Паровые котлы
Пароперегреватель — конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб 323 мм и поперечным шагом 75 мм. Экономайзер — стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб 283 мм. Продольный шаг — 50 мм, поперечный — 70 мм. Воздухоподогреватель — стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным… Читать ещё >
Паровые котлы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство Образования Российской Федерации
Ивановский Государственный Энергетический Университет
Кафедра ТЭС
Курсовой проект
тема: Паровые котлы
Иваново 2003
Введение
Парогенератор ГМ-50−1.
Топочная камера обьемом 144 м полностью экранирована трубами 603 мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы фронтового и заднего экранов образуют под топки. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров.
На боковых стенах топочной камеры размещены по три основные газомазутные горелки, с фронта — две дополнительные. В барабане находится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Вторая ступень вынесена в выносные циклоны Ш 377 мм.
Пароперегреватель — конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб 323 мм и поперечным шагом 75 мм. Экономайзер — стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб 283 мм. Продольный шаг — 50 мм, поперечный — 70 мм. Воздухоподогреватель — стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 401,5 мм. Поперечный шаг труб — 60 мм, продольный — 42 мм. Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора приведены в аннотации.
Аннотация
В данном курсовом проекте производится расчет парогенератора ГМ-50−1, исходя из следующих данных:
1. Тип котла ГМ-50−1_
2. Номинальная паропроизводительность ДК = 50 т/ч
3. Рабочее давление в барабане котла РК = 45 кгс/см2
4. Рабочее давление на выходе из пароперегревателя РПЕ = 40 кгс/см2
5. Температура перегретого пара tПЕ = 440 °С
6. Температура питательной воды tПВ = 140 °С
7. Температура уходящих газов tУХ = 150 °С
8. Температура горячего воздуха tГВ = 220 °С
9. Вид и марка топлива мазут м/с (№ 96)
10. Тип топочного устройства: камерная.
В результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены следующие изменения:
В пароперегревателе добавлены две петли.
Расчётная поверхность пароперегревателя — 296,26 м.
В экономайзере убрана одна петля во втором пакете.
Расчётная поверхность экономайзера — 412,65 м.
Высота газохода для размещения экономайзера — 2,425 м.
Расчётная поверхность ВЗП — 1862,88 м.
Число ходов по воздуху n = 3.
Высота хода по воздуху h = 2,161 м.
Последовательность пуска котла
Внешний осмотр (исправность горелок, вентиляторов, дымососов; топка, газоходы, арматура (запорная, регулирующая); КИП; автоматика, подвод напряжения).
Открывают воздушники, линию рециркуляции ЭКО, линию продувки пароперегревателя, закрывают дренажи, клапан непрерывной продувки, главные паровые задвижки 1 и 2.
Котел заполняют деаэрированной водой с температурой 60−70 и контролируют разность температур Время заполнения водой 1−1,5ч. Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы.
Включают дымосос и вентилируют топку и газоходы 10−15 мин.
Устанавливают разряжение
и включают мазутные растопочные форсунки
чтобы при отсутствии пара
При появлении пара из воздушников-2, их закрывают.
Растопочный пар, расхолаживая пароперегреватель, выводиться через линии продувки пароперегревателя.
Продувают воздухоуказательные колонки и экранную систему.
При открывают ГПЗ-1, закрывают линии продувки пароперегревателя, прогревают соединительный паропровод, выпуская пар через растопочный расширитель.
Периодически подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.
Увеличивают расход топлива до При включают непрерывную продувку. При открывают растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.
При и увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают котел в магистраль.
Переходят на основное топливо и увеличивают нагрузку до номинальной. Включают автоматику.
Плановый останов котла
Предупреждают турбинное отделение о снижении нагрузки Плавно снижают нагрузку до 40%.
Прекращают подачу топлива и гасят топку.
Вентилируют топку и газоходы 15 мин.
Продувают трубную систему через дренажи. Через 8−14 часов продувку повторяют.
Продувку пара осуществляют сначала через растопочное РОУ, потом через растопочный расширитель, а затем через линию продувки парогенератора.
7. Переодически подпитывая котел, следят за уровнем, чтобы Tcт (верх) — Тст (ниж) < 40 оС.
