Разработка проекта котла–утилизатора Пр-223/57-7,15/0,53-508/207
Анализ компоновочных решений и обоснование конструкции котла-утилизатора. Байпасная система дымовых газов. Характеристика основного топлива. Разработка конструкции пароперегревателя, испарительных поверхностей нагрева, расчет на прочность элементов котла.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 25.03.2014 |
Размер файла | 629,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
159,8
163,2
164,1
165,2
Недогрев до кипения, %
-5,54
-4,52
-3,76
-2,45
Температура на входе в барабан, оС
159,9
163,3
164,3
165,2
Температура в барабане, оС
159,9
163,3
164,3
165,2
Температура на выходе из тракта, оС
207
207
206,7
205,8
Тракт конденсата:
Тепловая мощность ГПК, кВт
35940
33479
31816
28066
Давление на входе в тракт, МПа
1
1
1
1
Давление на входе в ГПК, МПа
0,96
0,96
0,98
0,99
-20 оС
0 оС
+10 оС
+30 оС
Давление на выходе из тракта, МПа
0,7
0,69
0,69
0,98
Расход на входе в тракт, т/ч
192,14
203,23
203,19
199,58
Расход на байпас, т/ч
0
0
0
0
Расход на рециркуляцию ГПК, т/ч
155,13
103,28
76,97
32,49
Расход через ГПК, т/ч
347,27
306,50
280,16
232,06
Расход на выходе из тракта, т/ч
192,14
203,23
203,19
199,58
Температура на входе в тракт, оС
33,1
33,1
33,1
33,1
Недогрев до кипения, %
-5,91
-4,89
-4,12
-2,81
Температура на входе в ГПК, оС
60
60
60
60
Температура на выходе из ГПК, оС
150,9
151,4
152,7
156,3
Температура на выходе из тракта, оС
150,9
152,8
164,1
162,6
ВВТО:
Тепловая мощность, кВт
9400
4700
3572
--
Давление конденсата на входе, МПа
1,58
1,625
1,6
--
Расход конденсата через ВВТО, т/ч
155,13
103,28
76,97
--
Температура конденсата на входе в ВВТО, оС
148,2
151,4
152,7
--
Температура конденсата на выходе из ВВТО, оС
96,9
114,7
117,6
--
Давление сетевой воды на входе, МПа
1,5
1,5
1,5
--
Расход сетевой воды через ВВТО, т/ч
162
162
162
--
Температура сетевой воды на входе в ВВТО, оС
60
44
46
--
Температура сетевой воды на выходе из ВВТО, оС
109,8
69
65
--
5. Разработка испарительных поверхностей нагрева, расчеты надежности элементов гидравлической схемы
5.1 Общие сведения о конструкции поверхностей нагрева КУ
Поверхности нагрева КУ делают из стальных труб с наружным оребрением. Спирально-ленточное оребрение труб выполняют в заводских условиях на специальных установках с использованием токов высокой частоты. Это позволяет приваривать к трубам ленту различной толщины, конфигурации и размера.
Крупнейшим производителем КУ и оребренных труб для их поверхностей нагрева является АО «Подольский машиностроительный завод». Завод изготавливает оребренные трубы следующих параметров: диаметр 22-114 мм, толщина стенки 2-12 мм, высота ребра 5-25 мм, толщина ребра 0,8-2 мм, шаг витков оребрения 4-15 мм, максимальная длина оребренной трубы 22 м.
Рисунок 5.1.1 - Элементы поверхностей нагреву КУ ПГУ: а - наружное оребрение труб; б - крепление труб шахматного трубного пучка; 1-2 - сплошное оребрение; 3-4 - просечное оребрение.
Оребрение может быть сделано из углеродистых, легированных и аустенитных сталей. Помимо этого возможно также просечное оребрение труб (рис. 5.1.1). В модулях, из которых изготавливают КУ, масса оребренных труб достигает 45 % его общей массы, а само оребрение уменьшает ее в среднем в 1,5 раза по сравнению с гладкотрубными поверхностями нагрева.
Конструкция вертикальных КУ имеет свои особенности. Их поверхности нагрева выполняют в виде отдельных модулей, укрепляемых один над другим с помощью каркаса, в котором предусмотрены боковые боксы для размещения коллекторов и колен труб, не омываемых дымовыми газами. Основная часть модуля в зависимости от его длины имеет несколько несущих перегородок. В них просверлены отверстия диаметром, превышающим наружный диаметр оребренной трубы на 8--10 мм. Оребренные трубы заводятся одновременно через все отверстия и опираются в перегородках на свои ребра. В боковых боксах осуществляются сварка колен и приварка труб к коллекторам. В случае повреждения любую трубу можно заменить, отрезав ее от колен или коллектора. Применение шахматного расположения труб в пучке обеспечивает их свободное тепловое расширение.
5.2 Расчёты надежности элементов гидравлической схемы
При разработке поверхностей нагрева проектируемого котла необходимо было решить задачу достижения максимально возможной утилизации теплоты дымовых газов, поступающих в КУ, путём передачи её рабочему телу. Эффективным решением данной проблемы является предельное экранирование газохода КУ или, другими словами, наращиванием теплообменной поверхности.
В проектируемом паровом котле два циркуляционных контура, следовательно испарительных поверхностей нагрева проектируется также две для контура высокого и низкого давления испаритель высокого и низкого давления соответственно, каждый модуль состоит из трёх секций секций, состоящих из 52 труб по ширине, со своими входным и выходным коллекторами. Трубы в секциях дистанционированы в шести местах по высоте при помощи «гребенок», расположение труб - шахматное.
При конструировании горизонтальных поверхностей испарительных поверхностей нагрева, необходимо учитывать внутренний диаметр труб, а также массовую скорость потока. При малой массовой скорости возможно расслоение потока, возникновение пульсаций, плохого отвода тепла от стенки трубы в области с эмульсионным движением пароводяного потока. При чрезмерном увеличении массовой скорости растут гидравлические потери в контуре циркуляции, что приводит к увеличению потребления электроэнергии питательным насосом [8].
5.3 Исходные данные трубных частей испарительных поверхностей нагрева
Расчетные параметры элементов гидравлической схемы испарительных контуров КУ, работающих под давлением приведены в таблице 5.3.1.
Таблица 5.3.1- Расчетные параметры элементов гидравлической схемы
Наименование |
Рабочие параметры |
Расчетные параметры |
|||
Давление, МПа |
Температура, °С |
Давление, МПа |
Температура, °С |
||
Поверхности нагрева |
|||||
Испаритель высокого давления (ИВД) |
7,36 |
289,2 |
8,4 |
330 |
|
Испаритель низкого давления (ИНД) |
0,66 |
163,0 |
0.9 |
250 |
|
Трубопроводы |
|||||
От ИВД до БВД |
7,36 |
289,2 |
8.0 |
330 |
|
От БВД до ИВД |
7,66 |
289.2 |
8.4 |
330 |
|
ИНД |
0.66 |
163 |
0,9 |
250 |
Допускаемые напряжения материалов, примененных в испарительных поверхностях нагрева КУ, приняты согласно [9] и приведены в таблице 5.3.2.
Таблица 5.3.2- Допускаемые напряжения материалов в испарительных поверхностях КУ
Материал |
Т, С |
|||
для рабочих условий |
для условий испытаний |
|||
Ст20 (труба ТУ 14-3Р-55-2001; поковка ОСТ 108.030.113-87; круг ГОСТ 1050-88) |
20 250 260 265 |
147 132 130 128 |
200 - - - |
5.4 Расчетные параметры для барабана котла
Обечайка барабана, эллиптические днища, крышка люка лаза и штуцеры: подвода питательной воды, опускных стояков, отвода пара и подвода пара на обогрев выполнены из стали марки 15NiCuMoNb5, все остальные штуцеры выполнены из стали 20.
