Тепловой расчет котла ПП-1650-255-545

Расчет котла Пп1650-255.docx

Министeрствo oбрaзoвaния и нaуки Рeспублики Кaзaхстaн
Кaзaхский aгрoтeхничeский унивeрситeт имeни С. Сeйфуллинa
Кафедра «Теплоэнергетика»
Нa тeму: «Тепловой и конструктивный расчёт парогенератора
Пп-1650-255-545 (П-57-Р)» (Карагандинский отсев)»
В071700 спeциaльнoсть «Теплоэнергетика»
Научный руководитель
к.т.н. доцент Атякшева А.В.
КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. С. СЕЙФУЛЛИНА
на курсовой проект (работу) по дисциплине:
Котельные установки и парогенераторы
Тема проекта: Расчёт и проектирование котельного агрегата:
Пп-1650-255-545 (П-57-Р)
Карагандинский отсев
tух0С (температура газов на выходе из котла)
tпп0С (параметры свежего пара)
tпв0С (температура воды на входе в котел)
D (количество вырабатываемого пара) тчас
Sфронтальной стен м2
Поперечный шаг трубы м
Продольный шаг трубы м
Тип установки для подогрева воздуха
Содержание пояснительной записки
Расчёт конвективной поверхности
Расчёт воздухоподогревателя
Сводный расчёт баланса котла
Содержание графической части
График зависимости энтальпии по поверхностям котла от температуры уходящих газов
ТОПЛИВО. ВОЗДУХ. ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ
Расчёт основных характеристик топлива .
Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов в газоходах котельного агрегата
Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива ..
Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания .
Тепловой баланс котлоагрегата .
Расчет располагаемой теплоты топлива и статьи теплового баланса
Расчёт топочной камеры .
Расчёт основных конструктивных и тепловых характеристики топки .
Расчет полной площади стен и суммарной луче воспринимающей поверхности топки .
Расчет теплообмена в топке ..
Поверочный расчёт теплообмена в топке .
Расчёт воздухоподогревателя
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Паровой котел Пп-1650-255-545 (П-57-Р) прямоточного типа способен работать на углях высокой зольности и в блоке с турбиной 500 МВт.
Параметры пара перед входом в турбину сверхкритические в котле для повышения параметров пара имеется промежуточный пароперегреватель. Котел Т-образный поверхности нагрева расположены в одном корпусе в котле уравновешенная тяга при помощи дымососа и дутьевого вентилятора. При сжигании твердого топлива в данном котле выделяются шлаки это несгоревшие минеральные составляющие которые пройдя холодную воронку отвердевают т.е. становятся гранулами и ссыпаются в ванну шлакозолоудаления.
Топочная камера открытого типа в форме призмы на фронтальной задней и боковых стенах расположены вертикальные панели из плавниковых труб для подачи угля предусмотрены пылеугольные вихревые горелки количеством 24 штук которые установлены на противоположных боковых стенах в два яруса.
На выходе из топочной камеры установлены L-образные экраны с целью снижения температуры дымовых газов. В горизонтальном газоходе котла имеются ширмовые пароперегреватели. А далее по ходу газов в конвективной шахте расположены конвективные промежуточные пароперегреватели и водяной экономайзер.
Воздухоподогреватель блочного типа - трубчатый движение воздуха по схеме – перекрест в два хода.
Угольная пыль после системы пылеприготовления напрямую направляется в топочную камеру т.е. система подготовки топлива с прямым внесением и готовится шестью среднеходными мельницами.
Для снижения температуры перегретого пара при регулировании параметров пара используют впрыскивающие пароохладители.
Рисунок – Разрез парового котла Пп-1650-255-545 (П-57-Р)
В настоящем курсовом проекте использованы ссылки на следующие нормативные документы:
РТМ 108.031.109-79 Котлы стационарные паровые и водогрейные.
ГОСТ 4.422-86 Котлы паровые стационарные. Номенклатура показателей.
ГОСТ Р 50831-95 Установки котельные. Теплообменное оборудование. Общие технические требования.
ГОСТ 2.789-74 ЕСКД. Обозначения условные графические. Аппараты теплообменные.
СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.
СНиП 23-01-99 Строительная климатология. – М.: Стройиздат 2000.
СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»;
В настоящем курсовом проекте приняты следующие определения:
Еп -670-138-540БТ (БКЗ 670-140-1) парогенератор КД производительностью 670 тчас
Qнр- низшая теплота сгорания топлива
Aп- приведенная зольность топлива
Wп- приведенная влажность топлива
Vд – объём подаваемого в топку воздуха
V0 - объём теоретически необходимого для осуществления процесса горения воздуха;
т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки
iпп- расчёт энтальпии перегретого пара принимается в зависимости от температуры перегретого пара производится по программе AquaDat
iпв- расчёт энтальпии питательной воды принимается в зависимости от температуры питательной воды производится по программе AquaDat
Fпл– площадь занятая лучевоспринимающей поверхностью
b =s( z-1) – расчетная ширина экрана
z – количество труб в экране принимается равным в количестве от 40-80
1 – средняя освещенная длина труб м (принимается равной высоте топки)
х – угловой коэффициент зависящий от конструкции экрана принимается =1
Qрр- располагаемая теплота топлива принимается равной Qнр(низшая теплота сгорания топлива)
Qв – количество теплоты вносимой в топку воздухом
– потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива
– потери теплоты от механич. неполноты сгорания топлива
– потери теплоты в окружающую среду
– потеря теплоты с физической теплотой шлака.
iпп – энтальпия перегретого пара
iпв – энтальпия питательной воды
Fпл – площадь занятая лучевоспринимающей поверхностью
b– расчетная ширина экрана
s1 – шаг поперечных труб
s2 – шаг продольных труб
z – количество труб в экране
1 – средняя освещенная длина труб
х – угловой коэффициент
Hлт – площадь суммарной лучевоспринимающей поверхности топки
Qп т – полезное тепловыделение в топке
М – характер распределения температуры в топке
хт – относительное положение в топке максимума температуры
хг – относительный уровень расположения горелок
hг – уровень расположения оси горелки от пода топки
Нт – общая высота топки от пода (середины холодной воронки) до середины выходного окна
Δх – поправка учитывающая смещение максимума температуры в топке относительно уровня расположения горелок
БКЗ – Барнаульский котельный завод
tвп - температура воздуха на входе в воздухоподогреватель
tвп - температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя
ух – расчётная температура уходящих газов
Qтл – тепловосприятие лучевоспринимающих поверхностей топки
Qвп – количество теплоты воспринимаемое поверхностями воздухоподогревателя.
Исходные данные для расчета
Основные характеристики топки
Тип воздухоподогревателя
Карагандинский КУ марки К
Элементарный состав топлива (приложение А [1])
Рабочая масса топлива %
Карагандинский КУ марки К Р отсев
Характеристика котла
Паропроизводительность тч
Удельные выбросы оксидов азота (NOх) за котлом мгнм³
Давление пара на выходе МПа
Температура пара на выходе °С
Габаритные размеры котла м
Ширина по осям колонн
Глубина по осям колонн
Высшая отметка котла
ТОПЛИВО. ВОЗДУХ. ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ.
1 Основные характеристики топлива
Из таблицы 1 выписываются основные характеристики указанного в задании топлива: состав рабочей массы низшая теплота сгорания Qнр выход летучих и характеристики золы (для твёрдого топлива) физические характеристики (для мазута). Для газообразного топлива из таблицы [1] Приложения 1 – состав газа по объёму теплота сгорания Qнс КДжм3 плотность при нормальных условиях.
Приведённые характеристики топлива Aп Wп(% кгМДж) определяются по формулам:
Ап=103АрQнр; Wп=103WрQнр. (1)
Ап=103·346 1813·103=19 % высокозольное топливо
Wп=103·91813·103=049 кгМДж сухое топливо
2 Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов в газоходах котельного агрегата
В реальных топочных камерах для эффективного сжигания топлива приходится подавать воздуха больше чем это теоретически необходимо:
гдеVд – м3кг объём подаваемого в топку воздуха;
V0 - м3кг объём теоретически необходимого для осуществления процесса горения воздуха;
т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.
По мере движения продуктов сгорания по газоходам коэффициент избытка увеличивается за счёт присосов воздуха в газовый тракт агрегата через неплотности в обмуровке.
При тепловом расчёте коэффициент избытка воздуха на выходе из топки т принимают согласно таблице.
Значение расчётного коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газохода определяют суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами воздуха в газоходах расположенных между топкой и рассматриваемым сечением т.е:
Таблица 1 - Присосы воздуха по газоходам и расчётные коэффициенты избытка воздуха
Участок газового тракта
Расчётный коэффиц. избытка
Среднее значение ср=(i-1+i)2
Воздухоподогреватель
3. Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива
Расчётные значения теоретически необходимого количества воздуха V0азота VN2 трехатомных газов VRO2 водяных паров VH2O и объёма образующихся продуктов сгорания V0г отнесённые к 1 кг твёрдого жидкого и к 1 м3 газообразного топлива для конкретного вида топлива приведены в таблице 3 Приложения 1. Действительные значения определяемых величин для конкретного участка газохода рассчитываем в табличной форме.
