Проверочный расчет парового котла БКЗ-420

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

" ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Наименование факультета — Теплоэнергетический Наименование направления — Промышленная теплоэнергетика Наименование кафедры — ТПТ Проверочный расчет парового котла БКЗ-420

Томск 2009

1. Характеристики энергетического топлива. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

3. Расчет и методика определения энтальпий

4. Тепловой баланс котла и определение расхода топлива

5 Геометрические характеристики котлоагрегата

6. Расчет топки

7. Тепловой расчет ширм

8. Тепловой расчет фестона

9. Тепловой расчет поворотной камеры

10. Тепловой расчет I ступени пароперегревателя (КПП холодной ступени)

11. Тепловой расчет III, IV ступени пароперегревателя (КПП горячей ступени)

12. Расчёт водяного экономайзера второй ступени

13. Тепловой расчёт воздухоподогревателя второй ступени

14. Расчёт водяного экономайзера первой ступени

15. Расчет воздухоподогревателя первой ступени

16. Аэродинамический расчет котла Заключение Список литературы

Паровой котел — это техническое устройство снабженное топкой обогреваемой продуктами сгорания сжигаемого топлива предназначенного для выработки пара (паровой), воды (водогрейный) с давлением выше атмосферного используемого вне его. Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты сгорания различных органических топлив (сланцев, углей, газообразных, жидких). Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке сжигается расчетное количество топлива.

При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично-перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры меняются.

При выполнении расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в выборе рациональной компоновки и определении размеров всех поверхностей нагрева котла (конструктивный расчет) или же в определении температур и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла (поверочный метод).

Целью данной курсовой работы является проверочно-конструктивный расчет котла или отдельных его элементов. Расчет выполняется для существующих конструкций котла с целью определения показателей его работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузок или параметров пара, а так же после проведенной реконструкции поверхности нагрева.

1. Характеристики энергетического топлива

1.1 Характеристики энергетического топлива

Топливо — уголь марки К Кузнецкого бассейна № 36.

Элементный состав топлива [1]:

содержание углерода С^r=49,5%;

содержание водорода Н^r=2,8%;

содержание серы S^r_p+o=0,3%;

содержание кислорода O^r=3,6%;

содержание азота N^r=1,4%;

влага рабочего топлива=8,5%;

зола рабочего топлива A^r=33,9%;

выход летучих V^daf=24,0%;

Низшая теплота сгорания =19,01 МДж/кг;

Зольность на сухую массу A^d=37%;

Предельное значение влаги =12%;

Предельное значение золы A^d=45%;

Приведенное значение влаги =1,87% кг/МДж;

Приведенное значение золы =7,45% кг/МДж;

Теплота сгорания по бомбе = 34,58 МДж/кг.

8,5+33,9+0,3+49,5+2,8+1,4+3,6=100%

Температура плавки: =1170⁰C; =1340⁰C; =1420⁰

Перерасчёт элементного состава твердого топлива на заданные зольность =14% и влажность =10% производится из условия неизменности состава горючей массы.

1.2 Горючая масса топлива с табличными значениями зольности и влажности равны его рабочей массе за вычетом балласта (), то есть

(2.2)

49,5 +2,8 +0,3 +1,4+3,6=100- (33,9+8,5)=56,7

1.3 Горючая масса топлива с заданной зольностью и влажностью будем иметь

C^r +H^r + +N^r +=100-() (2.3)

1.4 Приведя горючую массу табличного и заданного состава топлива к 100% (разделив левую и правую части на 100-() и умножив на 100).

(2.4)

где К-коэффициент перерасчета табличного состава на заданные влажность и зольность

=1,0243

1.5 Сравним между собой отдельные компоненты элементного состава топлива, будим иметь:

(2.5)

50,74 +2,868 +0,307 +1,434 +3,687=100-(30+11) =59

1.6 Низшая теплота сгорания пересчитывается по выражению:

2. Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания

Объемы воздуха и продуктов сгорания при сжигании твердых и жидких топлив в атмосферном воздухе определяется по приведенным ниже формулам.

2.1 Теоретическое количество сухого воздуха

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива (коэффициент избытка воздуха = 1).

;

=0,0889•(50,74+0,375•0,307)+0,265•2,868−0,0333•3,687= 4,58 м³/кг.

2.2 Теоретические объемы продуктов сгорания

Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха ( = 1).

