Проверочный расчет типа парового котла - курсовая работа
Содержание
Введение
1. Исходные данные
2. Выбор способа шлакоудаления
3. Выбор расчетных температур
4. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
5. Объемы продуктов горения в поверхностях нагрева
6. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
7. Расчет КПД котла и потерь в нем
8. Определение расхода топлива
9. Тепловой расчет топочной камеры
10. Тепловой расчет остальных поверхностей нагрева
10.1 Расчет ширмового ПП
10.2 Расчет фесона
10.3 Расчет конвективного ПП
10.3.1 Расчет ПП 1 ступени
10.3.2 Расчет ПП 2 ступени
10.4 Расчет ВЭК и ВЗП
10.4.1 Расчет ВЭК 2 ступени
10.4.2 Расчет ВЗП 2 ступени
10.4.3 Расчет ВЭК 1 ступени
10.4.4 Расчет ВЗП 1 ступени
11. Определение неувязки котлоагрегата
Список используемой литературы
Введение
Паровой котел - это основной агрегат тепловой электростанции (ТЭС). Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива.
Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котельный агрегат должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и питательной воды, с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.
Номинальное давление пара - наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.
Номинальные температуры пара высокого давления (свежего пара) и пара промежуточного перегрева (вторично-перегретого пара) - температуры пара, которые должны обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем, с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.
Номинальная температура питательной воды - температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечения номинальной паропроизводительности.
При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично-перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры будут изменяться.
При выполнении расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в определении температур и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла. Этот тепловой расчет парового котла называется поверочным расчетом.
Поверочный расчет котла или отдельных его элементов выполняется для существующей конструкции с целью определения показателей ее работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузки или параметров пара, а также после проведенной реконструкции поверхностей нагрева. В результате поверочного расчета определяют:
- коэффициент полезного действия парового котла;
- расход топлива;
- температуру продуктов сгорания по газовому тракту, включая температуру уходящих газов;
- температуру рабочей среды (пара, воды) за каждой поверхностью нагрева.
Надежность работы поверхности нагрева устанавливают расчетом ожидаемой температуры стенки и сравнением ее с допустимой для использованного металла. Для выполнения расчета приходится предварительно задаваться температурой уходящих газов и температурой горячего воздуха, правильность выбора которых определяется лишь по завершении расчета.
Задание на поверочный расчет включает в себя следующие данные:
- тип парового котла (его заводская маркировка);
- номинальную паропроизводительность (Dnп
, т/ч (кг/с)) и параметры перегретого пара (первичного (Рпп
, МПа, tnп
, °C) и вторичного перегрева);
- месторождение и марку энергетического топлива;
- температуру питательной воды (tnв
, °C), поступающей в котел после регенеративного подогрева, и дополнительно - конструктивные данные поверхностей котла. По этому расчету предшествует определение по чертежам геометрических характеристик поверхностей (диаметров и шагов труб, числа рядов труб, размеров проходных сечений для газов и рабочей среды, габаритных размеров газоходов и поверхностей нагрева и т. д.). При поверочном расчете котла вначале определяют объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчет теплообмена в топочной камере и других поверхностях в последовательности, соответствующей их расположению по ходу газов.
При поверочном расчете поверхности нагрева приходится задаваться изменением температуры одной из теплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этим определяется тепловосприятие поверхности в первом приближении. Далее можно вычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, температурный напор, скорости газового потока и рабочей среды и все другие величины, необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении. При расхождении принятого и расчетного тепловосприятий выше допустимого повторяют расчет для нового принятого тепловосприятия. Таким образом, поверочный расчет поверхности нагрева выполняют методом последовательных приближений.
1. Исходные данные
Таблица 1 – Таблица исходных данных
Тип котла
БКЗ-320-140
Паропроизводительность Dпп
315 т/ч
Давление перегретого пара Рпп
13,9 МПа
Температура перегретого пара tпп
545о
С
Температура питательной воды tпв
240о
С
Месторождение топлива
Куучекинская Р.
Температура начала деформации
1230 о
С
Температура размягчения
>1500 о
С
Температура плавкого состояния
>1500 о
С
Состав топлива
2. Выбор способа шлакоудаления и типа углеразмольных мельниц
Определяем приведенную зольность топлива:
Исходя из значения температуры плавления золы t3
>1500°C и приведенной зольности топлива, согласно рекомендациям [1, с.11] принимаем твердое шлакоудаление и волковые среднеходные мельницы СМ.