Таблица 2 - Характеристика продуктов сгорания по ходу газов
V0= 478 м3кг; V0H2O= 051 м3кг;
VRO2= 088 м3кг; V0N2 = 378 м3кг.
Воздухо-подогре-ватель
Средний коэффициент избытка воздуха iср
Объём водяных паров
VH2O=V0H2O+(iср-1)V000161
Полный объём продуктов сгорания Vг=VRO2+VH2O+V0N2+(iср -1)V0
Объемная доля водяных паров rH2O=VH2OVг
Объемная доля трехатомных газов
Концентрация золы в дымовых газах
=10АРаунVг =АРаун13Vг100
аун – доля золы в уносе = 095
4. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания.
Энтальпии теоретического объема воздуха Iв0 и продуктов сгорания Iг0 отнесенные к 1 кг или 1 м3 топлива при соответствующей температуре приводятся в таблице.
Энтальпию продуктов сгорания для соответствующих участков газового тракта определяют по формуле:
Ii=Iгi+Iзл= Iг0+(iср-1) Iв0+ Iзл (4)
Расчет удобно вести в табличной форме. Количество расчетных участков должно соответствовать схеме проектируемого агрегата. Энтальпия подсчитывается в отмеченном диапазоне температур.
Таблица 3 - Энтальпии продуктов сгорания в газоходах
Участки газового тракта
Iзл –энтальпия золы учитывается если>15 [%кгкДж] где (5)
>15 Энтальпию золы будем учитывать так как значение больше 15.
Iзл= 418(с)злАраун100 (6)
(с)зл – определяется по таблице.
Iзл= 418 * 808*346*095100= 11102
Iзл= 418 * 1691*346*095100=23234
Iзл= 418 * 264*346*095100= 36273
Iзл= 418 * 360 *346*095100=49463
Iзл= 418 * 458*346*095100= 62927
Iзл= 418 * 560*346*095100= 76942
Iзл= 418 * 662*346*095100= 90956
Iзл= 418 * 767*346*095100= 105383
Iзл= 418 * 875 * 346*095100= 120222
Iзл= 418 * 984 *346*095100= 135198
Iзл= 418* 1097*346*095100= 150724
Iзл= 418* 1206*346*095100= 1657003
Iзл= 418*1583*346*095 100= 217499
Iзл= 418* 1876*346*095100= 257756
Iзл= 418* 2186*346*095100= 300349
Iзл= 418* 2512*346*095100=34514
Расчет топки фестона по формуле Ii= Iг0+(iср-1) Iв0+ Iзл.
Ii= 633734+ ( 12-1)* 539662+105383 = 8470494
Ii= 72176 + (12-1)* 613274+120222 = 9646368
Ii= 811061+(12-1) * 687364 +17818 = 1126714
Ii= 900757 +(12-1) * 76241 + 135198 = 1188437
Ii= 992318 + (12-1) * 838412 + 150724 = 1310724
Ii= 1174943 + (12-1)* 992328 + 1657003 =1539109
Ii= 1363246 + (12-1)* 1148634 + 217499 = 1810472
Ii= 155463 + (12-1)* 1305896 + 257756 = 2073565
Ii= 1747268 + (12-1) * 1465548 + 300349 = 2340726
Ii= 1941712 + (12-1) * 1626156 + 34514 = 2612083
Этой же формулой расчет на конвективные пакеты:
Iкп = 719629+ (155-1) * 634306 + 11102 = 117952
Iкп = 145842 + (155-1)* 127626 + 23234 = 23927
Iкп = 222089 + (155-1)* 192634 + 36273 = 36431
Iкп = 300176 + (155-1)* 259076 + 49463 = 492131
Iкп = 380583 + (155-1) * 32743 + 62927 = 623596
Iкп = 463171 + (155-1) * 39674 + 76942 = 75832
Iкп = 547727 + (155-1) * 467962 + 90956 = 89606
Iкп = 633734 + ( 155-1)* 539662 +105383 = 103593
Iкп = 72176 + (155-1)* 613274 +120222 = 117928
Iкп = 811061 +(155-1) * 687364 +135198 = 132431
Iкп = 900757 +(155-1) * 76241 + 150724 = 147081
Расчет воздухоподогреватель:
Iвп = 719629 + (23-1) * 634306 + 11102 = 16552
Iвп = 145842 + (23-1)* 127626 + 23234 = 33499
Iвп = 222089 + (23-1)* 192634 + 36273 = 50878
Iвп = 300176 + (23-1)* 259076 + 49463 = 68644
Iвп = 380583 + (23-1) * 32743 + 62927 = 869169
По данным табл. 3 на миллиметровой бумаге строится график зависимости энтальпии от температуры I-.
Красным цветом выделяется график зависимости энтальпии от температуры в топке.
Синим цветом выделяется график зависимости энтальпии от температуры в конвективном пакете
Зеленым цветом выделяется график зависимости энтальпии от температуры в воздухоподогревателе.
5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛОАГРЕГАТА
5.1. Располагаемая теплота топлива.
Тепловой баланс котлоагрегата выражает количественное соотношение между поступившей в агрегат теплотой (располагаемой теплотой топлива Qpp) и суммой полезно использованной теплоты Q1 и тепловых потерь Q2 Q3 Q4 Q5 Q6..
Qнp - расчётное значение теплоты сгорания топлива принятое согласно основным характеристикам топлива.
5.2. Статьи теплового баланса и КПД котлоагрегата.
Общее уравнение теплового баланса имеет вид:
Qpp= Q1+Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6 кДжкг (8)
или в относительных величинах (процентах от располагаемой теплотыQpp):
0 = q1+ q2 +q3 +q4 +q5 +q6 . (9)
Расчет предлагается вести в табличной форме.
Таблица 4 - Тепловой баланс теплогенератора
Определяемая величина
Располагаемая теплота
Принимаем из пункта 1.1
Потеря теплоты от химич. неполноты сгорания
Потерятеплоты от механич. неполноты сгорания
Температура уходящих газов
Энтальпия уходящих газов
Температура воздуха в котельной
Энтальпия воздуха в котельной
Потеря теплоты с уходящими газами
Потеря теплоты от наружного охлаждения
Потеря с теплом шлака
Сумма тепловых потерь
Козффициент сохранения теплоты
Тепловая мощность котлоагрегата
Полный расход топлива
Расчетный расход топлива
Тепловая мощность котлоагрегата определяется по формуле:
Qк а = D(iпп - iпв)=1650(33355 – 16729)= 2743290
Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:
РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ.
При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств при этом считаются известными конструктивные характеристики топки и экранных поверхностей. В результате расчета определяются:
температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры;
удельные нагрузки колосниковой решетки или топочного объема.
Полученные значения сравниваются с допустимыми рекомендуемыми в нормативном методе.
1. Основные конструктивные и тепловые характеристики топки.
По чертежам котла следует выполнить эскиз топки с указанием границ внутреннего объема конструктивных характеристик поверхностей нагрева согласнопримера представленного на рисунке 1:
диаметра и шага труб
расположения горелки или размеров решетки.
Рисунок 1- Пример эскиза топки
Определяется объем топки и полная поверхность стен топки как сумма площадей ограждающих ее стен:
Fст= Fфр.ст. + Fзадн.ст. +2Fбок.ст. (11)
Fст= 1872+1872+1248+1248=6240
2.Полная и лучевоспринимающая поверхность топки.
Под площадью лучевоспринимающей поверхности участка Нл (м2) понимают площадь непрерывной поверхности эквивалентной по тепловосприятию действительной незагрязненной площади поверхности экрана:
где: Fпл– площадь занятая лучевоспринимающей поверхностью м2
Fпл=84*52= 4368 (13)
b =s( z-1) – расчетная ширина экрана м
b = 03*(80 – 52)=84 (14)
– средняя освещенная длина труб м (принимается равной высоте топки)
Для определения площади суммарной лучевоспринимающей поверхности топки Hлт учитывают площади всех лучевоспринимающих участков топки
Расчет ведется в табличной форме согласно таблице 5
Таблица 5 - Расчет полной площади стен и суммарной лучевоспринимающей поверхности топки.
Полная площадь стены
Расстояние между осями крайних труб
Освещенная длина труб
Площадь занятая лучевоспринимающей поверхностью (ф-ла 13)
Наружный диаметр труб
Принимается равным 48 мм
sd (продольный шаг шаг)
Площадь лучевоспринимающих поверхностей экранов (ф-ла 12)
Площадь лучевоспринимающей поверхности топки (ф-ла 15)
Степень экранирования топки
Коэф-т загрязнения экранов
Коэффициент тепловой эффективности экрана
Средний коэффициент тепловой эффективности топки
3. Расчет теплообмена в топке.
3.1. Ориентировочное значение температуры газов на выходе из топкит.
Для твердого топлива принимается 900 – 1000 0С (на 60 – 100 0С меньше температуры начала деформации золы) для жидкого топлива 950 – 1050 0С. В результате расчета топки эта температура уточняется затем проверяется на условие устойчивого горения (нижний предел) и на предотвращение шлакования (верхний предел температур).
3.2. Полезное тепловыделение в топке. Адиабатная температура горения.