2.2.1 Азота

;

=0,79•4,58+0,8•1,434/100=3,628 м³/кг.

2.2.2 Трехатомных газов

;

=1,866•0,01•(50,74+0,375•0,307)=1,25 м³/кг.

2.2.3 Водяных паров

;

=0,111•2,869+0,0124•11+0,0161•4,58=0,5284 м³/кг.

Избыток воздуха определяется по рекомендациям. б=1,15ч1,25 — для твердого топлива, принимаю б =1,12

2.3 Средние объёмные характеристики продуктов сгорания

2.3.1 Объем водяных паров

;

2.3.2 Объем дымовых газов

;

2.3.3 Объемные доли трехатомных газов

;

2.3.4 Объёмная доля всех водяных паров

;

2.3.5 Концентрация золы в продуктах сгорания

где — доля золы топлива, уносимой газами; определяется по таблице ХVIII, XIX и XXI. Для котлов с твердым шлакоудалением = 0,95;

— масса продуктов сгорания

;

Величины объемов и подсчитываем раздельно для топки и других поверхностей нагрева, расположенных за топкой по ходу дымовых газов по средним значениям коэффициента избытка воздуха. Результаты этих расчетов заношу в таблицу 1.

Таблица № 1 — Средние объемные характеристики продуктов сгорания.

2.4 Определение присосов воздуха

После определения компоновки поверхностей нагрева по газоходам котла, необходимо принять величину коэффициента избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха в газоходах, где располагаются поверхности нагрева котла.

При избытке воздуха расчёт ведется по (2, таблице 4.4) в зависимости от типа топочных устройств и рода сжигаемого топлива. Коэффициент избытка воздуха в топке при сжигании каменного угля, примем. Определим коэффициенты избытка воздуха для поверхностей нагрева.

1- топка

2- ширмовый пароперегреватель, фестон и поворотная камера

3- конвективный пароперегреватель I ступени

4- конвективный пароперегреватель III, IV ступени

5- водяной экономайзер 2 ступени

6- воздухоподогреватель 2 ступени

7- водяной экономайзер 1 ступени

8- воздухоподогреватель 1 ступени

После определения компоновки поверхностей нагрева по газоходам котла, принимаем величину коэффициента избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха в газоходах, где располагаются поверхности нагрева котла.

Эти величины определяем по [1, таб. XVIII-XXI] в зависимости от типа топочных устройств и рода сжигаемого топлива.

Коэффициент избытка воздуха в топке при сжигании каменных углей принимается 1,15 1,2. Принимаем .

Рис. 2.1 Компоновка поверхностей нагрева парового котла.

Коэффициент избытка воздуха за i-ой поверхностью по ходу движения дымовых газов после топки определится как

(3.5)

где — присосы воздуха в i-ой поверхности нагрева.

2.4.1 Коэффициент избытка воздуха за ширмовым пароперегревателем:

(3.6)

2.4.2 Коэффициент избытка воздуха за фестоном:

(3.7)

2.4.3 Коэффициент избытка воздуха за поворотной камерой:

(3.8)

2.4.4 Коэффициент за конвективным пароперегревателем I ступени:

(3.9)

2.4.5 Коэффициент за конвективным пароперегревателем III ступени:

(3.10)

2.4.6 Коэффициент за конвективным пароперегревателем IV ступени:

(3.11)

2.4.7 Коэффициент за второй ступенью водяного экономайзера:

(3.12)

2.4.8 Коэффициент за второй ступенью воздухоподогревателя:

(3.13)

2.4.9 Коэффициент за первой ступенью водяного экономайзера:

(3.14)

2.4.10 Коэффициент за первой ступенью воздухоподогревателя (в уходящих газах):

3. Расчёт и методика определения энтальпий

3.1 Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха

Данная величина определяется при температуре, С

кДж/кг (кДж/м³).

3.2 Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха = 1 и температуре ,С

кДж/кг (кДж/м³).

3.3 Энтальпия золы в дымовых газах

кДж/кг.

3.4 Энтальпия дымовых газов на 1 кг сожженного топлива

кДж/кг (кДж/м³)

Рассчитанные данные занесу в таблицу 2.

Таблица 2. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания (I- таблица)

4. Тепловой баланс котла и определение расхода топлива

Составление теплового баланса котла имеет своей целью определение коэффициента его полезного действия и расхода топлива.

