Расчет котла ПК-14 и тепловая схема

Тепловая схема.dwg

курсовик ПК-14 Е-отправка.docx

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Описание типа котла и выбор компоновки низкотемпературных поверхностей нагрева
Схема котла с пылеугольной топкой. Состав и характеристика топлива
Расчёт объёмов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания топлива
Составление теплового баланса котла. Определение КПД и расхода топлива
Определение геометрических характеристик поверхностей нагрева
1 Определение геометрических характеристик топочных экранов и выходного окна топки
2 Определение геометрических характеристик топочной камеры
3 Определение геометрических характеристик фестона
4 Определение геометрических характеристик экономайзера
5 Определение геометрических характеристик воздухоподогревателя
Поверочный расчёт теплообмена в топке
Поверочный расчёт теплообмена в фестоне
1 Тепловой баланс фестона
2 Проверка расчета тепловосприятия фестонам и его уточнение
Расчёт теплообмена в пароперегревателе
Распределение тепла между низкотемпературными поверхностями нагрева
1Тепловосприятие воздухоподогревателя и экономайзера
2 Проверка невязки теплового баланса котла
Конструктивный расчёт воздухоподогревателя
Конструктивный расчёт экономайзера
Список использованных источников
В основу методики расчётов курсового проекта положены справочные и нормативные материалы изложенные в Нормативном методе «Тепловой расчёт котлов» [1].
В курсовом проекте выполняются два вида расчетов: тепловой поверочный и конструктивный.
В поверочном расчёте котла по принятой конструкции и размерам котла для заданных нагрузок и вида топлива определяются температуры воды пара воздуха и газов на границе между отдельными поверхностями нагрева коэффициент полезного действия расход топлива расход и скорости пара воздуха и дымовых газов. Составляется тепловой баланс котла выполняется поверочный расчёт топки и фестона тепловой баланс пароперегревателя экономайзера и воздухоподогревателя.
В конструктивном тепловом расчёте определяются расчётные конструктивные характеристики расчётная поверхность нагрева. Для воздухоподогревателя определяется высота одного хода общая высота ВЗП. Для экономайзера – количество рядов петель пакетов общая высота.
Котел с естественной циркуляцией имеет замкнутый рабочий контур который состоит из двух систем труб: обогреваемых так называемым экранных труб и не обогреваемых (опускных) которые вверху соединяются с барабаном а внизу коллектором.
Котел имеет трехступенчатую схему испарения. Подогрев воды происходит в экономайзере образования пара в парообразующей поверхности и нагрев пара в пароперегревателе.
Пароперегреватель конвективного типа выполнен по схеме с перебросом и перемешиванием пара.
Котел имеет вихревые горелки расположенные с фронта котла.
Обмуровка котла и топочной камеры выполнена облегченного типа. Котел снабжен системой твердого шлакоудаления работающий на каменном угле Кузнецкого месторождения марки 1СС.
Движение рабочей среды в циркуляционном контуре многократно. Котел с уравновешенной тягой.
Выбор компоновки низкотемпературных поверхностей нагрева зависит от температуры горячего воздуха. По заданию курсового проекта что меньше 3000С следовательно выбираем одноступенчатую (последовательную) компоновку низкотемпературных поверхностей нагрева. Экономайзер одноступенчатый «кипящего» типа. Воздухоподогреватель однопоточный четырёхходовой с одной ремонтной рассечкой.
Схема котла с пылеугольной топкой. Состав и характеристика топлива
Рисунок 2.1 – Схема котла ПК-14
Таблица 2.1- Рабочая масса топлива
Месторождение марка и класс топлива
Таблица 2.2- Характеристика топлива
Условное обозначение
Низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу
Выход летучих на сухую беззольную массу
Приведенные значения:
Содержание CaO в золе на бессульфатную массу
Таблица 2.3- Коэффициент избытка воздуха и присосы
Коэффициент избытка воздуха в топке
– пароперегреватель;
– воздухоподогреватель;
Таблица 2.4- Избытки воздуха и присосы по газоходам
Наименование газохода
Воздухоподогреватель
Расчёт объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива
Таблица 3.1- Теоретические объёмы воздуха и продуктов сгорания
Наименование величины
Теоретический объем воздуха
Теоретические объемы продуктов сгорания:
– трехатомных газов;
Объём водяных паров при нормальных условиях
1+00161(12-1)616 = 063м3кг
Остальные расчёты для выполнены аналогично и занесены в таблицу 3.2.