8. Скорость расхолаживания < 0,3 (оС/мин)
9. При температуре воды tв =50 оС и Р = 1 атм открывают дренажи и котел опорожняют, после чего выводят в ремонт.
Элементы парового котла | Газоходы | Величина присоса | |
Топочная камера | Топки паровых котлов для жидкого топлива | 0,05 | |
Котельные пучки | Фестон | ||
Пароперегреватели | Первичный пароперегреватель | 0,03 | |
Экономайзеры | Для котлов D50т/ч | 0,08 | |
Воздухоподогреватели (трубчатые) | Для котлов D50т/ч | 0,06 | |
Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:
№ | Газоходы | Коэффициент избытка воздуха за газоходом '' | Величина присоса | Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе | |
Топка и фестон | |||||
Пароперегре-ватель | =1,13 | ||||
Экономайзер | =1,21 | ||||
Воздухоподо-греватели | +0,06=1,27 | ||||
2. Топливо и продукты горения
Вид топлива: Мазут малосернистый (№ 96)
Wp | Ap | Sp | Сp | Нp | Np | Op | Qp H | |
3,0 | 0,05 | 0,3 | 84,65 | 11,7 | ; | 0,3 | ||
Объёмы воздуха и продуктов горения при =1,0 и 760 мм.рт.ст.:
Расчитываем приведённую влажность WП и зольность АП
Для контроля проверим баланс элементарного состава:
CP+ HP+ SP+ NP+ OP+ AP+ WP=100%
84,65%+11,7%+0,3%+0,3%+0,05%+3,0%=100%
При >1 объёмы продуктов горения, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, безразмерную концентрацию золы, массу газов, их плотность рассчитывают по всем газоходам для средних и конечных значений .
Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и водяных паров
№ | Величина | Единицы | АР=0,05% | |||||
Газоходы | ||||||||
Топка и фестон | Паропере-греватель | Экономайзер | Воздухоподогреватель | |||||
Коэф избытка воздуха за газоходом '' | ; | 1,1 | 1,13 | 1,21 | 1,27 | |||
Средний коэф избытка воздуха в газоходе | ; | 1,1 | 1,115 | 1,17 | 1,24 | |||
м3/кг | за | 1,5271 | ; | ; | 1,5562 | |||
ср | ; | 1,5297 | 1,5391 | 1,5510 | ||||
м3/кг | за | 12,5591 | ; | ; | 14,3936 | |||
ср | ; | 12,7210 | 13,3145 | 14,0698 | ||||
-; | за | 0,1258 | ; | ; | 0,1098 | |||
ср | ; | 0,1242 | 0,1187 | 0,1123 | ||||
-; | за | 0,1216 | ; | ; | 0,1081 | |||
ср | ; | 0,1202 | 0,1156 | 0,1102 | ||||
-; | за | 0,2474 | ; | ; | 0,2179 | |||
ср | ; | 0,2445 | 0,2343 | 0,2225 | ||||
кг/кг | За | 16,2562 | ; | ; | 18,6140 | |||
Ср | ; | 16,4642 | 17,2271 | 18,1980 | ||||
кг/м3 | За | 1,2944 | ; | ; | 1,2932 | |||
Ср | ; | 1,2943 | 1,2939 | 1,2934 | ||||
Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы уносимую газами принимаем
аун=0,95=95%):
Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)
газоход | Тем-ра газов | ||||||
Топка и фестон (при т'') | 862,8 | 11 080,80 | ; | ||||
820,3 | 10 521,30 | 559,50 | |||||
777,8 | 9964,80 | 556,50 | |||||
735,3 | 9411,30 | 553,50 | |||||
692,8 | 8860,80 | 550,50 | |||||
651,4 | 8316,40 | 544,40 | |||||
609,9 | 7772,90 | 543,50 | |||||
568,4 | 7232,40 | 540,50 | |||||
6697,00 | 535,40 | ||||||
485,6 | 6164,60 | 532,40 | |||||
445,2 | 5638,20 | 526,40 | |||||
404,8 | 5123,80 | 514,40 | |||||
364,5 | 4612,50 | 511,30 | |||||
325,2 | 4104,20 | 508,30 | |||||
Паропе-регреватель при пе'' | 323,18 | 3185,18 | ; | ||||
273,78 | 2694,78 | 490,40 | |||||
225,68 | 2219,68 | 475,10 | |||||
178,75 | 1751,75 | 467,93 | |||||
Эконо-майзер при эк'' | 364,56 | 2358,56 | ; | ||||
288,75 | 1861,75 | 496,81 | |||||
214,62 | 1377,62 | 484,13 | |||||
Воздухо-ль при вп''=ух | 275,94 | 1438,94 | ; | ||||
182,52 | 948,52 | 490,42 | |||||
90,72 | 469,72 | 478,80 | |||||
3. Определение расчётного расхода топлива
3.1 Располагаемое тепло топлива Qрр находим по формуле:
Qрр=Qрн+Qв.вн+iтл
3.2 Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне парового котла, Qв.вн
Учитывают только для высокосернистых мазутов. Топливо проектируемого котла — малосернистый мазут. где (Ioв)' при t'вп =100 oC (Ioв)'=322 ккал/кг;
