Проверочный расчет парогенератора - Курсовая работа

Паровая смесь из верхних камер боковых и фронтового экранов отводится в барабан трубами ф133 * 10, сталь 20, а из камер заднего экрана трубами ф133 * 10, сталь 12Х1МФ. В выносную сепарационную ступень (вторую ступень испарения) включены блоки боковых стен топки, соединяющиеся с циклонами трубами ф133 * 10, сталь 20, циклоны, в свою очередь, соединены с барабаном котла также трубами ф133 * 10, сталь 20. Вода, отсепарированная в циклонах, сливается в водяной объем барабана: пар, поднимаясь вверх, проходит через первичный жалюзийный сепаратор, расположенный непосредственно над циклоном, а затем проходит в барабане через слой воды, текущей по промывочным листам, и попадает во вторичный сепаратор: далее, через дроссельный дырчатый лист пар проходит в пароперегреватель котла. Пройдя крайние ширмы, пар 8-ю трубами ф133 * 10, сталь 12Х1МФ, подается в пароохладители 1 ступени (камеры ф273 * 25, сталь 12Х1МФ). Из средних ширм по 8 трубам ф133 * 10, сталь 12Х1МФ пар подается во входные камеры ф273 * 25, сталь 12Х1МФ «горячего» пакета пароперегревателя, откуда поступает в 10 крайних микроблоков «горячего» пакета, выполненных из труб ф32 * 4. сталь 12Х1МФ.Расчеты приведены в таблице 2.4. По конструктивным размерам топки рассчитываем полную площадь ее стен и площадь лучевоспринимающей поверхности топки. По конструктивным размерам и характеристикам топки выполняем поверочный расчет теплообмена в топке. Расчет проводим в соответствии с таблицей 2.6. Полученная в результате расчета температура газов на выходе из топки, отличается от принятой предварительно менее чем на 0С.В результате выполнения данной работы произведен поверочный расчет парогенератора БКЗ-210-140, топливом для которого является природный газ.

Поверочный расчет выполняют для существующих парогенераторов. По имеющимся конструктивным характеристикам при заданной нагрузке и топливе определяют температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах между поверхностями нагрева, К.П.Д. агрегата, расход топлива. В результате поверочного расчета получают исходные данные, необходимые для выбора вспомогательного оборудования и выполнения гидравлических, аэродинамических и прочностных расчетов.

При разработке проекта реконструкции парогенератора, например в связи с увеличением его производительности, изменением параметров пара или с переводом на другое топливо, может потребоваться изменение целого ряда элементов агрегата. Однако основные части парогенератора и его общая компоновка, как правило, сохраняется, а реконструкцию тех элементов, которые необходимо изменить, выполняют так, чтобы по возможности сохранялись основные узлы и детали типового парогенератора.

Расчет выполняется методом последовательного проведения расчетных операций с пояснением производимых действий. Расчетные формулы сначала записываются в общем виде, затем подставляются числовые значения всех входящих в них величин, после чего приводится окончательный результат.

1.

Описание парогенератора

Котельный агрегат БКЗ 210-140 Барнаульского котельного завода предназначен для работы при следующих параметрах: - производительность - 210 т/ч

- рабочее давление за главной паровой задвижкой - 140 ата

- температура перегретого пара - 550 0С

- температура питательной воды - 230 0С

- водяной объем котла - 62 м3

- паровой объем котла - 32 м3

Компоновка котла выполнена по П - образной схеме. Топка расположена в первом, восходящем газоходе. Во втором, нисходящем газоходе, расположен водяной экономайзер и воздухоподогреватель. В верхнем горизонтальном газоходе расположен пароперегреватель.

1.1 Топочная камера

Топочная камера по всей высоте прямоугольного сечения, имеет размеры (по осям труб) 9536 * 6656 мм и объем 992 м3.

Стены топочной камеры полностью экранированы трубами диаметром 60 * 5.5, сталь 20, с шагом 64 мм. Экраны топки разделены на 14 самостоятельных циркуляционных контуров. Экранные трубки каждого контура входят в камеры диаметром 273 * 36, сталь 20. Паровая смесь из верхних камер боковых и фронтового экранов отводится в барабан трубами ф133 * 10, сталь 20, а из камер заднего экрана трубами ф133 * 10, сталь 12Х1МФ. Подвод котловой воды из барабана к нижним камерам экранов осуществляется трубами ф133 * 10, сталь 20.