4.1 Коэффициент полезного действия

При расчете котла коэффициент полезного действия определяется из обратного баланса по выражению:

где — потери тепла в котлоагрегате, %.

4.1.1 Потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива

Потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива принимаются в зависимости от вида сжигаемого топлива, типа топочного устройства и способа сжигания [1,табл. XVIII — XXI].

При сжигании твердого топлива в камерных топках с твердым шлакоудалением величину рекомендуется принимать равной нулю (=0).

4.1.1.1 Механическая неполнота сгорания

Приведенная зольность топлива:

Принимаю =1% [1, табл. XVIII]

4.1.2 Потеря тепла от наружного охлаждения котла

для стационарных котлов принимается по [1,рис. 5.1] =0,4%.

4.1.3 Потеря с теплом шлака

Потеря с теплом шлака вводится в расчет для всех твердых топлив в камерном сжигании с твердым шлакоудалением.

=,

где ;

С — теплоемкость золы принимается при твердом шлакоудалении tшу=560;

Располагаемое тепло для данного типа котла определяется по формуле

++(1-k)•,

где — низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;

— физическое тепло топлива, кДж/кг;

— тепло затраченное на разложение карбонатов при сжигании сланцев, кДж/кг;

(1-k)• - слагаемое, учитывающееся только при сжигании сланцев[1,стр.29];

— величина физического тепла топлива. Для каменного угля эту величину принимают равной нулю (=0),.

=19 415,9 кДж/кг.

.

4.1.4 Потеря тепла с уходящими газами

Потеря тепла с уходящими газами определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из последней поверхности нагрева и холодного воздуха:

где — энтальпия уходящих газов при избытке воздуха aух=1,36

и температуре=150. =1446,75 кДж/кг;

— энтальпия теоретически необходимого количества воздуха на входе в воздушный тракт, кДж/кг. Принимаю температуру холодного воздуха равной 30^оС, тогда =184,43кДж/кг;

— отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому

где Дaпп = 0.1 присосы в системе пылеприготовления с учетом возможных нарушений плотности во время эксплуатации; определяется по табл. XVII,[1].

— отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому.

— энтальпия воздуха, присасываемого в газоходах котла

где — теплоёмкость влажного воздуха при

.

4.2 Коэффициент сохранения тепла

;

=1−0,4/(92,584+0,4)=0,9957

4.3 Полный расход топлива подаваемого в топку

где — тепло, полезно используемое в котлоагрегате, кДж/кг; - тепло, внесенное в топку воздухом, в случае подогрев его вне котла, кДж/кг. =0. — тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром при сжигании мазута), кДж/кг. =0.

Тепло, полезно используемое в котлоагрегате

Теплосодержание перегретого пара. Определим по давлению таблица III

Теплосодержание питательной воды:

Определим по

Теплосодержание воды при насыщении.

Энтальпия кипящей воды для непрерывной продувки, определяется при давлении в барабане. Тепло использованное в котлоагрегате, определяется по заданной паропроизводительности котла, энтальпии перегретого пара и питательной воды с учётом непрерывной продувки.

. (5.8)

Где количество выработанного перегретого пара;

— расход воды на продувку котла, (по заданию равно 0,05)

.

Полный расход топлива.

4.4 Расчетный расход топлива

В дальнейшем все расчеты веду по величине расчетного расхода топлива .

5 Геометрические характеристики котлоагрегата

5.1 Топочная камера

Эскиз топочной камеры

5.2 Ширмовые перегреватели

5.3 Фестон

Эскиз фестона

5.4 Поворотная камера

5.5 II ступень ВЭК

Эскиз экономайзера

5.6 II ступень ВЗП

Эскиз воздухоподогревателя

5.7 I ступень ВЭК

5.8 I ступень ВЗП

5.9 I ступень пароперегревателя (КПП холодной ступени)

Эскиз пароперегревателя первой ступени

5.10III, IV ступени пароперегревателя (КПП горячая ступени)

6. Расчёт топки

6.1 Цель, задачи и порядок расчета топки

6.1.1 Цель расчета топки

Поверочный расчет топки существующего котла проводится с целью последующей оценки её работы в непроектных условиях, а также для получения данных, которые в качестве исходных используются при расчете элементов котла, расположенных за топкой.

