Министерство Образования Российской Федерации
Ивановский Государственный Энергетический Университет
Кафедра ТЭС
Курсовой проект
тема: Паровые котлы
Иваново 2003
Введение
Парогенератор ГМ-50-1.
Топочная камера обьемом 144 м полностью экранирована трубами 60ґ3мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы фронтового и заднего экранов образуют под топки. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров.
На боковых стенах топочной камеры размещены по три основные газомазутные горелки, с фронта – две дополнительные. В барабане находится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Вторая ступень вынесена в выносные циклоны Ш 377 мм.
Пароперегреватель – конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Ж 32ґ3 мм и поперечным шагом 75 мм. Экономайзер – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб Ж 28ґ3 мм. Продольный шаг – 50 мм, поперечный – 70 мм. Воздухоподогреватель - стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 40ґ1,5мм. Поперечный шаг труб - 60 мм, продольный – 42 мм. Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора приведены в аннотации.
Аннотация
В данном курсовом проекте производится расчет парогенератора ГМ-50-1, исходя из следующих данных:
1. Тип котла ГМ-50-1_
2. Номинальная паропроизводительность ДК = 50 т/ч
3. Рабочее давление в барабане котла РК = 45 кгс/см2
4. Рабочее давление на выходе из пароперегревателя РПЕ = 40 кгс/см2
5. Температура перегретого пара tПЕ = 440 °С
6. Температура питательной воды tПВ = 140 °С
7. Температура уходящих газов tУХ = 150 °С
8. Температура горячего воздуха tГВ = 220 °С
9. Вид и марка топлива мазут м/с (№ 96)
10. Тип топочного устройства: камерная.
В результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены следующие изменения:
В пароперегревателе добавлены две петли.
Расчётная поверхность пароперегревателя – 296,26 м.
В экономайзере убрана одна петля во втором пакете.
Расчётная поверхность экономайзера – 412,65 м.
Высота газохода для размещения экономайзера – 2,425 м.
Расчётная поверхность ВЗП - 1862,88 м.
Число ходов по воздуху n = 3.
Высота хода по воздуху h = 2,161 м.
Последовательность пуска котла
Внешний осмотр (исправность горелок, вентиляторов, дымососов; топка, газоходы, арматура (запорная, регулирующая); КИП; автоматика, подвод напряжения ).
Открывают воздушники, линию рециркуляции ЭКО, линию продувки пароперегревателя, закрывают дренажи, клапан непрерывной продувки, главные паровые задвижки 1 и 2.
Котел заполняют деаэрированной водой с температурой 60-70 и контролируют разность температур
Время заполнения водой 1-1,5ч. Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы.
Включают дымосос и вентилируют топку и газоходы 10-15 мин.
Устанавливают разряжение
и включают мазутные растопочные форсунки
,
чтобы при отсутствии пара
При появлении пара из воздушников-2, их закрывают.
Растопочный пар, расхолаживая пароперегреватель, выводиться через линии продувки пароперегревателя.
Продувают воздухоуказательные колонки и экранную систему.
При открывают ГПЗ–1, закрывают линии продувки пароперегревателя, прогревают соединительный паропровод, выпуская пар через растопочный расширитель.
Периодически подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.
Увеличивают расход топлива до
При включают непрерывную продувку. При открывают растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.
При и увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают котел в магистраль.
Переходят на основное топливо и увеличивают нагрузку до номинальной. Включают автоматику.
Плановый останов котла
Предупреждают турбинное отделение о снижении нагрузки
Плавно снижают нагрузку до 40%.
Прекращают подачу топлива и гасят топку.
Вентилируют топку и газоходы 15 мин.
Продувают трубную систему через дренажи. Через 8-14 часов продувку повторяют.
Продувку пара осуществляют сначала через растопочное РОУ, потом через растопочный расширитель, а затем через линию продувки парогенератора.
