Поверочный расчет парового котла К-50–40/14 - Курсовая работа

Поверочный расчет парового котла К-50-40/14Для работы на каменном угле топку оборудуют четырьмя пылеугольными горелками, которые располагают на боковых экранах. Величину коэффициента избытка воздуха на выходе из топки, при использовании твердого топлива, принимаем ат’’=1,2 Рассчитаем энтальпию дымовых газов на 1 м3 топлива, газов при ?=1,05 энтальпию теоретически необходимого количества воздуха в зависимости от температуры: Рассчитываем значения энтальпий воздуха и продуктов сгорания и сводим результаты в таблицу газоход Тем-ра газов Задачей теплового расчета является определение температуры газов на выходе из топки Jt’’ при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.

Топочная камера объемом 238 м полностью экранирована трубами 60*3 мм, расположенными с шагом 70 мм. Для работы на каменном угле топку оборудуют четырьмя пылеугольными горелками, которые располагают на боковых экранах.

Схема испарения - трехступенчатая. Чистый отсек (первая ступень) расположен в средней части барабана, солевые (вторая ступень) - по его торцам. В солевых отсеках находится по два внутрибарабанных циклона. В третью ступень включены два выносных циклона ? 377 мм с внутренней улиткой.

Пароперегреватель - горизонтального типа, змеевиковый, радоационно - ковективный, расположен за фестоном и выполнен из труб ? 32*3 мм. Пароохладитель включен в рассечку перегревателя.

Экономайзер - стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб ? 28*3 мм. Установлен в опускном газоходе после пароперегревателя. Продольный шаг - 50 мм, поперечный - 70 мм.

ВЗП - стальной, трубчатый, с шахматным расположением труб 40*1,5 мм, 3-ходовой. Поперечный шаг труб 54 мм, продольный - 42 мм.

1. Выбор коэффициентов избытка воздуха

Величину коэффициента избытка воздуха на выходе из топки, при использовании твердого топлива, принимаем ат’’=1,2

Для заданного парового котла находим значения присосов воздуха в газоходы

Элементы парового котла Газоходы Величина присоса Da

Топочная камера Топка парового котла для газового топлива 0,1

Котельные пучки Фестон 0

Пароперегреватели Первичный пароперегреватель 0,03

Экономайзеры Котлов Д<50 т/ч 0,08

Воздухоподогреватели (трубчатые) Котлов Д<50 т/ч 0,06

Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения: № п./п. Газоходы Коэф. избытка воздуха за газоходом a’’ Величина присоса Da Средний коэф. избытка воздуха в газоходе a 1 Топка и фестон ат’’=аф’’=ат=1,2 Dat=0,1 at=at’’=1,2

2 Паропегреватель апе’’=ат’’ Daпе=1,2 0,03=1,23 Daпе=0,03 апе=(апе’’ ат’’)/2= (1,23 1,2)/2=1,215

3 Экономайзер аэк’’=апе’’ Daэк=1,23 0,08=1,31 Daэк=0,08 аэк=(аэк’’ апе’’)/2= (1,31 1,23)/2=1,27

4 Воздухоподогреватель авп’’=аух=аэк’’ Daвп=1,31 0,06=1,37 Daвп=0,06 авп=(аух аэк’’)/2= (1,37 1,31)/2=1,34

2. Топливо и продукты сгорания

Вид топлива: Бурый угол Челябинского бассейна марки Б3

Элементарный состав рабочей массы топлива: Wp=17%; Ap=35,7%; Sp=0,8%; Cp=33,6%; Hp=2,5%; Np=0,9%; Op=9,5%;

Величина теплоты сгорания и выход летучих веществ:

Температурная характеристика золы: t1=1180°C

Рассчитываем приведенную влажность и зольность:

Теоретические объемы: Объем и масса воздуха и продуктов сгорания при сжигании 1 кг угля в атмосферном воздухе:

Теоретический объем азота

Объем трехатомных газов:

Теоретический объем водяных паров:

Объемы и массы продуктов горения, доли трехатомных газов и водяных паров, концентрация золы