В верхней части трубы заднего экрана отогнуты внутрь топочной камеры, образуя «порог». «Порог» предназначен для улучшения аэродинамики газового потока на выходе из топочной камеры и частичного затемнения ширм пароперегревателя.

В нижней части топочной камеры трубы фронтового и заднего экранов образуют «холодную воронку».

Топочная камера оборудована горелочными устройствами типа «тонкие струи» для сжигания торфа, в количестве 4 штук, расположенными на фронтовой стене топки, и шестью мазутными горелками, расположенными на боковых стенках топки. Растопка котла предусматривается 6-ю мазутными форсунками механического распыливания, вмонтированными горелки.

Шлакоудаляющие устройства состоят из шлакоприемной течки, шнекового транспортера и шлаковой дробилки.

Для размола фрезерного торфа с фронта котла установлены четыре молотковые мельницы типа ММТ-1300/2004/735 с гравитационными сепараторами.

1.2 Барабан котла и сепараторные устройства

Котел имеет 1 сварной барабан с внутренним диаметром 1600 мм и с толщиной стенки 112 мм, из стали 16ГНМ.

Для получения качественного пара в котле применены схема двухступенчатого испарения и соответствующие сепарационные устройства.

Первая ступень испарения (чистый отсек) расположена непосредственно в барабане котла.

Солеными отсеками служат выносные сепарационные циклоны (по 2 циклона на каждой стороне котла). Такая схема обеспечивает нужное качество пара при питании котла водой с солесодержанием до 100 мг/литр при продувке не выше 3%.

В выносную сепарационную ступень (вторую ступень испарения) включены блоки боковых стен топки, соединяющиеся с циклонами трубами ф133 * 10, сталь 20, циклоны, в свою очередь, соединены с барабаном котла также трубами ф133 * 10, сталь 20.

Каждый блок циклонов состоит из 2-х труб ф426 * 36, сталь 20 с расположенными в них дырчатыми подпорными листами и антикавитационными крестовинами.

В первой ступени сепарационными устройствами являются внутрибарабанные циклоны с барботажной промывкой пара и жалюзийные сепараторы.

Питательная вода поступает в барабан по 12 трубам ф60 * 5.5. сталь 20 в раздающие короба. 50% питательной воды через отверстия в коробах направляется на промывочные щиты. Протекает по ним и сливается в водяной объем барабана. Остальная часть питательной воды из раздающих коробов сливается непосредственно в водяной объем помимо промывочных щитов.

Пароводяная смесь из экранной системы котла поступает распределительные короба, расположенные в барабане, откуда она направляется во внутрибарабанные циклоны. Вода, отсепарированная в циклонах, сливается в водяной объем барабана: пар, поднимаясь вверх, проходит через первичный жалюзийный сепаратор, расположенный непосредственно над циклоном, а затем проходит в барабане через слой воды, текущей по промывочным листам, и попадает во вторичный сепаратор: далее, через дроссельный дырчатый лист пар проходит в пароперегреватель котла.

Средний уровень воды в барабане котла должен поддерживаться на 200 мм ниже геометрической оси барабана. Отклонение уровня от среднего не более 50 мм.

Для обеспечения равномерного нагрева барабана при растопках котла предусмотрен паровой обогрев котла от постороннего источника насыщенным паром давлением 40-140 ата.

1.3 Пароперегреватель

Пароперегреватель выполнен с учетом склонности сжигаемого топлива к шлакованию. Пароперегреватель радиационно-конвективного типа. Радиационная поверхность выполнена в виде ширмовых поверхностей, расположенных в топке, и трубопотолочного перекрытия. Конвективные поверхности пароперегревателя в верхнем поворотном газоходе котла. Регулирование температуры перегретого пара осуществляют путем впрыска «собственного» конденсата в пароохладителях 1 и 2 ступени.

