Поверочный расчет котельного агрегата ПК-14
Количество тепла, необходимое для перегрева пара, воспринимается пароперегревателем путем конвективного теплообмена с газовым потоком и за счет лучистого теплообмена с топочной камерой через фестон. Поправочные коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности пароперегревателя, влияние физических характеристик и температуры газов на коэффициент теплоотдачи, определяются по номограмме 12… Читать ещё >
Поверочный расчет котельного агрегата ПК-14 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Котел ПК-14 имеет технические характеристики: Р = 9,8 МПа, t = 510С. В зависимости от вида используемого топлива изменяются поверхности нагрева конвективного пароперегревателя, второй ступени экономайзера и воздухоподогревателя.
Пароперегреватель котла состоит из поверхности нагрева, расположенной на потолке топки и конвективной опускной шахты, ширмового пакета, размещенного за фестоном, и конвективного пакета, устанавливаемого за ширмовым пакетом. Регулирование температуры пара осуществляется впрыском конденсата в трубопровод, соединяющий ширмовой и конвективные пакеты пароперегревателя. Экономайзер и воздухоподогреватель двухступенчатые. Экономайзер выполнен из змеевиков горизонтальных труб диаметром 38 4,5. Конвективная шахта, начиная со второй ступени воздухоподогревателя, разделена по глубине шахты на две половины для лучшей организации теплообмена в воздухоподогревателе и облегчения блочного изготовления. Топка имеет натрубную обмуровку. Котел скомпонован по П-образной схеме. Топка образует подъемную шахту, пароперегреватель расположен в горизонтальном газоводе, а конвективные поверхности нагрева в опускной шахте.
1. Топливо
Тип котла: ПК-14
Вид топлива: природный газ № 30 (газопровод Средняя Азия-Центр) Расчетная характеристика топлива:
Химический состав и технические характеристики топлива:
CH4 = 93,8%
где CH4 — содержание метана в заданном виде топлива.
C2H6 = 3,6%
где C2H6 — содержание этана в заданном виде топлива.
C3H8 = 0,7%
где C3H8 — содержание пропана в заданном виде топлива.
C4H10 = 0,2%
где C4H10 — содержание бутана в заданном виде топлива.
C5H12 = 0,4%
где C5H12 — содержание пентана в заданном виде топлива.
N2 = 0,7%
где N2 — содержание азота в заданном виде топлива.
CO2 = 0,6%
где CO2 — содержание диоксида углерода в заданном виде топлива.
Низшая теплота сгорания:
Q = 8970 ккал/м3 = 8970 4,19 = 37 584,3 кДж/м3
2. Объемы и теплосодержание воздуха и продуктов сгорания топлива
Рисунок 2.1 — Избытки воздуха и присосы по газоходам Коэффициент избытка воздуха за газоходами определяется нарастающим итогом, путем суммирования избытка воздуха за предшествующим газоходом с присосом очередного по ходу газов:
(2.1)
и т.д.
Средний избыток воздуха в газоходе определяется по формуле:
(2.2)
где б — избыток воздуха перед газоходом, равный избытку воздуха за предыдущим газоходом:
и т.д. (2.3)
Таблица 2.1
Избыток воздуха и присосы по газоходам
Наименование газохода | Избыток воздуха за газоходом | Присос воздуха в газоходе | Ср. избытоквоздуха вгазоходе | |
