кпе2

рн.п. = 1,1•9,8 = 10,78 МПа.

Температура пара на входе в Кпе2; принимается с последующим уточнением

t'Кпе2 = 380^oC.

Энтальпия пара на входе в Кпе2 [2, табл. XXV]

i'Кпе2 = 2931,2 кДж/кг.

Средняя температура пара в Кпе2

tКпе2.ср. = = 445оС.

Тепло, воспринимаемое Кпе2 излучением из топки (расчет фестона)

Qл.Кпе2 = 42,8 кДж/кг.

Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса

Qб.Кпе2 = - 42,8 = 2304 кДж/кг.

Температура газов на входе в Кпе2; принимается равной температуре газов на выходе из фестона (расчет фестона)

х'г = 1033С (Т'г = 1033 + 273 = 1306К).

Энтальпия газов на входе в Кпе2; принимается равной энтальпии газов на выходе из фестона (расчет фестона)

I'г = 9190,39 кДж/кг.

Энтальпия присасываемого холодного воздуха при tх.в = 30оС (таблица 2)

Iо.прс. = Iо.х.в. = 129,5 кДж/кг.

Энтальпия газов на выходе из Кпе2 (из уравнения теплового баланса по газам)

I''г = I'г - = 6873,5 кДж/кг.

Температура газов на выходе из Кпе2 (таблица 2)

х''г = 787^оС (Т''г = 787 + 273 = 1060К).

Температура дымовых газов средняя

хг.ср. = = 910оС (Тг.ср = 910 + 273 = 1183К).

Скорость дымовых газов в шахматной части [1, 7-28а]

wг. шах = = 5,24 м/с.

Скорость дымовых газов в коридорной части [1, 7-28а]

wг. кор = = 10,475 м/с.

Коэффициент теплопроводности газов [1, п. 3.04]

лг = 9,669·10-2 Вт/м.

Коэффициент кинематической вязкости газов [1, п. 3.03]

vг = 138,5·10-6 м²/с.

Критерий Прандтля для газов [1, п. 3.05]

Рr = 0,58.

Средний относительный диагональный шаг труб в шахматной части

у'2 = = 4,225.

Значение

ц = = 1,09.

Поправка на число рядов по ходу газов в шахматной части; определяется по [1, 7-45а]

при z2 < 10 и у1 > 3,

Сz = 4,0•z20,02 - 3,2 = 4,0•40,02 - 3,2 = 0,9125

Поправка на компоновку пучка в шахматной части; определяется по [1, 7-44а]

при 0,1 < ц < 1,7 и всех у1

Сs = 0,95•ц0,1 = 0,95•1,090,1 = 0,958

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке в шахматной части [1, 7-43]

бк.шах = 0,36•Сz•Cs• =

= 0,36•0,9125•0,958• = 51Вт/м2•К.

Поправка на геометрическую компоновку коридорного пучка [1, 7-41]

при у2 > 2 принимается Сs.кор = 1.

Поправка на число рядов по ходу газов для коридорного пучка [1, 7-42]

Сz.кор = 0,91 + 0,0125•(z2 - 2) = 0,91 + 0,0125•(6 - 2) = 0,96.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке в коридорной части [1, 7-40]

бк кор = 0,2•Сs•Cz• =

0,2•1•0,96• = 46,62 кДж/кг.

Усредненный коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке [1, 7-49а]

бк = = 48,2 кДж/кг.

Средний удельный объем пара [1, табл. XXV]

vп = 0,02798 м³/кг.

Расчетная скорость пара [1, 7-30]

wп = = 19,434 м/с.

Коэффициент теплопроводности пара [1, 3-08]

лп = 7,01•10-2 Вт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости пара [1, 3-06]

vп = 0,766•10-6 м²/с.

Критерий Прандтля для пара [1, табл. IX]

Рrп = 1,0775

Поправка на температуру потока газов [1, 7-30]

Сt = 1,0.