Расчетная температура t=290 С при расчетном давлении 7,5 МПа. При этом допускаемое напряжение согласно [8] для стали 15NiCuMoNb5 составляет 256 МПа для листов толщиной 44 мм, 243 МПа для листов толщиной 60 мм и 235 МПа для поковок.
5.5 Расчет на прочность цилиндрической части барабана высокого давления
На рисунке 5.5.1 приведена схема развертки цилиндрической части барабана высокого давления КУ по наружной поверхности.
Рисунок 5.5.1 - Развертка цилиндрической части барабана по наружной поверхности
Результаты расчетов на прочность цилиндрической части барабана высокого давления приведены в таблице 5.5.1.
Таблица 5.5.1- Результаты расчетов на прочность БВД
Наименование |
Обозначение |
Обозначение отверстий |
|||||
А-Б |
В-Г |
П-П |
Г-С |
||||
Внутренний диаметр, мм |
D |
2420 |
2420 |
2420 |
2420 |
||
Марка стали |
15NiCuMoNb5 |
||||||
Расчетное давление, МПа |
P |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
||
Расчетная температура |
t |
290 |
290 |
290 |
290 |
||
Допускаемое напряжение, МПа |
256 |
256 |
256 |
256 |
|||
Характеристики отверстий |
условный диаметр отв.1(большего), мм |
dy1 |
421 |
275 |
30 |
275 |
|
условный диаметр отв.2,мм |
dy2 |
336 |
275 |
30 |
20 |
||
продольный шаг, мм |
t(a) |
1000 |
500 |
800 |
|||
поперечный шаг, мм |
t1(b) |
645 |
753 |
||||
Признак ряда в продольном направлении |
Один. |
Один. |
Ряд |
Ряд |
|||
Признак ряда в поперечном направлении |
Один. |
Ряд |
Один. |
Один. |
|||
Признак ряда в косом направлении |
Ряд |
Один. |
Один. |
Один. |
|||
Коэффициент Z большего отв.1 |
Z |
1,358 |
0,887 |
0,097 |
0,887 |
||
Коэффициент прочности не укрепленных отверстий |
продольного ряда |
d |
1 |
1 |
0,940 |
0,816 |
|
поперечного ряда |
d |
1 |
1 |
1 |
1 |
||
косого ряда |
d |
0,705 |
1 |
1 |
1 |
||
одиночного отверстия |
d |
0,643 |
0,758 |
1 |
0,758 |
||
Характеристики подкрепления (штуцера) |
Марка стали |
15NiCuMoNb5 |
|||||
Допускаемое напряжение, МПа |
235 |
235 |
- |
235,0 |
|||
Наружный диаметр, мм |
da |
509 |
363 |
- |
363 |
||
Толщина стенки, мм |
Ss |
44 |
44 |
- |
44 |
||
Прибавка на толщину, мм |
Cs |
1 |
1 |
- |
1 |
||
Расчетная толщина, мм |
Srs |
6,8 |
4,5 |
- |
4,5 |
||
Укрепляющая высота, мм |
hs |
176,8 |
146,4 |
- |
146,4 |
||
Марка стали |
15NiCuMoNb5 |
||||||
Допускаемое напряжение, МПа |
235,0 |
235,0 |
- |
- |
|||
Наружный диаметр, мм |
da |
424 |
363 |
- |
- |
||
Толщина стенки, мм |
Ss |
44 |
44 |
- |
- |
||
Прибавка на толщину, мм |
Cs |
1 |
1 |
- |
- |
||
Расчетная толщина, мм |
Srs |
5,4 |
4,5 |
- |
- |
||
Укрепляющая высота, мм |
hs |
159,8 |
146,4 |
- |
- |
||
Компенсирующая площадь, мм2 |
fs |
11738 |
10359 |
- |
10359 |
||
Расчетный коэффициент прочности |
0,956 |
1 |
0,940 |
1 |
|||
Расчетная толщина стенки, мм |
Sr |
37,7 |
36,0 |
38,3 |
36,0 |
||
Прибавки |
Минусовое отклонение, мм |
C11 |
- |
- |
- |
- |
|
Технологическая, мм |
C12 |
- |
- |
- |
- |
||
На коррозию, мм |
C21 |
5 |
5 |
5 |
5 |
||
Требуемая толщина стенки, мм |
Sтр= Sr+ с11+ с12+ с21 |
42,7 |
41,0 |
43,3 |
41,0 |
||
Номинальная толщина стенки, мм |
S |
44,0 |
44,0 |
44,0 |
44,0 |
||
Внутренний диаметр,мм |
D |
2420 |
2420 |
2420 |
2420 |
||
Марка стали |
15NiCuMoNb5 |
||||||
Расчетное давление, МПа |
P |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
||
Расчетная температура |
t |
290 |
290 |
290 |
290 |
||
Допускаемое напряжение, МПа |
256 |
256 |
256 |
256 |
|||
Характеристики отверстий |
условный диаметр отв.1(большего),мм |
dy1 |
73 |
101 |
20 |
421 |
|
условный диаметр отв.2,мм |
dy2 |
44 |
11 |
11 |
35 |
||
продольный шаг, мм |
t(a) |
500 |
750 |
600 |
1000 |
||
поперечный шаг, мм |
t1(b) |
323 |
645 |
||||
Признак ряда в продольном направлении |
Ряд |
Ряд |
Один. |
Ряд |
|||
Признак ряда в поперечном направлении |
Один. |
Один. |
Один. |
Один. |
|||
Признак ряда в косом направлении |
Один. |
Ряд |
Ряд |
Один. |
|||
Коэффициент |
Z |
0,235 |
0,326 |
0,065 |
1,358 |
||
Коэффициент прочности не укрепленных отверстий |
продольного ряда |
d |
0,833 |
0,925 |
1 |
0,772 |
|
поперечного ряда |
d |
1 |
1 |
1 |
1 |
||
косого ряда |
d |
1 |
0,954 |
1 |
1 |
||
одиночного отверстия |
d |
1 |
0,963 |
1 |
0,643 |
||
Характеристики подкрепления (штуцера) |
Марка стали |
15NiCuMoNb5 |
|||||
Допускаемое напряжение, МПа |
235 |
235 |
- |
235,0 |
|||
Наружный диаметр, мм |
da |
120 |
160 |
- |
509,0 |
||
Толщина стенки, мм |
Ss |
23,5 |
29,5 |
- |
44,0 |
||
Прибавка на толщину штуцера С, мм |
Cs |
1,0 |
- |
- |
1,0 |
||
Расчетная толщина, мм |
Srs |
1,2 |
1,6 |
- |
6,8 |
||
Укрепляющая высота, мм |
hs |
58,2 |
77,6 |
- |
176,8 |
||
Компенсирующая площадь, мм2 |
fs |
1140 |
1984 |
- |
11739 |
||
Расчетный коэффициент прочности |
0,941 |
0,993 |
1 |
0,956 |
|||
Расчетная толщина стенки, мм |
Sr |
38,2 |
36,2 |
36,0 |
37,7 |
||
Прибавки |
Минусовое отклонение, мм |
C11 |
- |
- |
- |
- |
|
Технологическая, мм |
C12 |
- |
- |
- |
- |
||
На коррозию, мм |
C21 |
5 |
5 |
5 |
5 |
||
Требуемая толщина стенки, мм |
Sтр= Sr+ с11+ с12+ с21 |
43,2 |
41,2 |
41,0 |
42,7 |
||
Номинальная толщина стенки, мм |
S |
44,0 |
44,0 |
44,0 |
44,0 |
||
Запас, % |
1,7 % |
6,7 % |
7,4 % |
3,1 % |
|||
Внутренний диаметр,мм |
D |
2420 |
2420 |
2420 |
2420 |
||
Марка стали |
15NiCuMoNb5 |
||||||
Расчетное давление, МПа |
P |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
||
Расчетная температура |
t |
290 |
290 |
290 |
290 |
||
Допускаемое напряжение, МПа |