3. Выбор расчетных температур по дымовым газам и воздуху
тогда согласно рекомендациям [1, с.13-15 и таблиц 1.4;1.5;1.6] принимаем:
температура уходящих газов Vуг
=120°C
температура подогрева воздуха tгв
=300°C
температура воздуха на входе в воздухоподогреватель tВП
=20°C
4. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
4.1 Теоретический объем воздуха
4.2 Теоретические объемы продуктов сгорания
Расчеты выполнены по рекомендациям [1, с.20-21]
5. Объемы продуктов сгорания в поверхностях нагрева
Таблица 2 - Таблица объемов продуктов сгорания в поверхностях нагрева
Наименование величин
Топка, ширма
ПП II
ПП I
ВЭК II
ВЗП II
ВЭК I
ВЗП I
1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева
1,2
1,23
1,26
1,28
1,31
1,33
1,36
2. Средний коэффициент избытка воздуха
1,2
1,215
1,245
1,27
1,295
1,32
1,345
3. Суммарный присос воздуха
0,8608
0,9254
1,0545
1,1621
1,2697
1,3773
1,4849
4. Действительный объем водяных паров
0,4586
0,4596
0,4617
0,4634
0,4651
0,4669
0,4686
5.Полный объем газов
,
5,50672
5,5713
5,7004
5,8080
5,9156
6,0232
6,1308
6. Объемная доля трехатомных газов
0,1443
0,1428
0,1395
0,1369
0,1314
0,1321
0,1297
7. Объемная доля водяных паров
0,0807
0,0798
0,0780
0,0766
0,0752
0,0738
0,0725
8. Суммарная объемная доля
0,2250
0,2226
0,2175
0,2135
0,2097
0,2059
0,2022
9. Масса дымовых газов
7,3364
7,4207
7,5893
7,7299
7,8704
8,0109
8,1515
10. Безразмерная концентрация золовых частиц
0,0557
0,0669
0,0671
0,0672
0,0673
0,0674
0,0675
11. Удельный вес дымовых газов
1,3322
1,33195
1,3314
1,3309
1,3304
1,3300
1,3296
6. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, а также энтальпия золы в кДж/кг при расчетной температуре о
С определяются по формулам:
где
,
,
,
,
- теплоемкости воздуха, трехатомных газов, водяных паров, азота и золы, кДж/м3
и кДж/кг.
Энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг определяются по формуле:
.
Результаты расчетов свели в таблицу 3
Топка
ПП 2
2300
15344,1165
18316,4594
1422,3384
22807,6211
2100
13919,4594
16509,9186
1298,6568
20592,46728
1900
12430,2408
14793,7002
1146,9996
18426,74796
1700
10975,455
13094,2432
1009,5756
16,298,9098
1500
9619,6635
11370,4935
853,992
14148,4182
1300
8225,1351
9729,5458
663,5616
12038,13442
12161,5115
1100
6912,3846
8084,6678
539,88
10007,02472
10110,7104
1000
6219,4245
7263,6315
483,438
8990,9544
9084,2458
900
5539,3767
6459,8085
428,4684
7996,15224
8079,2429
800
4872,2412
5639,1322
376,9344
6990,51458
7063,5985
700
4218,018
4887,099
326,882
6120,3549
600
3576,7071
4137,9747
275,3388
500
2948,3085
3405,8395
225,760
400
2332,8222
2687,5118
176,688
300
1730,2482
1975,833
129,5712
200
1144,8906
1313,6665
82,9452
100
568,1412
644,2323
39,7548
ПП 1
ВЭК 2
ВЗП 2
ВЭК 1
ВЗП 1
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
10318,082
1000
9270,8285
9426,3141
900
8245,4242
8383,9086
8522,3930
800
7209,7657
7331,5717
7453,3778
700
6246,8954
6352,3459
6457,7963
6563,2468
600
5289,6067
5379,0244
5468,4421
557,8598
5647,2775
500
4353,9351
4427,6428
4501,3505
4575,0582
4648,7659
400
3418,2635
3494,0618
3552,3823
3610,7029
3669,0235
300
2615,8274
2659,0836
2702,3398
200
1734,3544
1762,9767
1791,5989
100
811,8339
865,7923
879,9958
7. Расчет КПД котла и потери теплоты в нем
Этот расчет выполняется согласно рекомендациям [1, с.26-27] и введен в таблицу 4.