Топка и фестон Пароперегрев. Водян. эк-р 2 Воздухопод. 2 Водян. эк-р 1 Воздухопод. 1 | = 1,1 23 = ух | = 0,05 | ||
Таблица 2.2
Объем и вес дымовых газов, объемные доли трехатомных газов и водяных паров
Наименование величин | Размер-ность | Vо= 9,89 м3/м3 VRO2= 1,065 м3/м3 VоN2= 7,820 м3/м3VоН2О= 2,205 м3/м3 | |||||||
Топка и фестон | Паро/п | Эконом 2 ст. | Воздух 2 ст. | Эконом 1 ст. | Воздухоп. 1 ст. | ||||
Коэф. избытка воздуха загазоходом | _ | 1,1 | 1,13 | 1,15 | 1,18 | 1,2 | 1,23 | ||
Коэф. избытка воздуха средний для газохода | _ | 1,075 | 1,115 | 1,14 | 1,165 | 1,19 | 1,215 | ||
VН2О =V0Н2О+0,016(б-1) VО | за | 2,221 | |||||||
сред | 2,223 | 2,227 | 2,231 | 2,235 | 2,239 | ||||
Vг =VRO2+ +VON2+VH2O+(б-1)VO | за | 12,095 | |||||||
сред | 12,245 | 12,497 | 12,748 | 12,999 | 13,250 | ||||
НRO2= | За | 0,088 | |||||||
сред | 0,086 | 0,085 | 0,083 | 0,081 | 0,080 | ||||
Н =VH2O/Vг | _ | за | 0,184 | ||||||
сред | 0,181 | 0,178 | 0,175 | 0,172 | 0,169 | ||||
Н=Н +Н | _ | за | 0,272 | ||||||
сред | 0,267 | 0,263 | 0,258 | 0,253 | 0,249 | ||||
G=ссг.тл +1,306бV0 | кг | За | 14,980 | ||||||
кг | сред | 15,174 | 15,497 | 15,819 | 16,142 | 16,465 | |||
Удельный весдымовых газов гГ= | средний | 1,238 | 1,239 | 1,240 | 1,241 | 1,242 | 1,243 | ||
Где объёмы и вес воздуха и продуктов сгорания при сжигании топлива определяется по следующим формулам:
Теоретическое количество воздуха:
V0 = 0,0476 [ У (m+n/4) CmHn] м3/м3; (2.4)
V0 = 0,0476 [(1+4/4)*93,8+(2+6/4)*3,6+(3+8/4)*0,7+
+(4+10/4)*0,2+(5+12/4)*0,4] = 9,89 м3/м3;
Объем трехатомных газов:
VRO2 = 0,01[ СО2 + У CmHn] м3/м3; (2.5)
VRO2 = 0,01[ 0,6+ (1*93,8) + (2*3,6) + (3*0,7) + (4*0,2) + (5*0,4) ] = 1,065
м3/м3;
Теоретический объем водяных паров:
V0H2O = 0,01[Уn/2 CmHn] + 0,0161V0 м3/м3; (2.6)
V0H2O = 0,01[4/2*93,8 + 6/2*3,6 + 8/2*0,7 + 10/2*0,2 + 12/2*0,4] +
+ 0,0161*9,89 = 2,205 м3/м3;
Теоретический объем азота:
V0N2 = 0,79V0 + N2/100 м3/м3; (2.7)
V0N2 = 0,79*9,89 + 0,7/100 = 7,820 м3/м3;
ссгтл = 0,01[1,96СО2 + 1,25N2 + ?(0,536m + 0,045n) CmHn]
ссгтл = 0,01[1,96*0,6 + 1,25*0,7 + (0,536*1 + 0,045*4)*93,8 + (0,536*2 +
0,045*6)*3,6 + + (0,536*3 + 0,045*8)*0,7 + (0,536*4 + 0,045*10)*0,2 +
(0,536*5 + 0,045*12)*0,4] =
= 0,01[1,176 + 0,875 + 67,1608 + 4,8312 + 1,3776 + 1,8068] = 0,772 кг/м3;
Gг = ссгтл + 1,306 + бV0 кг/м3;
Gг = 0,772 + 1,306*1,1*9,89 = 14,980 кг/м3;
Gг = 0,772 + 1,306*1,115*9,89 = 15,174 кг/м3;
Gг = 0,772 + 1,306*1,14*9,89 = 15,497 кг/м3;
Gг = 0,772 + 1,306*1,165*9,89 = 15,819 кг/м3;
Gг = 0,772 + 1,306*1,19*9,89 = 16,142 кг/м3;
Gг = 0,772 + 1,306*1,215*9,89 = 16,465 кг/м3;
Энтальпия дымовых газов:
VH2O = V0H2O + 0,016(1,1 — 1) v0 кг.
VH2O = 2,205 + 0,016(1,1−1)*9,89 = 2,221 кг.
VH2O = 2,205 + 0,016(1,115−1)*9,89 = 2,223 кг.
VH2O = 2,205 + 0,016(1,14−1)*9,89 = 2,227 кг.
VH2O = 2,205 + 0,016(1,165−1)*9,89 = 2,231 кг.
VH2O = 2,205 + 0,016(1,19−1)*9,89 = 2,235 кг.
VH2O = 2,205 + 0,016(1,215−1)*9,89 = 2,239 кг.
Vг = VRO2 + V0N2 + V0H2O + (б — 1) V0 кг.
Vг = 1,065 + 7,820 + 2,221 + (1,1 — 1)*9,89 = 12,095 кг.
Vг = 1,065 + 7,820 + 2,223 + (1,115 — 1)*9,89 = 12,245 кг.
Vг = 1,065 + 7,820 + 2,227 + (1,14 — 1)*9,89 = 12,497 кг.