7. Переодически подпитывая котел, следят за уровнем, чтобы Tcт(верх) - Тст(ниж) < 40 оС.
8. Скорость расхолаживания < 0,3 (оС/мин)
9. При температуре воды tв =50 оС и Р = 1 атм открывают дренажи и котел опорожняют, после чего выводят в ремонт.
Элементы парового котла | Газоходы | Величина присоса a |
Топочная камера | Топки паровых котлов для жидкого топлива | 0,05 |
Котельные пучки | Фестон | 0 |
Пароперегреватели | Первичный пароперегреватель | 0,03 |
Экономайзеры | Для котлов DЈ50т/ч | 0,08 |
Воздухоподогреватели(трубчатые) | Для котлов DЈ50т/ч | 0,06 |
Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:
№ | Газоходы | Коэффициент избытка воздуха за газоходом a’’ |
Величина присоса Da |
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе a |
1 |
Топка и фестон | |||
2 |
Пароперегре-ватель | =1,13 |
||
3 |
Экономайзер | =1,21 |
||
4 |
Воздухоподо-греватели | +0,06=1,27 |
2. Топливо и продукты горения
Вид топлива: Мазут малосернистый (№96)
Wp | Ap | Sp | Сp | Нp | Np | Op | Qp H |
3,0 | 0,05 | 0,3 | 84,65 | 11,7 | - | 0,3 | 9620 |
Объёмы воздуха и продуктов горения при a=1,0 и 760 мм.рт.ст.:
Расчитываем приведённую влажность WП и зольность АП
Для контроля проверим баланс элементарного состава:
CP+ HP+ SP+ NP+ OP+ AP+ WP=100%
84,65%+11,7%+0,3%+0,3%+0,05%+3,0%=100%
При a>1 объёмы продуктов горения, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, безразмерную концентрацию золы, массу газов, их плотность расчитывают по всем газоходам для средних и конечных значений a.
Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и водяных паров
№ |
Величина |
Единицы |
АР=0,05% |
||||
Газоходы | |||||||
Топка и фестон | Паропере-греватель | Экономай- зер | Воздухопо- догреватель | ||||
1 |
Коэф избытка воздуха за газоходом a’’ | - |
1,1 |
1,13 |
1,21 |
1,27 |
|
2 |
Средний коэф избытка воздуха в газоходе a | - |
1,1 |
1,115 |
1,17 |
1,24 |
|
3 |
м3/кг | за | 1,5271 | - | - | 1,5562 | |
ср | - | 1,5297 | 1,5391 | 1,5510 | |||
4 |
м3/кг | за | 12,5591 | - | - | 14,3936 | |
ср | - | 12,7210 | 13,3145 | 14,0698 | |||
5 |
-- | за | 0,1258 | - | - | 0,1098 | |
ср | - | 0,1242 | 0,1187 | 0,1123 | |||
6 |
-- | за | 0,1216 | - | - | 0,1081 | |
ср | - | 0,1202 | 0,1156 | 0,1102 | |||
7 |
-- | за | 0,2474 | - | - | 0,2179 | |
ср | - | 0,2445 | 0,2343 | 0,2225 | |||
8 |
кг/кг | За | 16,2562 | - | - | 18,6140 | |
Ср | - | 16,4642 | 17,2271 | 18,1980 | |||
9 |
кг/м3 | За | 1,2944 | - | - | 1,2932 | |
Ср | - | 1,2943 | 1,2939 | 1,2934 |
Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы уносимую газами принимаем
аун=0,95=95%):
Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)
газоход |