Наименование величин
Расчетная формула или страница [1]
Результат расчета
КПД, hпг ,
%
hпг
=100-(q2
+ q3
+ q4
+ q5
+ q6
)
100-(4,6498+0+0,5+0,48+0,9615) =93,4087
Потери тепла от химического недожога, q3,
%
[1, с.36, таблица 4.6]
q3
=0
Потери тепла от механического недожога, q4,
%
[1, с.36, таблица 4.6]
q4
=0,5
Потери тепла в окр. Среду от наружного охлождения, q5,
%
Потери тепла с физическим теплом шлаков, q6,
%
Энтальпия шлаков, Сtшл,
Сtшл
= Сшл
*tшл
1952
Тем-ра вытекающ. шлака, tшл,
°С
tшл=
t3 +100
tшл,
=1500+100=1600
Теплоемкость шлака, Сшл,
[1, с.23, таблица 2.2]
Сшл
=1,22
Доля шлакоулавли-вания в топке, ашл
ашл
=1- аун
ашл
=1- 0,8=0,2
доля уноса лет. золы, аун
[1, с.36, таблица 4.6]
аун
=0,8
Располагаемое тепло,
,
=1658000+26,154=16606,154
Физ. тепло топлива, Qтл,
Qтл
=С тл
t тл
Qтл
=1,3077∙20=26,154
Температура топлива, T Тл,
°С
[1, с.26]
t тл
=20°
Теплоемкость топлива, С Тл,
С тл
= 0,042*Wр
+С°тл
*(1-0,01*W)
0,042∙7+1,09(1-0,01∙7)=1,3077
Теплоемкость сухой массы топлива, С°тл,
[1, с.26]
С°тл
=1,09
Энтальпия теор. объема воздуха на входе в воздухоподогреватель,
,
по t’вп
=20°С из расчета энтальпий
Энтальпия теор. объема холодного воздуха,
,
39,5V°в
=39,5*4,3041=170,01195
Потеря тепла с ух. газами, q2,
%
=4,6498
Энтальпия уходящих газов, Нух,
кДж\кг
по nух
=120 из расчета энтальпий
=778,1191
Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, aух
Из таблицы 3.1 расчета 3.6
=1,45
8. Определение расхода топлива
Данный расчет выполняется согласно рекомендациям [1, с. 28-29]
Таблица 5
Наименование величин
Расчетная формула или страница[1]
Результат расчета
Расход топлива, В,
Энтальпия перегретого пара на выходе из котла, hпе,
На основе заданных значений параметров пара
hпе
=3434,7
Энтальпия питательной воды, hп.в,
По табл. 3 [7]
Hп.в
=903
Расчетный расход топлива, Вр,
Вр
=В∙(1-0,01∙q4
)
=14,5045×(1-0,01×0,5)=14,4319
9. Тепловой расчет топочной камеры
9.1 Определение размеров топочной камеры и размещения горелок
Для последующего расчета топочной камеры составляем предварительный эскиз по выданным чертежам заданного котла.
При выполнении эскиза руководствуемся отдельными указаниями [1, с. 29-37], где берем рекомендованные данные, которые не уясняются из чертежей.
На эскиз топочной камеры наносим обозначения длин и площадей, необходимых для дальнейшего расчета.
Рисунок 1.1 - Эскиз топки
Таблица 6 - Тепловой расчет топочной камеры
Наименование величин
Расчетная формула
Расчет
Тепло воздуха, QВ,
кДж/кг
Энтальпия гор. воздуха после ВЗП,
, кДж/кг
Из табл. №6 расчета
=2771,54976
Полезное тепловыделение в топке, QТ,
кДж/кг
Адиабатная температура горения,
, о
С
=2018,5686
Коэф-т сохр. тепла,
=
Угловой коэффициент, х
[1], стр.41,
=1-0,2(1,06-1)=0,988
Коэффициент загрязнения,
[1], стр.41, табл. 4.8
=0,45
Ср. коэф-т тепловой эффективности экранов,
=0,45∙0,988=0,4446
Величина, характер.отн. высоту полож. зоны макс.тем-р, ХТ
Эскиз топки
0,46
Коэф-т, учитывающий относ. положение ядра факела по высоте топки, М
10. Тепловой расчет остальных поверхностей нагрева
Этот тепловой расчет выполняется согласно указаниям [1, гл.5;6]
10.1 Расчет ширмового пароперегревателя
Для упрощения расчета ширмовый пароперегреватель рассчитываем без дополнительных поверхностей нагрева в последовательности изложенной в [1, с.87-90]. Исключен из расчета ширм и пароохладитель.
Перед началом расчета составляем предварительный эскиз ширмового пароперегревателя. Ширмовый пароперегреватель включен прямоточно как предварительная ступень перегрева пара после барабана перед конвективным пароперегревателем. Ходом ширм считается ход пара лишь в одну сторону.