Vг = 1,065 + 7,820 + 2,231 + (1,165 — 1)*9,89 = 12,748 кг.
Vг = 1,065 + 7,820 + 2,235 + (1,19 — 1)*9,89 = 12,999 кг.
Vг = 1,065 + 7,820 + 2,239 + (1,215 — 1)*9,89 = 13,250 кг.
НRO2 =
НRO2 = 1,065/12,095 = 0,088
НRO2 = 1,065/12,245 = 0,086
НRO2 = 1,065/12,497 = 0,085
НRO2 = 1,065/12,748 = 0,083
НRO2 = 1,065/12,999 = 0,081
НRO2 = 1,065/13,250 = 0,080
Н =VH2O/Vг
Н = 2,221/12,095 = 0,184
Н = 2,223/12,245 = 0,181
Н = 2,227/12,497 = 0,178
Н = 2,231/12,748 = 0,175
Н = 2,235/12,999 = 0,172
Н = 2,239/13,250 = 0,169
rп = rRO2 + rH2O
rп = 0,088 + 0,184 = 0,272
rп = 0,086 + 0,181 = 0,267
rп = 0,085 + 0,178 = 0,263
rп = 0,083 + 0,175 = 0,258
rп = 0,081 + 0,172 = 0,253
rп = 0,080 + 0,169 = 0,249
гГ=кг/нм3;
гГ=14,980/12,095 = 1,238 кг/нм3;
гГ=15,174/12,245 = 1,239 кг/нм3;
гГ=15,497/12,497 = 1,240 кг/нм3;
гГ=15,819/12,748 = 1,241 кг/нм3;
гГ=16,142/12,999 = 1,242 кг/нм3;
гГ=16,465/13,250 = 1,250 кг/нм3;
Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2
Таблица 2.3
Энтальпия продуктов сгорания по газоходам кДж/кг
Наименование газохода | Коэффициент избытка воздуха, б | Темп. 0С | Н0г | Н0В | (б-1)Н0В | Нг= Н0г+(б-1)Н0В | ?Нг | |
1. Топка, фестон, вход в пароперегреватель | б" т=бф=б'пе=1,1 | 41 283,2 37 119,2 32 970,8 28 893,4 20 919,3 19 006,3 17 107,4 15 207,2 | 33 724,9 30 401,86 27 078,82 23 844,79 20 600,87 17 406,4 14 251,49 12 708,65 | 3372,49 3040,186 2707,882 2384,479 2060,087 1740,64 1582,4 1425,149 1270,865 | 44 655,7 40 159,4 35 678,7 31 277,9 26 945,6 22 659,9 20 588,7 18 532,5 16 478,1 | 4496,3 4480,7 4400,8 4332,3 4285,7 2071,2 2056,2 2054,4 | ||
2. Выход из пароперегревателя | б" пе=1,13 | 15 207,2 13 345,5 11 520,4 9747,5 8030,5 6339,1 | 12 708,65 11 215,26 9721,87 8228,48 6784,54 5380,16 | 1652,124 1457,984 1263,843 1069,702 881,990 699,421 | 16 859,3 14 803,5 12 784,2 10 817,2 8912,5 7038,2 | 2055,8 2019,3 1904,7 1874,3 | ||
3. Выход из водяного экономайзера 2-й ступени | б" вэ2=1,15 | 9747,5 8030,5 6339,1 | 8228,48 6784,54 5380,16 | 1234,272 1017,681 807,024 | 10 981,8 9048,2 7146,1 | 1933,6 1902,1 | ||
4. Выход из воздухоподогревателя 2-й ступени | б" взп2=1,18 | 8030,5 6339,1 4693,8 | 6784,54 5380,16 3995,56 | 1221,217 968,429 719,2 | 9251,7 7307,5 | 1944,2 1894,5 | ||
5. Выход из водяного экономайзера 1-й ступени | б" вэ1=1,2 | 6339,1 4693,8 3095,9 | 5380,16 3995,56 2640,63 | 1076,032 799,112 528,126 | 7415,1 5492,9 3624,02 | 1922,2 1868,9 | ||
6. Выход из воздухоподогревателя 1-й ступени | б" взп1=бух=1,23 | 4693,8 3095,9 1531,7 | 3995,56 2640,63 1315,37 | 918,979 607,345 302,535 | 5612,8 3703,2 1834,2 | 1909,6 | ||
3. Расход топлива
Котлоагрегат — ПК-14
Давление острого пара:
Рпп = 9,8 МПа Температура острого пара:
tпп = 5100С Температура питательной воды:
tпв = 1450С Температура уходящих газов:
tухг = 1230С Температура горячего воздуха:
tгв = 3050С Расчётно-располагаемое тепло топлива:
Qpp=Qсн
Qсн= 8970*4,19 = 37 584,3 кДж/м3
Производительность котла:
