Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Кафедра ТЭС
Антонов П.А.
Руководитель: Муромкин Ю.Н.
Оглавление
Введение 3
Аннотация 4
Последовательность пуска котла 5
Плановый останов котла 6
I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла.
Выбор коэффициентов избытка воздуха. 7
II. Топливо и продукты горения. 7
III. Определение расчётного расхода топлива. 10
IV. Выбор схемы сжигания топлива. 11
V. Поверочный расчёт топки.
V.1. Определение конструктивных размеров и характеристик топки. 12
V.2. Расчёт теплообмена в топке. 13
VI. Поверочный расчёт фестона. 16
VII. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя
и сведение теплового баланса парового котла. 20
VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя. 22
IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева.
IX.I Расчёт водного экономайзера. 26
IX.II Расчёт воздушного подогревателя. 32
Список литературы. 36
ВВЕДЕНИЕ
Парогенератор ГМ-50-1.
Топочная камера обьемом 144 м полностью экранирована трубами 603мм, 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 Ø 377 мм.
Пароперегреватель конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб 323 мм и поперечным шагом 75 мм.
Экономайзер стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб 283 мм. Продольный шаг 50 мм, поперечный 70 мм.
Воздухоподогреватель - стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 401,5мм. 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.
13. При открывают растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.
включают котел в магистраль.
15. Включают автоматику.
ПЛАНОВЫЙ ОСТАНОВ КОТЛА
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.
I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла.
Выбор коэффициентов избытка воздуха.
1.1) Расчётно-технологическая схема трактов парового котла с отображением компоновки поверхностей нагрева представлена на рисунке 1.
1.2) Величина коэффициента избытка воздуха т =1,1 при использовании жидкого топлива (малосернистый мазут). Значение присосов воздуха в газоходы для заданного парового котла:
Элементы парового котла |
Газоходы |
Величина присоса |
Топочная камера |
Топки паровых котлов для жидкого топлива |
0,05 |
Котельные пучки |
Фестон |
0 |
Пароперегреватели |
Первичный пароперегреватель |
0,03 |
Экономайзеры |
Для котлов D50т/ч |
0,08 |
Воздухоподогреватели(трубчатые) |
Для котлов D50т/ч |
0,06 |
Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:
№ |
Газоходы |
Коэффициент избытка воздуха за газоходом |
Величина присоса |
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе |
1 |
Топка и фестон |
|||
2 |
Пароперегре-ватель |
=1,13 |
||
3 |
Экономайзер |
=1,21 |
||
4 |
Воздухоподо-греватели |
+0,06=1,27 |
II. Топливо и продукты горения.
2.1) 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 |
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%
2.3) При >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 .
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 |
- |
1,1 |
1,13 |
1,21 |
1,27 |
|
2 |
Средний коэф избытка воздуха в газоходе |
- |
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 |
2.4) 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%):
энтальпию золы не учитываем.
2.5) Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)
газоход |
Тем-ра газов |
|||||
Топка и фестон (при т) |
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 пе |
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 эк |
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 вп=ух |
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 |
III. 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 tвп =100 oC (Ioв)=322 ккал/кг;
3.3) Величину физического тепла топлива находим по формуле:
iтл= Cтл tтл, где tтл =100 oC; Cтл =0,415+0,0006tтл=0,415+0,0006100=0,475 ккал/(кг oC);
iтл= 0,475100=47,5 ккал/кг;
3.4) Qрр=Qрн+iтл=9620+47,5=9667,5 ккал/кг;
3.5) Потери тепла с химическим недожогом q3=0,5%;
с механическим недожогом q4=0,0%;
3.6) Потеря тепла с уходящими газами:
где (Ioхв) при t =30 oC; Ioхв=9,5Vo =9,510,62=100,89 ккал/кг;
Iух=709,135 ккал/кг; tух=150 oC; ух=1,27;
3.7) Потеря тепла от наружного охлаждения котла: q5=0,92% (при D = 50 т/ч);
3.8) КПД парового котла “брутто” находят по методу обратного баланса:
пк=100-(q2+ q3+ q4+ q5+ q6)=100-(6,01+0,5+0,92)=92,57 %;
Коэффициент сохранения тепла:
3.9) Расход топлива, подаваемого в топку:
где Qпк=Dк(Iпе- Iпв)1000; при Pпе = 40 кгс/см2 и tпе = 440oC Iпе = 789,8 ккал/кг;
а при Pпв = 1,08Pб = 1,0845 = 48,6 кгс/см2 и tпв = 140oC Iпе = 141,3 ккал/кг;
Qпк = 50(789,8- 141,3)1000=3,2425·107ккал/кг;
3.10) 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:
IV. Выбор схемы сжигания топлива.
4.1) 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.