3.3 Величину физического тепла топлива находим по формуле:
iтл= Cтл tтл, где tтл =100 oC; Cтл =0,415+0,0006tтл=0,415+0,6 100=0,475 ккал/(кг oC);
iтл= 0,475 100=47,5 ккал/кг;
Расход топлива используют при выборе и расчёте числа и мощности горелочных устройств. Тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностям нагрева, производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения:
4. Выбор схемы сжигания топлива
Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и качества топлива. Подготовка к сжиганию мазута заключается в удалении из него механических примесей, повышении давления и подогрева для уменьшения вязкости.
В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110 120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100 130оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 3040 м/с.
5. Поверочный расчёт топки
Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки т'' при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.
5.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топки
По чертежу парового котла определяем размеры топки и заполняем таблицу
№ | Наименование величин | Обозн. | Раз-ть | Источник или формула | Топочные экраны | Выход-ное окно | |||||
Фронтовой | Боко-вой | Задний | |||||||||
Осн. часть | Под | Осн. часть | Под | ||||||||
Расчётная ширина экранированной стенки | bст | м | чертёж или эскиз | 5,0 | 5,0 | 3,5 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | ||
Освещённая длина стен | lст | м | чертёж или эскиз | 9,075 | 1,675 | ; | 7,05 | 1,85 | 2,05 | ||
Площадь стены | Fст | м2 | bст · lст | 45,5 | 8,375 | 30,014 | 35,125 | 9,25 | 10,25 | ||
Площадь стен, не занятых экранами | Fi | м2 | чертёж или эскиз | ; | ; | 0,9202 | ; | ; | ; | ||
Наружный диаметр труб | d | м | чертёж или эскиз | 0,06 | |||||||
Число труб | Z | шт | ; | ||||||||
Шаг труб | S | м | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | ; | |||
Отн. шаг труб | S/d | ; | ; | 1,1667 | |||||||
Расстояние от оси до обмуровки | е | м | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,065 | 0,065 | ; | |||
Относ. | e/d | ; | ; | 1,667 | 1,667 | 1,667 | 1,0833 | 1,0833 | ; | ||
Угловой к-т экрана | X | ; | номо-грамма | 0,99 | 0,99 | 0,99 | 0,985 | 0,985 | |||
К-т загрязнения | ; | таблица | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | |||
К-т тепловой эффективности экрана | ; | 0,5445 | 0,5445 | 0,5445 | 0,54 175 | 0,54 175 | 0,55 | ||||
Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:
Активный объём топочной камеры определяют по формуле:
Эффективная толщина излучающего слоя:
5.2 Расчёт теплообмена в топке
Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки т'' с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки ат и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок.
При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:
Где Tт'' = т'' + 273 — абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; Ta = a + 273 -температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, [K]; Bо — критерий Больцмана, определяемый по формуле:
Из этих формул выводятся расчетные.
Определяем полезное тепловыделение в топке Qт и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та :
Коэффициент ослабления лучей kг топочной средой определяют по номограмме.
Коэффициент ослабления лучей kс сажистыми частицами определяют по формуле
6. Поверочный расчёт фестона
В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами бокового топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона. Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном ф'' при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т. е на выходе из топки.