Объёмная доля водяных паров
Объёмная доля трёхатомных газов
Суммарная объёмная доля водяных паров и трёхатомных газов
Масса продуктов сгорания
Таблица 3.2- Объёмы газов объёмные доли трёхатомных газов концентрации золы
возду-хоподо-грева-тель
Концентрация золы в продуктах сгорания
Энтальпия дымовых газов на 1 кг топлива
=922+(1.28-1) кДжкг.
Остальные расчёты выполнены аналогично и занесены в таблицу 3.3.
Таблица 3.3 - Энтальпия продуктов сгорания
Топка фестон вход в пароперегреватель
Выход из пароперегревателя
Продолжение таблицы 3.3
Выход из экономайзера
Вход из воздухоподогревателя
Располагаемое тепло 1 кг твердого топлива (кроме сланцев)
=23400+0=23400 кДжкг
В условиях курсового проектированияследовательно
Тепло внесенное в топку воздухом при его подогреве котла
Энтальпия холодного воздуха
Количество воздуха подаваемого в ВП отнесенное к теоретически необходимому для сгорания топлива
Внешний подогрев воздуха
=1.06(27550-27550)=0 кДжкг
Тепловые потери и КПД котла
Тепло внесенное в топку паровым дутьем в условиях курсового проектирования не учитывается
Потеря тепла с химическим недожогом
Потеря тепла с механическим недожогом %
Потеря тепла с уходящими газами
Энтальпия уходящих газов
Потеря тепла от наружного охлаждения %
Потеря с физическим теплом шлака
Потеря тепла на охлаждение не включенных в циркуляционную систему котла панелей и балок топки
Суммарная потеря тепла в котле
Коэффициент сохранения тепла
Полезно использованное тепло и расход топлива
Энтальпии: перегретого пара по табл.XXV при Рпе = 10 МПа tпе = 5100С
питательной воды по табл.XXIV при Рпв = 12 МПа tпв = 2200С
котловой воды в барабане котла
Паропроизводительность котла
Расход воды на продувку котла
Расчетный расход топлива
1 Определение геометрических характеристик топочных экранов
и выходного окна топки
Относительный шаг экранных труб
Относительное расстояние от оси труб до обмуровки
Угловой коэффициент по монограмме 1а и относительному шагу выбираем вторую линию где х=098
Ширина бокового экрана
Ширина фронтального и заднего экранов
Ширина выходного окна топки
Расчетная ширина стены топки
Число труб экранов заднего и фронтального
Число труб бокового экрана
Освещенность длины труб экрана (для фронтального экрана)
–8=135мм (длины прямых участков труб фронтального экрана измеряется на продольном разрезе котла)
Освещенность длины труб (для заднего экрана)
где расстояние от точки 5’до точки 4 равно 42мм; от 4 до3 равно 50мм; от 3 до 2 =228мм (длины прямых участков труб заднего экрана)
Площадь стены занятым боковым экраном
Средняя освещенность длины трубы бокового экрана
Средняя освещенная длина труб пучка расположенного в выходном окне топки
Площадь стены занятой фронтальным экраном
Площадь стены занятой задним экраном
Условное обозначение
Наружный диаметр труб
Расстояние от оси экранной трубы до обмуровки
Относительное расстояние от оси трубы до обмуровки
Расчетная ширина экрана
Средняя освещенная длина труб экрана
Площадь стены занятой экраном
Расчетная ширина стены топки на которой расположен экран
Расчетная высота стены
Лучевоспринимающая поверхность экрана
Площадь входного окна топки
Таблица 5.1 - Геометрические характеристики топочной камеры
Расчетная высота стены равна средней освещенной длине трубы экрана
Лучевоспринимающая поверхность выходного окна топки
Результаты расчётов занесены в таблицу 5.1
Таблица 5.2- Геометрические характеристики топочной камеры
Лучевоспринимающая поверхность топки
Высота расположения горелок
Относительная высота расположения горелок
Активный объем топочной камеры
Степень экранирования топки
Эффективная толщина излучающего слоя
где – расстояние по продольному чертежу
Высота расположения горелок
где – замеряется на продольном разрезе котла от середины холодной воронки до оси горелок
Эффективная толщина излучающего слоя в топке
Результаты расчётов занесены в таблицу 5.2.