Угловой коэффициент ширм с входного на выходное сечение,
0,16
Лучевоспринимающая поверхность за ширмами, Fл.вых,
м2
81,5
Абсолютная средняя температура газов ширм, Тш,
К
+273 о
С
1005 + 273 = 1278
Теплота, излучаемая из топки и ширм на поверхности за ширмами, Qл.вых,
кДж/кг
527,2149
Тепловосприятие ширм излучением, Qлш,
кДж/кг
Тепловосприятие ширм по балансу,
,кДж/кг
Температура пара на входе в ширмы,
, о
С
-
342
Энтальпия пара на входе в ширмы,
, кДж/кг
[2], табл.7.13 , по
МПа и
2606
Температура пара после ширм,
,о
С
[7] табл. 3 по Рб
362
Энтальпия пара на выходе из ширм,
, кДж/кг
+
2606+214,2060=820,206
Прирост энтальпии пара в ширме,
,
=214,2060
Ср. тем-ра пара в ширмах, tш, о
С
Скорость газов в ширмах,
, м/с
Поправка на компоновку пучка ширм, CS
[1], стр.122
0,6
Поправка на число поперечных рядов труб, СZ
[1], стр.122
1
Поправка ,Сф
[1], стр.123
1
Нормативный коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к ширмам,
,
[1], стр.122 график 6,4
41
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к ширмам ,
,
Коэффициент загрязнения ширм,
,
[1], стр.143, граф. 6,15
0,0075
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару,
,
, [1], стр.132
1463,9582
Температура наружной поверхности загрязнения, tз, о
С
Скорость пара в ширмах,
, м/с
Средний удельный объем пара в ширмах,
, м3
/кг
[7] табл. 3, по
и
0,01396
Коэффициент использования ширм,
[1], стр.146
0,9
Коэффициент теплоотдачи излучением в ширмах,
,
, [1], стр.141
Угловой коэффициент для ширм,
[1], стр.112, рис. 5.19, кривая 1 (брать
)
0,96
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке,
,
Коэффициент теплопередачи для ширм, k,
Тепловосприятие ширм по уравнению теплопередачи,
, кДж/кг
Большая разность температур,
, о
С
Из прилагаемого графика
708
Меньшая разность температур
, о
С
Из прилагаемого графика
598
Средний температурный напор,
, о
С
Необходимое тепловосприятие ширм,
, %
Рисунок 1.3 - График изменения температур в ширмах при прямотоке
10.2 Расчет фестона
При расчете фестона не учитывать теплообмен через подвесные трубы и др. дополнительные поверхности. Фестон обыкновенно располагают между ширмами, висящими над топкой, и конвективным пароперегревателем. Фестон выполняют из разряженного пучка труб большего диаметра.
Расчет фестона сведен в нижеследующую таблицу.
Таблица 8
Диаметр и толщина труб, d, м
d=dвнут
×d
0,114
Относительный поперечный шаг, s1
S1/d
5,3
Поперечный шаг труб, S1, м
По чертежу котла
0,6
Число труб в ряду, Z1, шт
По чертежу котла
20
Продольный шаг труб, S2, м
По чертежу котла
0.3
Относительный продольный шаг, s2
S2/d
2,65
Число рядов труб по ходу газов, Z2, шт
По чертежу
2
Теплообменные поверхности нагрева, Fф, м
П∙d∙Н∙ Z2∙ Z1
100
Лучевоспринимающая поверхность Fл..,
м2
aН
94
Высота фестона, Н, м
По чертежу
7,8
Живое сечение для прохода газов, Fг..,
м2
Fг..
=а× Н-Z1× Н×d
76,216
Эффективная толщина излучающего слоя, S, м
Из расчета топки
5,95
Температура газов на входе в фестон, V’ф, °С
V’ф = V"ш
960
Энтальпия газов на входе в фестон, H’ф,
H’ф = H"ш
8593,0335
Температура газов за фестоном, V"ф, °С
Принимаем с последующим уточнением
934
Энтальпия газов на выходе из фестона, H"ф,
H"ф
8334,3849
Тепловосприятие ширм по балансу, Qбф,
Qбф
=(H’ф-H"ф)×j
(8593,0335-8334,3849)0,99=256,0620
Угловой коэффициент фестона, Xф
[1, с.112, рисунок 5.19 по s2
]
0,45
Средняя температура газов в фестоне, Vф, °С
947
Скорость газов в фестоне, wгф,
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к ширмам, dк,
dк
=Сs× Сz× Сф×aн
0,46×0,91×0,94×29=11,4110
Объемная доля водяных паров, rн2о
№5 расчета
=0,0807
Поправка на компоновку пучка, Сs
[1, с.122-123]
Сs=¦(s1
,s2
)
=0,46
Поправка на число попереч
ных труб, Сz
[1, с.122-123]
=91
Поправка, Сф
[1, с. 123]
график Сф=¦(nш
× rн2о
)
=0,94
Нормативный коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к фестону, aн,
[1, с. 122,
график 6.8]
29
Температура наружной поверхности загрязнения, tз,
°С
Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи, Qтф,
Необходимость тепловосприятия фестона, dQф, %
(256,0621-268,3986) /256,0621·100
=4,8178<5 %
10.3 Расчет конвективного пароперегревателя
Конвективный пароперегреватель двухступенчатый, в первую ступень по ходу пара поступает пар из ширмового пароперегревателя и далее он проходит во вторую ступень, из которой уходит на работу паровых турбин и на другие потребности.