Тем-ра газов | |||||
Топка и фестон (при aт’’) |
2200 | 10218 | 8628 | 862,8 | 11080,80 | - |
2100 | 9701 | 8203 | 820,3 | 10521,30 | 559,50 | |
2000 | 9187 | 7778 | 777,8 | 9964,80 | 556,50 | |
1900 | 8676 | 7353 | 735,3 | 9411,30 | 553,50 | |
1800 | 8168 | 6928 | 692,8 | 8860,80 | 550,50 | |
1700 | 7665 | 6514 | 651,4 | 8316,40 | 544,40 | |
1600 | 7163 | 6099 | 609,9 | 7772,90 | 543,50 | |
1500 | 6664 | 5684 | 568,4 | 7232,40 | 540,50 | |
1400 | 6170 | 5270 | 527 | 6697,00 | 535,40 | |
1300 | 5679 | 4856 | 485,6 | 6164,60 | 532,40 | |
1200 | 5193 | 4452 | 445,2 | 5638,20 | 526,40 | |
1100 | 4719 | 4048 | 404,8 | 5123,80 | 514,40 | |
1000 | 4248 | 3645 | 364,5 | 4612,50 | 511,30 | |
900 | 3779 | 3252 | 325,2 | 4104,20 | 508,30 | |
Паропе-регреватель при aпе’’ | 700 | 2862 | 2486 | 323,18 | 3185,18 | - |
600 | 2421 | 2106 | 273,78 | 2694,78 | 490,40 | |
500 | 1994 | 1736 | 225,68 | 2219,68 | 475,10 | |
400 | 1573 | 1375 | 178,75 | 1751,75 | 467,93 | |
Эконо-майзер при aэк’’ | 500 | 1994 | 1736 | 364,56 | 2358,56 | - |
400 | 1573 | 1375 | 288,75 | 1861,75 | 496,81 | |
300 | 1163 | 1022 | 214,62 | 1377,62 | 484,13 | |
Воздухо-ль при aвп’’=aух | 300 | 1163 | 1022 | 275,94 | 1438,94 | - |
200 | 766 | 676 | 182,52 | 948,52 | 490,42 | |
100 | 379 | 336 | 90,72 | 469,72 | 478,80 |
3. Определение расчётного расхода топлива
3.1 Располагаемое тепло топлива Qрр находим по формуле:
Qрр=Qрн+Qв.вн+iтл
3.2 Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне парового котла, Qв.вн
Учитывают только для высокосернистых мазутов. Топливо проектируемого котла - малосернистый мазут. где (Ioв)’ при t’вп =100 oC Ю (Ioв)’=322 ккал/кг;
3.3 Величину физического тепла топлива находим по формуле:
iтл= Cтл tтл, где tтл =100 oC; Cтл =0,415+0,0006Чtтл=0,415+0,0006Ч100=0,475 ккал/(кгЧ oC);
iтл= 0,475Ч100=47,5 ккал/кг;
Расход топлива используют при выборе и расчёте числа и мощности горелочных устройств. Тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностям нагрева, производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения:
4. Выбор схемы сжигания топлива
Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и качества топлива. Подготовка к сжиганию мазута заключается в удалении из него механических примесей, повышении давления и подогрева для уменьшения вязкости.
В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110ё120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100ё130оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 30ё40 м/с.
5. Поверочный расчёт топки
Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки Jт’’ при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.
