Расчет парового котла БКЗ 420-140

Содержание Введение Задание на курсовой проект

1. Расчетные характеристики топлива. Выбор типа шлакоудаления. Выбор температуры горячего воздуха и компоновки хвостовых поверхностей нагрева

1.1 Расчетные характеристики заданного энергетического топлива

1.2 Выбор способа шлакоудаления

1.3 Выбор температуры горячего воздуха и компоновка хвостовых поверхностей нагрева

2. Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха по отдельным частям газохода

3. Объем и энтальпия продуктов сгорания и воздуха

3.1 Объемы теоретического количества воздуха и продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха

3.2 Действительные объемы продуктов сгорания по газоходам при коэффициенте избытка воздуха больше единицы

3.3 Энтальпия продуктов сгорания по газоходам

3.4 Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата

3.5 Определение расхода топлива на котел

4. Тепловой расчет топочной камеры

4.1 Конструктивные и тепловые характеристики топочной камеры

4.2 Расчет теплообмена в топке

5. Расчет тепловосприятия радиационных поверхностей пароперегревателя

6. Поверочный расчет ширмового пароперегревателя

7. Расчет конвективного пароперегревателя

8. Расчет воздухоподогревателя первой ступени

9. Расчет водяного экономайзера первой ступени

10. Расчет воздухоподогревателя второй ступени

11. Расчет водяного экономайзера второй ступени

12. Составление прямого баланса котла

13. Аэродинамический расчет котельного агрегата

13.1 Исходные данные

13.2 Сопротивление ширмового пароперегревателя

13.3 Сопротивление конвективного пароперегревателя

13.4 Сопротивление водяных экономайзеров первой и второй ступени

13.5 Сопротивление трубчатого воздухоподогревателя первой ступени

13.6 Сопротивление трубчатого воздухоподогревателя второй ступени

13.7 Расчет сопротивления газоходов

13.8 Сопротивления золоуловителя

13.9 Расчет сопротивления дымовой трубы

13.10 Расчет самотяги конвективной шахты котла

13.11 Расчет самотяги дымовой трубы

13.12 Расчет перерпада сопротивлений по газовому тракту котла

13.13 Выбор типоразмера дымососа. Определение его производительности, напора и мощности привода Заключение Список использованных источников

Введение

Паровой котел — это основной агрегат тепловой электростанции (ТЭС). Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительность при обеспечении установленной температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива.

Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котельный агрегат должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и питательной воды, с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.

Номинальное давление пара — наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.

Номинальные температуры пара высокого давления (свежего пара) и пара промежуточного перегрева (вторично-перегретого пара) — температуры пара, которые должны обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем, с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.

Номинальная температура питательной воды — температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечения номинальной паропроизводительности.

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

Задание на курсовой проект Курсовой проект включает в себя тепловой расчет (состоящий из конструкторского и поверочного) котельного агрегата БКЗ-420−140. Цель конструкторского расчета состоит в выборе рациональной компоновки и определении размеров всех поверхностей нагрева котла. Поверочный расчет состоит в определении температур и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева котла. Кроме этого выполняется аэродинамический расчет тяги, выбор дымососа.

Таблица № 1 — Исходные данные для курсового проекта

1. Расчетные характеристики топлива. Выбор типа шлакоудаления. Выбор температуры горячего воздуха и компоновки хвостовых поверхностей нагрева

1.1 Расчетные характеристики заданного энергетического топлива Расчетные характеристики энергетического топлива представлены в следующей таблице:

Таблица № 2 — Расчетные характеристики топлива

1.2 Выбор способа шлакоудаления Так как температура плавления золы < 1350, то выбираем топку с жидким шлакоудалением. Эскиз топки с жидким шлакоудалением приведен на рисунке № 1

А — А

1 — Лётка Рисунок № 1 — Эскиз топки с жидким шлакоудалением

1.3 Выбор температуры горячего воздуха и компоновка хвостовых поверхностей нагрева Температура горячего воздуха выбирают из зависимости от типа шлакоудаления и от характеристик топлива. Выбираем температуру горячего воздуха =390.

Так как температура горячего воздуха больше 320⁰С, то выбираем двухступенчатую компоновку хвостовых поверхностей нагрева. Схема расположения низкотемпературных поверхностей нагрева приведена на рисунке 2.

Рисунок № 2 — Схема расположения низкотемпературных поверхностей нагрева

1 — Водяной экономайзер второй ступени, 2 — Воздухоподогреватель второй ступени, 3 — Водяной экономайзер первой ступени, 4 — Воздухоподогреватель первой ступени.

2. Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки и присосы воздуха по отдельным частям газохода Значение коэффициента избытка воздуха на выходе из топки выбирается в зависимости от вида сжигаемого топлива и топочного устройства

=1,2

Присосы холодного воздуха по газоходам парогенератора

принимаются по

=0,04

— присос холодного воздуха в пылесистеме

=0,06

— присос холодного воздуха в топочной камере

=0,03

— присос холодного воздуха в пароперегревателе

=0,02

— присос холодного воздуха в водяном экономайзере

=0,03

— присос холодного воздуха в воздухоподогревателе

Коэффициент избытка холодного воздуха после пароперегревателя определяется по следующему выражению:

=

=

Коэффициент избытка холодного воздуха после водяного экономайзера второй ступени определяется по следующему выражению:

(2)

Коэффициент избытка холодного воздуха после воздухоподогревателя второй ступени определяется по следующему выражению:

Коэффициент избытка холодного воздуха после водяного экономайзера первой ступени определяется по следующему выражению:

Коэффициент избытка холодного воздуха после воздухоподогревателя первой ступени определяется по следующему выражению:

На рисунке № 3 представлены все присосы холодного воздуха в котельной установке Рисунок № 3 — Присосы холодного воздуха в котельной установке

Найденные значения коэффициентов избытка воздуха дадут возможность найти действительное количество воздуха, действительные объемы продуктов сгорания после каждой поверхности нагрева.