4.2) В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100130оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 3040 м/с.
V. Поверочный расчёт топки.
Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки т при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.
V.1. Определение конструктивных размеров и характеристик топки.
5.1.1) 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 |
|
70 |
70 |
49 |
70 |
70 |
- |
7 |
Шаг труб |
S |
м |
|
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 |
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,065 |
0,065 |
- |
10 |
Относ. |
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 |
|
- |
таблица |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
13 |
К-т тепловой эффективности экрана |
|
- |
|
0,5445 |
0,5445 |
0,5445 |
0,54175 |
0,54175 |
0,55 |
5.1.2) Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:
5.1.3) Активный объём топочной камеры определяют по формуле:
Эффективная толщина излучающего слоя:
V.2. Расчёт теплообмена в топке.
5.2.1) Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки т 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 = т + 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; Ta = a + 273 -температура газов, которая была бы при адибатическом сгорании топлива, [K]; Bо критерий Больцмана, определяемый по формуле:
Из этих формул выводятся рясчётные.
Где количество тепла, вносимое в топку с воздухом Qв, определяют по формуле:
Полезное тепловыделение в топке Qт соответствует энтальпии газов Iа, котрой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е Qт= Iа Та=2352,4 К;
М=А-Bxт; где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимают: А=0,54; В=0,2; (при камерном сжигании мазута).
Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле:
Хт= Хг+ Х; где Хг относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок hг (от пода топки) к общей высоте топки Нт (от пода топки до середины выходного окна из топки, т.е. Хг = hг/ Нт ); Х поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая для газомазутных топок с производительностью >35т/ч Х=0;
При расположении горелок в несколько ярусов и одинаковом числе горелок в ярусе высоту расположения определяют расстоянием от средней линии между ярусами горелок до пода или до середины холодной воронки; при разном числе горелок в каждом ярусе:
где n1, n2 и т.д. число горелок в первом, втором и т.д. ярусах; h1г, h1г и т.д. высота расположения осей ярусов.
М = 0,54·0,2·0,2459=0,4908
5.2.4) Степень черноты топки ат и критерий Больцмана В0 зависят от искомой температуры газов на выходе г.
Принимаем г = 1100 0С:
Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания определяют по формуле:
5.2.5) Степень черноты топки определяют по формуле:
где аф эффективная степень черноты факела:
; где асв и аг степень черноты,которой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами; m коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма и m=0,55 для жидкого топлива.
Величины асв и аг определяют по следующим формулам:
Где Sт эффективная толщина излучаемого слоя в топке; P давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгс/см2 .
Коэффициент ослабления лучей kг топочной средой определяют по номограмме.
Коэффициент ослабления лучей kс сажистыми частицами определяют по формуле:
где Tт - температура газов на выходе из топки; Cр/Hp - соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;
5.2.6) Определяем количество тепла, переданное излучением в топке:
Удельное тепловое напряжение объёма топки:
Допуск 250300 Мкал/м3ч;
Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:
VI. Поверочный расчёт фестона.
6.1) 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 ф 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 |
Эффективная толщина излучающего слоя |
Sф |
м |
- |
- |
- |
2,03 |
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
Fi = aib - z1 liпрd; где liпр длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.
Fср находим как среднее арифметическое между F1 и F3.
6.6) 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 = dz1i 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 = Fст·xб = (1,7062 + 1,7062)·0,99 = 3,3782 Нф = Нф + Ндоп = 27,776 м;
6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.