5.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топки
По чертежу парового котла определяем размеры топки и заполняем таблицу
№ |
Наименование величин |
Обозн. | Раз-ть | Источник или формула | Топочные экраны | Выход-ное окно |
||||
Фронтовой | Боко-вой | Задний | ||||||||
Осн. часть |
Под |
Осн. часть |
Под |
|||||||
1 |
Расчётная ширина экранированной стенки | bст |
м |
чертёж или эскиз |
5,0 |
5,0 |
3,5 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
2 |
Освещённая длина стен |
lст |
м |
чертёж или эскиз |
9,075 |
1,675 |
- |
7,05 |
1,85 |
2,05 |
3 | Площадь стены | Fст | м2 | bст ·lст | 45,5 | 8,375 | 30,014 | 35,125 | 9,25 | 10,25 |
4 |
Площадь стен, не занятых экранами | Fi |
м2 |
чертёж или эскиз |
- |
- |
0,9202 |
- |
- |
- |
5 |
Наружный диаметр труб |
d |
м |
чертёж или эскиз |
0,06 |
|||||
6 | Число труб | Z | шт | -І- | 70 | 70 | 49 | 70 | 70 | - |
7 | Шаг труб | S | м | -І- | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | - |
8 |
Отн. шаг труб |
S/d |
- |
- |
1,1667 |
|||||
9 |
Расстояние от оси до обмуровки | е |
м |
-І- |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,065 |
0,065 |
- |
10 | Относ. -І- | e/d | - | - | 1,667 | 1,667 | 1,667 | 1,0833 | 1,0833 | - |
11 |
Угловой к-т экрана | X |
- |
номо-грамма | 0,99 |
0,99 |
0,99 |
0,985 |
0,985 |
1 |
12 |
К-т загрязнения | x |
- |
таблица |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
13 |
К-т тепловой эффективности экрана | y |
- |
Cx |
0,5445 |
0,5445 |
0,5445 |
0,54175 |
0,54175 |
0,55 |
Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:
Активный объём топочной камеры определяют по формуле:
Эффективная толщина излучающего слоя:
5.2 Расчёт теплообмена в топке
Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки qт’’ 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 расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:
Где Tт’’ = Jт’’ + 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; Ta = Ja + 273 -температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, [K]; Bо – критерий Больцмана, определяемый по формуле:
Из этих формул выводятся расчетные.
Определяем полезное тепловыделение в топке Qт и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та :
Коэффициент ослабления лучей kг топочной средой определяют по номограмме.
Коэффициент ослабления лучей kс сажистыми частицами определяют по формуле:
6. Поверочный расчёт фестона
В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами бокового топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона. Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном Jф’’ при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.
Наименование величин |
Обозн. | Раз-ть | Ряды фестона |
Для всего фестона | ||
1 | 2 | 3 | ||||
Наружный диаметр труб | d | м | 0,06 | |||
Количество труб в ряду | z1 | -- | 23 | 23 | 24 | - |
Длина трубы в ряду | lI | м | 2,3 | 2 | 1,275 | - |
Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,21 | 0,21 | 0,21 | 0,21 |
продольный | S2 | м | - | 0,35 | 0,775 | 0,5197 |
Угловой коэф фестона | xф | - | - | - | - | 1 |
Расположение труб | - | - | шахматное | |||
Расчётная пов-ть нагрева | H | м2 | 9,966 | 8,666 | 5,765 | 24,3977 |
Размеры газохода: высота |
aI |
м |
2,25 |
2,05 |
1,275 |
- |
ширина | b | м | 5 | 5 | 5 | - |
Площадь живого сечения | F | м2 | 8,283 | 7,611 | 4,539 | 6,7646 |
Относительный шаг труб: поперечный |
S1/d |
- |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
продольный | S2/d | - | - | 5,833 | 12,92 | 8,6616 |
Длину трубы в каждом ряду li определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду z1 определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.
Поперечный шаг S1 равен утроенному шагу заднего экрана топки, т.к. этот экран образует три ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольный шаг между первым и вторым рядами определяют как кратчайшее расстояние между осями труб этих рядов S2’, а между вторым и третьим рядами S2’’ как длину отрезка между осями труб второго и третьего рядов, соединяющего их на половине длины труб. Среднее значение продольного шага для фестона определяют с учетом расчетных поверхностей второго и третьего рядов труб, существенно различающихся по величине:
Принимаем xф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.
По S1ср и S2ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона Sф расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.
Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:
Fi = aiЧb - z1Ч liпрЧd; где liпр – длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.
Fср находим как среднее арифметическое между F1 и F3.
Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:
Нi = pЧdЧz1iЧ li; где z1i – число труб в ряду; li – длина трубы в ряду по её оси. Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:
Нф = Н1 + Н2 + Н3 = 9,966+8,666+5,765 = 24,3977 м;
На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:
Ндоп = SFст·xб = (1,7062 + 1,7062)·0,99 = 3,3782 Ю Нф’ = Нф + Ндоп = 27,776 м;
Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.
Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30ё1000С ниже, чем перед ним:
Наименование величин | Обозначение | Размерность | Величина |
Температура газов перед фестоном | Jф’=Jт’’ | 0С | 1053,4 |
Энтальпия газов перед фестоном | I ф’=I т’’ | ккал/кг | 4885,534 |
Объёмы газов на выходе из топки при aўўт | Vг | м3/кг | 12,559 |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | -- | 0,1216 |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | -- | 0,2474 |
Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб=45кгс/см2 |
tн | 0С | 256,23 |
7. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла
При выполнении расчёта в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчётов до проведения поверочно-конструкторских расчётов пароперегревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.
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 Pпе=40 кгс/см2 и tпе=440oC Ю iпе=789,8 ккал/кг; при Pб=45 кгс/см2 и температуре насыщения Ю iн=668,1 ккал/кг; Diпо=15 ккал/кг;
Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Qпел =0), а угловой коэффициент фестона Хф=1. В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Qпек = Qпе.
Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним uІпе=601,520С;
Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:
где Iогв находим по tгв=220oC Ю Iогв=745,2 ккал/кг;
bІвп – отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:
Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:
где Iух – энтальпия уходящих газов, которую находим по tух=150oC Ю Iух=709,135 ккал/кг;
Iоух – энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при
tпрс=( tгв + t’в)/2=(220+30)/2=125 oC Ю Iпрс=421 ккал/кг;
Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним uІэк=301,870С;
Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):
Определяем невязку теплового баланса парового котла:
8. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя
Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.
По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя
Наименование величин | Обозн. | Раз-ть | Величина |
Наружный диаметр труб | d | м | 0,032 |
Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,026 |
Количество труб в ряду | z1 | - | 68 |
Количество труб по ходу газов | z2 | - | 18 |
Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,075 |
продольный | S2 | м | 0,055 |
Относительный шаг труб поперечный |
S1/d | - | 2,344 |
продольный | S2/d | - | 1,719 |
Расположение труб змеевика | - | - | шахматное |
Характер взаимного течения | - | - | перекрестный ток |
Длина трубы змеевика | l | м | 29,94 |
Поверхность, примыкающая к стенке | FстЧх | м2 | 21,353 |
Поверхность нагрева | H | м2 | 226,01 |
Размеры газохода: высота на входе высота на выходе |
aў aІ |
м м |
1,68 |
ширина | b | м | 5,2 |
Площадь живого сечения на входе | Fў | м2 | 5,363 |
Площадь живого сечения на выходе | FІ | м2 | 5,363 |
Средняя площадь живого сечения | Fср | м2 | 5,363 |
Средняя эффективная толщина излучающего слоя | Sф | м | 0,119 |
Глубина газового объёма до пучка | lоб | м | 1,35 |
Глубина пучка | lп | м | 0,935 |
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару | m | шт. | 68 |
Живое сечение для прохода пара | f | м2 | 0,0361 |
Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z1. В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) Fст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S1/d и е/d причём е/d @ r/d =0,5 Ю х=0,75. Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:
Н = pЧdЧz1Ч l + Fст Чх.
Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу.
По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя:
Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:
F = a ·b – d·z1· lпр = 1,68·5,2 – 68·0,032·1,55 = 5,363 (м2);
Площадь живого сечения для прохода пара:
Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина |
Температура газов до пароперегревателя |
uфІ | 0С | 998,4 |
Температура газов за пароперегревателя | uпеІ | 0С | 601,52 |
Температура в состояния насыщения | tн | 0С | 256,23 |
Температура перегретого пара | tпе | 0С | 440 |
Средний удельный объём пара | uср | м3/кг | 0,062615 |
Конвективное восприятие | Qkпе | ккал/кг | 1886,41 |
Объёмы газов на выходе из топки при aсрпе | Vг | м3/кг | 12,721 |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | - | 0,1202 |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | - | 0,2445 |
Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:
Все остальные величины определены ранее.
Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.
Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
Для определения aк - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме: aн=80 ккал/м2ЧчЧоС; добавочные коэффициенты:
Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; Ю aк = aнЧСzЧСфЧСs = =80Ч1Ч0,98Ч1 = 78,4 ккал/м2ЧчЧоС;
Для нахождения aл используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:
Для незапылённой поверхности
kЧpЧS = kгЧrnЧSЧp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2445;
рnЧS = rnЧS = 0,2445Ч0,119 = 0,0291.
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = tпеср + (80ё100) = 348,12 + 90 = 438,12 оС;
По номограмме находим
Сг = 0,95; aн = 130 ккал/м2ЧчЧоС; Ю aл = aнЧаЧСг = 130Ч0,95Ч0,0926 = 11,437 ккал/м2ЧчЧоС;
При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма,
свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:
При этой скорости пара
Сd = 1,02; aн = 1300 ккал/м2ЧчЧоС;Ю aл = aнЧСd = 1300Ч1,02 = 1326 ккал/м2ЧчЧоС;
Определим расчётную поверхность:
9. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева
9.1 Расчёт водного экономайзера
С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина |
Температура газов до экономайзера |
uпеІ | 0С | 601,52 |
Температура газов за экономайзером | uэкІ | 0С | 301,865 |
Температура питательной воды | Tпв | 0С | 140 |
Давление пит. воды перед экономайзером | Рўэк | кгс/см2 | 48,6 |
Энтальпия питательной воды | iпв | ккал/кг | 141,3 |
Тепловосприятие по балансу | Qбэк | ккал/кг | 1310,63 |
Объёмы газов при среднем избытке воздуха | Vг | м3/кг | 13,3145 |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | - | 0,1156 |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | - | 0,2343 |
Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Рўэк = 1,08ЧРб.
Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:
Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):
Где Dэк – пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях Dэк = Dпе =D;
iІэк – энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; iўэк – энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.
По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указываем все конструктивные размеры.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу.
Конструктивные размеры и характеристики экономайзера
Наименование величин |
Обозн | Раз-ть | Величина |
Наружный диаметр труб | d | м | 0,028 |
Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,022 |
Количество труб в ряду | z1 | -- | 25 |
Количество рядов труб по ходу газов | z2 | -- | 40 |
Шаг труб: поперечный |
S1 | м | 0,07 |
продольный | S2 | м | 0,05 |
Относительный шаг труб поперечный |
S1/d | -- | 2,5 |
продольный | S2/d | -- | 1,786 |
Расположение труб змеевика | -- | -- | шахматное |
Характер взаимного течения | -- | -- | противоток |
Длина горизонтальной части петли змеевика | l1 | м | 5,1 |
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения | lпр | м | 5,2 |
Длина трубы змеевика | l | м | 104,83 |
Поверхность нагрева ЭКО (по чертежу) | Hэк ч | м2 | 461,06 |
Глубина газохода | а | м | 1,78 |
Ширина газохода | b | м | 5,4 |
Площадь живого сечения для прохода газов | Fг | м2 | 5,972 |
Средняя эффективная толщина излучающего слоя | Sф | м | 0,118 |
Глубина газового объёма до пучка | lоб | м | 2 |
Глубина пучка | lп | м | 1,9 |
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару | m | шт. | 50 |
Живое сечение для прохода пара | f | м2 | 0,019 |
Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.
Для определения aк - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13: aн=60 ккал/м2ЧчЧоС; добавочные коэффициенты:
Сz=1; Сф=1; Сs=1; Ю aк = aнЧСzЧСфЧСs = 63Ч1Ч1Ч1 = 60 ккал/м2ЧчЧоС;
Для нахождения aл используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения ‘a’:
Для незапылённой поверхности kЧpЧS = kгЧrnЧSЧp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2343.