Полезное тепловыделение в топке Qп т кДжкг (кДжм3)
Qрр- располагаемая теплота топлива принимается равной Qнр (низшая теплота сгорания топлива)
- при наличии воздухоподогревателя
Qв=(αт-Δαт-Δαпл)Iгв0+(Δαт+Δαпл)Iхв0 (17)
Qв =( 12 -005)*259076+005*19029=298889
-при отсутствии воздухоподогревателя
Адиабатная температура горения определяется по построенному графику зависимости энтальпии от температуры если за энтальпию принять полезное тепловыделение Qп т. Адиабатная температура (теоретическая) – максимально возможная температура которой обладали бы продукты сгорания в топке при отсутствии теплообмена с поверхностями нагрева.
3.3. Учет характера распределения температуры в топке.
Для учета характера распределения температуры в топке служит параметр М.
М = 056 – 05хт = 056-05*029=0415 – при камерном сжигании тощих углей и антрацитов а также каменных углей с повышенной зольностью.
хт – относительное положение в топке максимума температуры при этом
хт = хг + Δ х = 019+01=029 – для камерных топок с горизонтальным расположением горелок где
хг = hг Нт = 12621=019 – относительный уровень расположения горелок
hг – уровень расположения оси горелки от пода топки Нт – общая высота топки от пода (середины холодной воронки) до середины выходного окна (м)
Δ х – поправка учитывающая смещение максимума температуры в топке относительно уровня расположения горелок.
При сжигании угольной пыли рекомендуется Δ х=01 для прямоточных горелок и Δ х=0 для вихревых.
Величина М не должна приниматься больше 05 для камерных топок.
3.4. Степень черноты факела.
При сжигании твердого топлива эффективная степень черноты факела зависит от излучательной способности трехатомных газов и твердых частиц золы и кокса. Расчет ведется в последовательности указанной в таблице 7 с учетом данных таблиц 45 6.
Таблица 6 - Значения ккокс для различныхспособов сжигания углей
Тощий уголь полуантрацит антрацит
Бурый каменный уголь торф
4 – Поверочный расчет теплообмена в топке
Таблица 7- Поверочный расчет теплообмена в топке.
Среднее значение коэфф. тепловой эффек-
Эффективная толщина излучающего слоя
Высота расположения горелок
Относительный уровень расположения горелок
Параметручитывающий распределение температуры в топке
ка воздуха на выходе
Присос воздуха в системе пылеприготовления
Температура горячего воздуха (при наличии воздухоподогревателя)
по предварительному выбору табл.8
Энтальпия горячего воздуха
По графику зависимости энтальпии ух газов от температуры
Энтальпия холодного воздуха
Количество теплоты вносимое в топку воздухом
Полезное тепловыделение .
Адиабатическая температура горения
Температура газов на выходе из топки
Принимается равной на 1500С ниже адиабатической температуры горения
Энтальпия газов на выходе из топки
Суммарная объемная доля трехатомных газов
Коэфф.ослабления лучей:
-трехатомными газами
-коксовыми частицами
Номограмма1 Приложение [1]
Принимается равным 045 табл.6
Концентрация золы в газах
табл.1 в ед изм. (кгкг)
Коэффициент ослабления лучей топочной средой (для твердого топлива)
кгrп +( кзл зл) + ккокс
=13*0303+(045*003)+05= 445
Суммарная сила поглощения топочного объема
Вместо 445 принимаем 37
Степень черноты факела (для твёрдого топлива)
Номограмма 2 Приложение [1]
Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами
Тепловая нагрузка стен топки
Таблица 8 - Рекомендуемые температуры воздуха tв оС подаваемого в топку
Тип топки и вид топлива
Паропроизводительность агрегата D тч
Тощие угли и антрацит
Каменные угли и бурые угли марки Б2 и Б3
Торф и древесные отходы
Камерные топки с твёрдым
Антрациты и тощие угли
Каменные угли маловлажные (Wп15)
Каменные и бурые угли влажные
Высоковлажные бурые угли (Wп>5)
Камерные топки с жидким щла
коудалением независимо от вида сжигаемого топлива
Природный газ и мазут
Расчёт конвективных поверхностей нагрева
Конвективными называются такие поверхности в которых процесс передачи теплоты осуществляется путем конвективного теплообмена. Для котлов это фестоны конвективные пакеты (пучки) воздухоподогреватели. Расчет конвективных поверхностей осуществляется по законам конвективного теплообмена.
При установившемся тепловом состоянии количество теплоты отданное греющим теплоносителем (газами) Qг равно количеству теплоты воспринятому нагреваемым теплоносителем (водой воздухом) Qт .