Поправка на относительную длину канала [1, 7-30]

С? = 1,0.

Поправка на форму канала [1, 7-30]

Ск = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1, 7-55]

б2 = 0,023• =

0,023• = 2770,3 Вт/м²•К.

Усредненный относительный поперечный шаг труб

у1.ср = = 2,99.

Относительный продольный шаг труб

у2 = 3,57.

Эффективная толщина излучающего слоя [1, 7-67а]

s = 0,9•d• = 0,477м.

Давление газов в газоходе Кпе2 [1, 7-65]

р = 0,1Мпа.

Коэффициент поглощения лучей газовой средой продуктов сгорания (RO2, H2O) [1, п.6-13]

кг = ког•rn = =

= = 3,63 1/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,75.

Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы [1, 6-16]

кзл•мзл = =

= = 0,44 1/м•МПа.

Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива [1, 7-66]

крs = (кг + кзл•мзл)•р•s = (3,63 + 0,44)•0,1•0,477 = 0,194 1/м•МПа.

Степень черноты потока газов при средней температуре Тг.ср. и давлении р = 0,1МПа [1, 7-65]

а = 1 - е-к•р•s = 1 - 2,718-0,194 = 0,178.

Степень черноты загрязнения стенок лучевоспринимающей поверхности [1, 7-65]

аз = 0,8.

Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания газами [1, 7-Б]

ш = 0,55.

Абсолютная температура загрязнений наружной труб поверхности пароперегревателя [1, 7-69]

Тз = tпе.ср + =

445 + = 719К.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания [1, 7-63]

бл = 5,67·10-8 =

= 5,67·10-8 = 33,1Вт/м2·К.

Коэффициент А для заданного топлива [1, 7-40]

А = 0,5.

Коэффициент теплоотдачи с учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве [1, 7-72]

б'л = бл• =

33,1• = 50,65 Вт/м²·К.

Коэффициент использования поверхности [1, 7-41б]

о = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [1, 7-16]

б1 = о•(бк + б'л) = 1,0•(46,62 + 50,65) = 97,27 Вт/м²·К.

Коэффициент теплопередачи [1, 7-15а]

К = = 51,65 Вт/м²·К.

Разность температур на входе в Кпе2

Дt' = х'г. - t'пе = 1033 - 380 = 653^оС.

Разность температур на выходе из Кпе2

Дt'' = х''г. - t''пе = 787 - 510 = 277^оС.

Температурный напор в ступени при противотоке [1, 7-74]

Дtпрт = = 438оС.

Тепло, передаваемое Кпе2 по уравнению теплопередачи [1, 7-01]

Qт.Кпе2 = = 2288,2 кДж/кг.

Невязка теплового баланса (абсолютная)

/ДQ/ = = 0,67%.

Допустимая абсолютная величина невязки теплового баланса менее 2%.

13.5 Расчет впрыскивающего пароохладителя

Уравнение смешения

(Dпе - Dвпр.)•i''Кпе1 + D•iвпр = D•i'Кпе2.

Энтальпия пара на входе в пароохладитель

i''Кпе1 = = 3109,86 кДж/кг.

Температура на выходе из Кпе1 [1, табл. XXV]

t''Кпе1 = 390^оС.

Снижение энтальпии пара в пароохладителе

Дi''по = i''Кпе1 - i'Кпе2 = 3109,86 - 2931,2 = 178,66 кДж/кг.

Снижение температуры пара в пароохладителе

Дtпо = t''Кпе1 - t'Кпе2 = 390 - 380 = 10^оС.

13.6 Расчет конвективного пароперегревателя первой (по пару) ступени Кпе1

Конструктивные характеристики Кпе1

Тип ступени - коридорная, противоточная.

Диаметр труб наружный d = 32 мм.

Диаметр труб внутренний dвн = 28 мм.

Число рядов труб по ходу газов z2 кор = 16.