6.1.2 Задачи поверочного расчета топки

Задачей поверочного расчета топки является определение расчетных параметров работы топки в непроектных условиях при неизменной её конструкции: температуры газов на выходе из топки; лучистого тепла, воспринимаемого поверхностями нагрева топки; теплового напряжения топочного объема; теплового сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения; теплового напряжения стен топочной камеры.

6.1.3 Порядок поверочного расчета топки

Поверочный расчет топки проводится в следующем порядке:

1) определяются конструктивные характеристики топки;

2) рассчитываются (или принимаются по Нормам) тепловые характеристики топки;

Следует отметить, что при определении некоторых из них, в частности, средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания и критерия поглощательной способности, необходимо уже знать температуру газов на выходе из топки. Поэтому этой температурой следует задаться.

3) рассчитывается температура газов на выходе из топки по [1, ном.4], получаемое значение сравнивается с предварительно принятым. Если температура газов на выходе из топки, полученная по номограмме, не будет отличаться от принятой ранее большее, чем на 100С, то расчет на этом заканчивается и для последующих расчетов принимается значение температуры газов на выходе из топки, определенная расчетом, либо по номограмме. В противном случае необходимо задаться другим значением температуры газов на выходе из топки и повторить расчет.

4) определяется количество лучистого тепла, воспринимаемое поверхностями нагрева топки; тепловое напряжение сечения топки в зоне наибольшего тепловыделения и тепловое напряжение стен топочной камеры.

6.2 Тепловые характеристики топки

К тепловым характеристикам топки относят коэффициент тепловой эффективности экранов ш, среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания (Vc)_ср; параметр M, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена уровня расположения горелок, критерий поглощательной способности (критерий Бугера) Bu.

6.2.1 Коэффициент тепловой эффективности экранов

Коэффициент тепловой эффективности равен произведению углового коэффициента x на коэффициент ж, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией ш= x•ж;

Так как стены топки закрыты экранами с разными значениями коэффициента тепловой эффективности ш, среднее значение коэффициента тепловой эффективности

где — коэффициент тепловой эффективности отдельной поверхности топки площадью;

Топка котла имеет следующее экранирование: стены топки покрываются испарительными поверхностями нагрева, на потолке расположен радиационный пароперегреватель.

Определяем следующие коэффициенты тепловой эффективности: для экранных стен топочной камеры, выходного газового окна .

6.2.2 Угловой коэффициент гладкотрубных экранов

Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции по номограмме 1 [1]:

Для однорядного настенного экрана номограмма 1а, кривая 3 xвых = 1

Для газового окна xго = 1

6.3.3 Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией

Коэффициент ж, учитывающий снижение тепловосприятия экрана при его загрязнении или закрытии его поверхности изоляцией, принимается по [1], в зависимости от вида сжигаемого топлива. Для каменных углей принимаются следующие коэффициенты [1, табл. 6−3]:

Для настенных гладкотрубных экранов в камерных топках ж_ЭК=0,45.

Для выходного окна топки, отделяющего топку от расположенной за ним поверхности нагрева, коэффициент ж_го определяется по формуле ж_вых =ж_эк•в, где ж — коэффициент; принимается по таблице 6.3 [1], таким же, как для настенных экранов;

в — коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева. При размещении за окном топки ширм коэффициент в принимается равным 0,6 при сжигании твердых топлив.

ж_вых =0,45•0,6=0,27;

коэффициенты тепловой эффективности

= x_эк•ж_ЭК=1•0,45=0,45;

= x_го•ж_вых=1•0,27=0,27;

=(0,45•968,3+0,27•59,4)/1027,7=0,439.

6.2.4 Параметр М

Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов, определяется по [1.п.6−18].

Для камерных топок параметр М рассчитывается по формуле М=М_о•(1−0,4•x_г)•.

6.3.5 Параметр М_о

М_о — коэффициент, принимается для пылеугольных топок с твердым шлакоудалением при встречном расположении горелок М_о=0,44.

6.3.6 Величина x_г

x_г — величина, характеризующая относительный уровень расположения горелок в топке.

x_г =h_Г/H_Т,

где H_Т — расчетная высота топки, определяется как расстояние от середины холодной воронки до середины выходного окна топочной камеры H_Т=22,47 м;

h_Г =3,45 м;

x_г =3,45/22,47=0,154.

6.3.7 Параметр забалластированности топочных газов

;

где r = 0 — коэффициент рециркуляции.

.