Относительный поперечный шаг труб
Относительный продольный шаг труб
Таблица 5.3- Геометрические характеристики фестона
Угловой коэффициент фестона
Конвективная поверхность нагрева
Площадь выходного окна топки
Лучевоспринимающая поверхность фестона
Площадь выходного окна топки занятая трубами ряда
Живое сечение для прохода газов
Угловой коэффициент фестона
Конвективная поверхность нагрева ряда
Площадь выходного окна топки (по табл. 5.1)
Результаты расчётов занесены в таблицу 5.3.
4Определение геометрических характеристик экономайзера
Внутренний диаметр труб
Число параллельно включенных труб
Поверхность нагрева одного ряда
Площадь сечения конвективной шахты
Площадь сечения конвективной шахты занятой трубами
Сечение для прохода газов
Сечение для прохода воды
Результаты расчётов занесены в таблицу 5.4
Таблица 5.4 - Геометрические характеристики экономайзера
Площадь сечения конвективной шахты занятая трубами трубами
Таблица 5.5- Геометрические характеристики ВП
Число труб в ряду на входе воздуха
Число труб вдоль потока воздуха
Общее количество труб ВП
Сечение для прохода газов
Число труб в ряду на входе воздуха
Общее количество труб
Результаты расчётов занесены в таблицу 5.5.
Поверочный расчет теплообмена в топке
Радиационные свойства продуктов сгорания
Задаёмся в первом приближении на выходе из топочной камеры ;
где - коэффициент который определяется по номограмме 2 [2].
Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания
Коэффициент поглощения лучей частицами золы
Коэффициент поглощения топочной среды при сжигании твердого топлива
Критерий поглощательной способности (критерий Бугера)
Расчет суммарного теплообмена в топке
Полезное тепловыделение в топке
Тепло вносимое в топку
где – количество воздуха подаваемо в топку отнесенное к теоретически необходимому для сгорания топлива.
Энтальпия горячего воздуха
Энтальпия присасываемого воздуха
Адиабатическое температура горения топлива
– полезному тепловыделению в топке приравненному к энтальпии газов в начале топки.
Расчет температуры газов на выходе из топки
Тепловое напряжение стен топочной камеры
Коэффициент тепловой эффективности экранов
– коэффициент учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией таблица 9.4 [2]
Параметры забаллансированности топочных газов
Интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок
где – коэффициент принимается для пылеугольных топок с твердым шлакоудалением при одноярусном фронтовом расположении горелок.
Расчетная температура газов на выходе из топки
– определяется по монограмме 4 [2].
Проверка точности расчета температура на входе из топки и расчет во втором приближении
Разница между температурой газов на выходе из топки полученной расчетам по монограмме и той температурой которая задавалась в начале расчета в 7.1 не должна быть больше
Тепловосприятие топки
Определяем энтальпию газов на выходе из топки по температуре газов на выходе из топки
Количество тепла воспринятого в топке на 1 кг топлива
Удельная тепловое напряжение объема топки
Удельное тепловосприятие по высоте топочной камеры
где– коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топочной камеры.
Поверочный расчет теплообмена в фестоне
Задаемся в первом приближении температурой газов на выходе из фестона
Находим энтальпию газов на выходе из топки
Тепло отдаваемое газами поверхности нагрева фестона по уравнению теплового баланса
-энтальпия газов перед фестонам равна энтальпии газов на выходе из топки
Коэффициент теплоотдачи конвекций
Средняя температура газов
Расчетная скорость дымовых газов
Коэффициент учитывающий скорость газов и диаметр трубы
Коэффициент учитывающий количество рядов в фестоне и поперечный шаг труб
Коэффициент учитывающий шаги труб
Коэффициент учитывающий температуру газов и долю водяных паров в них
Коэффициенты теплоотдачи конвекций при поперечномомывании шахматных гладкотрубных пучков определяются по номограмме 8 приложения [2].