№ п/п Величина Единицы Vo=6,51м3/кг; V(RO2) =1,23м3/кг; Vo(N2)=5,15м3/кг; Vo(H2O) =0,59м3/кг; Wp=9,5%; Ap=12,7%

Газоходы

Топка и фестон Пароперегреватель Экономайзер Воздухоподогреватель

1 Коэф.избытка воздуха за газоходом a’’ - at’’=1,2 апе’’= 1,23 аэк’’= 1,31 авп’’= 1,37

2 Коэф.избытка воздуха средний в газоходе a - at’’=1,2 at= 1,215 аэк= 1,27 авп= 1,34

3 ЗАМЗ/КГ0,553-0,563

СР - 0,5542 0,5571 0,5610

4 ЗАМЗ/КГ4,529-5,11

СР - 4,58 4,769 5,001

5 ЗА-0,1395-0,1236

СР - 0,1380 0,1325 0,1263

6 ЗА-0,1221-0,1101

СР - 0,1210 0,1168 0,1121

7 ЗА-0,2616-0,2337

СР - 0,259 0,2493 0,2384

8 ЗАКГ/КГ6,278-7,0261

СР - 6,344 6,586 6,894

9 ЗАКГ/КГ0,0213-0,0238

СР - 0,0215 0,0223 0,0234

10 ЗАКГ/М31,3862-1,375

СР - 1,3852 1,3810 1,3785

Рассчитаем энтальпию дымовых газов на 1 м3 топлива, газов при ?=1,05 энтальпию теоретически необходимого количества воздуха в зависимости от температуры: Рассчитываем значения энтальпий воздуха и продуктов сгорания и сводим результаты в таблицу газоход Тем-ра газов

Топка и фестон (при ат’’) 2200 4094 3586 717,2 5314,2

2100 3892 3410 682 5046 268,2

2000 3690 3233 646,6 4779,6 266,4

1900 3489 3056 611,2 4514,2 265,4

1800 3287 2880 576 4249 265,2

1700 3091 2707 541,4 3987,4 261,6

1600 2894 2525 505 3727 260,4

1500 2697 2363 472,6 3468,6 258,4

1400 2500 2191 438,2 3213,2 255,4

1300 2304 2018 403,6 2955,6 257,6

1200 2113 1850 370 2703 252,6

1100 1921 1683 336,6 2455,6 247,4

1000 1729 1515 303 2210 245,6

900 1542 1351 270,2 1966,2 243,8

Пароперегреватель при апе’’ 700 1284 1033 206,6 1490,6

600 1085 875 175 1260 230,6

500 893 722 144,4 1037,4 222,6

400 704 571 114,2 818,2 219,2

Экономайзер при аэк’’ 500 893 722 144,4 1037,4

400 704 571 114,2 818,2 219,2

300 520 425 104 624 194,2

Воздухо-ль при авп’’=аух 300 520 425 104 624

200 342 281 40 382 242

100 169 140 20 189 193

3. Тепловой баланс парового котла. определение расчетного расхода топлива

Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством тепла, называемым располагаемым теплом и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь , , , и . На основании теплового баланса вычисляются КПД и необходимый расход топлива.

Составляем тепловой баланс для установившегося состояния парового котла: 100=q1 q2 q3 q4 q5 q6

Для твердых топлив располагаемое тепло топлива: Qpp= Qнp=2998 ккал/кг.

Потери тепла с химическим q3 и механическим q4 недожогом определяем по табл. 3.1. [1]. В зависимости от вида топлива и паропроизводительности парового котла. q3=0,5%, q4=3% и qv=160-140 Мкал/кг

Потерю тепла с уходящими газами находят по формуле:

Величину энтальпии уходящих газов Jyx определяем линейной интерполяцией по таблице для заданной температуры уходящих газов:

%

Потерю тепла от наружного охлаждения котла q5 находим по рис. 3.1. [1]: q5=f(Д)=f(50)=1,17%

КПД парового котла брутто находим по методу обратного баланса: h=100 - (q2 q3 q4 q5 q6)=100 - (7.43 0,5 3 1,17)=87.9% ?=1- =1- =0,986