=0,45

6.3.8 Полезное тепловыделение в топке

где — располагаемое тепло топлива, кДж/кг;

— тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/кг.

6.3.9 Тепло, вносимое в топку с воздухом

гдеэнтальпия теоретически необходимого количества воздуха, определяется по таблице 2 при температуре воздуха за воздухоподогревателем, которую необходимо принять по рекомендациям [1, табл. II-2 ];

Для топок с твердым шлакоудалением при сжигании каменных и тощих углей t_ГВ=300ч420 ^оС.

Принимаю t_ГВ=400 ^оС, тогда =2481,1 кДж/кг;

Энтальпия присасываемого воздуха определяется по температуре холодного воздуха () равной 30С. =184,43 кДж/кг.

=1,03•2481,1+(0,2+0,01)• 184,439=2537,09 кДж/кг

=19 415,9•(100-(0+1+0,0433))/(100−1)+2537,09=21 874,54 кДж/кг.

6.3.10 Адиабатическая температура горения

Адиабатическая температура горения — это такая температура газов, которая была бы в топке, если бы в ней отсутствовал какой-либо теплообмен, и все выделяющееся тепло затрачивалось на нагрев дымовых газов, т. е. в адиабатных условиях горения.

Адиабатическая температура горения определяется по полезному тепловыделению в топке Q_Т=21 874,54 при избытке воздуха б_Т =1,2 по таблице 2.

=2080,07С.

6.3.11 Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива

где — температура дымовых газов на выходе из топки, С;

— энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре и избытке воздуха на выходе из топки, кДж/кг;

— полезное тепловыделение в топке, кДж/кг;

— адиабатическая температура горения, С.

Величина температуры дымовых газов на выходе из топки неизвестна, и ее определение является одной из основных задач теплового расчета топки. В связи с этим, прежде чем определять величину, необходимо задаться температурой газов на выходе из топки.

Принимаю = 1150 ^оС по рекомендациям [1], тогда

=14 407,9 кДж/кг;

=(21 874,54 -12 872)/(2080,07−1295)=11,47 кДж/(кг•К).

6.3.12 Критерий Бугера

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера).

Bu=kps,

где k — коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м•МПа). Рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов (RO₂, H₂O) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и кокса;

p — давление в топочной камере, МПа. Для котлов без наддува p=0,1 МПа;

s — эффективная толщина излучающего слоя, м.

6.3.13 Коэффициент поглощения топочной среды

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды

k=k_Г+k_ЗЛ•м_ЗЛ+k_КОКС•м_КОКС,

где k_Г — коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO₂, H₂O), определяется по формуле

где — суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания. =0,2472; р=0,1 -давление в топочной камере, для парогенераторов без наддува; k_г=0,906

— температура газов на выходе из топки. =1295+273=1568 К;

— объёмная доля водяных паров в продуктах сгорания. =0,09;

kм_ЗЛ — коэффициент поглощения лучей частицами золы, определяется по формуле

kм_ЗЛ =,

где м_ЗЛ — концентрация золы в продуктах сгорания, определяется по таблице1.

м_ЗЛ=0,01;

— коэффициент для топок с твердым шлакоудалением принимается по таблице 6.1[1]. Для каменных углей=0,8.

kм_ЗЛ=

kм_КОКС — коэффициент поглощения лучей частицами кокса; принимается по таблице 6.2. Для каменных углей kм_КОКС=0,2.

k=k_г+ kм_ЗЛ+ kм_КОКС

k=0,63+1,65+0,2=2,48(м•МПа)

Bu=k· p·s

Bu=2,48•0,1•6,9=1,71.

6.3.14 Эффективное значение критерия Бугера

Эффективное значение критерия Бугера определяется по формуле:

;

=1,6· ln=0,92.

6.4 Расчет температуры газов на выходе из топки и других показателей работы топки

6.4.1 Расчет температуры газов на выходе

Расчет температуры газов на выходе из топки при заданных конструктивных характеристиках производится по формуле

где =+273=2080,07+273,15=2353,22 К;

=,

т.к. (расч. ч прин.)<100, то =1294^оС;

=12 872 кДж/кг.

6.4.2 Количество тепла, передаваемое в топке излучением

;

=0,9957•(21 874,54−12 872)=8963,81 кДж/кг.

6.4.3 Удельная нагрузка стен топки

;

=16,57•8963,81/(0,45*968,3+0,27*59,4) =328,72 кВт/м².