256 |
256 |
256 |
256 |
|||
Характеристики отверстий |
условный диаметр отв.1(большего),мм |
dy1 |
275 |
275 |
30 |
30 |
|
условный диаметр отв.2,мм |
dy2 |
20 |
20 |
30 |
30 |
||
продольный шаг, мм |
t(a) |
1800 |
500 |
450 |
|||
поперечный шаг, мм |
t1(b) |
645 |
472 |
65 |
|||
Признак ряда в продольном направлении |
Один. |
Один. |
Ряд |
Ряд |
|||
Признак ряда в поперечном направлении |
Ряд |
Один. |
Один. |
Один. |
|||
Признак ряда в косом направлении |
Один. |
Ряд |
Один. |
Один. |
|||
Коэффициент |
Z |
0,887 |
0,887 |
0,097 |
0,097 |
||
Коэффициент прочности не укрепленных отверстий |
продольного ряда |
d |
1 |
1 |
0,940 |
0,933 |
|
поперечного ряда |
d |
1 |
1 |
1 |
1 |
||
косого ряда |
d |
1 |
1 |
1 |
1 |
||
одиночного отверстия |
d |
0,758 |
0,758 |
1 |
1 |
||
Характеристики подкрепления (штуцера) |
Марка стали |
- |
- |
- |
- |
||
Допускаемое напряжение, МПа |
235,0 |
235,0 |
- |
- |
|||
Наружный диаметр, мм |
da |
363,0 |
363,0 |
- |
- |
||
Толщина стенки, мм |
Ss |
44,0 |
44,0 |
- |
- |
||
Прибавка на толщину штуцера С, мм |
Cs |
1,0 |
1,0 |
- |
- |
||
Расчетная толщина, мм |
Srs |
4,5 |
4,5 |
- |
- |
||
Укрепляющая высота, мм |
hs |
146,4 |
146,4 |
- |
- |
||
Компенсирующая площадь, мм2 |
fs |
10359 |
10359 |
- |
- |
||
Расчетный коэффициент прочности |
1 |
1 |
0,940 |
0,933 |
|||
Расчетная толщина стенки, мм |
Sr |
36,0 |
36,0 |
38,3 |
38,6 |
||
Прибавки |
Минусовое отклонение, мм |
C11 |
- |
- |
- |
- |
|
Технологическая, мм |
C12 |
- |
- |
- |
- |
||
На коррозию, мм |
C21 |
5 |
5 |
5 |
5 |
||
Требуемая толщина стенки, мм |
Sтр= Sr+ с11+ с12+ с21 |
41,0 |
41,0 |
43,3 |
43,6 |
||
Номинальная толщина стенки, мм |
S |
44,0 |
44,0 |
44,0 |
44,0 |
||
Запас, % |
7,4 % |
7,4 % |
1,6 % |
0,9 % |
5.6 Расчет на прочность эллиптического днища БВД
На рисунке 5.6.1 приведен эскиз цилиндрического днища барабана.
Рисунок 5.6.1 - Эскиз днища барабана
Результаты расчетов на прочность эллиптической части днища барабана высокого давления приведены в таблице 5.6.1.
Таблица 5.6.2- Расчет на прочность эллиптического днища БВД
Величина |
Обозначение |
Расчет |
||
Внутренний диаметр |
D |
2400 |
||
Высота эллиптической части |
h |
600 |
||
Условный диаметр отверстия |
dу |
450 |
||
Марка стали |
15NiCuMoNb5 |
|||
Расчетное давление, МПа |
P |
7,5 |
||
Расчетная температура |
t |
290 |
||
Допускаемое напряжение, МПа |
243 |
|||
Коэффициент прочности неукрепленного отверстия |
d |
0,657 |
||
Характеристики подкрепления (укрепляющего кольца) |
Наружный диаметр укрепляющего кольца, мм |
da |
538 |
|
Материал укрепляющего кольца |
15NiCuMoNb5 |
|||
Допускаемое напряжение, МПа |
243 |
|||
Расчетная толщина стенки укрепляющего кольца |
Srs |
7,05 |
||
Фактическая толщина стенки укрепляющего кольца, мм |
Ss |
44 |
||
Прибавка на толщину кольца, мм |
Сs |
1 |
||
Фактическая высота кольца, мм |
hs |
55 |
||
Фактическая высота кольца, мм |
hs1 |
45 |
||
Расчетная высота кольца, мм |
hs |
182,18 |
||
Расчетная высота кольца, мм |
hs1 |
72,87 |
||
Компенсирующая площадь кольца, мм2 |
fs |
7824 |
||
Коэффициент прочности укрепленного отверстия |
oc |
0,808 |
||
Расчетная толщина днища, мм |
Sr |
46,3 |
||
Прибавки |
Минусовое отклонение, мм |
с11 |
0 |
|
Технологическая, мм |
с12 |
6 |
||
На коррозию, мм |
с21 |
5 |
||
Требуемая толщина листа, мм |
Sтр= Sr+ с11+ +с12+ с21 |
57,3 |
||
Номинальная толщина листа, мм |
S |
60 |
||
Запас, % |
4,7 % |
5.7 Расчет на прочность крышки люка-лаза
Согласно [8] толщина плоских крышек определяется как
,
где , с - прибавка.
В рассматриваемом случае толщина крышки s=60 мм, диаметр 548 мм, материал - сталь 15NiCuMoNb5. При расчетной температуре t=290 С имеем допускаемое напряжение [] = 243 МПа [8]. За расчетный диаметр Dk принимаем средний диаметр прокладки уплотнения крышки Du=494 мм, коэффициент Km по табл.3 [3] равен 0,53
Имеем мм, с=1,0 мм и
мм.
Таким образом, толщина крышки удовлетворяет условию прочности.
5.8 Расчет на прочность элементов котла, работающих под действием внутреннего давления
Основными параметрами, которые определяются при расчете элементов трубопроводов и элементов котла, работающих под действием внутреннего давления, являются толщина стенки, величина прибавки, а также (если это не принято раньше) марка стали, из которой будут изготавливаться элементы.
Номинальная толщина стенки s должна приниматься по расчетной толщине стенки с учетом прибавок, с округлением до ближайшего большего размера, имеющегося в сортаменте толщин соответствующих полуфабрикатов. Допускается округление в меньшую сторону не более 3 % от принятой окончательно номинальной толщины стенки.
Допускаемая толщина стенки [s] должна определяться по расчетной толщине стенки с учетом эксплуатационной прибавки с2.
Фактическая толщина стенки sf, полученная непосредственными измерениями толщины готовой детали, должна быть не менее допустимой толщины стенки.
По назначению прибавки к расчетной толщине стенки следует подразделять:
- на прибавку с1 (производственная прибавка), компенсирующая возможное понижение прочности в условиях изготовления детали за счет минусового отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др.;
- на прибавку с2 (эксплуатационная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях эксплуатации за счет всех видов воздействия: коррозии, механического износа и др.
Расчет на прочность труб поверхностей нагрева представлен в таблице 5.8.1.