Наименование величин | Обозн. | Раз-ть | Ряды фестона | Для всего фестона | |||
Наружный диаметр труб | d | м | 0,06 | ||||
Количество труб в ряду | z1 | -; | ; | ||||
Длина трубы в ряду | lI | м | 2,3 | 1,275 | ; | ||
Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,21 | 0,21 | 0,21 | 0,21 | |
продольный | S2 | м | ; | 0,35 | 0,775 | 0,5197 | |
Угловой коэф фестона | xф | ; | ; | ; | ; | ||
Расположение труб | ; | ; | шахматное | ||||
Расчётная пов-ть нагрева | H | м2 | 9,966 | 8,666 | 5,765 | 24,3977 | |
Размеры газохода: высота | aI | м | 2,25 | 2,05 | 1,275 | ; | |
ширина | b | м | ; | ||||
Площадь живого сечения | F | м2 | 8,283 | 7,611 | 4,539 | 6,7646 | |
Относительный шаг труб: поперечный | S1/d | ; | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | |
продольный | S2/d | ; | ; | 5,833 | 12,92 | 8,6616 | |
Длину трубы в каждом ряду li определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду z1 определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.
Поперечный шаг S1 равен утроенному шагу заднего экрана топки, т.к. этот экран образует три ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольный шаг между первым и вторым рядами определяют как кратчайшее расстояние между осями труб этих рядов S2', а между вторым и третьим рядами S2'' как длину отрезка между осями труб второго и третьего рядов, соединяющего их на половине длины труб. Среднее значение продольного шага для фестона определяют с учетом расчетных поверхностей второго и третьего рядов труб, существенно различающихся по величине:
Принимаем xф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.
По S1ср и S2ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона Sф 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.
Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:
Fi = aib — z1 liпрd; где liпр — длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.
Fср находим как среднее арифметическое между F1 и F3.
Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т. е гибов в пределах фестона:
Нi = dz1i li; где z1i — число труб в ряду; li — длина трубы в ряду по её оси. Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:
Нф = Н1 + Н2 + Н3 = 9,966+8,666+5,765 = 24,3977 м;
На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:
Ндоп = Fст· xб = (1,7062 + 1,7062)· 0,99 = 3,3782 Нф' = Нф + Ндоп = 27,776 м;
Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.
Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30 1000С ниже, чем перед ним:
Наименование величин | Обозначение | Размерность | Величина | |
Температура газов перед фестоном | ф'=т'' | 0С | 1053,4 | |
Энтальпия газов перед фестоном | I ф'=I т'' | ккал/кг | 4885,534 | |
Объёмы газов на выходе из топки при т | Vг | м3/кг | 12,559 | |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | -; | 0,1216 | |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | -; | 0,2474 | |
Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб=45кгс/см2 | tн | 0С | 256,23 | |
7. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла
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.
Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера — по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания).
Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:
Находим при Pпе=40 кгс/см2 и tпе=440oC iпе=789,8 ккал/кг; при Pб=45 кгс/см2 и температуре насыщения iн=668,1 ккал/кг; iпо=15 ккал/кг;
Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю (Qпел =0), а угловой коэффициент фестона Хф=1. В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Qпек = Qпе.
Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним пе=601,520С;
Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:
где Iогв находим по tгв=220oC Iогв=745,2 ккал/кг;
вп — отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:
Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:
где Iух — энтальпия уходящих газов, которую находим по tух=150oC Iух=709,135 ккал/кг;
Iоух — энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при
tпрс=(tгв + t'в)/2=(220+30)/2=125 oC Iпрс=421 ккал/кг;
Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним эк=301,870С;
Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):
Определяем невязку теплового баланса парового котла:
8. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя
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.
По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 125.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя
Наименование величин | Обозн. | Раз-ть | Величина | |
Наружный диаметр труб | d | м | 0,032 | |
Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,026 | |
Количество труб в ряду | z1 | ; | ||
Количество труб по ходу газов | z2 | ; | ||
Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,075 | |
продольный | S2 | м | 0,055 | |
Относительный шаг труб поперечный | S1/d | ; | 2,344 | |
продольный | S2/d | ; | 1,719 | |
Расположение труб змеевика | ; | ; | шахматное | |
Характер взаимного течения | ; | ; | перекрестный ток | |
Длина трубы змеевика | l | м | 29,94 | |
Поверхность, примыкающая к стенке | Fстх | м2 | 21,353 | |
Поверхность нагрева | H | м2 | 226,01 | |
Размеры газохода: высота на входе высота на выходе | a a | м м | 1,68 | |
ширина | b | м | 5,2 | |
Площадь живого сечения на входе | F | м2 | 5,363 | |
Площадь живого сечения на выходе | F | м2 | 5,363 | |
Средняя площадь живого сечения | Fср | м2 | 5,363 | |
Средняя эффективная толщина излучающего слоя | Sф | м | 0,119 | |
Глубина газового объёма до пучка | lоб | м | 1,35 | |
Глубина пучка | lп | м | 0,935 | |
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару | m | шт. | ||
Живое сечение для прохода пара | f | м2 | 0,0361 | |
Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z1. В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) Fст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S1/d и е/d причём е/d r/d =0,5 х=0,75. Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:
Н = dz1 l + Fст х.
Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу.
По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя:
Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:
F = a · b — d· z1· lпр = 1,68· 5,2 — 68· 0,032·1,55 = 5,363 (м2);
Площадь живого сечения для прохода пара:
Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина | |
Температура газов до пароперегревателя | ф | 0С | 998,4 | |
Температура газов за пароперегревателя | пе | 0С | 601,52 | |
Температура в состояния насыщения | tн | 0С | 256,23 | |
Температура перегретого пара | tпе | 0С | ||
Средний удельный объём пара | ср | м3/кг | 0,62 615 | |
Конвективное восприятие | Qkпе | ккал/кг | 1886,41 | |
Объёмы газов на выходе из топки при српе | Vг | м3/кг | 12,721 | |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | ; | 0,1202 | |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | ; | 0,2445 | |
Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:
Все остальные величины определены ранее.
Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.
Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:
Для определения к — коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме: н=80 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты:
Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; к = нСzСфСs = =8010,981 = 78,4 ккал/м2чоС;
Для нахождения л используем номограммы и степень черноты продуктов горения `a':
Для незапылённой поверхности
kpS = kгrnSp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2445;
рnS = rnS = 0,24 450,119 = 0,0291.
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = tпеср + (80 100) = 348,12 + 90 = 438,12 оС;
По номограмме находим
Сг = 0,95; н = 130 ккал/м2чоС; л = наСг = 1300,950,0926 = 11,437 ккал/м2чоС;
При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:
При этой скорости пара
Сd = 1,02; н = 1300 ккал/м2чоС; л = нСd = 13 001,02 = 1326 ккал/м2чоС;
Определим расчётную поверхность:
9. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева
9.1 Расчёт водного экономайзера
С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина | |
Температура газов до экономайзера | пе | 0С | 601,52 | |
Температура газов за экономайзером | эк | 0С | 301,865 | |
Температура питательной воды | Tпв | 0С | ||
Давление пит. воды перед экономайзером | Рэк | кгс/см2 | 48,6 | |
Энтальпия питательной воды | iпв | ккал/кг | 141,3 | |
Тепловосприятие по балансу | Qбэк | ккал/кг | 1310,63 | |
Объёмы газов при среднем избытке воздуха | Vг | м3/кг | 13,3145 | |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | ; | 0,1156 | |
Объёмная доля трёхатомных газов | rRO2 | ; | 0,2343 | |
Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Рэк = 1,08Рб.
Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:
Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):
Где Dэк — пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях Dэк = Dпе =D;
iэк — энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; iэк — энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.
По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 125, на котором указываем 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 | 0,028 | |
Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,022 | |
Количество труб в ряду | z1 | -; | ||
Количество рядов труб по ходу газов | z2 | -; | ||
Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,07 | |
продольный | S2 | м | 0,05 | |
Относительный шаг труб поперечный | S1/d | -; | 2,5 | |
продольный | S2/d | -; | 1,786 | |
Расположение труб змеевика | -; | -; | шахматное | |
Характер взаимного течения | -; | -; | противоток | |
Длина горизонтальной части петли змеевика | l1 | м | 5,1 | |
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения | lпр | м | 5,2 | |
Длина трубы змеевика | l | м | 104,83 | |
Поверхность нагрева ЭКО (по чертежу) | Hэк ч | м2 | 461,06 | |
Глубина газохода | а | м | 1,78 | |
Ширина газохода | b | м | 5,4 | |
Площадь живого сечения для прохода газов | Fг | м2 | 5,972 | |
Средняя эффективная толщина излучающего слоя | Sф | м | 0,118 | |
Глубина газового объёма до пучка | lоб | м | ||
Глубина пучка | lп | м | 1,9 | |
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару | m | шт. | ||
Живое сечение для прохода пара | f | м2 | 0,019 | |
Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.