6.4.4 Удельное тепловое сечение зоны активного горения

;

=16,57•8963,81/(9,024•15,744)=1045,27 кВт/м².

6.4.5 Тепловое напряжение объема топочной камеры

;

=16,57•8963,81/1036, 8 =143,23 кВт/м³.

7. Тепловой расчёт ширм

Ход пара в ширмовых перегревателях, включает в себя охлаждающий впрыск. Ширмы делятся на средние и крайние, между ними впрыск. В связи с этим порядок расчета примем следующий: данные которые не подлежат изменению в районе ширм сведем в пункт 7.1−7.3. Затем данные для средних ширм сведем в пункт 7.4

Характеристику впрыска сведем в пункт 7.5, крайние ширмы — 7.6

7.1 Температура дымовых газов на входе в ширмы (из расчёта топки)

7.2 Энтальпия дымовых газов на входе в ширмы (из расчёта топки)

7.2.3 Температура дымовых газов на выходе из ширм

по рекомендации на 150−300° меньше.

7.2.4 Энтальпия дымовых газов на выходе из ширм

по таблице 2.

7.2.5 Средняя температура дымовых газов

;

7.3 Конвективное тепловосприятие ширм

7.3.1 Тепловая нагрузка входного окна

7.3.2 Лучистое тепло, воспринятое плоскостью входного сечения ширм

7.3.3 Тепло излучения из топки, проходящее через ширмы

кДж/кг, где a = 0,38- степень черноты потока газов (по номограмме 2);

— угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм

7.3.4 Тепло излучения из ширм на последующие поверхности нагрева

7.3.5 Количество лучистого тепла проходящего через ширмы

= + =304,11 кДж/кг

7.3.6 Количество лучистого тепла, попадающего на ширмы и дополнительные поверхности нагрева

— =209,45 кДж/кг

7.3.7 Количество лучистого тепла воспринятого экранами

7.3.8 Тепловосприятие ширм по балансу

Q_б =0.9957(12 862,78−11 600)=1145.28

7.3.9 Из них на дополнительные пов-ти средних ширм

Принимается в пределах [80 400], принимаем

=112 кДж/кг — принимаем

7.4 Средние ширмы

7.4.1 Температура пара на входе

7.4.2 Энтальпия пара на входе

(табл. XXV)

7.4.3 Температура пара на выходе

7.4.4 Энтальпия пара на выходе

(табл. XXV)

7.4.5 Средняя температура пара

7.4.6 Температура загрязненной поверхности

Коэффициент загрязнения ширмового пароперегревателя, определяется по по [1, стр.70].

7.4.7 Температурный напор

7.4.8 Тепловосприятие ширм по уравнению теплообмена

к- коэффициент теплопередачи

- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

— коэффициент использования (по п.7−49)

— средний коэффициент теплоотдачи конвекцией

— средний коэффициент теплоотдачи конвекцией

— коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании (номограмма14)

— коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании (номограмма12)

— коэффициент загрязнения (по п. 7.49)

7.4.9 Тепловосприятие доп. поверхностей по уравнению теплообмена

7.5 Впрыск первый

7.5.1 Температура пара на входе

7.5.2 Энтальпия пара на входе

(табл. XXV)

7.5.3 Температура пара на выходе

7.5.4 Энтальпия пара на выходе

(табл. XXV)

7.5.5 Количество впрыскиваемого конденсата

7.6 Крайние ширмы

7.6.1 Температура пара на входе

7.6 .2 Температура пара на выходе

7.6 .3 Энтальпия пара на входе

7.6.4 Энтальпия пара на выходе

7.6 .5 Средняя температура пара

7.6 .7 Температура загрязненной поверхности

7.6.8 Температурный напор

7.6 .9 Тепловосприятие ширм по уравнению теплообмена

7.6.10 Тепловосприятие доп. поверхностей по уравнению теплообмена

7.7 Итог

7.7.1 Суммарное тепловосприятие ширм

7.7.2 Относительная невязка баланса

;

Такая невязка баланса является допустимой, т.к. она не превышает 2%, и на дальнейшие расчёты не окажет существенного влияния.

Далее расчеты сведем в таблицы.