3. Объем и энтальпия продуктов сгорания и воздуха

3.1 Объемы теоретического количества воздуха и продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха

Теоретический объем воздуха, для сжигания одного кг твердого топлива, определяется по следующей формуле:

где — количество углерода на рабочую массу топлива, % (таблица 2);

количество серы на рабочую массу топлива, % (таблица 2);

количество водорода на рабочую массу топлива, % (таблица 2);

количество кислорода на рабочую массу топлива, % (таблицу 2).

Теоретический объем азота, находится по следующей формуле:

где теоретически необходимый объем воздуха, (формула 6);

количество азота на рабочую массу топлива, % (таблица 2).

Объем трехатомных газов, определяется по следующей формуле:

где количество углерода на рабочую массу топлива, % (таблица 2);

количество серы на рабочую массу топлива, % (таблица 2).

Объем водяных паров определяется по следующей формуле:

где количество водорода на рабочую массу топлива, % (таблица 2);

влажность топлива на рабочую массу, % (таблица 2);

теоретически необходимый объем воздуха, (формула 6).

Суммарный объем всех паров, находится по формуле:

3.2 Действительные объемы продуктов сгорания по газоходам при коэффициенте избытка воздуха больше единицы Объем газов, их масса, а также концентрация угольной пыли, подсчитанные для различных участков газохода и занесены в следующую таблицу

Таблица № 3 — Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трехатомных газов и концентрация золовых частиц

3.3 Энтальпия продуктов сгорания по газоходам При сжигании твердого топлива энтальпия дымовых газов, подсчитывается по следующей формуле:

где объем трехатомных газов, (формула 8);

теплоемкость трехатомных газов, ;

теоретический объем водяных паров, (формула 9);

теплоемкость водяных паров, ;

теоретический объем азота, (формула 7);

теплоемкость азота, .

Энтальпия воздуха определяется из следующего выражения:

где теоретически необходимый объем воздуха, (формула 6);

теплоемкость воздуха, .

Найдем приведенную величину уноса золы из топки:

где доля золы топлива, уносимая газами;

приведенная зольность топлива, которая находится по следующей формуле:

Так как приведенная зольность меньше 1,4%, то теплосодержание золы можно не учитывать Энтальпия продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого топлива, подсчитывается по формуле где энтальпия теоретического объема продуктов сгорания, (формула 11);

коэффициент избытка воздуха за соответствующей поверхностью нагрева;

энтальпия теоретического объема воздуха, (формула 12).

Подсчитанные значения энтальпий заносим в следующую таблицу

Таблица № 4 — Энтальпия продуктов сгорания

3.4 Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата Коэффициент полезного действия котельного агрегата найдем с помощью уравнения обратного баланса где потеря с уходящими газами, %;

потеря с химическим недожогом топлива, %;

потеря с механическим недожогом топлива, %;

потеря в окружающую среду, %;

потеря с физическим теплом шлака, %.

Потеря тепла с уходящими газами, зависит от заданной температуры уходящих газов и определяется по формуле где энтальпия уходящих газов, которую находим с помощью линейной интерполяции по температуре уходящих газов по таблице № 4

коэффициент избытка воздуха за воздухоподогревателем первой ступени (таблица № 3);

энтальпия холодного воздуха, которая находится с помощью следующей формулы:

теплота сгорания топлива, (таблица № 2);

потеря с механическим недожогом топлива, %.

Потеря тепла в окружающую среду, принимается в зависимости от производительности котельного агрегата где номинальная паропроизводительность;

реальная паропроизводительность, (таблица № 1);

номинальная потеря тепла в окружающую среду, которая находится по следующей формуле:

Находим потерю тепла в окружающую среду по формуле (19)

Потеря с теплом шлака, определяется по следующей формуле где доля золы топлива, уходящая со шлаком;

зольность топлива, (таблица № 2);

температура шлака, которая определяется как:

теплоемкость шлака, находится по следующей формуле:

теплота сгорания топлива, (таблица № 2).

Найдем потерю с теплом шлака с помощью формулы (21)

Посчитаем коэффициент полезного действия по формуле (16)

3.5 Определение расхода топлива на котел Найдем расход топлива на котел по следующей формуле:

где расход топлива на котел, ;

расчетная паропроизводительность, (таблица № 1);

энтальпия перегретого пара, ;

энтальпия питательной воды, ;

расход продувочной воды, ;

энтальпия продувочной воды, ;

теплота сгорания топлива, (таблица № 2);

коэффициент полезного действия котельного агрегата, % (формула 16).

Изобразим на следующем рисунке энтальпию пара, энтальпию питательной воды и энтальпию пара на продувку:

Рисунок № 4 — Энтальпии перегретого пара, питательной воды и продувочной воды Найдем энтальпию перегретого пара с помощью справочника Ривкина, по давлению перегретого пара и температуре перегретого пара:

где давление перегретого пара;

температура перегретого пара.

Найдем энтальпию питательной воды по давлению питательной воды и температуре питательной воды:

где давление питательной воды;

температура питательной воды.

Найдем расход продувочной воды:

Энтальпия продувочной воды находится по давлению в барабане:

где давление воды в барабане.