Для определения к — коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13: н=60 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты:
Сz=1; Сф=1; Сs=1; к = нСzСфСs = 63 111 = 60 ккал/м2чоС;
Для нахождения л используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения `a':
Для незапылённой поверхности kpS = kгrnSp, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2343.
рnS = rnS = 0,23 430,118 = 0,2 765;
По номограмме находим kг = 3,4;
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = 0,5(tэк + tэк) + (4060) = 0,5(154,56+242,96) + 50 = 248,76 оС;
По номограмме находим
Сг=0,97; н=100 ккал/м2чоС; л = наСг =1000,8 970,97= 8,7 ккал/м2чоС;
При расчёте экономайзера на величину л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
9.2 Расчёт воздушного подогревателя
По чертежам парового котла составляем эскиз воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 125, на котором указывают все конструктивные размеры.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя
Наименование величин | Обозн | Раз-ть | Величина | |
Наружный диаметр труб | d | м | 0,04 | |
Внутренний диаметр труб | dвн | м | 0,037 | |
Количество труб в ряду | z1 | ; | ||
Количество рядов труб по ходу газов | z2 | ; | ||
Шаг труб: поперечный | S1 | м | 0,056 | |
продольный | S2 | м | 0,042 | |
Относительный шаг труб: поперечный | S1/d | ; | 1,4 | |
продольный | S2/d | ; | 1,05 | |
Расположение труб | ; | ; | шахматное | |
Характер омывания труб газами | ; | ; | продольный | |
Характер омывания труб воздухом | ; | ; | поперечный | |
Число труб, включённых параллельно по газам | z0 | ; | ||
Площадь живого сечения для прохода газов | Fг | м2 | 2,555 | |
Ширина газохода | b | м | 4,144 | |
Высота одного хода по воздуху (заводская) | hх | м | 2,1 | |
Площадь живое сечение для прохода воздуха | Fв | м2 | 2,6544 | |
Поверхность нагрева ВЗП | Hвп | м2 | 2413,99 | |
Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное; взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха не меньше двух. Расчётно определим число труб, включенных параллельно по газам:
Площадь живого сечения для прохода газа:
Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной заводской конструкции):
Поверхность нагрева ВЗП:
С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин | Обознение | Размерность | Величина | |
Температура газов до воздухоподогревателя | эк | 0С | 301,87 | |
Температура газов за воздухоподогревателем | ух | 0С | ||
Температура воздуха до воздухоподогревателя | tв | 0С | ||
Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя | tгв | 0С | ||
Объёмы газов при среднем избытке воздуха | Vг | м3/кг | 14,0698 | |
Теоретический объём воздуха | V0 | м3/кг | 10,62 | |
Температура воздуха до воздухоподогревателем к теоретически необходимому | вп | -; | 1,05 | |
Объёмная доля водяных паров | rH2O | -; | 0,1102 | |
Тепловосприятие по балансу | Qбвп | ккал/кг | 695,85 | |
Находим скорости газов и воздуха:
Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: Wг=12±3 м/с, а Wв = (0,50,6)Wг = 5,076,08 м/с, однако полученная скорость воздуха больше допустимой принимаем Wв'=6,08 м/c.
Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин. где = 0,7
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяют по формуле:
При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 14: н=29 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты:
Сф=1,1; Сl=1; к = нСфСl = 291,11 = 31,9 ккал/м2чоС;
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:
н= 56 ккал/м2чоС; добавочные коэффициенты:
Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; к = нСzСфСs = 5610,981 = 54,88 ккал/м2чоС;
Температурный напор:
температурный напор можно найти как:
Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией Н. В. Кузнецова. — М.: Энергия, 1973. -296с.
Резников М. И. Парогенераторные установки электростанций. — М.: Энергия, 1974. -360с.
Методические указантя по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В. А., Ривкин А. С., Ушаков С. Г., Шелыгин Б. Л. — Иваново, 1987. -36с.
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.
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.
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.
Александров В. Г. Паровые котлы средней и малой мощности. -Л.: Энергия, 1972.—200с.
Ковалёв А.П., Лелеев Н. С., Виленский Т. В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -376с.