Наименование величин |
Обозначение |
Размерность |
Величина |
Температура газов перед фестоном |
ф=т |
0С |
1053,4 |
Энтальпия газов перед фестоном |
I ф=I т |
ккал/кг |
4885,534 |
Объёмы газов на выходе из топки при т |
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 |
Для газов за фестоном находим энтальпию при
и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:
где k - коэффициент теплопередачи, t - температурный напор,
Н - расчётная поверхность нагрева.
6.9.1) При сжигании мазута коэффициент теплопередачи определяют по формуле:
Где к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.
6.9.2) Для определения к (коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб) рассчитаем среднюю скорость газового потока:
для фестона при скорости газов 8,903 м/с равен 0,6.
Для нахождения к по номограммам определяем н=59 ккал/м2чоС и добавочные коэффициенты: Сz=0,88; Сф=0,85; Сs=1 к = нСzСфСs = 590,880,851 = 44,13 ккал/м2чоС;
Для нахождения л используем номограммы и степень черноты продуктов горения a:
Для незапылённой поверхности kpS = kгrnSp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2474;
рnS = rnS = 0,24742,03 = 0,5022
По номограмме находим kг = 0,66
По номограмме находим Сг=0,96; н=170 ккал/м2чоС; л = наСг =1700,28190,96=46 ккал/м2чоС
6.9.4)
Находим температурный напор:
6.10) Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:
т.о. поверочный расчёт выполнен.
VII. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера,
воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла.
Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:
Находим при Pпе=40 кгс/см2 и tпе=440oC iпе=789,8 ккал/кг;
при Pб=45 кгс/см2 и температуре насыщения iн=668,1 ккал/кг;
iпо=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.
Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:
Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:
Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним пе=601,520С;
7.4) 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 Iогв=745,2 ккал/кг;
вп 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 Iух=709,135 ккал/кг;
Iоух энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при tпрс=( tгв + tв)/2=(220+30)/2=125 oC Iпрс=421 ккал/кг;
Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним эк=301,870С;
Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):
VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя.
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 |
Fстх |
м2 |
21,353 |
Поверхность нагрева |
H |
м2 |
226,01 |
Размеры газохода: высота на входе высота на выходе |
a a |
м м |
1,68 |
ширина |
b |
м |
5,2 |
Площадь живого сечения на входе |
F |
м2 |
5,363 |
Площадь живого сечения на выходе |
F |
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 |
8.3.1) 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 х=0,75.
Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:
Н = dz1 l + Fст х.
F = a ·b d·z1· lпр = 1,68·5,2 68·0,032·1,55 = 5,363 (м2);
Площадь живого сечения для прохода пара:
Наименование величин |
Обознение |
Размерность |
Величина |
Температура газов до пароперегревателя |
ф |
0С |
998,4 |
Температура газов за пароперегревателя |
пе |
0С |
601,52 |
Температура в состояния насыщения |
tн |
0С |
256,23 |
Температура перегретого пара |
tпе |
0С |
440 |
Средний удельный объём пара |
ср |
м3/кг |
0,062615 |
Конвективное восприятие |
Qkпе |
ккал/кг |
1886,41 |
Объёмы газов на выходе из топки при српе |
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 от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
8.5.1) Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
Где к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.
Для определения к - 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:
н=80 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; к = нСzСфСs = =8010,981 = 78,4 ккал/м2чоС;
Для нахождения л используем номограммы и степень черноты продуктов горения a:
Для незапылённой поверхности kpS = kгrnSp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2445;
рnS = rnS = 0,24450,119 = 0,0291.
По номограмме находим kг = 3,34;
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = tпеср + (80100) = 348,12 + 90 = 438,12 оС;
По номограмме находим Сг = 0,95; н = 130 ккал/м2чоС; л = наСг = 1300,950,0926 =
= 11,437 ккал/м2чоС;
При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
Где Тк - температура газов в объёме камеры, (К); lоб и lп - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;
При этой скорости пара Сd = 1,02; н = 1300 ккал/м2чоС; л = нСd = 13001,02 = 1326 ккал/м2чоС;
8.5.3) Коэффициент теплоотдачи:
Температурный напор:
температурный напор можно найти как:
Поправочный коэффициент определяют по номограмме по безразмерным параметрам:
По R и Р находим = 0,96
8.6) Определим расчётную поверхность:
Невязка:
Невязка > 2% вносим конструктивные изменения.