рnЧS = rnЧS = 0,2343Ч0,118 = 0,02765;
По номограмме находим kг = 3,4; Ю
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = 0,5Ч(tўэк + tІэк ) + (40ё60) = 0,5Ч(154,56+242,96) + 50 = 248,76 оС;
По номограмме находим
Сг=0,97; aн=100 ккал/м2ЧчЧоС; Ю aл = aнЧаЧСг =100Ч0,0897Ч0,97= 8,7 ккал/м2ЧчЧоС;
При расчёте экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
9.2 Расчёт воздушного подогревателя
По чертежам парового котла составляем эскиз воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указывают все конструктивные размеры.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя
Наименование величин |
Обозн | Раз-ть | Величина |
Наружный диаметр труб | d | м | 0,04 |
Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,037 |
Количество труб в ряду | z1 | - | 72 |
Количество рядов труб по ходу газов | z2 | - | 33 |
Шаг труб: поперечный |
S1 | м | 0,056 |
продольный | S2 | м | 0,042 |
Относительный шаг труб: поперечный |
S1/d | - | 1,4 |
продольный | S2/d | - | 1,05 |
Расположение труб | - | - | шахматное |
Характер омывания труб газами | - | - | продольный |
Характер омывания труб воздухом | - | - | поперечный |
Число труб, включённых параллельно по газам | z0 | - | 2376 |
Площадь живого сечения для прохода газов | Fг | м2 | 2,555 |
Ширина газохода | b | м | 4,144 |
Высота одного хода по воздуху (заводская) | hх | м | 2,1 |
Площадь живое сечение для прохода воздуха | Fв | м2 | 2,6544 |
Поверхность нагрева ВЗП | Hвп | м2 | 2413,99 |
Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное; взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха не меньше двух. Расчётно определим число труб, включенных параллельно по газам:
Площадь живого сечения для прохода газа:
Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной заводской конструкции):
Поверхность нагрева ВЗП:
С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина |
Температура газов до воздухоподогревателя |
uэкІ | 0С | 301,87 |
Температура газов за воздухоподогревателем | uух | 0С | 150 |
Температура воздуха до воздухоподогревателя | tўв | 0С | 30 |
Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя |
tгв | 0С | 220 |
Объёмы газов при среднем избытке воздуха | Vг | м3/кг | 14,0698 |
Теоретический объём воздуха | V0 | м3/кг | 10,62 |
Температура воздуха до воздухоподогревателем к теоретически необходимому | bІвп | -- | 1,05 |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | -- | 0,1102 |
Тепловосприятие по балансу | Qбвп | ккал/кг | 695,85 |
Находим скорости газов и воздуха:
Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: Wг=12±3 м/с, а Wв = (0,5ё0,6)ЧWг = 5,07ё6,08 м/с, однако полученная скорость воздуха больше допустимой Ю принимаем Wв’=6,08 м/c.
Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин. где x = 0,7
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяют по формуле:
При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 14: aн=29 ккал/м2ЧчЧоС; добавочные коэффициенты:
Сф=1,1; Сl=1; Юaк = aнЧСфЧСl = 29Ч1,1Ч1 = 31,9 ккал/м2ЧчЧоС;
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:
aн= 56 ккал/м2ЧчЧоС; добавочные коэффициенты:
Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; Юaк = aнЧСzЧСфЧСs = 56Ч1Ч0,98Ч1 = 54,88 ккал/м2ЧчЧоС;
Температурный напор:
Ю температурный напор можно найти как:
Список литературы
Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией Н.В. Кузнецова. – М.: Энергия, 1973. –296с.
Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. – М.: Энергия, 1974. –360с.
Методические указантя по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново, 1987. –36с.
Методические указантя по определению коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей нагрева паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1987.
Методические указантя по поверочному расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1987.
Методические указантя по конструкторскому расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1991. –36с.
Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. –Л.: Энергия, 1972.—200с.
Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. –М.: Энерго- атомиздат, 1985. –376с.