Теперь найдем полный расход топлива на котел по формуле (22):

Определим значение расчетного расхода сгоревшего топлива:

где полный расход топлива на котел;

потеря с механическим недожогом топлива.

Далее все удельные тепловосприятия поверхностей нагрева в тепловом расчете относятся на 1 кг сгоревшего топлива, т. е. к величине .

4. Тепловой расчет топочной камеры

4.1 Конструктивные и тепловые характеристики топочной камеры Задача теплового и конструктивного расчета топочной камеры заключается в определении ее тепловосприятия, размеров необходимой лучевоспринимающей поверхности экранов и объема топки, обеспечивающих снижение температуры продуктов сгорания до заданной величины. По условию предотвращения шлакования поверхностей нагрева котла, расположенных на выходе из топки, желательно обеспечить значение температуры газов на выходе из топки ниже температуры начала деформации золы.

Для выполнения расчета топки составляется предварительный эскиз ее, который может быть принят к эскизу топочной камеры типового котла. Отметим все основные размеры на этом эскизе.

Рисунок № 5 — Эскиз топочной камеры

Выпишем все основные размеры в следующую таблицу:

Таблица № 5 — Основные размеры топочной камеры

ширина топочной камеры, м;

высота топки, м;

высота горелочных устройств, м.

Далее найдем полную площадь поверхности стен топки, которая вычисляется как сумма плоскостей, ограничивающих объем топки:

где площадь поверхности фронтальной стены топки, ;

площадь поверхности тыловой (задней) стены топки, ;

площадь поверхности боковой стены топки, ;

площадь поверхности экранов потолка топки, ;

площадь поверхности выходного окна топки, образованного плоскость нижнего торца ширм, .

Найдем все площади поверхности топки:

т.к. два ширмовых пароперегревателя.

Найдем полную площадь поверхности стен топки по формуле (28):

Объем топочной камеры, определяется по уравнению:

где площадь поверхности боковой стены топки, ;

ширина топочной камеры, м.

Найдем эффективную толщину излучающего слоя топки:

где объем топочной камеры, ;

полная площадь поверхности стен топки, .

4.2 Расчет теплообмена в топке Задачей расчета теплообмена в топке является определение тепловосприятия экранов топки и температуры газов на выходе из нее. В основу расчета положена методика последовательного приближения. Согласно этой методике необходимо предварительно задаться значением температуры газов на выходе из топки. Примем .

Полезное тепловыделение в топочной камере, определяется следующей формулой:

где теплота сгорания топлива, (таблица № 2);

потеря с химическим недожогом топлива, %;

потеря с механическим недожогом топлива, %;

потеря с физическим теплом шлака, % (формула 21);

теплота горячего воздуха, поступающего в топку, .

Найдем теплоту горячего воздуха, поступающего в топку по следующей формуле:

где относительный избыток воздуха;

энтальпия горячего воздуха, ;

энтальпия холодного воздуха, (формула 18);

присос холодного воздуха в топочной камере;

присос холодного воздуха в пылесистеме.

Найдем относительный избыток воздуха:

где коэффициента избытка воздуха на выходе из топки;

присос холодного воздуха в топочной камере;

присос холодного воздуха в пылесистеме.

Значение энтальпии горячего воздуха определяется интерполяцией по таблице № 4:

Найдем теплоту горячего воздуха, поступающего в топку по формуле (32):

Далее по формуле (31) найдем полезное тепловыделение в топке:

Значение соответствует теоретическая (адиабатная) температура продуктов сгорания в топке. Найдем ее методом обратной интерполяции при значении и принимая энтальпию, :

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

где коэффициент поглощения топочной среды, ;

давление в топочной камере;

эффективная толщина излучающего слоя топочной камеры, м (формула 30).

При определении коэффициента поглощения топочной среды учитывается излучение трехатомных газов () и находящихся в потоке частиц сажи, летучей золы и кокса:

где коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания;

объемная доля трехатомных газов, (таблица № 3);

коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы;

концентрация золовых частиц, (таблица № 3);

коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса.

Найдем коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания по следующей формуле:

где объемная доля водяных паров, (таблица № 3);

объемная доля трехатомных газов, (таблица № 3);

эффективная толщина излучающего слоя топочной камеры, м (формула 30);

абсолютная температура газов на выходе из топки.

Найдем коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы по формуле:

где плотность дымовых газов при атмосферном давлении;

абсолютная температура газов на выходе из топки;

эффективный диаметр золовых частиц.

Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса определяется в зависимости от вида сжигаемого топлива. Для каменных и бурых углей, торфа, сланцев принимают .

Найдем коэффициент поглощения топочной среды по формуле (35):

Теперь с помощью формулы (34) определим критерий Бугера:

Определим степень черноты топочной камеры:

Изменение положения ядра факела в топке существенно сказывается на температуре в ее верхней части. Для учета положения пылеугольного факела в камерной топке вводится эмпирический параметр М, который для каменного и бурого угля, сланца, торфа считается по формуле:

где значение, которое характеризует относительную высоту положения зоны максимальных температур в топке, которое находится по следующей формуле:

где высота горелочных устройств, м;

высота топочной камеры, м.

По формуле (39) найдем параметр для учета положения пылеугольного факела в камерной топке :

По найденному значению критерия Бугера определим эффективный коэффициент критерия Бугера:

где критерий поглощательной способности (критерий Бугера), (формула 34)

Определим коэффициент тепловой эффективности экрана:

где условный коэффициент загрязнения;

угловой коэффициент экрана, который находится по формуле:

где относительный шаг труб настенного экрана.