8.7) Найдем число петель змеевика, которое надо добавить:
Следовательно, добавляем к поверхность пароперегревателя 2 змеевика. Поверочный расчёт выполнен.
IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева.
IX.I Расчёт водного экономайзера.
9.1.1) С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин |
Обознение |
Размерность |
Величина |
Температура газов до экономайзера |
пе |
0С |
601,52 |
Температура газов за экономайзером |
эк |
0С |
301,865 |
Температура питательной воды |
Tпв |
0С |
140 |
Давление пит. воды перед экономайзером |
Рэк |
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 Рэк = 1,08Рб.
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;
iэк энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; iэк энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.
При указаной схеме включения пароохладителя:
По iэк = 156,3 ккал/кг и Рэк = 48,6 кгс/см2 находим и tэк = 154,56 0С;
По iэк = 251,274 ккал/кг и Рб = 45 кгс/см2 находим и tэк = 242,96 0С;
Т.к iэк < iэк, значит экономайзер некипящего типа.
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 |
9.1.4) Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном омывании определяют по формуле:
где lпр длина проекции ряда труб на плоскость сечения, м.
Площадь живого сечения для прохода воды:
Поверхность нагрева экономайзера:
Где l длина змеевика, определяемая с использованием длины горизонтальной части
змеевика (l1):
9.1.5) Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяют по формуле:
Где к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; - коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1.
Для определения к - 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:
н=60 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=1; Сs=1;
к = нСzСфСs = 63111 = 60 ккал/м2чоС;
Для нахождения л используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения a:
Для незапылённой поверхности kpS = kгrnSp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2343.
рnS = rnS = 0,23430,118 = 0,02765;
По номограмме находим kг = 3,4;
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = 0,5(tэк + tэк ) + (4060) = 0,5(154,56+242,96) + 50 = 248,76 оС;
По номограмме находим Сг=0,97; н=100 ккал/м2чоС; л = наСг =1000,08970,97=
= 8,7 ккал/м2чоС;
При расчёте экономайзера на величину л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
Где Тк - температура газов в объёме камеры, (К); lоб и lп -- соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;
9.1.6) Температурный напор:
температурный напор с достаточной точностью можно найти как:
9.1.7) Определим расчётную поверхность:
Невязка:
Невязка > 2% вносим конструктивные изменения.
9.1.8) Найдем требуемую длину змеевика:
Следовательно, принимаем Z2р равное 36, то есть Z21 ряда =20, Z22 ряда =16 во втором пакете убираем одну сдвоенную петлю.
Для первого пакета:
Для второго пакета:
Высота экономайзера:
Расчёт закончен.
IX.II Расчёт воздушного подогревателя.
9.2.1) По чертежам парового котла составляем эскиз воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 125, 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:
9.2.2) С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин |
Обознение |
Размерность |
Величина |
Температура газов до воздухоподогревателя |
эк |
0С |
301,87 |
Температура газов за воздухоподогревателем |
ух |
0С |
150 |
Температура воздуха до воздухоподогревателя |
tв |
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 |
вп |
-- |
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 = (0,50,6)Wг = 5,076,08 м/с, однако полученная скорость воздуха больше допустимой принимаем Wв=6,08 м/c.
Пересчитываем:
9.2.3) Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин.
где = 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:
н=29 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сф=1,1; Сl=1;
к = нСфСl = 291,11 = 31,9 ккал/м2чоС;
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:
н= 56 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=0,98; Сs=1;
к = нСzСфСs = 5610,981 = 54,88 ккал/м2чоС;
9.2.4) Температурный напор:
температурный напор можно найти как:
Поправочный коэффициент определяют по номограмме по безразмерным параметрам:
По R и Р находим = 0,96
9.2.5) Определим расчётную поверхность:
Невязка:
Невязка > 10% вносим конструктивные изменения.
Принимаем число ходов n=3.
Пересчитываем:
высота трубного пучка:
высота хода:
расчетная площадь живого сечения для прохода воздуха:
действительная скорость воздуха:
Невязка:
Невязка <10 % расчёт закончен.
Список литературы: