Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 53
Министерство Образования Российской Федерации
имени В.И. Ленина
Курсовой проект: Выполнил: Студент Майоров А.В. группы III-2**
Руководитель: Муромкин Ю.Н. Иваново 2001 г. Оглавление
Введение: Краткое описание котла. 3 I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха. 4 II. Топливо и продукты горения. 4 III. Определение расчётного расхода топлива. 7 IV. Выбор схемы сжигания топлива. 8 V. Поверочный расчёт топки. V.1. Определение конструктивных размеров и характеристик топки. 8 V.2. Расчёт теплообмена в топке. 9 VI. Поверочный расчёт фестона. 12 VII. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла. 16 VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя. 18 IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева. IX.I Расчёт водяного экономайзера. 23 IX.II Расчёт воздушного подогревателя. 27 Х.I Эксплуатация парового котла. 32 Х.II Пуск барабанного котла 32 Х.III Останов котла. 34 Список литературы. 35 Краткое описание котла.
Топочная камера объемом 145,321 м2
полностью экранирована трубами Æ60х
30 мм с шагом 110 мм на боковых стенах и 80 мм – на фронтовой и задней.На фронтовой стене топки расположены три газомазутные горелки: две в нижнем ярусе и одна в верхнем. Схема испарения двухступенчатая.В барабане расположен чистый отсек первой ступени испарения и два солевых отсека второй ступени по торцам барабана. Перегреватель – с вертикально расположенными змеевиками, двухступенчатый, выполнен из труб Æ38х
3 мм. Регулирование температуры пара осуществляется поверхностным пароохладителем, установленным между ступенями “в рассечку”. Количество змеевиков – 40 мм. Поперечный шаг труб – 110 мм, расположение корридорное. Экономайзер – стальной, гладкотрубный, зиеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Æ32х
3 мм. Поперечный шаг труб – 80 мм, продольный – 60 мм. Воздухоподогреватель – трубчатый, вертикальный, четырехходовой, с шахматным расположением труб Æ40х
1,6 мм. Поперечный шаг труб – 60 мм, продольный – 44 мм. Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора следующие: Номинальная паропроизводительность – 35 т/ч Рабочее давление пара – 4 Мпа Температура перегретого пара – 450 Со
Площадь конвективных поверхностей нагрева, м2
: Фестона – 39,5841 Перегревателя – 225,71 Экономайзера – 234,88 Воздухоподогревателя – 1377,14 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. 1,2) Величина коэффициента избытка воздуха aм
II
=1.1 при использовании жидкого топлива (высокосернистый мазут) Элементы парового котла Газоходы Величина присоса a Топочная камера Топки паровых котлов для газового топлива 0,05 Котельные пучки Фестон 0 Пароперегреватели Первичный пароперегреватель 0,03 Экономайзеры Для котлов D<50т/ч 0,02 Воздухоподогреватели(трубчатые) Для котлов D<50т/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
Топка и фестон
Пароперегре-ватель =1,13
Экономайзер =1,21
Воздухоподо-греватели +0,06=1,27 II
. Топливо и продукты горения.
2,1) Вид топлива: Газ (газопровод : Бухара - Урал ).
СН4
С2
Н6
С3
Н8
С4
Н10
С5
Н12
N2
CO2
Qс
н
94,9 3,2 0,4 0,1 0,1 0,9 0,4 8770 2.2) Объёмы воздуха и продуктов горения при a=1,0 и 760 мм.рт.ст.: Для контроля проверим баланс элементарного состава: CН4
+ С2
H6
+ С3
Н8
+ 94.9%+3.2%+0.4%+0.1%+0.1%+0.9%+0.4%=100% 2,3) 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, концентрация золы № Величина Единицы Газоходы Топка и фестон Паропере-греватель Экономай- зер 1 ступ Воздухопо- догреватель В.Э 2 ступ В.П. 2 ступ 1 Коэф избытка воздуха за газоходом -- 1,1 1,13 1,15 1,18 1,2 1,23 2 Средний коэф избытка воздуха в газоходе a -- 1,1 1,115 1,14 1,1165 1,19 1,215
3 нм3
/кг 2,196 2,198 2,202 2,206 2,21 2,214
4 нм3
/кг 11,914 12,063 12,311 12,56 12,808 13,057
5 -- 0,087 0,086 0,0845 0,0828 0,0811 0,0797
6 -- 0,184 0,182 0,179 0,176 0,173 0,169
7 -- 0,272 0,268 0,263 0,259 0,254 0,249 2.3) Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)
Тем-ра газов υ Ккал/кг
Воздухо-подогреватель Ккал/кг Ккал/кг
100 359 309 403 342 410 418 418 426 426 433 200 725 622 813 828 844 859 300 1100 941 1232 360 1256 440 1279 448 1303 456 Эконо-майзер 400 1487 1266 1664 1695 1727 1759 500 1883 1598 2106 376 2146 459 2186 468 2226 476 600 2286 1938 2557 2605 2654 2702 Паропе-регреватель 700 2700 2289 2964 468 800 3128 2641 3432 900 3565 2993 3909 486 1000 4009 3355 4395 Топка и фестон 1100 4455 3726 4827 486 1200 4903 4098 5313 1300 5364 4469 5811 507 1400 5833 4851 6318 1500 6299 5232 6822 512 1600 6773 5614 7334 1700 7249 5995 7849 517 1800 7729 6377 8366 1900 8215 6768 8892 524 2000 8700 7159 9416 2100 9190 7550 9945 531 2200 9682 7941 10476 Ш. Тепловой баланс парового котла.
III
. Определение расчётного расхода топлива.
3,1) Располагаемое тепло топлива Qр
р
находим по формуле: Qр
р
=Qр
н
=8770 ккал/м3
3,2) Величину тепла, вносимого воздухом: (Io
хв
) при t =30 o
C; Io
хв
=9,5×Vo
=9,5×9,72=92,4 ккал/м3
; с механическим недожогом q4
=0,0%; 3,6) Потеря тепла с уходящими газами: tух
=140 o
C; Iух
=622,148ккал/кг; aух
=1,18; 3,7) Потеря тепла от наружного охлаждения котла: q5
=1,1%; 3,8) КПД парового котла “брутто” находят по методу обратного баланса: hпк
=100-(q2
+ q3
+ q4
+ q5
+ q6
)=100-(5,75+0,5+1,1)=92,64%; где Qпк=Dк×(Iпе
- Iпв
)×1000; при Pпе
=45кгс/см2
и tпе
=450o
C Þ Iпе
=795,4 ккал/кг; а при Pпв
=1,08×Pб
=1,08×45=48,6 кгс/см2
и tпв
=145o
C Þ Iпе
=146,51 ккал/кг; Qпк=35×(795,4- 146,51)×1000=2,2709×107
ккал/кг;
3,10) Расход топлива используют при выборе и расчёте элементов системы пылеприготовле,ния, числа и производительности углемазутных устройств, числа и мощности горелочных устройств, тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностями нагрева производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива: I
V
. Выбор схемы сжигания топлива.
4,1) Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и качества топлива. Подготовка к сжиганию газа заключается в удалении из него твердой взвеси и снижения давления перед горелками до 1,1-1,3 кгс/cм2
путем дросселирования газа поступающего из магистрального трубопровода. 4,2) В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110¸120% от паропроизводительности котла;Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 30¸40 м/с. V
. Поверочный расчёт топки.
Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла. Границами активного объема топочной камеры являются плоскости, проходящие через осевые линии экранных труб, а в выходном – плоскость, проходящая через осевые линии труб первого ряда фестона. Границей объема в нижней части топки является плоскость, проходящая по поверхности пода, обращеной втопку. Суммарную площадь плоскостей ограничивающих активный объем топки, условно называют суммарной площадью стен топки Fт
ст.
Расчетную ширину фронтовой bф
ст
и задней bз
ст
стен топки определяют расстоянием между плоскостями, проходящими через осевые линии труб боковых экранов, а ширину боковых стен bб
ст
между плоскостями, проходящими через оси труб фронтового и заднего экранов. Угловой коэффициент экрана х определяется по номограмме в зависимости от S/d и l/d для этого экрана. Реальные условия работы экранов сучетом загрязнения их отложениями шлака и золы оценивают коэффициентом тепловой эффективности. 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 Выходное окно Фронтовой Боко-вой задний Основн Часть Под Основн часть Под 1 Расчётная ширина экранированой стенки bст
м Чертёж или Эскиз 4,28 4,28 4,02 4,28 4,28 4,28 2 Освещённая длина стен lст
м Чертёж или Эскиз 11,125 2,66 --- 5,075 3,26 3,6 3 Площадь стены Fст
м2
bст
*lст
47,615 11,395 33,954 21,721 13,96 15,408 4 Площадь стен не занятых экранами Fi
м2
Чертёж или Эскиз 6,6635 11,395 6,0106 2,639 13,963 --- 5 Наружний диаметр Труб d м Чертёж или Эскиз Для всех 0,06 6 Число труб Z шт -²- 48 --- 34 48 --- --- 7 Шаг труб S м -²- 0,08 --- 0,11 0,08 --- --- 8 Отн шаг труб S/d - --- 1,333 --- 1,833 1,333 --- --- 9 Расстояние от оси до обмуровки е м -²- 0,06 --- 0,06 0,06 --- --- 10 Относ. -²- e/d - --- 1 1 11 Угловой коэф экрана X - Номограмма 0,97 --- 0,905 0,97 --- --- 12 Коэф загрязнения x - Таблица 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 13 Коэф тепловой эффективности y - C-x 0,6337 --- 0,58825 0,63375 --- 0,63 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 qт
II
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. Из этих формул выводятся рясчётные. 5.2.2) Определяем полезное тепловыделение в топке Qт
и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та
т.к. топливо газ то Qв
вн
=0 – нет подогрева : Полезное тепловыделение в топке Qт
соответствует энтальпии газов Iа
, котрой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е Qт
= Iа
Þ Та
=2004,78 К; 5.2.3) Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяют по формуле: М=А-B×xт
; где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимают: А=0,54; В=0,2; (при камерном сжигании газа). Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле: Хт
= Хг
+ DХ; где Хг
– относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок hг
(от пода топки или середины холодной воронки) к общей высоте топки Нт
(от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна из топки, т.е. Хг
= hг
/ Нт
); DХ – поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая для газомазутных топок с производительностью <35т/ч DХ=0,15; 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 М = 0,54-0,2×0,3662=0,4667 5.2.4) Степень черноты топки ат
и критерий Больцмана В0
зависят от искомой температуры газов на выходе uг
II
. Принимаем uг
II
= 1100 0
С: Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания 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. 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 kс
сажистыми частицами определяют по формуле: выходе из топки; -- соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;
5.2.6) Определяем количество тепла, переданное излучением в топке: 5.2.7) Определим тепловые нагрузки топочной камеры: Допуск 250¸300 Мкал/м3
×ч; V
I
. Поверочный расчёт фестона.
Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки. 6.2) По чертежам парового котла составляют эскиз фестона. 6.3) По чертежам парового котла составляем таблицу: 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
-- 16 16 16 -- Длина трубы в ряду LI
м 4,375 4,375 4,4 -- Шаг труб: Поперечный S1
м 0,24 0,24 0,24 0,24 Продольный S2
м -- 0,22 0,22 0,22 Угловой коэф фестона Хф
-- -- -- -- 1 Расположение труб -- -- Шахматное Расчётная пов-ть нагрева H М2
13,1947 13,1193 13,2701 39,5841 Размеры газохода: Высота aI
м 4,37 4,325 4,075 -- Ширина B м 4,28 4,28 4,28 -- Площадь живого сечения F М2
14,764 14,539 13,553 14,1585 Относительный шаг труб Поперечный S1
/d -- 4 4 4 4 Продольный S2
/d -- -- 3,667 3.667 3.667 Эффективная толщина излучающего слоя Sф
м -- -- -- 0,95441 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 утроённому или уетверённому шагу заднего экрана топки, если этот экран образует соответственно три или четыре ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольные шаги S2
ср
в целом определяем как среднее арифметическое значение, т.к поверхности нагрева рядов близки между собой. Принимаем Хф
= 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт. 6.4) 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. 6.5) Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду: Fi
= ai
×b - Z1
× li
пр
×d; где li
пр
– длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда. Fср
находим как среднее арифметическое между F1
и F4
. 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
= p×d×Z1
i
× li
; где Z1
i
– число труб в ряду; li
– длина трубы в ряду по её оси. Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов: Нi
= Н1
+ Н2
+ Н3
= 13,194+13,119+13,2701= 39,5841 м; На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона: Ндоп
= хб
×Fст
Þ Нi
I
= Нф
+ Ндоп
= 39,5841 + 2,8288.
0,905 = 42,1295 м; 6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона. 6.8) Наименование величин Обозначение Размерность Величина
0
С 1067,85
Ккал/кг 4680,622 Объёмы газов на выходе из топки при a¢¢т
Vг
м3
/кг 11,893 Объёмная доля водяных паров rH
2
O
-- 0,1883 Объёмная доля трёхатомных газов rRO
2
-- 0,2707 Концентрация золы в газоходе mзл
кг/кг ---- Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб
=45кгс/см2
tн
0
С 257,41 Для находим энтальпию газов за фестоном и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона: 6.9) Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде: Где k—коэффициент теплопередачи,Dt—температурный напор, Н—расчётная поверхность нагрева. 6.9.1) При сжигании газа коэффициент теплопередачи определяют по формуле: Где aк
—коэффициент теплоотдачи конвекцией; aл
—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y -- коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1; y для фестона при скорости газов 3,0827 м/с равен 0,85; Для нахождения aк
по номограммам определяем aн
=30,8 ккал/м2
×ч×о
С и добавочные коэффициенты: Сz
=0,98; Сф
=1,022; Сs
=0,94; Þ aк
= aн
×Сz
×Сф
×Сs
= 38×0,92×0,97×0,94 = 31,9 ккал/м2
×ч×о
С; 6.9.3) Для незапылённой поверхности k×p×S = kг
×rn
×S×p, где р = 1кгс/ см2
; rn
=0,2707; рn
×S = rn
×S = 0,9544×0,2707 = 0,2583; По номограмме находим Сг
=1; aн
=155,814 ккал/м2
×ч×о
С; Þ aл
= aн
×а×Сг
=155,814×1×0,1526=23,78 ккал/м2
×ч×о
С; 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. V
II
. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера,
воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла.
7.1) 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. 7.2) Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера – по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания). 7.3) Находим при Pпе
=40 кгс/см2
и tпе
=450o
C Þ iпе
=795.8 ккал/кг; при Pб
=45 кгс/см2
и температуре насыщения Þ iн
=668,1 ккал/кг; Diпо
=20 ккал/м3
; Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Qпе
л
=0), а угловой коэффициент фестона Хф
=1. В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Qпе
к
= Qпе
. Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²пе
=551,20
С; 7.4) Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприя-тие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем: где Iо
гв
находим по tгв
=215o
C Þ Iо
гв
=666,55 ккал/кг; b²вп
– отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому: где Iух
– энтальпия уходящих газов, которую находим по tух
=140o
C Þ Iух
=622,148 ккал/кг; Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²эк
=272,80
С; 7.5) 7.6) Определяем невязку теплового баланса парового котла: V
III
. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя.
8.1) 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. 8.2) По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25. 8.3) По чертежам и эскизу заполняем таблицу: Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя Наименование величин Обозн. Раз-ть Номер ступени по газоходу Весь пароперегреватель 1 2 Наружный диаметр труб D м 0,038 0,038 0,038 Внутренний диаметр труб Dвн
м 0,032 0,032 0,032 Количество труб в ряду Z1
-- 40 40 40 Количество труб по ходу газов Z2
-- 6 12 18 Шаг труб: Поперечный S1
м 0,11 Продольный S2
м 0,093 0,0909 0,09194 Относительный шаг труб Поперечный S1
/d -- 2,895 2,895 2,895 Продольный S2
/d -- 2,447 2,392 2,4195 Расположение труб змеевика -- -- Коридорное Характер взаимного течения -- -- смешанный ток Длина трубы змеевика L м 21,45 21,1 -- Поверхность примыкающая к стенке Fст
×х м2
3,6463 7,689 11,242 Поверхность нагрева H м2
106,045 108,386 214,461 Размеры газохода: высота на входе высота на выходе a¢ a² м м 3,9 3,35 1,788 1,875 -- -- ширина b м 4,4 Площадь живого сечения на входе F¢ м2
11,954 5,4352 -- Площадь живого сечения на выходе F² м2
9,914 5,818 -- Средняя площадь живого сечения Fср
м2
10,934 5,6266 6,8594 Средняя эффективная толщина излучающего слоя Sф
м -- -- 0,27078 Глубина газового объёма до пучка Lоб
м 0,475 2,1 2,575 Глубина пучка Lп
м 0,465 1 1,465 Количество змеевиков, включённых параллельно по пару m шт 40 Живое сечение для прохода пара f м2
0,03216 0,03216 0,03216 8.3.1) Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характкром взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Нумерация ступеней ведётся по ходу газа. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) li
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. Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева каждой ступени определяем по формуле: Нi
= p×di
×Z1
i
× li
+ Fст i
×х. 8.3.2) Глубину газового объёма до пучка каждой ступени и глубину пучка ступени определяют по рекомендациям и четежу. 8.3.3) Поперечный шаг в пределах каждой ступени не изменяется и поэтому совпадает со средним его значением. По средним значениям шагов для пароперегревателя и среднему диаметру находим эффективную толщину излучающего слоя: 8.3.4) 8.3.5) Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле: Fi
= a i
×b - di
×Z1
i
× lI
пр
; Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получают: Его среднее значение расчитывают по формуле похожей на (8.1). 8.4) Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя: Наименование величин Обознение Размерность Величина
uф
²[АА1]
0
С 967,85 Температура газов за пароперегревателя uпе
² 0
С 551,2 Температура в состояния насыщения tн
0
С 257,41 Температура перегретого пара tпе
0
С 450 Средний удельный объём пара uср
м3
/кг 0,0625 Конвективное восприятие Qk
пе
ккал/кг 1849,4 Объёмы газов на выходе из топки при aср
пе
Vг
м3
/кг 12,0389 Объёмная доля водяных паров rH
2
O
-- 0,18107 Объёмная доля трёхатомных газов rRO
2
-- 0,2673 Все остальные величины определены ранее. 8.5) Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц. Где aк
—коэффициент теплоотдачи конвекцией; a¢л
—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y -- коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1; Для определения aк
—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока: При поперечном омывании коридорных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме: aн
=43 ккал/м2
×ч×о
С; добавочные коэффициенты: Сz
=1; Сф
=1,189; Сs
=1; Þ aк
= aн
×Сz
×Сф
×Сs
= =43×1×1,189×1 = 51,127 ккал/м2
×ч×о
С; Для незапылённой поверхности k×p×S = kг
×rn
×S×p, где р = 1кгс/ см2
; rn
=0,2673; По номограмме находим kг
= 2,4; Þ Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева: Tз
= Tпе
ср
+ 25 = 353,1 + 25 = 378,1 о
С; По номограмме находим Сг
=0,96; aн
=112 ккал/м2
×ч×о
С; Þ aл
= aн
×а×Сг
=112,2×0,96×0,1613= = 17,37 ккал/м2
×ч×о
С; 8.5.2) Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара: При этой скорости пара Сd
= 0,975; aн
= 1000 ккал/м2
×ч×о
С; Þ aл
= aн
×Сd
= 1000×0,975 = 975 ккал/м2
×ч×о
С; 8.5.4) По А и Р находим y= 0,9894 8.6) Определим расчётную поверхность: Невязка > 2% Þ вносим конструктивные изменения. Округляя до целого получаем, что добавление петель не требуется. 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
uпе
²[АА2]
0
С 551,2 Температура газов за экономайзером uэк
² 0
С 272,8 Температура питательной воды Tпв
0
С 145 Давление пит воды перед экономайзером Р¢эк
кгс/см2
48,6 Энтальпия питательной воды iпв
ккал/кг 145,83 Тепловосприятие по балансу Qб
эк
ккал/кг 1068,97 Объёмы газов при среднем избытке воздуха Vг
м3
/кг 12,574 Объёмная доля водяных паров rH
2
O
-- 0,17337 Объёмная доля трёхатомных газов rн
-- 0,25608 Примечание:
Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Р¢эк
= 1,08×Рб
. 9.1.2) Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером: Где Dэк
– пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях Dэк
= Dпе
=D; i²эк
– энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; i¢эк
– энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг. По i¢эк
= 165,83 ккал/кг и Р¢эк
= 48,6 кгс/см2
находим и t¢эк
= 160,4 0
С; По i²эк
= 251,206 ккал/кг и Рб
= 45 кгс/см2
находим и t²эк
= 248,46 0
С; Т.к i¢эк
< i²эк
, значит экономайзер некипящего типа. 9.1.3) По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера 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 экономайзера 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
-- 15 Количество рядов труб по ходу газов Z2
-- 52 Шаг труб: Поперечный S1
м 0,08 Продольный S2
м 0,06 Относительный шаг труб Поперечный S1
/d -- 2,5 Продольный S2
/d -- 1,875 Расположение труб змеевика -- -- Шахматное Характер взаимного течения -- -- Противоток Длина горизонтальной части петли змеевика L1
м 4,15 Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения Lпр
м 4,225 Длина трубы змеевика L м 112,612 Поверхность нагрева ЭКО (по чертежу) Hэк ч
м2
339,63 Глубина газохода а м 1,26 Ширина газохода b м 4,4 Площадь живого сечения для прохода газов Fг
м2
3,516 Средняя эффективная толщина излучающего слоя Sф
м 0,1431 Глубина газового объёма до пучка Lоб
м 3 Глубина пучка Lп
м 3 Количество змеевиков, включённых параллельно по пару m Шт 30 Живое сечение для прохода пара f м2
0,0159 9.1.4) Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном омывании его газами определяют по формуле: где lпр
– длина проекции ряда труб на плоскость сечения, м; 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 aк
—коэффициент теплоотдачи конвекцией; a¢л
—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y -- коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1; 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
=72,4 ккал/м2
×ч×о
С; добавочные коэффициенты: Сz
=1; Сф
=1,06; Сs
=1,0389; Þ aк
= aн
×Сz
×Сф
×Сs
= 72,4×1×1,06×1,0389 = 79,729 ккал/м2
×ч×о
С; Для незапылённой поверхности k×p×S = kг
×rn
×S×p, где р = 1кгс/ см2
; rn
=0,25608; По номограмме находим kг
= 3,9; Þ Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева: Tз
= 0,5×(t¢эк
+ t²эк
) + 25 = 205,8 + 50 = 230,8 о
С; По номограмме находим Сг
=0,983; aн
=25,636 ккал/м2
×ч×о
С; Þ aл
= aн
×а×Сг
=25,636×0,983×0,1402= = 3,53 ккал/м2
×ч×о
С; 9.1.7) Определим расчётную поверхность: Невязка > 2% Þ вносим конструктивные изменения. Следовательно принимаем Z2
р
равное 36, то есть Z2
1 ряда
=18, Z2
2 ряда
=18, Þ добавляем три змеевика в первую часть экономайзера по ходу газов и добавляем три змеевика во вторую часть экономайзера по ходу газов. 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 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
-- 56 Количество рядов труб по ходу газов Z2
-- 29 Шаг труб: поперечный S1
м 0,06 продольный S2
м 0,044 Относительный шаг труб поперечный S1
/d -- 1,5 продольный S2
/d -- 1,1 Расположение труб -- -- Шахматное Характер омывания труб газами -- -- Продольный Характер омывания труб воздухом -- -- Поперечный Число труб, включённое параллельно по газам Z0
-- 1624 Площадь живого сечения для прохода газов Fг
м2
1,7461 Ширина газохода b м 3,48 Высота одного хода по воздуху (заводская) hх
м 1,4 Площадь живое сечение для прохода воздуха Fв
м2
1,736 Поверхность нагрева ВЗП Hэк ч
м2
549,99 Примечание:
Трубчатыевоздухоподогреватели, 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: Поверхность нагрева ВЗП: 9.2.2) С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных: Наименование величин Обознение Размерность Величина uэк
²[АА3]
0
С 272,8 Температура газов за воздухоподогревателем uух
0
С 215 Температура воздуха до воздухоподогревателя t¢в
0
С 30 Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя tгв
0
С 140 Объёмы газов при среднем избытке воздуха Vг
м3
/кг 13,2552 Теоретический объём воздуха V0
м3
/кг 11,28 Температура воздуха до воздухоподогревателем к теоретически необходимому b²вп