Определим коэффициент тепловой эффективности экрана по формуле (42):

Уточняем температуру газов на выходе из топки по формуле:

где теоретическая температура продуктов сгорания в топке;

параметр для учета положения пылеугольного факела в камерной топке, (формула 39);

эффективный коэффициент критерия Бугера, (формула 41);

коэффициент тепловой эффективности экрана, (формула 42);

полная площадь поверхностей стен топочной камеры, (формула 29);

коэффициент сохранения тепла;

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива, ;

Найдем коэффициент сохранения тепла по следующей формуле:

где потеря тепла в окружающую среду, % (формула 19)

Определим среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива:

где полезное тепловыделение в топке, (формула 31);

энтальпия продуктов сгорания топлива, на выходе из топки, (таблица № 4);

теоретическая температура продуктов сгорания в топке;

заданная температура на выходе из топки.

Воспользуемся формулой (44) и уточним температуру газов на выходе из топки:

Полученное значение отличается от ранее принятого менее, чем на 30, поэтому принимаем его за окончательное. Теперь определим по уточненной температуре энтальпию продуктов сгорания топлива на выходе из топки:

Найдем общее количество теплоты, переданное излучением от газов к поверхностям нагрева:

где коэффициент сохранения тепла, (формула 45);

полезное тепловыделение в топке, (формула 31);

энтальпия продуктов сгорания топлива на выходе из топки.

Среднее тепловое напряжение экранов топки (воспринятый тепловой поток):

где расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

общее количество теплоты, переданное излучением от газов к поверхностям нагрева, (формула 47);

полная площадь поверхностей стен топочной камеры, (формула 29);

степень экранирования стен топки, примем тогда:

5. Расчет тепловосприятия радиационных поверхностей пароперегревателя Изобразим на следующем рисунке схему пароперегревателей котла:

Рисунок № 6 — Схема пароперегревателей котла Найдем расход пара через радиационный и ширмовый пароперегреваетль:

где расход пара через радиационный пароперегреватель, ;

расход пара через ширмовый пароперегреватель, ;

расчетная паропроизводительность, (таблица № 1);

расход пара на впрыск, .

Определим расход пара на впрыск:

Воспользуемся формулой (49) и найдем расход пара через радиационный и ширмовый пароперегреватель:

Найдем давление после радиационного и ширмового пароперегревателя:

где давление перегретого пара, (таблица № 1).

Целью расчета радиационного пароперегревателя является определение энтальпии и температуры пара на выходе из него. Найдем энтальпию на выходе из радиационного пароперегревателя:

где энтальпия на входе в радиационный пароперегреватель, ;

прирост энтальпии пара в радиационном пароперегревателе, .

Энтальпия на входе в радиационный пароперегреватель находится по давлению в барабане:

Прирост энтальпии пара в радиационном пароперегревателе находится по следующей формуле:

где расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

суммарное тепловосприятие радиационного пароперегревателя, ;

расчетная паропроизводительность, (таблица № 1);

расход пара на впрыск, (формула 50).

Суммарное тепловосприятие радиационного пароперегревателя, находится как сумма тепловосприятий поверхностей нагрева:

где тепловосприятие поверхностей нагрева, расположеных в горизонтальном газоходе, ;

тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в поворотной камере, .

Для нахождения тепловосприятия поверхностей нагрева, нужно найти площади этих поверхностей нагрева.

На следующем рисунке отметим размеры радиационного пароперегревателя:

Рисунок № 7 — Размеры радиационного пароперегревателя Занесем все основные размеры радиационного пароперегревателя в следующую таблицу:

Таблица № 6 — основные размеры радиационного пароперегревателя

Найдем площадь поверхности нагрева, расположенной в поворотной камере котла:

Найдем площадь поверхности нагрева, расположенной в горизонтальном газоходе котла:

Найдем суммарную площадь поверхностей нагрева радиационного пароперегреваетля:

где площадь поверхности нагрева, расположенная в поворотной камере котла, (формула 56);

площадь поверхности нагрева, расположенная в горизонтальном газоходе котла, (формула 57).

Тепловосприятие поверхностей нагрева в области горизонтального газохода, находится как:

где удельное теплонапряжение поверхности;

площадь поверхности нагрева, расположенная в горизонтальном газоходе котла, (формула 57);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

средняя температура газов в горизонтальном газоходе, .

Средняя температура газов в горизонтальном газоходе находится как:

где температура газов на выходе из топки, ;

температура газов на входе в поворотную камеру, .

А температура газов на входе в поворотную камеру находится как:

где температура газов на выходе из топки, ;

величина снижения температуры газов в горизонтальном газоходе, тогда:

Вернемся к формуле (60) и найдем среднюю температуру газов в горизонтальном газоходе:

Найдем тепловосприятие поверхностей нагрева в области горизонтального газохода, по формуле (59):

Теперь найдем тепловосприятие поверхностей нагрева в области поворотной камеры котла:

где удельное теплонапряжение поверхности;

эффективная толщина излучения объемов газа в поворотной камере;

температура газов на входе в поворотную камеру, (формула 61);

площадь поверхности нагрева, расположенная в поворотной камере котла, (формула 56);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27).

Найдем эффективную толщину излучения объемов газа в поворотной камере:

где объем поверхности нагрева, расположенная в поворотной камере котла;

площадь поверхности нагрева, расположенная в поворотной камере котла, (формула 56).

По формуле (62) найдем тепловосприятие поверхностей нагрева в области поворотной камеры котла:

Найдем суммарное тепловосприятие радиационного пароперегревателя, по формуле (55):

Теперь найдем прирост энтальпии пара в радиационном пароперегревателе по формуле (54):

Найдем энтальпию на выходе из радиационного пароперегревателя по формуле (52):

По энтальпии на выходе из радиационного пароперегревателя и давлению пара за радиационным пароперегревателем найдем температуру перегретого пара на выходе из пароперегревателя:

где давление после радиационного пароперегревателя, (формула 51);

энтальпия на выходе из радиационного пароперегревателя, (формула 52).

6. Поверочный расчет ширмового пароперегревателя Поскольку конструктивные размеры ширмовой поверхности на выходе из топки жестко связаны с размерами топки, обычно габаритные размеры ширм перед их тепловым расчетом принимаются на основе эскиза котла, и выполняется поверочный расчет ширмовой поверхности.

На следующем рисунке отметим основные размеры ширмового пароперегревателя, снятые с эскиза котла:

Рисунок № 8 — Конструктивные размеры ширмового пароперегревателя Запишем конструктивные размеры в следующую таблицу:

Таблица № 7 — Конструктивные размеры ширмового пароперегревателя

Число ширм по ширине газохода:

где ширина топочной камеры, м;

тогда:

Найдем площадь поверхности выходного окна ширмового пароперегревателя:

Площадь поверхности входного окна ширмового пароперегревателя равна площади поверхности выходного окна топочной камеры:

Задаемся ориентировочно температурой газов на выходе из ширмового пароперегревателя:

Тепловосприятие ширм из топки, определяется по формуле:

где теплота, полученная ширмовой поверхностью прямым излучением из топки, ;

тепло излучения из топки и ширм на поверхность нагрева, расположенную за ширмами, .

Теплота, полученная ширмовой поверхностью прямым излучением из топки, определяется интенсивностью теплового потока в верхней части топки, величиной плоскости входного сечения ширм и конструктивной характеристикой ширм и может быть найдена по формуле:

где коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между

объемом топки и ширмовой поверхностью;

коэффициент неравномерности тепловосприятия по высоте топки;

среднее тепловое напряжение экранов топки (воспринятый тепловой поток), (формула 48);

площадь поверхности входного окна ширмового пароперегревателя, (формула 67);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27).

Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между

объемом топки и ширмовой поверхностью, находится по следующей формуле:

где, тогда:

Вернемся к формуле (69) и найдем теплоту, полученную ширмовой поверхностью прямым излучением из топки:

Теперь найдем тепло, излучаемое из топки и ширм на поверхность нагрева, расположенную за ширмами:

где теплота, полученная ширмовой поверхностью прямым излучением из топки, ;

степень черноты газов в ширмах;

угловой коэффициент ширм (доля теплового излучения из топки, воспринятая поверхностью ширм);

коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между

объемом топки и ширмовой поверхностью, (формула 70);

площадь поверхности выходного окна ширмового пароперегревателя, (формула 66);

средняя температура газов в ширмах, ;

поправочный коэффициент;

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27).

Определим среднюю температуру газов в ширмах, по следующей формуле:

где температура газов перед ширмами и на выходе из топки, ;

температура газов после ширмового пароперегревателя, .

Найдем угловой коэффициент ширм:

где

;

тогда:

Степень черноты газов в ширмах определяется величиной суммарной оптической толщины запыленного газового потока:

где коэффициент поглощения лучей, ;

давление в топке;

эффективная толщина излучающего слоя в ширмах, м.

Эффективная толщина излучающего слоя в ширмах находится как:

где

;

;

тогда:

По следующей формуле найдем коэффициент поглощения лучей:

где коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания, ;

объемная доля трехатомных газов, (таблица № 3);

коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы, ;

концентрация золовых частиц, (таблица № 3).

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания находится как:

где объемная доля водяных паров, (таблица № 3);

объемная доля трехатомных газов, (таблица № 3);

эффективная толщина излучающего слоя в ширмах, м (формула 75);

температура газов после ширмового пароперегревателя.

Коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы находится по следующей формуле:

где плотность дымовых газов при атмосферном давлении;

температура газов после ширмового пароперегревателя;

эффективный диаметр золовых частиц.

Вернемся к формуле (76) и найдем коэффициент поглощения лучей:

По формуле (74) найдем степень черноты газов в ширмах:

Теперь найдем тепло, излучаемое из топки и ширм на поверхность нагрева, расположенную за ширмами по формуле (71):

По формуле (68) найдем тепловосприятие ширм из топки:

Количество теплоты, отданное газами ширмовому пароперегревателю из межтрубного пространства, определяется как:

где коэффициент сохранения тепла, (формула 45);

энтальпия газов на входе в ширмы, ;

энтальпия газов на выходе из ширм, .

Энтальпия газов на входе в ширмы равна энтальпии газов на выходе из топки:

А энтальпию газов на выходе из ширм находим с помощью линейной интерполяции по температуре газов после ширмового пароперегревателя:

Вернемся к формуле (79) и найдем количество теплоты, отданное газами ширмовому пароперегревателю из межтрубного пространства:

Определив количество теплоты, отданное газами ширме, найдем значение энтальпии пара на выходе из ширм:

где энтальпия пара на входе в ширмы, (формула 52);

количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из межтрубного пространства, (формула 79);

лучистое тепловосприятие ширм, (формула 68);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

расход пара через ширмовый пароперегреватель, (формула 49).

По энтальпии пара на выходе из ширм и по давлению за ширмовым пароперегревателем найдем температуру пара за ширмами:

(82)

где давление за ширмовым пароперегревателе, (формула 51);

энтальпия пара на выходе из ширм, (формула 81).

Теперь определим скорость газов при средней температуре:

где расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

полный объем газов, (таблица № 3);

средняя температура газов в ширме, ;

живое сечение для прохода газов, .

Найдем среднюю температуру газов в ширме:

где температура газов перед ширмовым пароперегревателем, ;

температура газов после ширмового пароперегревателя, .

Определим живое сечение для прохода газов по следующей формуле:

(85)

где ;

ширина топочной камеры, м;

число ширм по ширине газохода, шт. (формула 65);

наружный диаметр труб.

По формуле (83) определим скорость газов при средней температуре:

По полученной скорости газов находим коэффициент теплоотдачи конвекцией:

где и, тогда найдем коэффициент теплоотдачи конвекции по формуле (86):

Средняя скорость пара в ширмах рассчитывается по формуле:

где расход пара через ширмовый пароперегреватель, (формула 49);

средний удельный объем пара, ;

площадь живого сечения для прохода пара, .

Средний удельный объем пара, определяется по давлению после ширмового пароперегревателя и по средней температуре пара:

(88)

где давление за ширмовым пароперегревателе, (формула 51);

средняя температура пара, .

Средняя температура пара находится, как:

где температура пара перед ширмовым пароперегревателем, (формула 64);

температура пара после ширмового пароперегревателя, (формула 82).

По формуле (88) найдем средний удельный объем пара:

Площадь живого сечения для прохода пара, рассчитывается по формуле:

(90)

где внутренний диаметр труб;

число ширм по ширине газохода, шт. (формула 65);

количество параллельно включенных трубок в одной ширме.

Количество параллельно включенных трубок в одной ширме находится как:

где ;

продольный шаг ширм.

По формуле (90) найдем площадь живого сечения для прохода пара:

Теперь вернемся к формуле (87) и найдем среднюю скорость пара в ширмах:

Далее определим коэффициент теплоотдачи от стенки трубы пару:

где и, тогда:

Чтобы найти коэффициент теплоотдачи излучением, нужно предварительно найти температуру наружных загрязнений труб:

где средняя температура пара, (формула 89);

коэффициент загрязнения поверхности;

коэффициент теплоотдачи от стенки трубы пару, (формула 92);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из межтрубного пространства, (формула 79);

лучистое тепловосприятие ширм, (формула 68);

площадь поверхности ширм.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, определяется по температуре газов и температуре загрязненной стенки:

где степень черноты газов в ширмах, (формула 74);

и, тогда:

Найдем коэффициент теплоотдачи от газов:

где коэффициент использования;

коэффициент теплоотдачи конвекции, (формула 86);

наружный диаметр труб;

продольный шаг ширм;

угловой коэффициент ширм;

коэффициент теплоотдачи излучением, (формула 94).

Коэффициент теплопередачи в ширмах учитывается как лучистый, так и конвективный теплообмен газового потока с поверхностью труб и рассчитывается по формуле:

где коэффициент теплоотдачи от газов, (формула 95);

количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из межтрубного пространства, (формула 79);

лучистое тепловосприятие ширм, (формула 68);

коэффициент загрязнения поверхности;

коэффициент теплоотдачи от стенки трубы пару, (формула 92).

Температурный напор для ширм рассчитывается как среднеарифметическая разность температур газов и пара:

где средняя температура газов в ширме, (формула 84) ;

средняя температура пара, (формула 89).

Количество тепла, переданного через стенки труб ширм за счет теплопередачи, определяют по уравнению конвективного теплообмена:

где коэффициент теплопередачи в ширмах, (формула 96);

площадь поверхности ширм;

температурный напор, (формула 97);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27).

Полученное тепловосприятие сравнивают с тепловосприятием путем определения расчетной погрешности :

где количество тепла, переданного через стенки труб ширм, (формула 98);

количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из

межтрубного пространства, (формула 79).

Полученное значение погрешности меньше 2%, следовательно, это решение удовлетворительно.

7. Расчет конвективного пароперегревателя При курсовом проектировании парового котла считается методически правильным выполнять тепловой расчет конвективного пароперегревателя конструктивным методом с определением необходимых теплообменных поверхностей при номинальной производительности и принятых показателях экономичности и надежности работы.

На следующем рисунке представим эскиз конвективного пароперегревателя Рисунок № 9 — Эскиз конвективного пароперегревателя Проектирование конвективного пароперегревателя начинают c выбора конструктивных характеристик:

наружный диаметр труб конвективного пароперегревателя;

внутренний диаметр труб конвективного пароперегревателя;

поперечный шаг между трубами;

продольный шаг между трубами.

По выбранному поперечному шагу труб и ширине газохода, которая равна ширине топки, рассчитывается число труб пароперегревателя в ряду:

где ширина топочной камеры, м;

поперечный шаг между трубами, м.

Найдем количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе:

где расчетная паропроизводительность, (таблица № 1);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

энтальпия перегретого пара, (формула 23);

энтальпия пара на входе в пароперегреватель после впрыскивающего пароохладителя, ;

переизлучение теплоты в топки, (формула 71).

По следующей формуле найдем энтальпию пара на входе в пароперегреватель после впрыскивающего пароохладителя:

где энтальпия пара на выходе из ширм, (формула 81);

уменьшение энтальпии пара во впрыскивающем пароохладителе, .

Найдем уменьшение энтальпии пара во впрыскивающем пароохладителе:

где расход собственного конденсата на впрыск, (формула 50);

расчетная паропроизводительность, (таблица № 1);

энтальпия пара на выходе из ширм, (формула 81);

энтальпия конденсата, .

Энтальпия конденсата находится как:

где давление воды в барабане, МПа.

По формуле (103) найдем уменьшение энтальпии пара во впрыскивающем пароохладителе:

Вернемся к формуле (102) и найдем энтальпию пара на входе в пароперегреватель после впрыскивающего пароохладителя:

Теперь по энтальпии пара на входе в конвективный пароперегреватель и по давлению после ширмового пароперегревателя найдем температуру пара на входе в конвективный пароперегревателя после впрыскивающего пароохладителя:

По формуле (101) найдем количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе:

Определяем энтальпию газа на выходе из конвективного пароперегревателя:

где энтальпия газов на входе в конвективный пароперегреватель;

количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе, (формула 101);

коэффициент сохранения тепла, (формула 45);

величина присосов воздуха в пароперегревателе;

величина энтальпии присосанного холодного воздуха, (формула 18).

Теперь по найденной энтальпии газа на выходе из конвективного пароперегревателя найдем температуру газа после конвективного пароперегревателя с помощью обратной интерполяции:

На следующем рисунке изобразим график температурного напора конвективного пароперегревателя:

Рисунок № 10 — Температурный напор конвективного пароперегревателя Определим температурный напор конвективного пароперегревателя:

где ;

.

Найдем скорость газов в межтрубном пространстве:

где расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

полный объем газов, (таблица № 3);

средняя температура газов в конвективном пароперегревателе, ;

площадь живого сечения для прохода газов,

Найдем среднюю температуру газов в конвективном пароперегревателе:

Далее определим площадь живого сечения для прохода газов:

где высота конвективного пароперегревателя;

ширина котельного агрегата, м;

число труб пароперегревателя в ряду, шт. (формула 100);

наружный диаметр труб конвективного пароперегревателя.

Вернемся к формуле (108) и найдем скорость газов в межтрубном пространстве:

Найдем коэффициент теплоотдачи конвекцией по следующей формуле:

где и, тогда:

Теперь найдем среднюю скорость пара в конвективном пароперегревателе:

(112)

где расчетная паропроизводительность, (таблица № 1);

средний удельный объем пара, ;

площадь живого сечения для прохода пара, .

Средний удельный объем пара находится по среднему давлению и средней температуре пара в конвективном пароперегревателе:

где среднее давление пара;

средняя температура в конвективном пароперегревателе.

Найдем площадь живого сечения для прохода пара:

где внутренний диаметр труб конвективного пароперегревателя;

число труб пароперегревателя в ряду, шт. (формула 100).

По формуле (112) найдем среднюю скорость пара в конвективном пароперегревателе:

Далее определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к пару:

где и, тогда:

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением, необходимо предварительно оценить температуру наружных загрязнений труб, по формуле:

(115)

где

средняя температура в конвективном пароперегревателе; (116)

коэффициент загрязнения конвективной поверхности, ;

коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, (формула 115);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе, (формула 101);

переизлучение теплоты в топки, (формула 71);

площадь поверхности нагрева конвективного Пароперегревателя.

Также для определения коэффициента теплоотдачи излучением понадобится степень черноты газов в конвективном пароперегревателе:

(117)

где коэффициент поглощения среды, ;

давление в топке;

эффективная толщина излучающего слоя, м.

Найдем эффективную толщину излучающего слоя:

где наружный диаметр труб конвективного пароперегревателя;

поперечный шаг между трубами;

продольный шаг между трубами.

Определим коэффициент поглощения среды:

где коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания, ;

объемная доля трехатомных газов, (таблица № 3);

коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы, ;

концентрация золовых частиц, (таблица № 3).

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания находится как:

(120)

где объемная доля водяных паров, (таблица № 3);

объемная доля трехатомных газов, (таблица № 3);

эффективная толщина излучающего слоя, м (формула 75);

температура газов после конвективного пароперегревателя.

Теперь коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы:

где плотность дымовых газов при атмосферном давлении;

температура газов после конвективного пароперегревателя;

эффективный диаметр золовых частиц.

Вернемся к формуле (119) и определим коэффициент поглощения среды:

И теперь по формуле (117) найдем степень черноты газов в конвективном пароперегревателе:

Найдем величину коэффициента теплоотдачи излучением:

где степень черноты газов в конвективном пароперегревателе, (формула 117) и, тогда:

Общий коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб конвективного пароперегревателя находится как:

где коэффициент теплоотдачи конвекцией, (формула 111);

коэффициент теплоотдачи излучением, (формула 122).

Коэффициент теплопередачи определяем как:

где коэффициент тепловой эффективности;

коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб, (формула 123);

коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, (формула 115).

Теперь уточним необходимую площадь поверхности нагрева по формуле теплообмена:

где количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе, (формула 101);

расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

коэффициент теплопередачи, (формула 124);

температурный напор конвективного пароперегревателя, (формула 107).

Далее найдем основные конструктивные размеры пароперегревателя. Длина одного змеевика пакета пароперегревателя:

где площадь поверхности нагрева, (формула 125);

число труб пароперегревателя в ряду, шт. (формула 100);

средний диаметр труб.

Действительное число рядов труб по ходу газов, находится как:

где длина одного змеевика, м (формула 126);

высота конвективного пароперегревателя, м.

Ширина пакета пароперегревателя по ходу движения газов:

где действительное число рядов труб по ходу газов, шт. (формула 127);

продольный шаг между трубами.

Так как ширина пакета пароперегревателя по ходу движения газов больше 1,5 м, то конвективный пароперегреватель разделим на два пакета по 1,292 м. Изобразим эти два пакета на следующем рисунке:

Рисунок № 11 — Расположение конвективного пароперегревателя.

Между пакетами необходимо иметь свободное пространство для выполнения ремонтных работ и осмотров. Против этого пространства на стене в обмуровке устанавливают лаз.

8. Расчет воздухоподогревателя первой ступени Трубчатый воздухоподогреватель рассчитывается конструктивно, т. е. целью расчета является определение его необходимой теплообменной поверхности.

Сначала зададимся температурой воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя:

где температура питательной воды, (таблица № 1).

На следующем рисунке изобразим схему конвективной шахты.

Рисунок № 12 — Схема конвективной шахты.

Найдем тепловосприятие первой ступени воздухоподогревателя:

где коэффициент избытка воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя;

величина присосов воздуха в воздухоподогревателе;

энтальпия воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя, ;

энтальпия холодного воздуха, (формула 18).

Определим коэффициент избытка воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя:

где относительный избыток воздуха, (формула 33);

величина присосов воздуха в воздухоподогревателе.

Теперь найдем энтальпию воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя по температуре воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя с помощью линейной интерполяции:

Вернемся к формуле (130) и найдем тепловосприятие первой ступени воздухоподогревателя:

Определим энтальпию газов перед первой ступенью воздухоподогревателя:

где энтальпия уходящих газов, ;

тепловосприятие первой ступени воздухоподогревателя, (формула 130);

коэффициент сохранения тепла, (формула 45);

величина присосов воздуха в воздухоподогревателе;

количество тепла, вносимого присасываемым воздухом, .

Количество тепла, вносимого присасываемым воздухом, находится с помощью линейной интерполяции по средней температуре воздуха

:

Теперь по формуле (132) найдем энтальпию газов перед первой ступенью воздухоподогревателя:

И найдем температуру газов на входе в воздухоподогреватель, с помощью обратной интерполяции:

На следующем рисунке изобразим график температурного напора воздухоподогревателя первой ступени:

Рисунок № 13 — Температурный напор воздухоподогревателя первой ступени.

Определим температурный напор воздухоподогревателя первой ступени:

где поправочный коэффициент для трех ходов воздуха;

среднелогарифмический температурный напор, .

Найдем среднелогарифмический температурный напор:

где ;

.

Определим температурный напор воздухоподогревателя первой ступени по формуле (133):

Для определения коэффициента теплопередачи задаем скорость газов и скорость воздуха:

скорость газов;

скорость воздуха.

Найдем общее число труб воздухоподогревателя для прохода газов:

где расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

полный объем газов, (таблица № 3);

средняя температура газов в воздухоподогреваетеле первой ступени, ;

скорость газов в воздухоподогреваетеле первой ступени;

внутреннее сечение трубы для прохода газов, .

Определим среднюю температуру газов в воздухоподогреваетеле первой ступени:

где температура газов перед воздухоподогревателем первой ступени, ;

температура газов после воздухоподогревателя первой ступени, .

Найдем внутреннее сечение трубы для прохода газов по следующей формуле:

где внутренний диаметр труб, который находится как:

где наружный диаметр труб;

толщина стенки труб.

Вернемся к формуле (137) и найдем внутреннее сечение трубы для прохода газов:

И по формуле (135) посчитаем общее число труб воздухоподогревателя для прохода газов:

Число труб в одном ряду по ширине котла, находится как:

где ширина топочной камеры, м;

шаг между трубами по ширине котла.

Найдем число труб по глубине конвективной шахты:

где общее число труб воздухоподогревателя для прохода газов, шт. (формула 135);

число труб в одном ряду по ширине котла, шт. (формула 139).

На следующем рисунке изобразим основные конструктивные размеры конвективной шахты:

Рисунок № 14 — Основные размеры конвективной шахты

где глубина конвективной шахты;

ширина воздухоподогревателя;

перепуск для прохода воздуха.

Найдем коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе:

где коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятие поверхности нагрева вследствие неравномерности ее омывания газами;

коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, ;

коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому воздуху, .

Найдем коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

где и, тогда:

Найдем коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому воздуху:

где;; и, тогда:

И теперь по формуле (141) найдем коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе:

Определим поверхность нагрева воздухоподогревателя:

где расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

тепловосприятие первой ступени воздухоподогревателя, (формула 130);

коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе, (формула 141);

температурный напор воздухоподогревателя первой ступени, (формула 133).

Далее найдем полную высоту воздухоподогревателя:

где поверхность нагрева первой ступени воздухоподогревателя, (формула 144);

средний диаметр труб, м;

общее число труб воздухоподогревателя для прохода газов, шт. (формула 135).

Высота одного хода воздухоподогревателя, находится как:

где расчетный расход сгоревшего топлива, (формула 27);

коэффициент избытка воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя, (формула 131);

теоретически необходимый объем воздуха, (формула 6);

средняя температура воздуха;

ширина топочной камеры, м;

число труб в одном ряду по ширине котла, шт. (формула 139);

наружный диаметр труб;

скорость воздуха;

число потоков воздуха.

Найдем число ходов воздуха:

где полная высота воздухоподогревателя, м (формула 145);

высота одного хода воздухоподогревателя, м (формула 146).

Теперь персчетаем высоту одного хода воздухоподогревателя по следующей формуле:

где полная высота воздухоподогревателя, м (формула 145);

число ходов воздуха, шт. (формула 147).

В итоге воздухоподогреватель будет состоять из двух кубов по 1,945 м.

9. Расчет водяного экономайзера первой ступени