Пар из барабана котла по 6-ти трубам ф133 * 10, сталь 20 поступает в камеры ф219 * 26, сталь 20, потолочного пароперегревателя. Который выполнен из труб ф32 * 4, сталь 20, и закрывает весь потолок котла, как над топкой, так и над поворотной камерой. Трубы потолочного пароперегревателя переходят в змеевики «холодного пакета». После «холодного пакета» пар по 6 трубам ф133 * 13, сталь 20, попадает в 8 крайних ширм. Пройдя крайние ширмы, пар 8-ю трубами ф133 * 10, сталь 12Х1МФ, подается в пароохладители 1 ступени (камеры ф273 * 25, сталь 12Х1МФ). После регуляторов пар по 8 трубам ф133 * 10, сталь 12Х1МФ, поступает в 8 средних ширм. Ширмовый пароперегреватель выполнен из труб ф32 * 4, сталь 12Х1МФ. Из средних ширм по 8 трубам ф133 * 10, сталь 12Х1МФ пар подается во входные камеры ф273 * 25, сталь 12Х1МФ «горячего» пакета пароперегревателя, откуда поступает в 10 крайних микроблоков «горячего» пакета, выполненных из труб ф32 * 4. сталь 12Х1МФ. Пройдя крайние микроблоки, пар попадает в промежуточные камеры ф273 * 36. сталь 12Х1МФ и из них перебрасывается в 8 задних микроблоков «горячего» пакета пароперегревателя, выполненных из труб ф32 * 5, сталь 12Х1МФ. Из средних микроблоков пар по 8 трубам ф133 * 17, сталь 12Х1МФ, поступает в камеры пароохладителей 2 ступени. После регуляторов пар по 10 трубам ф133 * 17, сталь 12Х1МФ направляется в 10 крайних микроблоков выходного пакета (4 ступень) пароперегревателя, выполненных из труб ф32 * 5,сталь 12Х1МФ. Пройдя крайние микроблоки пар поступает в промежуточные камеры ф273 * 45, сталь 12Х1МФ 4-й ступени пароперегревателя и из них направляется в 8 средних микроблоков 4-й ступени, выполненных из труб ф32 * 5,5.сталь 12Х2МФОР. Из средних микроблоков пар по 8 трубам ф133 * 17,сталь 12Х1МФ, поступает в паро-сборную камеру ф273 * 45, сталь 12Х1МФ.

Переброс пара из крайних ширм и микроблоков в средние выполняется для уменьшения «разверки» температуры пара.

1.4 Установка для получения собственного конденсата

Для получения конденсата на впрыск в пароохладители, котельный агрегат оборудован змеевиковыми конденсаторами. Охлаждение пара в конденсаторах осуществляется питательной водой, прошедшей первую (по ходу воды) ступень водяного экономайзера.

Пар поступает из барабана котла по трубам ф60 * 5,5, сталь 20 в конденсатор ф426 * 36.сталь 20. Полученный конденсат сливается в сборный коллектор ф133 * 10 по трубам ф60 * 5,5, сталь 20 и оттуда поступает к регулирующим клапанам.

Подача конденсата в пароохладители осуществляется за счет перепада давления, созданного паровыми эжекторами, расположенными в камерах пароохладителя (1 ступень), а также за счет падения давления пара между барабаном и камерой пароохладителя 2 ступени.

Для слива избытка конденсата в барабан сборный коллектор соединяется с барабаном трубами ф133 * 10,сталь 20.

1.5 Конвективная шахта

Конвективная шахта выполнена по «бесприсосной» схеме. Кубы воздухоподогревателя и нижнего экономайзера установлены друг на друге и сварены между собой, что значительно уменьшает присосы воздуха. При нагревании конвективная шахта расширяется вверх, компенсация расширения осуществляется трубным компенсатором, установленным между «горячими» частями воздухоподогревателя и водяного экономайзера. Воздухоподогреватель и водяной экономайзер размещены «в рассечку». Воздухоподогреватель скомпонован по двухпоточной схеме; верхний водяной экономайзер занимает всю глубину газохода, нижний размещен в двух симметричных газоходах.

Водяной экономайзер выполнен из труб ф32 * 3,5, сталь 20 в виде пакетов гладкотрубных змеевиков, расположенных в шахматном порядке. Воздухоподогреватель выполнен из труб ф40 * 1,5,сталь 20. Дымовые газы протекают внутри труб, снаружи трубы омываются воздухом.

«Горячая» часть водяного экономайзера имеет независимое опирание на каркас. Остальные поверхности конвективной шахты, кроме нижнего куба, опираются на металлоконструкции каркаса конвективной шахты. Нижний куб воздухоподогревателя выполнен подвесным и является съемным.