8. Расчет фестона

9. Поворотная камера

;

10. I ступень пароперегревателя (КПП холодной ступени)

;

11. III, IV ступени пароперегревателя (КПП горячая ступени)

Расположение 3 и 4 ступеней КПП в опускном газоходе подобно. Но в следствии наличия впрыска температурные напоры различны, а следовательно энтальпия газов различна. Температура газов на входе в 3 и 4 ступень одинакова, а на выходе примем в расчете среднюю температуру Расчет 3 и 4 ступеней КПП сведен в таблицы, аналогично расчету района ширм

11.1 Общее

11.2 III ступень КПП

11.3 Впрыски второй

11.4 IV ступень КПП

11.5 Итог

;

12. ВЭК II ступени

;

13. ВЗП II ступени

;

14. ВЭК I ступени

;

15. ВЗП I ступени

;

Уточнение параметров баланса

16. Аэродинамический расчет котла

В_р =16,57 кг/с; _т = 1,2; V⁰ =4,58 м³/кг; V_г =6,021 м³/кг;

Таблица 3. Исходные данные

16.1 Расчет аэродинамического сопротивления участка газового тракта в пределах котла Разряжение газов на выходе из топки h_т =2 мм.вод.ст. 5, п.2−56];

Сопротивление ширмового пароперегревателя

при 5, п.2−5

(сопротивление ширм учитывается только при скоростях более 10 м/с);

Сопротивление «горячей» ступени пароперегревателя (КПП2);

Динамическое давление ступени (КПП2):

мм.вод.ст. 5, рис. VII-2 (значение взято для скорости газов и средней температуры дымовых газов в ступени);

Коэффициент сопротивления коридорных гладкотрубных пучков при поперечном омывании:

при ,

где коэффициентыопределены по графикам [5, стр. 190−191].

Сопротивление КПП2 с учетом поправочного коэффициента

мм.вод.ст.,

где к=1,2- поправочный коэффициент для змеевиковых пакетов и ширмовых поверхностей при нормальной степени загрязнения [5, п.п. 2−9]

Сопротивление «холодной» ступени конвективного пароперегревателя (КПП1)

Динамическое давление ступени (КПП1): мм.вод.ст. 5, рис. VII-2 (значение взято для скорости газов и средней температуры дымовых газов в ступени);

Коэффициент сопротивления коридорных гладкотрубных пучков при поперечном омывании: при, коэффициент найден [5, стр. 191]

Сопротивление КПП1 с учетом поправочного коэффициента

мм.вод.ст.

Сопротивление поворотной камеры:

Поворот на 90⁰ (см. рис. 2)

Рис. 3. Поворотная камера конвективного газохода Динамическое давление в ВЭ2: мм.вод.ст. 5, рис. VII-2;

Сечение газохода в начале поворота:

(рис. 3.)

Сечение газохода в конце поворота:

(рис. 3.)

Отношение площадей:

Значение для произведения для колен с острыми кромками (без закругления кромок) равен:

5, п.п. 1−29;

Коэффициент, зависящий от угла поворота В = 1 при угле поворота 90, 5, п.п. 1−29;

Коэффициент, зависящий от форм сечения С = 1 для колен с острыми кромками, 5, п.п. 1−29;

Коэффициент сопротивления на повороте

5, п.п. 1−29;

Сопротивление поворота:

Сопротивления шахматных гладкотрубных пучков при поперечном омывании водяного экономайзера второй ступени-ВЭ2:

Коэффициент, учитывающий форму шахматного пучка С_s = 1,04 5, рис. VII-7;

Коэффициент С_d = 1,0 5, рис. VII-7;

h_гр=0,54 мм.вод.ст Сопротивление одного ряда шахматного пучка

h₀ = C_s*C_d*h_гр = 1,04*1,0*0,54 =0,562 мм.вод.ст.

Z_р-число рядов для второй ступени ВЭ2 равно 16, тогда

мм.вод.ст.

Расчет сопротивления воздухоподогревателя второй ступени-ВП2:

h_тр = h_гр*l, мм.вод.ст Сопротивление трения на 1 метр длины труб:

h_гр =2,2 мм.вод.ст./м 5, рис. VII-4;

Длина труб l =1,619 м.

Сопротивление трения в трубах ВП2:

h_тр =h_гр*l =2,2*1,619=3,562 мм.вод.ст.