-- 1,05 Объёмная доля водяных паров rH
2
O
-- 0,1645 Тепловосприятие по балансу Qб
вп
ккал/кг 620,68 Находим скорости газов и воздуха: Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустивных нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: Wг
=12±3 м/с, а Wв
= (0,5¸0,6)×Wг
= 4,2¸5,04 м/с, что несоответствует расчётам Þ вносим изменения уточняем скорость газов до Wв
=6 м/с. Необходимая площадь живого сечения для прохода воздуха: Поверхность нагрева воздухоподогревателя: 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
=30,06 ккал/м2
×ч×о
С; добавочные коэффициенты: Сф
=1,184; Сl
=1; Þ aк
= aн
×Сф
×Сl
= 30,06×1,184×1 = 35,59 ккал/м2
×ч×о
С; При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13: aн
= 55 ккал/м2
×ч×о
С; добавочные коэффициенты: Сz
=1; Сф
=0,98391; Сs
=0,97143; Þ aк
= aн
×Сz
×Сф
×Сs
= 55×1×0,98391×0,97143 = 52,5689 ккал/м2
×ч×о
С; 9.2.4) Температурный напор: По R и Р находим y= 0,86 9.2.5) Определим расчётную поверхность: Невязка > 10% Þ вносим конструктивные изменения. Невязка: Невязка < 10%, считаем расчет законченым. В заключении расчета хвостовых поверхностей нагрева составляем эскиз их компановки в общем вертикальном газоходе, с указаннием основных размеров. Расчёт закончен. X
.
I
Эксплуатация парового котла.
Система управления котельным агрегатом включает ряд подсистем:
1. Информационная подсистема. 2. Подсистема сигнализации. 3. Дистанционного и автоматического управления. 4. Автоматического регулирования параметров. 5. Технологических защит и блокировок. Информационная подсистема обеспечивает непрерывный сбор, обработку и представление информации о состоянии оборудования и ходе технологического процесса. Сигнализацмя предоставляет оперативному персоналу информацию о нарушении технологического процесса в виде световых и звуковых сигналов. Дистанционное и автоматическое управление осуществляет дистанционное воздействие на электрические приводы механизмов и регулирующих органов. Автоматическое регулирование параметров повышает надежность и экономичность работы парового котла, облегчает условия труда обслуживающего персонала и выполняет следующие функции: а) стабилизирует и поддерживает параметры пара назаданном уровне. б) поддерживает соответствие между основными зависимыми величинами. в) изменяет регулируемую величину по заданному закону. г) поддерживает оптимальное значение регулируемой величины (оптимальный уровень воды в барабане, оптимальный коэффициент избытка воздуха и др.). Технологические защиты и блокировки применяются для защиты от повреждений и предупреждения аварий. Технологические защиты срабатывают на останов или разгрузку котла при значительных отклонениях технологических процессов от норм. Блокировки препятствуют неверной последовательности выполнения операций, грозящих аварийными ситуациями. X
.
II
Пуск барабанного котла.
Различают следующие тепловые состояния котла:
1. Холодное (Рб
=0). Возникает при простое котла на срок от одних до трех суток в зависимости от тепловой изоляции. 2. Неостывшее (Рб
< 1,3 Мпа). 3. Горячее (Рб
> 1,3 МПа). Длительность пусковых операций зависит от теплового состояния котла, его мощности, параметров, уровнем автоматизации. Пуск барабанного котла включает три основных этапа:
1. Подготовительный этап (производится до разжегапервой растопочной горелки). 2. Этап подъема параметров (производится от разжега первой горелки до подключения к паровой магистрали). 3. Работа котла на паровую магистраль. Подготовительный этап :
Цель: Убедится в исправности оборудования котельной установки, щита управления котлом, приборов КИП, импульсных линий к приборам КИП, соблюдение правил техники безопасности (освещение, чистота рабочих мест, исправность лестниц, площадок обслуживания). Во время этого этапа определяется тепловое состояние котельного агрегата и проводится подготовка к его заполнению деаэрированной водой. При этом должно соблюдаться условие: [tб
м
– tв
] < 40¸60 C0
, где tб
м
– температура металла барабана. Заполнение котла запрещается, если tб
м
> 160 C0
. Заполнение осуществляется водой с температурой выше, чем температура металла, чтобы во время заполнения осуществлялся прогрев металла. Время заполнения котлов с СД составляет 1¸1,5 часа. Заполнение осуществляется опробованием защит и блокировок котла. Пуск котла при неисправных защитах и блокировках запрещается !!!
