Проверочный расчет типа парового котла 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 (Dn п , т/ч (кг/с)) и параметры перегретого пара (первичного (Рпп , МПа, tn п , °C) и вторичного перегрева); - месторождение и марку энергетического топлива; - температуру питательной воды (tn в , °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, Сt шл, Сt шл = 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 Температура газов на выходе из топки, ,о С [1], стр.38, табл. 4.7 1250 Средняя температура газов в топке, ,о С Коэффициент ослабления лучей с частицами кокса, [1], стр.43 0,5 Коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы, [1], стр.140, рис. 6.13 58 Эффективная толщина излучающего слоя в топке, , м Объемная доля водяных паров, табл. №5 расчета 0,0807 Суммарная объемная доля, табл. №5 расчета 0,225 Давление дымовых газов в топочной камере, Р, МПа - 0,1 Коэффициент ослабления лучей газовой средой, КГ, [1], стр.138, рис. 6.12 по , VГ , рS 1,5 Коэффициент ослабления лучей топочной средой, К, Коэффициент излучения факела, 0,71 Проверка ,о С [1], стр.45, рис. 4.4 1250, равна принятой Удельное тепловосприятие топки, , кДж Тепловое напряжение топочного объема, , Среднее лучевое напряжение топочных экранов, , 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. Рисунок 1.2 - Эскиз ширмового пароперегревателя Таблица 7 - Расчет ширмового пароперегревателя       Диаметр труб и толщина труб d, м, б, мм d= dвнутр*б, четеж =32*4=40мм=0,04м б=4мм Кол-во парал. включенных труб, n, шт. По чертежу котла 9 Шаг между ширмами S1, м По чертежу котла 0,6 Количество ширм, Z1, шт чертеж 20 Продольный шаг труб в ширме, S2, м [1] с 86 0,044 Глубина ширм, С, м C=[(n-1)S2+d]Zx+d(Zx-1) [(9-1)∙0,044+0,04]∙4+0,04(9-1) =1,68 Высота ширм По чертежу 7,9 Относительный поперечный шаг, s1 Относительный продольный шаг, s2 1,1 Расчетная поверхность нагрева ширм, Fш, м2 Fш=2×hш ×С×Z1×xш 2×7,9×20×0,96= =510 Угловой коэффициент ширм, Xш [1, с.112, рисунок 5.19 по s2 ] 0,96 Площадь входного окна газохода ширм, Fп.вх, м2 Fп . вх . =(nx +c)×a (7,9+1,68)×12 =114,96=115 Лучевоспринимающая поверхность ширм, Fл.ш, м2 Fл.ш. = Fвх 115 Живое сечение для прохода газов, Fг.ш. м2 Fг.ш. =а× hш -Z1× hш ×d 12×7,9-20×7,9× ×0,04=88,48 Эффективная толщина излучающего слоя , S,м 0,76 Тем-ра газов на входе в ширму, V’ш, °С V’ш = V’т 1050 Энтальпия газов на входе в ширмы, H’ш, H’ш = H"ш 9498,9896 Лучистая теплота воспринятая плоскостью входного окна ширм, Qп.вх, Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами, Температурный коэффициент, А [1], стр.42 1100 Коэффициент неравномерности распределения лучистого тепловосприятия, [1], стр.47, табл. 4.10 0,8 Поправочный коэффициент, [1], стр.55 0,5 Температура газов за ширмами, ,о С [1] стр.38 табл,4,7 960 Энтальпия газов за ширмами, ,кДж/кг по 8593,0335 Ср. тем-ра газов в ширмах, , о С Коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы, [1], стр.140, рис. 6.13 70 Объемная доля водяных паров, Из табл. №5 расчета 0,0807 Давление дымовых газов в среде ширм, Р, МПа - 0,1 Коэффициент ослабления лучей газовой средой, КГ , [1], стр.138, рис. 6.12 по , VГ , рS 5 Коэффициент ослабления лучей средой ширм, К, Коэффициент излучения газовой среды в ширмах, 0,33 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