2. Тепловой расчет парогенератора

2.1 Расчетное задание

Для выполнения теплового расчета парогенератора будем исходить из следующих данных: Паропроизводительность агрегата: Dп=210 т/ч

Давление пара за главной паровой задвижкой: рп=140 ата

Температура перегретого пара: тпп=550 0С

Температура питательной воды: тпв=230 0С

Температура уходящих газов: ух=130 0С

Топливо: природный газ, газопровод “Рудки - Минск”

Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель - 30 0С

Температура горячего воздуха - 333 0С

2.2 Топливо, воздух и продукты сгорания

Из табл. 2 [1] выписываем расчетные характеристики топлива: - состав газа по объему ,%

CH4=92.8%, C2H6=3.9%, C3H8=1.1%, C4H10=0.4%, C5H12=0.1%, N2=1.6%, CO2=0.1%;

- теплота сгорания низшая сухого газа Qнс=8480 ккал/м3=35531.2 КДЖ/кг;

- плотность при 00С и 760 мм.рт.ст.: rг.тл. с=0.74кг/м3.

1) Теоретическое количество воздуха:

2) Теоретический объем азота: VN20=0.79V0 N2/100=0.79*9.45 2.8/100=7.49 м3/м3;

3) Объем трехатомных газов: VRO20=0,01(CO2 CO H2S AMCMHN)=0.01(0.1 95.6 2*0.7 3*0.4 4*0.2 5*0.2)== 1.001 м3/м3;

4) Теоретический объем водяных паров: VH2O0=0.01(H2S H2 ACMHNN/2 0.124dг.тл.) 0.0161V0=

=0.01(2*95.6 3*0.7 4*0.4 5*0.2 6*0.2 0.124*10) 0.0161*9.45=2.14 м3/м3;

5) Теоретический объем продуктов сгорания: Vг0=VRO20 VN20 VH2O0=1.00 7.49 2.12 = 10.63 м3/м3.

По данным расчетных характеристик и нормативных значений присосов воздуха в газоходах (табл. 16[1]) выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки ат и присосы воздуха по газоходам и находим расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах. Результаты расчетов сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Объемы продуктов сгорания по газоходам

Наименование рассчитываемой величины, обозначение, размерность V0=9,45 м3/м3 Vг0=10,63 м3/м3 VRO2= 1,001 м3/м3 VN20= 7,49 м3/м3 VH2O0= 2,14 м3/м3

Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева, a, 1,1 1,13 1,17 1,23

Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева, аср, 1,1 1,115 1,15 1,2

Объем избыточного воздуха, (ат-1)V0, м3/м3 1,063 1,382 1,807 2,445

Объем водяных паров VH2O=VH2O0 0.0061(a-1)V0, м3/м3 2,16 2,16 2,17 2,18

Объем дымовых газов, Vг=VRO2 VN20 VH2O (a-1)V0,м3/м3 11,596 11,88 12,268 12,845

Объемные доли трехатомных газов RRO2=VRO2/Vг 0,086 0,084 0,082 0,078

Объемные доли водяных паров RH2O=VH2O/V2 0,186 0,182 0,177 0,17

Суммарная объемная доля ra=RRO2 RH2O 0,272 0,266 0,259 0,248

2.3 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

Поскольку на данном этапе расчета температура газов за той или иной поверхностью неизвестна, то расчет энтальпий газов выполняем на весь возможный за этой поверхностью диапазон температур.

Полученные данные сведем в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Энтальпии продуктов сгорания

T0C Іг0 ,ккал/м3 Ів0,ккал/м3 I=Іг0 (а-1)Ів0 ат=1.1 апп=1.13 авэ=1.17 авп=1.23

2200 9410 7674 10177 515

2100 8932 7296 9662 514

2000 8456 6918 9148 509

1900 7985 6540 8639 511

1800 7512 6162 8128 503

1700 7046 5793 7625 499

1600 6583 5425 7126 498

1500 6122 5056 6628 489

1400 5670 4688 6139 494

1300 5213 4319 5645 483

1200 4766 3960 5162 472 5281 483

1100 4330 3601 4690 469 4798 479

1000 3897 3242 4221 467 4319 478

900 3465 2892 3754 458 3841 468

800 3041 2552 3296 450 3373 460

700 2625 2212 2846 437 2913 447

600 2222 1873 2409 425 2466 435 2540 447

500 1830 1544 1984 417 2031 427 2093 440

400 1445 1223 1587 406 1604 416 1653 428

300 1070 909 1161 396 1188 405 1225 418 1279

200 705 601 765 386 783 392 807 407 843 436

100 349 299 379 388 400 418 425

2.4 Тепловой баланс парогенератора и расход топлива

Тепловой баланс составляем в расчете на 1 кг располагаемой теплоты топлива Qpp. Расчеты выполняем в соответствии с приложением 7[1].