Коэффициент теплоотдачи конвекций
Коэффициент теплоотдачи излучением
Температура наружной стенки труб фестона с учетом загрязнений принимается равной температуре эоловых отложений
где – температура кипения воды при давлении в барабане котла (исходные данные) определяется по таблице XXIII приложения [2]
Коэффициент при поглощении лучей газовой фазой продуктов сгорания
– определяется по номограмме 2 приложения [2]
Средняя температура газов в фестоне
Суммарная оптическая толщина запыленного газового потока
Степень черноты потока газопределяется по номограмме 17 приложения [2] по.
Коэффициент учитывающий температуру запыленного потока газов в фестоне и температуру загрязненной стенки
– определяется по номограмме 18 приложения [2].
Коэффициент теплоотдачи излучением
Коэффициент теплопередачи
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенки для гладкотрубных испарительных поверхностей нагрева
– коэффициент использования нагрева. Для поперечно омываемых пучков труб при прохождении через поверхность всего газового потока.
Коэффициент теплопередачи для испарительных поверхностей нагрева
– коэффициент тепловой эффективности любых поверхностей нагрева при сжигании твердых топлив определяется по рисунку 10.1 [2].
Теплота воспринятая фестоном по уравнению теплопередачи
Средний температурный напор
Значения тепловосприятие фестона полученные по уравнению теплопередачи и уравнению теплового баланса не должны отличатся больше чем на
небаланс составляет больше чем 5% то необходимо во втором приближении сделать следующие расчеты:
По энтальпии по таблице 4.3 находим температуру газов за фестонам
Параметры: определенные в последнем приближении являются окончательными и используются в последующих расчетах
Расчет теплообмена в пароперегревателе
Таблица 8.1- Расчетные характеристики пароперегревателя
Температура газов передпароперегр.пп.ппароперегревателем
Энтальпия газов передп.пппароперегревателем
Присос воздуха в газоход пароперегревателя
Температура пара на входе в пароперегреватель
Энтальпия насыщенного пара при РБ
Энтальпия перегретого пара на выходе из пароперегревателя
Тепловосприятие пароохладителя
Коэффициент сохранения тепла
Тепло воспринятое пароперегревателем
Переводим тч в мс - расход перегретого пара
Тепловосприятие пароперегревателя излучением
Тепловосприятие пароперегревателя конвекцией
Энтальпия газов за пароперегревателем
По энтальпии (по таблице 3.3) определяем температуру газов на выходе из пароперегревателя
Распределение тепла между низкотемпературными поверхностями нагрева и проверка теплового баланса
1 Тепловой баланс воздухоподогревателя и экономайзера
Количество тепла воспринятое воздухоподогревателем
Средняя температура воздуха в ВП
Энтальпия газов на входе в ВП
Температура газов на выходе в ВП
Тепловой баланс экономайзера
Количество тепла воспринятое экономайзером
2 Проверка невязки теплового баланса
Допустимая невязка теплового баланса
- тепловой баланс посчитан верно
Конструктивный расчет воздухоподогревателя (ВП)
Таблица 10.1- Расчетные характеристики ВП
Энтальпия газов перед ВП
Энтальпия газов за ВП
Температура газов перед ВП
Температура газов за ВП
Энтальпия воздуха перед ВП
Энтальпия воздуха за ВП
Температура воздуха перед ВП
Температура воздуха за ВП
Объем газов на 1кг топлива при среднем избытке воздуха
Теоретически необходимое количество воздуха
Объемная доля водяных паров
Средняя температура газов
Средний секундный расход газов
Количество воздуха подогреваемого в ВП отнесенное к теоретически необходимому для полного сгорания топлива
Средний секундный расход воздуха
Средняя скорость воздуха
так как расчет ведется методом приближения то в первом приближении можно задаться скоростью воздуха в пределах 50%–70% от скорости газов.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке при продольномомывании стенки
Коэффициент учитывающий скорость газов и диаметр труб
Коэффициент учитывающий температуру газа и долю водяных паров в его составе
Коэффициент учитывающий длину труб
– принимаю больше 60
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке конвекций
Коэффициент учитываются коэффициентами которые определяются по номограмме 11приложения [2].
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к воздуху при поперечномомывании труб
Коэффициент учитывающий количество труб
Коэффициент учитывающий температуру воздуха
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху
Коэффициент учитываются коэффициентами которые определяются по номограмме 8 приложения [2]
Коэффициент теплоотдачи для гладкотрубных поверхностей не получаемых прямого излучения из топки
где – коэффициент тепловой эффективности конвективных поверхностей нагрева приопределяется по рисунку 10.1 [2]
Так как число ходов по воздуху неизвестно то необходимо им задастся в первом приближении: при то
Разность температур сред на входе в ВП и выходе из него (по ходу газов)
Если то температурный напор считается по логарифмической формуле:
Разность температур газа на входе в ВП и выходе из него
Разность температур воздуха на входе в ВП и выходе из него
Безразмерный параметр R
Безразмерный параметр Р
Определяем поправку на действительную схему движения сред в ВП
– определяется по номограмме 21 приложения [2]
Температурный напор схемы с перекрестным ходом
Расчетные конструктивные характеристики ВП
Расчетная поверхность ВП
Средний диаметр труб
Живое сечение для прохода воздуха
Расчетная скорость воздуха
Проверка точности расчетов и пересчет размеров ВП
Необходимо уточнить размеры ВЗП.
Общая высота ВП с учётом ремонтных рассечек
где nр - количество ремонтных рассечек высотой 05м каждая принимают из условия что рассечки стоят через 2-25м высоты ВП.
Конструктивный расчет экономайзера (ЭК)
Таблица 12.1- Расчетные характеристики ЭК
Энтальпия газов перед ЭК
Энтальпия газов за ЭК
Температура газов перед ЭК
Температура газов за ЭК
Средний избыток воздуха
Объем газов при среднем избытке воздуха
Объемная доля трехатомных газов
Концентрация золы в газах
Нагрев воды в пароохладителе
Температура питательной воды
Давление питательной воды
Энтальпия питательной воды
Тепловосприятие экономайзера
Расход воды через экономайзер
Энтальпия питательной воды на входе в ЭК
Температура питательной воды на входе в ЭК
определяется по таблице XXIV приложения [1] по
Удельный объем воды на входе в ЭК
определяется по таблице XXIV приложения [1] по и
Энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера
Экономайзер «кипящей» так как где
Для кипящего ЭК=31804
Средняя температура воды в ЭК
Средний секундный расход газа
Секундный расход воды
Средняя скорость газа
Средняя скорость воды
Средняя скорость воды должна быть больше 03мс
Коэффициент теплоотдачи конвекций от газов к стенам для гладкотрубного шахматного пучка труб при поперечномомывании
Коэффициент учитывающий число рядов и поперечный шаг труб
Коэффициент учитывающий температуру газов и других водяных паров
Коэффициент теплоотдачи
Коэффициент учитываются коэффициентами которые определяются по номограмме 8 приложения [2].
Коэффициент теплопередачи излучением
Температура загрязненной стенки
Для одноступенчатых экономайзеров
определяется по номограмме 2 приложения [2]
Оптическая толщина запыленного газового потока
Степень черноты запыленного газового потока определяется по номограмме 17 приложения по
Коэффициент зависящий от температуры загрязненной стенки
определяется по монограмме 18 приложения [2]
Коэффициент теплопередачи излучением для запыленного газового потока
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенам
где - коэффициент использования поверхности нагрева
Коэффициент загрязнения стенки
- определяется по таблице 14.1. [2]
Коэффициент теплопередачи
Разность температур сред на входе в ЭК (по движению газов)
Разность температур сред на выходе из ЭК
Температура напора при
Расчетные конструктивные характеристики ЭК
Расчетная поверхность ЭК
Высота ЭК с ремонтной рассечкой
где – количество ремонтных рассечек
Тепловой расчёт котлов (нормативный метод). 3-е изд. Перераб. и доп. – С-Пб.: НТО ЦКТИ-ВТИ. 1998.
Якушева К. Д. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Котельные установки ТЭС»: «Тепловой расчёт парового котла» для студентов-заочников сп. 1005-01. – Иваново: ВЗЭК. 2002.
Резников М. И. Липов Ю. М. Котельные установки электростанций. 3-е изд. перераб. – М.:Энергоатомизат 1987.