Таблица5.8.1- Расчет на прочность труб поверхностей нагрева
Наименование |
Наружный диаметр Dа, мм |
Марка стали |
Расчетное давление р, МПа |
Расчетная температура t, C |
Допускаемое напряжение |
Расчетная толщина стенки прямого участка, м |
Торовые коэффициенты |
а |
q |
Радиус гиба, мм |
Овальность поперечного сечения, а,% |
Коэффициенты формы |
Расчетные толщины стенок гибов, мм |
Прибавки с, мм |
Требуемая толщина стенки Sr+c,мм |
Требуемая толщина стенки, мм |
Номинальная толщина стенки,мм |
|||||||
К1 |
КЗ |
Y1 |
Y3 |
Sr1 |
Sr3 |
c11 |
c12 |
c21 |
c22 |
|||||||||||||||
ИВД (гиб) |
38 |
20 |
8,4 |
330 |
111,5 |
1,38 |
0,899 |
1 |
0,036 |
0,643 |
75 |
8 |
0,95 |
0,95 |
1,18 |
1,31 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0 |
2,5 |
1,8 |
3 |
|
ИВД (прямая) |
38 |
20 |
8,4 |
330 |
111,5 |
1,33 |
1,000 |
1 |
0,036 |
0,500 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1,38 |
1,38 |
0,3 |
0,0 |
0,5 |
0 |
2,2 |
1,8 |
3 |
|
ИНД (гиб) |
38 |
20 |
0,9 |
250 |
132 |
0,13 |
0,903 |
1 |
0,030 |
0,625 |
79 |
8 |
0,95 |
0,95 |
0,11 |
0,12 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0 |
1,3 |
1,8 |
3 |
|
ИНД (прямая) |
38 |
20 |
0,9 |
250 |
132 |
0,13 |
1,000 |
1 |
0,030 |
0,500 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0,13 |
0,13 |
0,3 |
0,0 |
0,5 |
0 |
0,9 |
1,8 |
3 |
Расчет на прочность конических переходов представлен в таблице 5.8.2.
Таблица 5.8.2- Расчет на прочность конических переходов
Наименование |
угол конусности |
расчетный коэффициент прочности |
Расчетное давление |
марка стали |
расчетный ресурс, тыс. часов |
расчетная температура |
допускаемое напряжение |
наибольший диаметр |
Расчетная толщина стенки |
Прибавки с. мм |
требуемая толщина стенки |
номинальная толщина стенки |
|||
с11 |
с12 |
С21 |
|||||||||||||
Трубопровод «БВД-ИВД» |
|||||||||||||||
Переход 325/273 |
15 |
1 |
8,4 |
20 |
200 |
330 |
111,5 |
277 |
11,24 |
1,5 |
0 |
1 |
13,5 |
25 |
|
Переход 325/273 |
16 |
1 |
8,4 |
20 |
200 |
330 |
111,5 |
277 |
11,24 |
1,25 |
0 |
1 |
13,5 |
25 |
|
Переход 377/273 |
12 |
1 |
8,4 |
20 |
200 |
330 |
111,5 |
320 |
12,82 |
0 |
0 |
1 |
13,8 |
13 |
|
Переход 337/325 |
15 |
1 |
8,4 |
20 |
200 |
330 |
111,5 |
335 |
13,59 |
1,2 |
0 |
1 |
15,8 |
24 |
|
Трубопровод «БНД-ИНД» |
|||||||||||||||
Переход 219/159 |
15 |
1 |
0,9 |
20 |
200 |
250 |
132 |
188 |
0,67 |
0,78 |
0 |
1 |
2,4 |
15,5 |
|
Переход 219/159 |
15 |
1 |
0,9 |
20 |
200 |
250 |
132 |
145 |
0,51 |
0,4 |
0 |
1 |
1,9 |
8 |
|
Переход 168/114,3 |
15 |
1 |
0,9 |
20 |
200 |
250 |
132 |
156,5 |
0,55 |
0,3 |
0 |
1 |
1,9 |
6 |
Расчет на прочность гибов трубопроводов представлен в таблице 5.8.3.
Таблица 5.8.3- Расчет на прочность гибов трубопроводов
Наименование |
Наружный диаметр Da, мм |
Марка стали |
Расчетное давление р, МПа |
Расчетная температура t, С |
Допускаемое напряжение МПа |
Расчетная толщина стенки прямого участка |
Торовые коэффициенты |
а |
q |
Радиус гиба R, мм |
Овальность сечения, % |
Коэффициенты формы |
Расчетные толщины, стенок гибов |
Прибавки с, мм |
Требуемая толщина стенки Sr+c, мм |
Требуемая толщина стенки, мм |
Номинальная толщина стенки s, мм |
|||||||
К1 |
КЗ |
Y1 |
Y3 |
Sr1 |
Sr3 |
С11 |
С12 |
С21 |
с22 |
|||||||||||||||
Трубопровод БНД-ИНД |
||||||||||||||||||||||||
Труба 159x 7 |
159 |
20 |
0,9 |
250 |
132 |
0,54 |
0,946 |
1 |
0,03 |
0,745 |
650 |
8 |
1,197 |
1,36 |
0,611 |
0,73 |
0,3 |
0,7 |
1 |
0 |
2,7 |
4,0 |
7,0 |
|
Трубопровод ИНД-БНД |
||||||||||||||||||||||||
Труба 426x14 |
426 |
20 |
0,9 |
250 |
132 |
1,45 |
0,952 |
1 |
0,03 |
0,782 |
2000 |
8 |
1,22 |
1,36 |
1,684 |
1,976 |
0,7 |
1,4 |
1 |
0 |
4,8 |
4,0 |
14,0 |
|
Трубопровод БВД-ИВД |
||||||||||||||||||||||||
Труба 377x22 |
377 |
20 |
8,4 |
330 |
111,5 |
13,69 |
0,944 |
1 |
0,036 |
0,789 |
1500 |
8 |
1,12 |
1,253 |
14,57 |
17,15 |
1,1 |
2,2 |
1 |
0 |
19,2 |
4,0 |
22,0 |
|
Трубопровод ИВД-БВД |
||||||||||||||||||||||||
Труба 325x25 |
325 |
20 |
8 |
330 |
111,5 |
11,26 |
0,93 |
1 |
0,035 |
0,713 |
1000 |
8 |
1,10 |
1,28 |
11,53 |
14,4 |
1,25 |
3,75 |
1 |
0 |
17,5 |
4,0 |
25,0 |
Расчет на прочность днищ коллекторов представлен в таблице 5.8.4.
Таблица 5.8.4- Расчет на прочность днищ коллекторов
Наименованиеколлектора |
Геометрические характеристики коллектора |
Расчетный диаметр D,мм |
Марка стали |
Расчетное давление р, МПа |
Расчетная температура t, С |
Допускаемое напряжение, |
Расчетный коэффициент прочности |
Толщина стенки коллектора в месте приварки донышка S, мм |
Минимальная толщина цилиндрического борта, мм |
Коэффициенты |
Диаметр отверстия в днище d,мм |
Коэффициент Ko |
Расчетная толщина стенки Sr, мм |
Прибавки, мм |
Требуемая толщина стенки S1,мм |
Номинальная толщина стенки S1, мм |
Радиус выточки r, мм |
Минимальная расченая толщина стенки в месте кольцевой выточки S2, мм |
Номинальная толщина в месте кольцевой выточки S2, мм |
||||
К1 |
К |
С11 |
С12 |
С21 |
|||||||||||||||||||
ИНД (вход) |
273x20 |
234 |
20 |
0.9 |
250 |
132 |
1 |
19 |
0.80 |
0.76 |
0,35 |
102 |
0.784 |
8,6 |
0 |
0 |
1 |
9.6 |
43 |
10 |
1.9 |
33 |
|
ИВД (вход) |
325x25 |
277 |
20 |
8.4 |
330 |
111,5 |
1 |
24 |
10,8 |
0.82 |
0.37 |
102 |
0.815 |
34.5 |
0 |
0 |
1 |
35,5 |
45 |
10 |
13.6 |
35 |
6. Разработка конструкции пароперегревателя
6.1 Общие положения
При разработке конструкции пароперегревателя, необходимо учитывать множество требований, поскольку эта поверхность нагрева работает в области более высоких температур, чем остальные теплообменные поверхности.
Металл поверхности нагрева пароперегревателя имеет наивысшую в котельном агрегате температуру, это обуславливается высокой температурой пара и высокими удельными тепловыми нагрузками.
По причине воздействия высоких температур, диаметр оребрения делают меньше, чем в остальных поверхностях нагрева, то же касается и высоты лепестка.
6.2 Расчетные данные
Расчетные параметры элементов гидравлической схемы пароперегревающих контуров КУ, работающих под действием внутреннего давления представлены в таблице 6.2.1.
Таблица 6.2.1- Параметры элементов пароперегревающих контуров КУ
Наименование |
Рабочие параметры |
Расчетные параметры |
|||
Давление. МПа |
Температура, °С |
Давление, МПа |
Температура, °С |
||
Поверхности нагрева |
|||||
Пароперегреватель высокого давления (ПВД) - выход |
7,1 |
527,9 |
7,5 |
545 |
|
Перегреватель низкого давления (ПНД) |
0,65 |
207,7 |
0,9 |
250 |
Результаты расчета труб пароперегревательных поверхностей нагрева на прочность приведены в таблице 6.2.2.
Таблица 6.2.2- Результаты расчета труб ПВД и ПНД на прочность
Наименование |
Наружный диаметр Dа, мм |
Марка стали |
Расчетное р, МПа |
Расчетная t, C |
Допускаемое напряжение |
Расчетная толщина стенки прямого участка |
Торовые коэффициенты |
а |
q |
Радиус гиба R, мм |
Овальность поперечного сечения, а,% |
Коэффициенты формы |
Расчетные толщины стенок гибов, мм |
Прибавки с, мм |
Требуемая толщина стенки, мм |
Требуемая толщина стенки |
Номинальная толщина стенки s, мм |
|||||||
К1 |
КЗ |
Y1 |
Y3 |
Sr1 |
Sr3 |
c11 |
с12 |
с21 |
с22 |
|||||||||||||||
ППВД (гиб) |
38 |
12X1Мф |
7.5 |
545 |
64 |
2.10 |
0,903 |
1 |
0.05 |
0,73 |
79 |
8 |
0.95 |
0.95 |
1.80 |
2.00 |
0,3 |
0.41 |
0.3 |
0 |
3.0 |
1.8 |
3 |
|
ППВД (прямая) |
38 |
12Х1Мф |
7.5 |
545 |
64 |
2.10 |
1.000 |
1 |
0.05 |
0,50 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2,10 |
2.10 |
0.3 |
0.00 |
0.3 |
0.4 |
3,1 |
1,8 |
3 |
|
ППНД (гиб) |
38 |
Ст20 |
0,9 |
250 |
132 |
0,13 |
0,903 |
1 |
0.03 |
0.62 |
79 |
8 |
0,95 |
0.95 |
0.11 |
0.12 |
0.3 |
0.41 |
0.3 |
0 |
1,1 |
1.6 |
3 |
|
ППНД (Прямая) |
38 |
Ст20 |
0.9 |
250 |
132 |
0,13 |
1.000 |
1 |
0.03 |
0.50 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0,13 |
0.13 |
0.3 |
0.00 |
03 |
0 |
0,7 |
1.8 |
3 |
7. Разработка конструкции и расчет устройств регулирования температуры перегретого пара
Температура пара на выходе из КУ с принудительной циркуляцией может быть обеспечена двумя способами: воздействием на количество подводимой теплоты с выходными газами ГТУ и изменением расхода питательной воды.
Изменение температуры пара по первому способу будет быстрым и адекватным, но количество и параметры газов ГТУ обычно изменяются при изменении параметров наружного воздуха или вида сжигаемого топлива в режиме номинальной нагрузки. Расход питательной воды можно изменять с помощью регулирующего клапана на входе в экономайзер.
Регулирование давления и температуры пара в КУ не предусмотрено. Температура пара за КУ определяется температурой газов, поступающих от ГТУ. Давление пара за КУ определяется паровой турбиной и паропроводами [1].
8. Аэродинамический расчёт газового тракта
8.1 Общие положения
Аэродинамический расчет выполнен на основном расчетном режиме работы ПГУ при температуре наружного воздуха +10 °С, нагрузке ПГУ 100 % от номинальной.
Расчет выполнен для режимов:
- расчет основного тракта (байпасный газоход закрыт);
- расчет байпасного газохода (КУ закрыт).
В расчете не учтено сопротивление газовых шумоглушителей основного тракта и байпасного газохода.
При расчете принято:
- барометрическое давление 746,62 мм рт. ст..
В расчете учтено влагосодержание воздуха при температуре наружного воздуха плюс 10 °С при барометрическом давлении 746,62 мм рт. ст. и относительной влажности воздуха 75 %, свойства влажного воздуха взяты в соответствии с [9].
Аэродинамический расчет проведен в соответствии с рекомендациями [10].
Расчётная схема газового тракта приведена в приложении Б.
8.2 Исходные данные для расчета
Результаты теплогидравлического расчета котла-утилизатора Пр - 223/57 - 7,15/0,53 - 508/207 при нагрузке ГТУ 100 % и температуре наружного воздуха плюс 10 °С.
Основным и резервным топливом для ГТЭ - 160 является природный газ, состав (в процентах по объему) представлен в таблице 1.5.1.
Объемы воздуха, продуктов сгорания и приведенной плотности газов представлены в таблице 8.2.1.
Таблица 8.2.1- Объемы воздуха и продуктов сгорания
Наименование |
Формула, источник |
Значение |
|
Температура наружного воздуха tн, С |
Исходные данные |
10 |
|
Влагосодержание воздуха d, г/кг |
[9] |
5,818 |
|
Теоретический объем воздуха Vo, м3/м3 |
0,0476[0,5CО+0,5Н2+1,5Н2S+ (m+n/4)CmHn-O2] |
9,3 |
|
Теоретический объем азота VoN2, м3/м3 |
0,79Vo + 0,01N2 |
7,38 |
|
Объем трехатомных газов VRO2, м3/м3 |
0,01[CO2+CO+H2S+mCmHn] |
1,02 |
|
Теоретический объем водяных паров VoН2О, м3/м3 |
0,01[H2S+H2+n/2CmHn+0,124dг.т.] +0,0161Vo+0,0016 Vo(d-10) |
2,02 |
|
Объем водяных паров VН2О, м3/м3 |
VoH2O+0,0161(-1)Vo+0,0016(-1) Vo(d-10) |
2,2 |
|
Объем дымовых газов Vг, м3/м3 |
VRO2+VoN2+VH2O+(-1)Vo |
29,6 |
|
Масса дымовых газов G, кг/м3 |
г.т.+d г.т./1000 +1,306Vo+0,0013Vo(d-10) |
37,67 |
|
Удельный вес дымовых газов ог (при нормальных условиях), кг/нм3 |
G/Vг |
1,273 |
|
Плотность дымовых газов ог (при нормальных условиях), кгс2/м4 |
ог/9,81 |
0,1298 |
Объемные расходы газов и плотности по участкам тракта представлены в таблице 8.2.2.
Таблица 8.2.2- Объемные расходы газов и плотности по участкам тракта
Наименование |
Формула, источник |
Величина |
|
Температура наружного воздуха tн, С |
Исходные данные |
10 |
|
Участок до поверхностей нагрева |
|||
Секундный объем газов при нормальных условиях Vн, нм3/с |
395,13 |
||
Секундный объем газов на участке Vс, м3/с |
Vн (+273)/273 |
1178,15 |
|
Плотность дымовых газов на участке г, кгс2/м4 |
ог 273/(273+) |
0,044 |
|
Участок после поверхностей нагрева |
|||
Секундный объем газов на участке Vс, м3/с |
Vн (ух+273)/273 |
550,87 |
|
Плотность дымовых газов на участке г, кгс2/м4 |
ог 273/(273+ух) |
0,093 |
8.3 Расчет сопротивлений по участкам основного тракта
Дымовая труба основного тракта предназначена для создания тяги, отвода и рассеивания в атмосферу продуктов сгорания природного газа из котла-утилизатора.
Дымовая труба - металлоконструкция диаметром 6 м. и отметкой среза 60 м. Оболочка дымовой трубы выполнена из стали 10 ХНДП. Закрепление дымовой трубы на каркас котла- утилизатора выполняется через несущие элементы каркаса дымовой трубы.
Оголовок дымовой трубы (от отметки 58 метров до 60 метров) выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
Расчет сопротивлений по участкам основного тракта представлен в таблице 8.3.1.
Таблица 8.3.1- Расчет сопротивлений по участкам тракта
Наименование |
Величина |
Скорость, м/с |
Коэффициент сопротивления |
Сопротивление, Па |
|||
W=V/F |
h=9,8066 W2/2 |
||||||
Участок 1- от диффузора до поверхностей нагрева |
|||||||
Диффузор =12 |
диаметр входа, м |
3,614 |
- |
- |
- |
||
диаметр выхода, м |
5,808 |
||||||
входное сечение F1, м2 |
10,25 |
114,94 |
0,1 |
284,98 |
|||
выходное сечение F2, м2 |
26,48 |
- |
- |
- |
|||
отношение сечений F1/F2 |
0,387 |
||||||
длина участка L, м |
10,65 |
||||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
3,614 |
||||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
5,808 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
4,711 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
14,78 |
79,71 |
0,045 |
61,68 |
|||
Переход с круга на квадрат |
входное сечение F1, м2 |
26,48 |
44,49 |
0,05 |
21,38 |
||
сторона квадрата а, м |
5,808 |
- |
- |
- |
|||
выходное сечение F2, м2 |
33,73 |
||||||
отношение сечений F1/F2 |
0,79 |
||||||
длина участка L, м |
3,5 |
||||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
5,808 |
||||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
5,808 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
5,808 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
29,67 |
39,7 |
0,0121 |
4,12 |
|||
Участок после перехода до короба входного шумоглушителя |
длина участка L, м |
12,05 |
- |
- |
- |
||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
5,808 |
||||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
5,808 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
5,808 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
33,73 |
34,9 |
0,041 |
10,78 |
|||
Короб шумоглушителя |
переход |
входное сечение F1, м2 |
33,73 |
34,9 |
0,1 |
26,28 |
|
сторона прямоугольника а, м |
7 |
- |
- |
- |
|||
сторона прямоугольника b, м |
7,292 |
||||||
выходное сечение F2, м2 |
51,044 |
||||||
отношение сечений F1/F2 |
0,66 |
||||||
длина участка L, м |
0,7 |
- |
- |
- |
|||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
5,808 |
||||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
7,14 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
6,474 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
40,62 |
29 |
0,002 |
0,363 |
|||
Короб шумоглушителя |
Прямой участок |
длина участка L, м |
8,9 |
- |
- |
- |
|
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
7,14 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
51,044 |
23,1 |
0,025 |
2,873 |
|||
Поворот на 90о с изменением сечения |
входное сечение F1, м2 |
51,044 |
23,08 |
1,4 |
160,93 |
||
сторона прямоугольника а, м |
7,3 |
- |
- |
- |
|||
сторона прямоугольника b, м |
18,4 |
||||||
выходное сечение F2, м2 |
134,32 |
||||||
длина участка L, м |
16,6 |
||||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
7,14 |
||||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
10,45 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
8,795 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
73,98 |
15,93 |
0,038 |
2,059 |
|||
Суммарное сопротивление участка 1 |
575,44 |
||||||
Сопротивление участка 2 - поверхности нагрева hк |
2584 |
||||||
Участок 3- от поверхностей нагрева до дымовой трубы |
|||||||
Прямой участок |
длина участка L, м |
2,25 |
- |
- |
- |
||
сторона прямоугольника а, м |
7,3 |
||||||
сторона прямоугольника b, м |
18,4 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
10,45 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
134,32 |
4,1 |
0,004 |
0,0294 |
|||
Конфузор - 88o -внезапное изменение сечения |
сторона прямоугольника а, м |
7,3 |
- |
- |
- |
||
сторона прямоугольника b, м |
18,16 |
||||||
входное сечение F1, м2 |
132,57 |
||||||
сторона прямоугольника а, м |
5,67 |
||||||
сторона прямоугольника b, м |
5,67 |
||||||
выходное сечение F2, м2 |
32,15 |
17,13 |
0,37 |
49,52 |
|||
отношение сечений F2/F1 |
0,24 |
- |
- |
- |
|||
длина участка L, м |
6,658 |
- |
- |
- |
|||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
10,41 |
||||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
5,67 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
8,04 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
51,75 |
10,64 |
0,017 |
0,883 |
|||
Прямой участок |
входное сечение F1, м2 |
32,15 |
- |
- |
- |
||
выходное сечение F2, м2 |
32,15 |
||||||
длина участка L, м |
3,906 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
5,67 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
32,15 |
17,13 |
0,014 |
1,863 |
|||
Поворотный клапан |
входное сечение F1, м2 |
32,15 |
17,13 |
0,2 |
26,77 |
||
Переход с квадрата на круг |
входное сечение F1, м2 |
32,15 |
- |
- |
- |
||
диаметр d, м |
6 |
||||||
выходное сечение F2, м2 |
28,26 |
19,49 |
0,02 |
3,43 |
|||
отношение сечений F2/F1 |
0,88 |
- |
- |
- |
|||
длина участка L, м |
2,232 |
||||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
5,67 |
||||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
6 |
||||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
5,835 |
||||||
среднее сечение Fср, м2 |
30,08 |
18,31 |
0,008 |
1,18 |
|||
Суммарное сопротивление участка 3 |
83,68 |
||||||
Участок 4- дымовая труба |
|||||||
Дымовая труба |
диаметр дымовой трубы, м |
6 |
- |
- |
- |
||
входное сечение F1, м2 |
28,26 |
19,49 |
1 |
173,19 |
|||
сопротивление дымовой трубы Н, м |
24,35 |
19,49 |
0,061 |
10,59 |
|||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
6 |
- |
- |
- |
|||
Суммарное сопротивление участка 4 |
183,78 |
||||||
Суммарное сопротивление всего тракта h |
3426,9 |
8.4 Расчет самотяги основного газового тракта
Расчет самотяги основного газового тракта представлен в таблице 8.4.1.
Таблица 8.4.1 Расчет самотяги газового тракта
Наименование |
Формула |
Величина |
|
Температура наружного воздуха tн, С |
Исходные данные |
10 |
|
Участок 1 - от диффузора до поверхностей нагрева |
|||
Высота участка h1, м |
Конструктивные данные |
5,36 |
|
Температура газов , оС |
Исходные данные |
541 |
|
Самотяга участка 1 hc1, Па |
42,95 |
||
Участок 2 - поверхности нагрева |
|||
Высота участка h2, м |
Конструктивные данные |
11,504 |
|
Температура газов , оС |
Исходные данные |
324,3 |
|
Самотяга участка 2 hc2, Па |
75,31 |
||
Участок 3 - после поверхностей нагрева - до дымовой трубы |
|||
Высота участка h3, м |
Конструктивные данные |
14,296 |
|
Температура газов , оС |
Исходные данные |
107,6 |
|
Самотяга участка 3 hc3, Па |
47,27 |
||
Участок 4 - дымовая труба |
|||
Высота участка 4 h4, м |
Конструктивные данные |
24,35 |
|
Самотяга участка hc4, Па |
80,41 |
||
Среднее эффективное давление по тракту h эф, мм рт. ст. / Па |
759,47 /101252 |
||
Суммарное сопротивление тракта с поправкой на давление и плотность H, мм вод. ст. / Па |
337,81/ 3312,77 |
||
Перепад полных давлений в газовом трактеHп, мм вод. ст. /Па |
H - hc1-4 |
312,73 / 3066,82 |
8.5 Расчет сопротивлений байпасного газохода
Байпасная дымовая труба, установленная перед котлом-утилизатором, предназначена для создания тяги, отвода и рассеивания в атмосферу продуктов сгорания природного газа при работе ГТУ в “открытом” цикле. При этом байпасный клапан (дивертер) перекрывает вход газов в котел-утилизатор.
Байпасная труба - металлоконструкция диаметром 8 метров и отметкой среза 40 метров.
Оболочка ствола трубы выполнена из углеродистой стали С 255.
Расчет сопротивлений тракта байпасного газохода представлен в таблице 8.5.1.
Таблица 8.5.1 Расчет сопротивления тракта байпасного газохода
Наименование |
Величина |
Скорость, м/с |
Коэффициент сопротивления |
Сопротивление, Па |
||
W=V/F |
h=9,8066W2/2 |
|||||
Диффузор =12 |
диаметр входа, м |
3,614 |
- |
- |
- |
|
диаметр выхода, м |
5,808 |
|||||
входное сечение F1, м2 |
10,25 |
114,94 |
0,1 |
284,98 |
||
выходное сечение F2, м2 |
26,48 |
- |
- |
- |
||
отношение сечений F1/F2 |
0,387 |
|||||
длина участка L, м |
10,65 |
|||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
3,614 |
- |
- |
- |
||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
5,808 |
|||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
4,711 |
|||||
среднее сечение Fср, м2 |
14,78 |
79,71 |
0,045 |
61,68 |
||
Переход с круга на квадрат |
входное сечение F1, м2 |
26,48 |
44,49 |
0,05 |
21,38 |
|
сторона квадрата а, м |
5,808 |
- |
- |
- |
||
выходное сечение F2, м2 |
33,73 |
|||||
отношение сечений F1/F2 |
0,79 |
|||||
длина участка L, м |
3,5 |
|||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
5,808 |
|||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
5,808 |
|||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
5,808 |
|||||
среднее сечение Fср, м2 |
29,67 |
39,7 |
0,0121 |
4,12 |
||
Поворот на 90о с изменением сечения |
входное сечение F1, м2 |
33,73 |
34,93 |
1,4 |
368,53 |
|
сторона квадрата а, м |
5,9 |
- |
- |
- |
||
выходное сечение F2, м2 |
34,81 |
|||||
длина участка L, м |
8 |
|||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
5,808 |
|||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
5,9 |
|||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
5,854 |
|||||
среднее сечение Fср, м2 |
34,26 |
34,39 |
0,027 |
6,89 |
||
Переход с квадрата на круг |
сторона квадрата а, м |
6,33 |
- |
- |
- |
|
входное сечение F1, м2 |
40,07 |
29,4 |
0,05 |
9,32 |
||
диаметр, м |
8 |
- |
- |
- |
||
выходное сечение F2, м2 |
50,24 |
|||||
отношение сечений F1/F2 |
0,8 |
|||||
длина участка L, м |
3,547 |
|||||
Переход с квадрата на круг |
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
6,33 |
- |
- |
- |
|
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
8 |
|||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
7,165 |
|||||
среднее сечение Fср, м2 |
44,58 |
26,43 |
0,01 |
1,47 |
||
Байпасный газоход с глушителями |
длина участка L, м |
20,94 |
- |
- |
- |
|
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
8 |
|||||
среднее сечение Fср, м2 |
50,24 |
23,45 |
0,052 |
6,18 |
||
Переход с круга на квадрат (с квадрата на круг) |
входное сечение F1, м2 |
50,24 |
- |
- |
- |
|
сторона квадрата а, м |
7,1 |
|||||
выходное сечение F2, м2 |
50,4 |
|||||
отношение сечений F1/F2 |
0,99 |
|||||
длина участка L, м |
4,34 |
|||||
эквивалентный диаметр входа dэ1, м |
8 |
|||||
эквивалентный диаметр выхода dэ2, м |
7,1 |
|||||
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
7,55 |
|||||
среднее сечение Fср, м2 |
50,32 |
23,41 |
0,01 |
1,18 |
||
Поворот-ный клапан |
входное сечение F1, м2 |
50,4 |
23,38 |
0,2 |
23,63 |
|
Прямой участок |
длина участка L, м |
1,5 |
- |
- |
- |
|
средний эквивалентный диаметр dэср, м |
8 |
|||||
среднее сечение Fср, м2 |
50,24 |
23,45 |
0,13 |
15,4 |
||
Суммарное сопротивление байпасного газохода |
804,76 |
8.6 Расчет самотяги байпасного газохода
Расчет самотяги байпасного газохода представлен в таблице. 8.6.1.
Таблица 8.6.1- Расчет самотяги байпасного газохода
Наименование |
Формула |
Величина |
|
Температура наружного воздуха tн, С |
Исходные данные |
10 |
|
Высота участка байпасного газохода hб.г, м |
Конструктивные данные |
35,51 |
|
Температура газов , оС |
Исходные данные |
541 |
|
Самотяга участка байпасного газохода hб.г, Па |
284,69 |
||
Среднее эффективное давление по тракту h эф, мм рт. ст. / Па |
749,64 / 99942 |
||
Суммарное сопротивление тракта с поправкой на давление и плотность H, мм. вод. ст. /Па |
80,37 / 788,16 |
||
Перепад полных давлений в байпасном газоходеHп, мм. вод. ст. / Па |
H - hб.г |
51,34 / 503,5 |
Заключение
В данной выпускной квалификационной работе разработан проект котла-утилизатора Пр-223/57-7,15/0,53-508/207, работающего в составе ПГУ-230 состоящей из одной газотурбинной установки, одного КУ и одной паровой турбины К-80-7.
На основе анализа требуемых параметров ПГУ, а также в соответствии с предъявленными к КУ требованиями надежности, безопасности и эксплуатации, разработана тепловая схема КУ и выбраны конструктивные параметры. Указана область применения котла- утилизатора, и обоснованы общие технические требования.
Компоновка проектируемого котла-утилизатора принята вертикальной, с двумя контурами циркуляции - контуры высокого и низкого давлений, что обусловлено условиями полной утилизации теплоты выхлопных газов ГТУ, а также увеличением эффективности теплового цикла ПГУ. Также особенностью компоновки КУ является наличие газового подогревателя конденсата, что обусловлено увеличением КПД котла, а также снижением возможности появления низкотемпературной сернистой коррозии экономайзерных поверхностей нагрева КУ. Также применение ГПК дает возможность установки ВВТО, с целью теплоснабжения жилых районов, либо промышленных предприятий.
Особого внимания заслуживает тепловая схема, составленная таким образом, чтобы обеспечить максимальные значения температурных напоров для поверхностей нагрева, что ведёт к уменьшению их металлоёмкости.
С помощью прикладной программы «Boiler Designer» проведён ряд поверочных теплогидравлических расчётов для 100 % и 60 % нагрузки КУ при различных значениях температуры наружного воздуха. Анализируя полученные результаты, можно заключить, что оптимальные значения термического КПД и тепловой мощности получены для температуры наружного воздуха плюс 10 C, составляющие 82,4 % и 182588 кВт соответственно при номинальной нагрузке КУ.