После заполнения контролируется плотность пароводяного тракта, уровень воды в барабане растопочный (на 50 мм ниже нулевого). Этап подъема параметров:
Начинается с включения растопочных горелок. В этом случае, при пуске из холодного состояния В=10% от Вном
; из неостывшего В=15% от Вном
; из горячего В=20% от Вном
. Цель: повышение параметров пара за котлом до номинальных значений т.к. наиболее толстостенным элементом является барабан, то скорость этого этапа определяется температурными напряжениями в теле барабана: st
=f (Dt), где Dt – температурный напор между внутренней и наружной образующими стенок. Длительность этого этапа должна быть оптимальной, так как при увеличении скорости прогрева величина термических напряжений может превысить допустимые значения. Снижение скорости вызовет увеличение расхода топлива. До розжига первой горелки включаются тяго – дутьевые механизмы, дымососы, дутьевые вентиляторы и осуществляется вентиляция газоходов котла в течении 10 – 15 минут. Вводится в работу газовое кольцо. Отбирается анализ воздуха на содержание метана, которое должно быть < 1%. После розжига первой горелки скорость подъема параметров определяется по изменению температуры нижней образующей барабана, которая не должна превышать 300
С за 10 минут. При появлении пара из воздушников паросборной камеры, они закрываются, и начинается прогрев соединительного паропровода от паросборной камеры котла до паровой магистрали. При Р=3¸5 атм. Производится сверка уровня воды в барабане по водоуказательной колонке и по снижению указательного уровня. Осуществляется продувка нижних точек котла. Контролируется отсутствие парений во фланцевых и сальниковых уплотнениях. Пар, который выбрасывается котлом, направляется на прогрев соединительного коллектора, а оставшаяся часть пара удаляется через продувку пароперегревателя. При достижении параметров пара близких к параметрам в паровой магистрали, осуществляется подготовка к включению котла в паровую магистраль. Для этого отбирается проба на качество пара, корректируется водный режим котла, оповещается персонал турбинного цеха о включении котла в паровую магистраль. Это осуществляется открытием байпаса и прикрытием задвижки на РОУ. После полного открытия байпаса закрывают РОУ. Работа котла на паровую магистраль.
При этом все регулируемые параметры должны соответствовать режимной карте котла. Нагрузка котельного агрегата регулируется в соответствии с нагрузкой станции и режима работы остального оборудования. X
.
III
Останов котла.
Есть следующие режимы останова котла:
1. Останов котла в резерв. 2. Останов в длительный резерв или ремонт (с консервацией). 3. Останов с принудительным расхолаживанием. 4. Аварийный останов. Останов в резерв.
Основные принципы. Под остановом в резерв понимается останов котла сроком не более чем на трое суток. Основная цель – как можно дольше сохранить тепло, аккумулированное котлом. Технология останова.
Котел разгружается до минимально допустимой нагрузки, до30¸40% от номинальной. Затем отключается соединительный паропровод. Скорость снижения параметров не более чем на 200
С за 10 минут. Температурный напор [tм
в.обр
– tм
н.обр
] < 80 C0
. После отключения подачи топлива осуществляется вентиляция топки и газоходов не более чем на 10 минут, останавливаются тяго–дутьевые механизмы, закрываются направляющие аппараты тяго–дутьевых механизмов. Продувкой пароперегревателя управляют в ручную для поддержания допустимой скорости снижения давления в барабане. Список литературы:
1) Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией Н.В. Кузнецова. – М.: Энергия, 1973. –296с. 2) Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. – М.: Энергия, 1974. –360с. 3) Методические указантя по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново, 1987. –36с. 4) 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. 5) 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. 6) 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. 7) Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. –Л.: Энергия, 1972.—200с. 8) Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. –М.: Энерго- атомиздат, 1985. –376с.
|