Поперечный шаг труб s1 = 90 мм.

Относительный поперечный шаг труб у1 кор = 2,81.

Продольный шаг труб s2 = 75 мм.

Относительный продольный шаг труб у2 = 2,34.

Сечение для прохода пара ѓп = 0,098 м².

Сечение для прохода газов Fг. = 23 м².

Теплообменная поверхность нагрева Н = 985 м².

Глубина пакета ?п = 2,5 м.

Глубина газового объема ?об = 0,5 м.

Расход пара в Кпе1

DКпе2 = Dпе - Dвпр = 63,89 = 3,83 = 60,0566 кг/с.

Давление перегретого пара на выходе из Кпе1

р''Кпе1 = 9,8МПа.

Температура пара на выходе из Кп1; принимается равной температуре пара на входе в пароохладитель (расчет ПО)

t''Кпе1 = 390оС.

Энтальпия пара на выходе из Кпе1; принимается равной энтальпии пара на входе в пароохладитель (расчет ПО)

i''Кпе1 = 3109,86 кДж/кг.

Давление пара на входе в Кпе1; принимается равным давлению в барабане котла, увеличенному на 10%

р'Кпе1 = 1,1•9,8 = 10,78МПа.

Температура пара на входе в Кпе1; принимается равной температуре пара на выходе из радиационного подогревателя

t'Кпе1 = t''р.пе. = 320^оС.

Энтальпия пара на входе в Кпе1; принимается равной энтальпии пара на выходе из радиационного подогревателя

i'Кпе1 = i''р.пе = 2757,2 кДж/кг.

Средняя температура пара в Кпе1

tКпе1.ср. = = 355^оС.

Тепло, воспринимаемое Кпе1 излучением из топки; для Кпе1 оно очень мало и принимается равным нулю

Qл.Кпе1 = 0.

Тепло, воспринимаемое паром по уравнению теплового баланса

Qб.Кпе1 = = 1757,5 кДж/кг.

Температура газов на входе в Кпе1; принимается равной температуре газов на выходе из ранее рассчитанной 2 ступени пароперегревателя

х'г = 787оС (Т'г = 787 + 273 = 1060К).

Энтальпия газов на входе в Кпе1; принимается равной энтальпии газов на выходе из ранее рассчитанной 2 ступени пароперегревателя

I'г = 6873,5 кДж/кг.

Энтальпия присасываемого холодного воздуха при tх.в = 30оС (таблица 2)

Iо.прс. = Iо.х.в. = 129,5 кДж/кг.

Энтальпия газов на выходе из Кпе1 (из уравнения теплового баланса по газам)

I''г = I'г - = 5106,6кДж/кг.

Температура газов на выходе из Кпе1 (таблица 2)

х''г = 594оС (Т''г = 594 + 273 = 867К).

Температура дымовых газов средняя

хг.ср. = = 690,5оС (Тг.ср = 690,5 + 273 = 963,5К).

Скорость дымовых газов в Кпе1 [1, 7-28а]

wг. = = 8,63 м/с.

Коэффициент теплопроводности газов [1, п. 3.04]

лг = 7,78 10-2 Вт/м.

Коэффициент кинематической вязкости газов [1, п. 3.03]

vг = 97,223·10-6 м²/с.

Критерий Прандтля для газов [1, п. 3.05]

Рr = 0,603.

Поправка на геометрическую компоновку пучка [1, 7-41]

при у2 > 2, Сs = 1.

Поправка на число рядов по ходу газов для коридорного пучка [1, 7-42]

при z2 > 10, Сz.кор = 1.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке в коридорной части [1, 7-40]

бк = 0,2•Сs•Cz• =

= 0,2•1•1• = 72,29 кДж/кг.

Средний удельный объем пара [1, табл. XXV]

vп = 0,01864 м³/кг.

Расчетная скорость пара [1, 7-30]

wп = = 11,42 м/с.