Сопротивления шахматных гладкотрубных пучков при поперечном омывании водяного экономайзера первой ступени-ВЭ1:

Коэффициент, учитывающий форму шахматного пучка С_s = 1,02 5, рис. VII-7;

Коэффициент С_d = 1,0 5, рис. VII-7;

h_гр=0,8 мм.вод.ст Сопротивление одного ряда шахматного пучка

h₀ = C_s*C_d*h_гр = 1,02*1,0*0,8 =0,816 мм.вод.ст.

Z_р-число рядов для первой ступени ВЭ1 равно 48, тогда

мм.вод.ст.

Расчет сопротивления воздухоподогревателя первой ступени-ВП1:

h_тр = h_гр*l, мм.вод.ст Сопротивление трения на 1 метр длины труб:

h_гр =2,0 мм.вод.ст./м 5, рис. VII-4;

Длина труб l =2,017 м.

Сопротивление трения в трубах ВП2:

h_тр =h_гр*l =2*2,017=4,034 мм.вод.ст.

Отношение меньшего сечения труб к большему:

ВП2:

F_м/F_б = (0,785*d²_вн)/(S₁* S₂) =(0,785*0,032²)/(0,064*0,048) = 0,261 5, п.п. 2−22;

Коэффициент сопротивления входа: _вх =0,37 5, рис. VII-11;

Коэффициент сопротивления выхода: _вых =0,6 5, рис. VII-11;

Количество отдельных кубов m = 2;

Динамическое давление H_дин =3,7 мм.вод.ст. 5, рис. VII-2;

Сопротивление входа в трубы и выхода из них:

h_дин = m (_вх + _вых)*H_дин =2*(0,37 + 0,6)*3,70 =7,178 мм.вод.ст.

Общее сопротивление ВП2 с учетом поправочного коэффициента:

h_ВП = (h_тр + h_дин)*К = (4,034+7,178)*1,0 =11,212 мм.вод.ст.

ВП1:

F_м/F_б = (0,785*d²_вн)/(S₁* S₂) =(0,785*0,032²)/(0,060*0,082) = 0,163 5, п.п. 2−22;

Коэффициент сопротивления входа: _вх =0,41 5, рис. VII-11;

Коэффициент сопротивления выхода: _вых =0,75 5, рис. VII-11;

Количество отдельных кубов m = 2;

Динамическое давление H_дин =5,4 мм.вод.ст. 5, рис. VII-2;

Сопротивление входа в трубы и выхода из них:

h_дин = m (_вх + _вых)*H_дин =2*(0,41 + 0,75)*5,4 =12,528 мм.вод.ст.

Общее сопротивление ВП1 с учетом поправочного коэффициента:

h_ВП = (h_тр + h_дин)*К = (4,034 +12,528)*1,0 =16,562 мм.вод.ст.

16.3Аэродинамический расчет газопроводов. Выбор золоуловителя.

Средний объем дымовых газов за ВП1: V_г = 6,77 м³/кг;

Присосы воздуха за ВП1: _вп1 = 0,03 табл. 1;

Теоретический объем воздуха: V⁰ = 4,58 м³/кг;

Объем уходящих газов: V^ух_г=V_г+_вп*V⁰ =4,58+0,03*6,03 =5,16 м³/кг.

Часовой расход уходящих газов:

V^ух_час=В_р*V^ух_г((_д+273)/273)*3600=16,57*5,16*(428,07/273)*3600= 356,2*10³ м³/час.

В качестве золоуловителя выбираем батарейный циклон для котлов с производительностью 200 т/час. Типоразмер батарейного циклона: УГ2−3-53−01. [5, таб. III-4]

Расчет сопротивления участка от выхода из воздухоподогревателя до входа в золоуловитель (Приложение1).

16.4 Компоновка газового тракта от выхода из котла до золоуловителя

(участка II Г) и расчет его аэродинамического сопротивления Расчет сопротивления трения на II участке (от выхода из котла до золоуловителей)

h_II=h+h_диф+h_кор+h_тр

Расчет сопротивления раздающего короба Площадь сечения подводящего канала

F_под = ha = 1,2059,536=13,947 м².

Площадь сечения отводящего канала

F_отв = hb= 1,205*6 = 7,23 м².

Коэффициент сопротивления раздающего короба [5, п. 1−43].

z_короб = 1,1 + 0,7(F_под / 2F_отв)²=1,1+0,7(13,947 /27,23)² =1,751

Скорость на входе в короб и на выходе из него

м/с.

м/с.

Динамическое давление [6, рис. VII-2] h_дин =4,4 мм вод. ст.