Дымовые газы же идут в начале через вторую ступень пароперегревателя, а потом через первую ступень. По этой причине тепловой расчет осуществляется сначала второй, а потом первой ступени пароперегревателя. Поскольку для упрощения расчета не рассчитывается потолочный пароперегреватель и другие поверхности нагрева, конвективный пароперегреватель выполняется в значительной степени конструктивным расчетом.
Теплосъем конвективного пароперегревателя примерно пополам разделим по первой и второй ступеням.
Расчет ведем согласно указаниям [1, с.92-98] со ссылками на другие страницы. В начале рассчитываем геометрические размеры конвективного пароперегревателя общие для обеих его ступеней.
Рисунок 1.4 - Эскиз конвективного пароперегревателя второй ступени
Таблица 9- Расчет пароперегревателя второй ступени
Наименование величины
Расчетная формула или страница[1]
Результат расчета
Наружный диаметр труб, d, м
Из чертежа
0,04
Поперечный шаг, S1, м
Из чертежа
0,12
Продольный шаг, S2, м
Из чертежа
0,1
Относительный поперечный шаг, s1
3
Относительный продольный шаг, s2
2,5
Расположение труб
Из чертежа
Коридорное
Температура газов на входе во вторую ступень, V’п2,
°С
V’п2
= V"ф
934
Энтальпия газов на входе во вторую ступень, Н’п2,
Н’п2
= Н"ф
8334,3849
Температура газов на выходе из второй ступени, V"п2,
°С
Принимаем на 200 °С ниже
700
Энтальпия газов на выходе из второй ступени, Н"п2,
Тепловосприятие второй ступени пароперегревателя, Qт.э,
=520,6512
Несходимость тепловосприятия dQтэ2,
%
(513,1187-520,6512) ·100/513,1187=1,47<2
расчет окончен
10.4.2 Расчет второй ступени воздухоподогревателя
Весь воздухоподогреватель выполнен двухпоточным двухступенчатым. Расчет выполняется согласно рекомендациям. Расчет второй ступени выполняется и вводится в ниже следующую таблицу.
Таблица 12- Расчет ВЗП II
Наименование величины
Расчетная формула или страница[1]
Результат расчета
Наружный диаметр труб, d, мм
Из чертежа
40
Внутренний диаметр труб, dвн, мм
Из чертежа
37
Поперечный шаг, S1, мм
Из чертежа
60
Продольный шаг, S2, мм
Из чертежа
45
Глубина установки труб, bвп, м
Из чертежа
42
Число труб в ряду, Z1, шт
=200
Число рядов труб, Z2, шт
=92
Длина труб воздухоподогревателя, Lвп2,
м
Из чертежа
2,5
Поверхность нагрева, Fвп2,
м2
Fвп2
=p×d× Lвп2
× Z1× Z2
3,14× 0,04×2,5×200× 92=6066,48
Сечение для прохода газов по трубам, Fгвп2,
м2
=19,7738
Температура воздуха на выходе из второй ступени воздухоподогревателя, t"вп2,
°С
№3 расчета
300
Энтальпия этого воздуха, h"вп2,
№6 расчета
2615,8274
Температура газов на входе во вторую ступень, V’ вп2,
°С
V’ вп2
= V"э2
420
Энтальпия газов на входе во вторую ступень, Н’вп2,
Н’вп2
= Н"э2
3680,778
Температура воздуха на входе во вторую ступень, t’вп2,
°С
Принимаем с последующим уточнением
220
Энтальпия этого воздуха, h’вп2,
№6 расчета
1910,649
Тепловосприятие первой ступени, Qбвп2,
Отношение количества воздуха за вп к теоретически необходимому, bвп