Коэффициент теплопроводности пара [1, 3-08]

лп = 8,036•10-2Вт/м•К.

Коэффициент кинематической вязкости пара [1, 3-06]

vп = 0,497•10-6 м²/с.

Критерий Прандтля для пара [1, табл. IX]

Рrп = 1,47

Поправка на температуру потока газов [1, 7-30]

Сt = 1,0.

Поправка на относительную длину канала [1, 7-30]

С? = 1,0.

Поправка на форму канала [1, 7-30]

Ск = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1, 7-55]

б2 = 0,023• =

0,023• = 3415Вт/м2•К.

Эффективная толщина излучающего слоя [1, 7-67а]

s = 0,9•d• = 0,192м.

Давление газов в газоходе Кпе1 [1, 7-65]

р = 0,1Мпа.

Коэффициент поглощения лучей газовой средой продуктов сгорания (RO2, H2O) [1, п.6-13]

кг = ког•rn = =

= = 6,59 1/м•МПа.

Коэффициент Азл для заданного топлива [1, табл. 6-1]

Азл = 0,75.

Коэффициент поглощения лучей частицами летучей золы [1, 6-16]

кзл•мзл = =

= = 0,5 1/м•МПа.

Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока при сжигании заданного топлива [1, 7-66]

крs = (кг + кзл•мзл)•р•s = (6,59 + 0,5)•0,1•0,192 = 0,136 1/м•МПа.

Степень черноты потока газов при средней температуре Тг.ср. и давлении р = 0,1МПа [1, 7-65]

а = 1 - е-к•р•s = 1 - 2,718-0,136 = 0,127.

Степень черноты загрязнения стенок лучевоспринимающей поверхности [1, 7-65]

аз = 0,8.

Коэффициент тепловой эффективности, учитывающий влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания газами [1, 7-Б]

ш = 0,55.

Абсолютная температура загрязнений наружной труб поверхности пароперегревателя [1, 7-69]

Тз = tпе.ср + =

355 + = 629К.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания [1, 7-63]

бл = 5,67·10-8 =

= 5,67·10-8 = 13,66Вт/м2·К.

Коэффициент А для заданного топлива [1, 7-40]

А = 0,5.

Коэффициент теплоотдачи с учетом излучения газовых объемов в межтрубном пространстве [1, 7-72]

б'л = бл• =

13,66• = 19,85 Вт/м²·К.

Коэффициент использования поверхности [1, 7-41б]

о = 1,0.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке [1, 7-16]

б1 = о•(бк + б'л) = 1,0•(75,29 + 19,85) = 95,14 Вт/м²·К.

Коэффициент теплопередачи [1, 7-15а]

К = = 52,33Вт/м²·К.

Разность температур на входе в Кпе1

Дt' = х'г. - t'пе = 787 - 390 = 397^оС.

Разность температур на выходе из Кпе1

Дt'' = х''г. - t''пе = 594 - 320 = 274^оС.

Температурный напор в ступени при противотоке [1, 7-74]

Дtпрт = = 332^оС.

Тепло, передаваемое Кпе1 по уравнению теплопередачи [1, 7-01]

Qт.Кпе1 = = 1334,86 кДж/кг.

Невязка теплового баланса (абсолютная)

/ДQ/ = = 24%.

Допустимая абсолютная величина невязки теплового баланса должна быть менее 2%. А у нас она получается меньше. Т. е. при реконструкции котлоагрегата необходимо уменьшить поверхность нагрева Кпе1.

14. Анализ результатов расчетов и определение объема реконструкции котла

Коэффициент полезного действия котла будет достаточно высоким (более 90%), что обеспечит экономичное использование топлива. Величина невязки теплового баланса котла не превышает 0,5% (п. 13.2.22).