Тепло отданное продуктам сгорания определяется уравнением теплового баланса:
Qг = φ (I - I + Δα Iпрс) кДжкг (кДжм3)
Qг =095·(147081-623596+07·190244)=817504
Где φ – коэффициент сохранения теплоты
I I - энтальпия газов на входе в рассчитываемую поверхность нагрева и на выходе из нее
Δα – присос воздуха на рассчитываемом участке газохода
Iпрс – энтальпия присасываемого воздуха определяется по диаграммеI – при температуре присасываемого воздуха (300С) или по формуле:
I0прс =398·478=190244
Тепло воспринятое рассчитываемой поверхностью определяется уравнением теплопередачи:
Qт = K H Δt Bр кДжкг
где K – коэффициент теплопередачи Втм2 К
Н – расчетная площадь поверхности нагрева м2
Δt – средний температурный напор 0С
Bр – расчетный расход топлива кгс.
Расчет конвективных поверхностей нагрева может быть конструктивным и поверочным. Поверочный расчет является более общим и выполняется для определения температур по тракту продуктов сгорания. В результате конструктивного расчета определяется величина поверхности нагрева и выбираются ее конструктивные элементы.
1 Определение конструктивных характеристик и расчетной скорости продуктов сгорания.
Выполнение эскиза рассчитываемой конвективной поверхности нагрева и описание ее конструкции: характер расположения труб (коридорный шахматный) способ омывания (продольный поперечный) диаметр и количество труб продольный и поперечный шаги число труб по ходу газов и т.д.
Расчёт площади поверхности нагрева м2:
H = 314*0048*52*80=62699
где d – наружный диаметр трубы м
z – общее число труб расположенных в газоходе.
Площадь живого сечения F м2 равную разности между полной площадью поперечного сечения газохода в свету и частью этой площадью занятой трубами рассчитывают по формулам:
F = ав – z1dнl- при поперечном омывании гладкотрубных пучков
F = ав – zdн24 - при продольном омывании и течении среды между трубами
F = zdвн24 – при течении среды внутри труб
F =80*314*0482 4 =1447
где а и в – поперечные размеры газохода между его внутренними стенками м;
z1 – количество труб в одном ряду поперек хода газов;
l – омываемая длина труб м.
Если в газоходе имеются участки с одинаковым характером омывания но с различными живыми сечениями то рассчитывается среднее живое сечение:
Расчетная скорость рабочего тела определяется по формуле:
где: F – площадь живого сечениям2;
Vc – средний объемный секундный расход среды м2 определяемый:
для продуктов сгорания
Vc =19·7841*((273+800)273)=411078
Vc =19*478*025*((273+800)273)=6265
где Bр – расчётный расход топлива кгс;
Vг – объём газов в пределах рассчитываемого участка определяемый по среднему значению коэффициента избытка воздуха м3кг (м3м3);
вп – отношение действительного количества воздуха в рассчитываемом участке воздушного тракта к теоретически необходимому
гср вср – средняя температура газов и воздуха в рассчитываемом участке вычисляется как средняя арифметическая величина в начале и в конце участка.
Определение коэффициента теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи К (Втм2К) определяется по следующим формулам:
- для поперечного омывания шахматных пучков при сжигании твёрдого топлива
К=392315(1+1003*392315)=099
где – коэффициент загрязнения (м2КВт) рассчитывается по формуле
где 0 – исходный коэффициент загрязнения принимается равным 1
Сфр – поправка на фракционный состав золы (для углей Сфр=1 для торфа Сфр=07);
Сd – поправка на диаметр труб;
– коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева.
2 Определение коэффициента теплоотдачи от газов к стенке α1.
где – коэффициент использования конвективного пучка учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания её газами.
Для поперечного омывания пучков =1. Для смешанно-омываемых =095;
αк – коэффициент теплоотдачи конвекцией Втм2К определяется по номограммам в зависимости от конструкции пучков способа омывания скорости газового потока и от физических свойств теплоносителя
αк= αнСzСsCф – при поперечном омывании шахматных и коридорных гладкотрубных пучков;
αк= 4500908709=317115
αн – номинальный коэффициент теплоотдачи определяемый по скорости потока W и диаметру труб пучка d;
Сs – поправка на геометрию пучка зависящая от относительного продольного 1=S1d и поперечного2=S2dшагов;
Cz – поправка на количество рядов труб (Z2) по ходу газов;
Сф(Cф) – поправка на физические характеристики потока при изменении температуры и состава теплоносителя.
При определении Сф и Сф принимается среднеарифметическая температура потока в пределах рассчитываемой поверхности:
αл – коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания учитывается при температуре газового потока выше 350оС. Рассчитывается по формуле:
αл= αнa - при пылеугольном сжигании;
α1=1*(317115+752)=392315
Qт =099*62699*6019=1960168
αн – номинальная величина коэффициента теплоотдачи излучением Втм2К зависящий от температуры стенки и средней температуры газового потока;
Сг – поправка вводимая в случае отсутствия золовых частиц в продуктах сгорания
tст – средняя температура загрязнённой стенки0С
tср – средняя температура среды протекающей в трубах оС;
Δt = 60 – температурный перепад между температурой загрязнённой стенки и температурой среды в трубе оС значение которого зависит от вида сжигаемого топлива типа поверхности нагрева и температуры газового потока.
При сжигании твёрдых и жидких топлив для фестона Δt = 80 oC для конвективных пакетов Δ t= 60 оС.
а – степень черноты излучающей среды определяется по формуле а = 1 - е-KPS или по номограмме.
3 Определение температурного напора.
Температурный напор – есть средняя по всей поверхности нагрева разность температур сред участвующих в теплообмене. Для прямотока и противотока а также при постоянстве температуры одной из сред температурный напор определяется
где Δtб=900 – разность температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости на том конце поверхности нагрева где она наибольшая;
Δtм =400– разность температур сред на том конце поверхности нагрева где она наименьшая оС.
В тех случаях когда ΔtбΔtм≤17 температурный напор можно считать с достаточной степенью точности по формуле.
Для сложных схем включения поверхностей нагрева при меняющихся значениях температур сред температурный напор определяют по соответствующим номограммам нормативного метода.
Рекомендации к расчёту конвективных поверхностей котлов.
Целью поверочного расчёта как выше указывалось является определение температуры на выходе из рассчитываемого участка. Температура на входе известна из расчёта предыдущей поверхности.
Расчёт конвективных поверхностей нагрева выполняют совместным решением 2-х уравнений – уравнения теплового потока от газов к рассчитываемой поверхности Qг и уравнения теплопередачи Qт методом последовательных приближений. Для решения указанных уравнений предварительно задаются искомой температурой на выходе из рассчитываемого участка. Её можно принять исходя из рекомендуемого значения температурного перепада газового потока Δ = -:
для фестона с количеством рядов труб не больше трёх Δ = 2060
больше трёх Δ = 40100
для конвективных пакетов – Δ = 500700 oC
Правильность расчёта оценивают по величине расхождения процента тепловосприятий определяемых по формуле:.
Если расхождение не превышает 2% для конвективных ширм и 5% для фестона то расчет считается выполненным правильно. При больших расхождениях принимают новое значение температуры на выходе из рассчитываемой поверхности и расчет повторяют.
Большинство котлов имеет фестон который служит для уменьшения аэродинамического сопротивления потока на входе в конвективную шахту.
Фестон является первой конвективной поверхностью по ходу газов и для котлов серии БКЗ и Е расположен в нижней части конвективной шахты. Фестон образуется разведением экранных труб задней стенки топки (передней стенки конвективной шахты) в четырехрядный шахматный пучок труб диаметром 60 мм с шагами S1 = 256 мм и S2 = 180 мм.
Расчет фестона ведется в табличной форме.
Таблица 1 - Поверочный расчет фестона.
Наименование величины
Принимается равным наружному труб топки
Количество труб в ряду
Общее количество труб
Расчетная поверхность нагрева
Характер расположения труб
-поперек хода газов
Принимается равным шагам в топке
Размеры газохода поперек движения газов
по чертежу и схеме фестона
Площадь живого сечения для прохода газов
Температура газов перед фестоном
Энтальпия газов перед фестоном
Температура газов за фестоном
по предварительному выбору
Принимается равной энтальпии газв на выходе из топки
Количество теплоты отданное фестону
φ( Iф - Iф + ΔαIх в )
8(132431-103593+07*19029)
Средняя температура газов
Теплопроизводительность котла
Расход воды через котел
Нагрев воды в экранах топки
Температура воды на входе в фестон
Температура воды на выходе из фестона
Средняя температура воды в фестоне
Температурный напор на входе в фестон
Температурный напор на выходе из фестона
Среднелогарифмический температурный напор
Секундный объем газов
Расчетная скорость газов
Коэффициент теплоотдачи конвекцией
Толщина излучающего слоя
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
Приложение 2 номограмма 1
Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов
Концентрация золы в газовом потоке
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами (только для твёрдого топлива)
Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока
Степень черноты излучающей среды
Температура загрязненной стенки труб
Коэффициент теплоотдачи излучением
Коэффициент использования поверхности нагрева
Коэффициент теплоотдачи от газов стенк
Коэффициент тепловой эффективности
Принимается равным 1
Коэффициент загрязнения
Коэффициент теплопередачи
Тепловосприятие по уравнению теплопередачи
Расхождение расчетных тепловосприятий
РАСЧЁТ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ.
Воздухоподогреватель служит для повышения экономичности котлоагрегата и интенсификации процесса сжигания. Котлы сжигающие высоковлажные бурые угли имеют воздухоподогреватели.