Аэродинамический расчет, проведенный при помощи прикладной программы «Boiler Designer», показал, что самотяга газового тракта- 312,73 мм рт. ст. а самотяга байпасного отвода дымовых газов составляет 51,34 мм рт. ст. что является положительным фактором при работе КУ в блоке с ГТУ.
Приведены соображения по разработке поверхностей нагрева для вертикальных КУ в целом и разработанного котла - утилизатора в частности. Конструктивные решения позволяют максимально облегчить процесс монтажа КУ, однако, при этом заметно усложняется их изготовление. Стоит также отметить и тот факт, что конструкция поверхностей нагрева фактически является неремонтопригодной. Проведены соответствующие расчеты на прочность испарительных и пароперегревательных поверхностей нагрева КУ, в результате которых выбраны стали, из которых должны изготавливаться трубные элементы поверхностей нагрева, а также толщины стенок труб и их диаметры.
Также в соответствии с заданием проведен расчет шумоглушителя байпасной системы дымовых газов КУ, в результате расчета выбрана длина шумоглушителя и материал, из которого он изготавливается, если допустимый уровень шумовых загрязнений составляет 80 дБ.
Отдельный раздел посвящён разработке схемы автоматического регулирования температуры перегрева пара высокого давления. В рамках данного раздела описаны задачи автоматического регулирования температуры перегрева пара, разработана схема автоматического регулирования, составлена заказная спецификация на приборы и средства автоматизации.
На основании проведённых расчётов составлен технико-экономический анализ проектируемого КУ, по результатам которого можно заключить, что капитальные вложения составят 13125,33 тысяч рублей, эксплуатационные затраты составят 162979,49 тысяч рублей, а экономический эффект от повышения надёжности котла будет равен 3452,4 тысяч рублей в год.
В проектируемом КУ применена получившая наибольшее распространение в России и странах Европы вертикальная компоновка, имеющая ряд преимуществ:
- Возможность пуска и останова КУ в короткие сроки;
- Возможность работы КУ на сниженной нагрузке;
- Сравнительно небольшая площадь участка, занятого КУ;
- Применение многократной принудительной циркуляции, что предотвращает появление застоя циркуляции, и увеличивает надежность испарительных контуров;
- Простота монтажа поверхностей нагрева;
К недостаткам вертикальной компоновки КУ можно отнести:
- увеличение расхода средств на нужды КУ, связанное с применением циркуляционных насосов;
- неремонтопригодность поверхностей нагрева;
- большая длинна труб в следствии которой возможно провисание труб в блоках поверхностей нагрева;
- В случае расслоения пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева возникает температурная пульсация, что приводит к выходу труб из строя.
котел утилизатор газ топливо
Список литературы
1. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электрических станций // Учебное пособие для вузов: Издательство МЭИ, 2002. - 584 с.
2. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты // А.П. Воинов, В.А. Зайцев, Л.И. Куперман, Л.Н. Сидельковский. ? М.: Энергоатомиздат, 1989. ? 272 с.
3. Техническое задание на котёл-утилизатор П-100 ОАО «Инжиниринговая компания ЗИОМАР». Р-92715 ТЗ.
4. Инструкция по эксплуатации на котёл-утилизатор П-100 ОАО «Инжиниринговая компания ЗИОМАР». Р-91280 ИЭ.
5. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). - СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. - 256 с.
6. Гидравлический расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) /Балдина О.М., Локшин В.А., Петерсон Д.Ф. и др.; Под ред. В.А. Локшина и др. - М.:Энергия, 1978.
7. Сопроводительная документация пакета «Boiler Designer». Тома 2,4.
8. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды - СПб: АООТ «НПО ЦКТИ» - 228 с., 1999 г.
9. Свойства влажного воздуха при давлениях (справочник) 500-1000 мм рт. ст. 1963 г.
10. Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод)/ Под ред. С.И. Мочана. Изд. 3-е. Л.: Энергия, 1977 - 256 с.
11. Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций // Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Энергия, 1981. - 368 с.
12. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы// Учебник для ВУЗов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». - М.: Энергия,1978. - 704 с.
13. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник/ В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. В.В. Черенкова. - Л.: Машиностроение, 1987. - 847 с.
14. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (ПБ10-574-03). Серия 10. Выпуск 24. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. - 216 с.
15. Григорьян Ф.Е., Перцовский Е.А. Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок. - Л.: Энергия. 1980. - 120 с.
16. Справочник по технической акустике: Пер. с нем./ Под ред. Хекла М. и Мюллера Х.А.. - Л.: Судостроение, 1980. - 400 с.
17. Методические указания по разработке раздела «Производственная и экологическая безопасность» выпускной квалификационной работы для студентов всех форм обучения / Сост. М.Э. Гусельников, В.Н. Извеков, Н.В. Крепша, В.Ф. Панин. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - 42 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Подключение испарительного охлаждения и предвключенной испарительной секции. Температура дымовых газов за пароперегревателем. Расчет испарительных секций, паропроизводительности котла. Средняя скорость движения дыма. Коэффициент теплоотдачи излучением.
контрольная работа [455,1 K], добавлен 25.06.2013Описание конструкции котла. Общие характеристики топлива; коэффициенты избытка воздуха. Расчет объемов продуктов сгорания, доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц. Тепловой расчет пароперегревателя, поверочный расчет водяного экономайзера.
курсовая работа [364,8 K], добавлен 27.05.2015Описание конструкции котла. Расчет продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов и концентраций золовых частиц в газоходах котла. Определение расхода топлива. Коэффициент полезного действия котла. Расчет температуры газов на выходе из топки.
курсовая работа [947,7 K], добавлен 24.02.2023Полезная тепловая нагрузка печи. Расчет процесса горения топлива в печи. Коэффициент избытка воздуха. Построение диаграммы продуктов сгорания. Тепловой баланс процесса горения. Подбор котла-утилизатора. Расчет испарительной поверхности, экономайзера.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.12.2012Расчетные характеристики топлива. Расчет теоретических объемов воздуха и основных продуктов сгорания. Коэффициент избытка воздуха и объемы дымовых газов по газоходам. Тепловой баланс котла и топки. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева.
контрольная работа [168,0 K], добавлен 26.03.2013Выбор типа котла. Энтальпия продуктов сгорания и воздуха. Тепловой баланс котла. Тепловой расчет топки и радиационных поверхностей нагрева котла. Расчет конвективных поверхностей нагрева котла. Расчет тягодутьевой установки. Расчет дутьевого вентилятора.
курсовая работа [542,4 K], добавлен 07.11.2014Общая характеристика котла, его конвективной шахты. Описание основных параметров парообразующих поверхностей нагрева. Устройство пароперегревателя. Рекомендации по проведению теплового расчета, анализ полученных результатов. Составление баланса.
курсовая работа [567,7 K], добавлен 17.02.2015Характеристика рабочих тел котельного агрегата. Описание конструкции котла и принимаемой компоновки, техническая характеристика и ее обоснование. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, определение расхода топлива.
курсовая работа [173,6 K], добавлен 18.12.2015Определение объемов воздуха и продуктов сгорания, коэффициента полезного действия и расхода топлива. Расчет топки котла, радиационно-конвективных поверхностей нагрева, ширмового пароперегревателя, экономайзера. Расчетная невязка теплового баланса.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 15.11.2011Характеристики судовых паровых котлов. Определение объема и энтальпия дымовых газов. Расчет топки котла, теплового баланса, конвективной поверхности нагрева и теплообмена в экономайзере. Эксплуатация судового вспомогательного парового котла КВВА 6.5/7.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 31.03.2012