Расход воздуха, подаваемого в топку, рассчитываем по формуле:

Qпк - количество теплоты полезно отданное в паровом котле

Находим значения энтальпий перегретого пара іпе и питательной воды іпв: По Рпе=40 кгс/см2 и тпе=385°С e іпе=758,6 ккал/кг = 3309,2 КДЖ/кг

Рпв=1,1Рб=1,1 ? 44=48,4 кгс/см2 (Рб - давление в барабане котла)

По Рпв=48,4 кгс/см2 и тпв=150°С e іпв=151,552 ккал/кг = 635 КДЖ/кг кг/ч

Определяем расход фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения: кг/ч

4. Поверочный и тепловой расчет топочной камеры

Задачей теплового расчета является определение температуры газов на выходе из топки Jt’’ при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.

Определение конструктивных размеров и характеристик топки. хок принимают по таблице 2.1. [2]: для открытых гладкотрубных экранов, для бурых и каменных углей хок=0,45

Площадь стены топки Fctt=Fстф’ Fстф 2? Fстб Fстз Fстз’ Fok=53,14 16,352

2?49,72 40,88 14,31 12,673=236,795 м2.

Угловой коэффициент экрана x определяем по номограмме 1а в зависимости от S/d и e/d для этого экрана.

Угловой коэффициент экрана, закрытого огнеупорной массой, равен единице. Реальные условия работы экранов с учетом загрязнения их отложениями шлака и золы оценивают коэффициентом тепловой эффективности экранов: y=х?x, где x - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения экранных труб или нанесения на них слоя огнеупорного материала, для неэкранированных стен топки принимают x=0

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

Активный объем топочной камеры определяют по формуле: м3

Эффективная толщина излучающего слоя:

Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры

№ п/п Наименование величины Обозначение Единица Источник или формула Топочные экраны Выходное окно

Фронтовой Боковой Задний

Основная часть Под или хол. вор Основная часть Под или хол. вор

1 Расчетная ширина экранированной стены bct м Чертеж и эскиз 5,11 5,11 4,69 5,11 5,11 5,11

2 Освещенная длина стены lct м Чертеж и эскиз 10,4 3,2 - 8 2,8 2,48

3 Площадь стены Fct м2 bct? lct 53,14 16,352 49,72 40,88 14,31 12,673

4 Площадь учаска не закрытого экранами Fcti м2 Чертеж и эскиз 8 - 0,5 - - - 5 Наружный диаметр труб d м Чертеж и эскиз 0,06 -

6 Число труб в экране Z шт. Чертеж и эскиз 74 74 68 74 74 -

7 Шаг экранных труб S м Чертеж и эскиз 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 - 8 Отн-ый диаметр труб S/d - - 1,167 -

9 Растояние от оси трубы до обмуровки e м Чертеж и эскиз 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 - 10 Отн-ое растояние до обмуровки e/d - - 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 - 11 Угловой коэф. экрана x - Номограмма 1а 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 1

12 Коэф.учитывающий загрязнения x - Таблица 2.2. [2] 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45

13 Коэф. Тепловой эффективности экрана y - x?x 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,45

Расчет основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчетная формула связывает температуру газов на выходе из топки qt’’ с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки ат 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 расчете теплообмена используют в качестве исходной формулу:

где Тт’’=Jm’’ 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K];

Ta= Ja 273 - температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, [K];

Bo - критерий Больцмана, определяемый по формуле:

Из этих формул выводятся расчетные.

Определяем полезное тепловыделение в топке Qt и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та:

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

ккал/кг

Полезное тепловыделение в топке Qt соответствует энтальпии газов Іа, которой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е. Qt= Ja ? Ja=1959,74°C;

Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяют по формуле: М=А-B?xt где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимают: А=0,59; В=0,5; (при камерном сжигании каменных углей).

Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле: Хт= Хг DX где Хг - относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок hг (от пода топки или середины холодной воронки) к общей высоте топки Нт (от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна из топки, т.е. Хг = hг/ Нт; DX - поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая по таблице 2.4. [2]: в пылеугольных топках с вихревыми или прямоточными горелками при фронтальном или встречном их расположении DX=0,1

Степень черноты топки ат и критерий Больцмана В0 зависят от искомой температуры газов на выходе Jt’’.