В выпускаемой серии котлов БКЗ применяются трубчатые воздухоподогреватели одноходовые по воздуху и газам с диаметром труб 40х1. Трубы расположены вертикально в шахматном порядке с шагами S1=60 мм S2=42 мм. Воздухоподогреватель является последней конвективной поверхностью нагрева по ходу газов и располагается в вертикальной шахте при общей П-образной компоновке водогрейного котла. Воздухоподогреватель работает по схеме продольного омывания труб газами и поперечного омывания воздухом.
Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель tвп выбирается в зависимости от вида топлива в соответствии с таблицей 40 из условия отсутствия конденсации водяных паров на поверхности нагрева.
Таблица 9. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель.
Сильновлажное Wп> 20
Мазут малосернистый Sр ≤ 05%
Мазут сернистый Sр = 05 20%
Мазут высокосернистый Sр> 20%
Примечание: подогрев воздуха до tвпучитывается от уровня tхв=30оС. Подогрев до 6070 оС может осуществляться за счёт рециркуляции горячего воздуха более высокий подогрев – в паровых или водяных калориферах.
Расчет воздухоподогревателя ведется в табличной форме.
Таблица 10 - Расчет воздухоподогревателя.
Наименование определяемой величины
Расчетная формула или способ определения
Эквивалентный диаметр
Температура воздуха на входе
в зависимости от вида топлива
Энтальпия воздуха на входе
Температура воздуха на выходе
Принимается по нормативу
Энтальпия воздуха на выходе
Коэффициент избытка воздуха на выходе из воздухоподогревателя
Количество теплоты полученное воздухом
Коэффициент сохранения тепла
Принимается равным 098
Энтальпия газов на входе
Принимается равной энтальпии газов на выходе из топки
Температура газов на входе
Принимается равной температуре газов на выходе из топки
Энтальпия присасываемого воздуха
Энтальпия газов на выходе
Iвп- (Qвпφ)+ Δαвп- I0прс
249165-098+005-95505
Температура газов на выходе
Температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя
(кп+кп) =05*(1300+750)=1025
Средняя скорость газов
Таблица 2 (полный объём продуктов сгорания)
Площадь живого сечения труб для прохода газов
Коэффициент теплоотдачи газа
Средняя температура воздуха
(tвп+tвп)=05*(30+400)=215
Средняя скорость воздуха
принимается из условия: wв=05wг
Площадь живого сечения для прохода воздуха
Коэффициент теплоотдачи воздуха
Коэффициент использования воздухопод.
Разность температур между средами:
Средний температурный напор при противотоке
Безразмерный параметр
Коэффициент пересчёта
Δtпрт=098*8168 =8005
Общее число труб для прохода газов
Длина труб (высота шахты )
Число рядов труб поперёк хода воздуха
Ширина шахты воздухо подогревателя
В курсовом проекте был произведен расчет топочного объема и расчет воздухоподогревателя парогенератора Пп-1650-255-545 (П-57-Р).
В результате расчета расхода топливо - Карагандинский уголь отсев получилось 19 кгс.
При расчете воздухоподогревателя поверхность его нагрева 822 м2. Общее число труб для прохода газа 3314Ширина воздухоподогревателя 14846 мм. Исключения в курсовом проекте поверхностей нагрева как экономайзер и пароперегреватель ширина шахты воздухоподогревателя получилось маленького размера. Нет целесообразности работы котла на данном топлива потому что конструкция воздухоподогревателя маленькая.
По окончанию расчетов выполнен эскизный чертеж котла в выбранном масштабе на формате А1.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Липов Ю. М. Третьяков Ю. М.Котельные установки и парогенераторы. — Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» 2003 592 стр.
Сидельковский Л.Н. Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий.- М: Энергия1988-528 с.
Безгрешнов А.Н. Липов Ю.М. Шлейфер Б.М. Расчёт паровых котлов в примерах и задачах .-М: Энергоатомиздат1991-241 с.
Тепловой расчёт котельных агрегатов (нормативный метод) М: Энергия1973-295 с.
Хзмлян Д.М Кагаян Я.А. Теория горения и топочные устройства.М: Энергия1976-288 с.
Лебедев И.К. Гидродинамика паровых котлов. Учебное пособие для ВУЗов М: Энергоатомиздат1987-240 с.
Ковалёв А.П Лелеев А.С. Виленский Г.В Парогенераторы. Учебник для ВУЗов Энергоатомиздат1985-376 с.
Приложение-1. График зависимости энтальпии от температуры I-

Спецификация.doc

ступень экономайзера
ст. воздухоподогревателя
Разрез котла Пп-1650-255-545 (П-57-Р)

Пп-1650-255-545 (П-57-Р).dwg