Таблица 2.3 Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива

Наименование Расчетная формула или способ определения Расчет

Теплоемкость газообразного топлива, КДЖ/м3 0,01(Сн2*Н2 Ссо*СО Ссн4*СН4 Ссо2*СО2) 0,00124Сн2о*атл 0,01(0,4061*0,1 0,3095*2,8 0,392*95,6 0,596*0,7 0,838*0,4 1,124* 0,2 1,394*0,2) 0,00124*0,3595*10=1,676

Физическое тепло топлива, КДЖ/м3 ітл=стл*ттл 1,676*100=167,6

Отношение количества воздуха на входе в котел к теоретически необходимому b=at-Dat Daпп 1,1-0,05 0,06=1,11

Энтальпия теоретически необходимого воздуха на входе в котел, КДЖ/м3 Іох.в=CPVOCPT 1,99*9,45*70=1316,385

Энтальпия холодного воздуха, КДЖ/м3 Іх.в=CPVOCPT 1,99*9,45*30=564,165

Тепло воздуха, предварительно подогретого в калориферах Qв.вн=b[( Iox.в)- Іх.в] 1,11(1316,385-564,165) =835,0

Располагаемая теплота топлива, Qpp, КДЖ/кг Qнp QB.ВН ітл 35446,4 835,0 167,6= 36449,0

Потеря теплоты от химического недожога, q3,% По табл. ХХ[1] 0.5

Потеря теплоты от механического недожога, q4, % По табл. ХХ[1] 0

Температура уходящих газов, ух, 0СПО заданию 130

Энтальпия уходящих газов ,Іух, КДЖ/кг По -таблице2285,7

Температура воздуха в котельной ,тх.в, 0С По выбору 30

Потеря теплоты с уходящими газами ,q2, % =4,37

Продолжение таблицы 2.3

Потери теплоты q5, % По [1] 0,38

Сумма тепловых потерь, ?q,% q2 q3 q4 q5 4,37 0.5 0,38=5,25

К.п.д. парогенератора, ?пг, % 100-??q 100-5,25=94,75

Коэффициент сохранения теплоты, ? 1- 1- =0.996

Паропроизводительность агрегата, D, кг/с По заданию 58.33

Температура перегретого пара, тп. п,0С По заданию 550

Температура питательной воды, тп. в, 0С По заданию 230

Удельная энтальпия перегретого пара, іп. п, КДЖ/кг По Н-S диаграмме 3459,4

Удельная энтальпия питательной воды, іп.в, КДЖ/кг По Н-S диаграмме 993,6

Полезно используемая теплота в агрегате, Qпг, КВТ D(іп.п-іп.в) 58,33(3459,4-993,6)=143830.1

Полный расход топлива, В, м3/с =4,17

Расчетный расход топлива, Вр, м3/с 4,17

В результате выполнения данной работы произведен поверочный расчет парогенератора БКЗ-210-140, топливом для которого является природный газ. Определены температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах нагрева, КПД парогенератора, расход топлива. Расчетная невязка теплового баланса равна 0,046 %, что меньше допустимого, значит, расчет произведен, верно.

Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. // Н.В. Кузнецова и др., М.,: Энергия, 1973,-296с.

М.А. Стырикович, К.Я. Катковская, Е.П. Перов Парогенераторы электростанций.-М.-Л.,: Энергия, 1966,-384с.

Н.П. Онищенко Эксплуатация котельных установок.- М.,: Агропромиздат, 1987,-352с.

А.А. Александров, С.Л. Ривкин Теплофизические свойства воды и водяного пара.- М.,: Энергия, 1980,-384c.

В.А. Григорьев, В.М. Зорин Тепловые и атомные электрические станции.- М.,: Энергоатомиздат, 1989,-609c.

Р.И. Эстеркин Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование.- Ленинград,: Энергоатомиздат, 1986, - 467с.

Размещено на