По таблице 2.5. [2]: в камерных топках для сжигания каменных углей принимаем Jt’’= 1100 0С, этой температуре соответствует Jt’’=3390,8 ккал/кг

Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания определяют по формуле:

Степень черноты топки определяют по формуле:

Где аф - эффективная степень черноты факела.

В случае слоевого сжигания степень черноты факела определяется по формуле:

Где St - эффективная толщина излучаемого слоя в топке; P - давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгс/см2.

Коэффициент ослабления лучей k топочной средой определяют по формуле:

Где: кг определяем по номограмме 3 [2]: кг=0,45 кзл - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяем по номограмме 4 [2]: кзл=6,8 мзл-массовая концентрация золы в дымовых газах: мзл=0,01089 кг/кг ккокс=1 - коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами z1 и z2 - безразмерные величины, учитывающие влияние концентрации коксовых частиц в факеле, которые зависят от рода топлива (z1) и способа его сжигания (z2). Для топлив, рекомендованных для курсового проекта z1=0,5, при камерном сжигании z2=0,1. z2=0,1.

Температура газов на выходе из топки:

при Jt’’=1049,8°С a Jt’’=2333,1 ккал/кг

Определяем количество тепла, переданное излучением в топке: ккал/кг

Определим тепловые нагрузки топочной камеры: Удельное тепловое напряжение объема топки:

Допуск 250?300 Мкал/м3?ч;

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:

При фронтальном расположении горелок максимально допустимое напряжение сечения топочной камеры по условиям шлакования экранов топки для шлакующих каменных углей: qf=1500 Мкал/(м2?ч). Полученное значение меньше допустимого.

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

Тепловосприятие пароперегревателя.

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

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

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при Рпе=40 кгс/см2 и тпе=385OC a іпе=758,6 ккал/кг;

При Рб=44 кгс/см2 и температуре насыщения a ін=668,26 ккал/кг;

Diпо-съем тепла в пароохладителе, служащем для регулирования температуры перегретого пара: Diпо =15 ккал/кг;

ккал/кг.

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счет излучения факела топки, принимаем для упрощения расчетов равным нулю(Qпел =0), а угловой коэффициент фестона Хф=1.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Qпек = Qпе=448.3 ккал/кг.

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

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:

Примем несколько меньше . (с учетом того, что данные по фестону мы взяли приближенно). Для расчета возьмем =2144,2 ккал/кг ккал/кг

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним Jпе’’= 862,3°C;

Тепловосприятие воздухоподогревателя.

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. В случае предварительного подогрева воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, за счет рециркуляции горячего воздуха, тепловосприятие воздухоподогревателя равно:

где Jгвo находим по тгв=240OC a Jгвo =498,8 ккал/кг;

тхв=30°С; ккал/кг

Для твердого топлива температура воздуха на входе в воздухоподогреватель: тв’=30°С a ккал/кг b?вп - отношение объема воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

b?рц - отношение объема рециркуляции в воздухоподогревателе горячего воздуха к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

Уравнение решаем относительно Jэк’’:

где Jyx - энтальпия уходящих газов, которую находим по тух=165OC a Jyx=336,2 ккал/кг;

Jпрсo - энтальпия теоретического объема воздуха, которую находим при температуре присасываемоговоздуха тпрс, который через неплотности поверхности перетекает с воздушной стороны на газовую за счет разности статистических давлений

°С a Jпрcо=263 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним Jэк’’=389,063°C.

Тепловосприятие водяного экономайзера.

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

4) Определение невязки теплового баланса

Определяем невязку теплового баланса парового котла: Qpp=2998 ккал/кг; hпк=87,9%; Qл=1139 ккал/кг; Qпекб=448,3 ккал/кг; q4=3% ккал/кг

Тепловой расчет котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией

Н.В. Кузнецова. - М.: Энергия, 1973. -296 с.

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

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

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

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

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

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

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

Размещено на .ru