Топка будет работать в благоприятных условиях, так как удельное тепловое напряжение объема ниже рекомендуемого. Принятые тепловые потери не будут превышать нормативного. Удельной тепловое напряжение топки сечения в зоне наибольшего тепловыделения также не превышает нормативного, поэтому ожидать шлакования топочных экранов в области расположение горелок не следует. Полученная расчетом температура газов на выходе из топки несколько ниже температуры начала деформации золы данного топлива, что обеспечит также отсутствие шлакования котельного пучка, расположенного на выходе из топки.

Скорости газов во всех конвективных поверхностях находятся в пределах рекомендуемых нормами. Следовательно, значительного абразивного износа труб не будет. Скорость пара в пароперегревателе не велика, что не обеспечит должной подачи тепла от стенок к пару и надежность работы металла его труб будет не достаточно высокой. вместе с тем, невысокие скорости пара в пароперегревателе будут способствовать снижению интенсивности протекания эрозионных процессов в трубах.

Установленная поверхность нагрева пароперегревателя 1 ступени не обеспечивает перегрева пара до заданной температуры, и ее необходимо изменить. Данное изменение поверхности нагрева пароперегревателя 1 ступени и является предметом реконструкции поверхностей нагрева. При этом, реконструкции подлежит лишь одна первая (по ходу пара) ступень пароперегревателя.

Остальные поверхности нагрева котла нет необходимости реконструировать.

Необходимая поверхность нагрева пароперегревателя 1 ступени определяется из уравнения теплопередачи

Ннеобх = = 1297 м².

Заключение

В данном курсовом проекте выполнен поверочный тепловой расчет котла ТП-42 для сжигания заданного топлива - уголь Донецкого месторождения, АШ.

Определены расчетные характеристики заданного топлива, с пересчетом его на заданную влажность и зольность. Расчетная теплота сгорания топлива составила 13581 кДж/кг.

Произведен расчет необходимого теоретического количества сухого воздуха для полного сгорания, а также теоретический и действительный объемы продуктов сгорания заданного топлива (трехатомных газов, азота и водяных паров).

Выполнены тепловые расчеты всех конвективных поверхностей нагрева котла: воздухоподогревателя 1 и 2 ступеней; водяного экономайзера 1 и 2 ступеней; топки и фестона, конвективных пароперегревателей 1 и 2 ступеней.

Список используемой литературы

1. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. Изд. - во НПО ЦКТИ, 1998.

2. Фурсов И.Д., Коновалов В.В. Конструирование и тепловой расчет паровых котлов. Учебное пособие для студентов ВУЗов. Алтайский государственный технический университет им. Ползунова И.И., Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 2001.

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. М., Энергратомиздат, 1984.

4. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. Для студентов ВУЗов. М., Энергратомиздат, 1988.

5. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Ленинград, Энергоатомиздат, 1989.

6. Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод. Москва. Ленинград, Энергия, 1964.

7. Тепловой расчет котла. Методические указания для студентов ИДО специальности 140401 "Тепловые электрические станции". Томск, Изд-во ТПУ, 2008.

8. Котельные установки и парогенераторы. Рабочая программа и контрольные задания для студентов специальности 100500 "Тепловые электрически станции" Института дистанционного образования. Составил Карякин С.К., Томск, Изд-во ТПУ, 2004.

Приложение

1 - водоподводящие (опускные) трубы, 2 - барабан котла, 3 - трубопровод насыщенного пара, 4 - пароперегреватель, 5 - экранные трубы, 6 - топочная камера, 7 - амбразура для выхода аэросмеси, 8 - воздуховод горячего воздуха, 9 - коллекторы экранов, 10 - воздуховод холодного воздуха, 11 - вентилятор, 12 - газоход, 13 - дымосос, 14 - дымовая труба, 15 - золоуловитель, 16 - воздухоподогреватель, 17 - входной и выходной коллекторы водяного экономайзера, 18 - водяной экономайзер, 19 - входной и выходной коллекторы пароперегревателя.

Рисунок 2 - Схема газового тракта котла.

Размещено на Allbest.ru