Д = 208 т/ч бпр = 2,5%
Определение тепловых потерь котла:
Потери тепла от механического недожога q4 = q6 = 0
Потери тепла от химического недожога q3 = 0,5%
q = 100
Потери тепла с уходящими газами q2 определяется по формуле:
Q2= (3.1)
где — энтальпия холодного воздуха находится по формуле:
= 39,8*V0 = 39,8*9,89 = 393,622 кДж/кг (3.2)
Нух — энтальпия уходящих газов:
Нух = 1869/100*23+1834,2 = 2264,07 кДж/кг (3.3)
Q2 = (2264,07−1,23*393,6220 = 1779,91 кДж/кг (3.4)
Потери тепла от наружного охлаждения q5 = 0,58%
q = (1779,91/8970*4,19)*100 = 4,74%
Коэффициент полезного действия котлоагрегата, брутто:
(q + q3 + q+ q+ q6) = 100 — (4,74 + 0,5 + 0,58) = 94,18%
(3.5)
Полное количество теплоты, полезно отданное в котле:
Q= Д (hh) + Д (hh) кДж/ч (3.6)
где: Д = 208 т/ч — паропроизводительность.
Д = 5,2 т/ч — расход воды на продувку котла
h — энтальпия перегретого пара, определяемая по давлению и температуре у главной парозапорной задвижки котла [5, с. 45].
h = 11,8/1*0,2+3399,7 = 3402,06 кДж/кг
hэнтальпия питательной воды на входе в котел при t по заданию и давлении на входе в экономайзер.
Р= 1,06*Рпп = 1,06*9,8 = 10,388 МПа
h = С*t0пв = 4,19*145 = 607,55 кДж/кг
h — энтальпия воды при температуре насыщения, соответствующей давлению в барабане.
h = h' - 2 таблица = 1399,9 кДж/кг
Q = 20810(3402,06−607,55) + 5,210(1399,9−607,55) =
= 585 378,310 кДж/ч Расход топлива подаваемого в топку:
(3.7)
В = *100 = 16 537,6 м3/ч
4. Топочная камера
Построение эскиза топки и определение ее геометрических размеров
Рисунок 4.1 — Эскиз боковой стены топки Пользуясь величинами, входящими в уравнение теплового баланса котельного агрегата, находим полезное тепловыделение в топке по формуле:
кДж/кг (4.1)
Количество тепла, входящего в топку с воздухом, определяется по формуле:
QВ = (бТ — ?бТ — ?бПЛ)Н0ГВ + (?бТ + ?бПЛ) Н0ХВ (4.2)
где — теплосодержание горячего воздуха, поступающего в топку.
Н0ГВ = (5380,16 — 3995,56)/100*5 + 3995,56 = 4064,79 кДж/кг
Н0ХВ =39,8*V0 = 39,8*9,89 = 393,622 кДж/кг
?бПЛ = 0 — коэффициент присоса
?бТ = 0,05 — по таблице 2.1
бТ = 1,075 — по таблице 2.1
QРР = 37 584,3 кДж/ кг
= (1,075 — 0,05 — 0)*4064,79 + (0,05 + 0)*393,6 = 4186,01
37 584,3*(100−0,5−0-0/100) + 4186,01 = 41 582,4
Находим геометрические размеры топки:
Толщина излучающего слоя вычисляется по формуле:
S=3,6, м (4.3)
где — активный объем топочной камеры.
b = 9,9 м — ширина топки.
а = 7,715 м; а1 = 1,25 м;
l1 = 5,75 м; l2 = 7,65 м;
h1 = 12,5 м; h2 = 4,5 м; h3 =5 м;
— площадь боковой стены топочной камеры, м2. Для нахождения площади боковой стены разбиваем эскиз топки на простые геометрические фигуры (треугольник, прямоугольник, трапецию) и находим их площадь.
= Fтр + Fпрям + Fтрап, м2
Fтрап = (7,715*1,25/2)4,5 =20,171 м2
Fпрям = 7,715*12,5 = 96,437 м2
Fтр = 7,715*5/2 = 19,287 м2
= 20,171 + 96,437 + 19,287 = 135,895 м2
FСТ — общая площадь стенки .
FСТ = 2+ FФР + FЗ (4.4)
FФР = 256,41 м2
FЗ = 180,675 м2
FСТ = 2 Ч 135,895 + 256,41 + 180,685 = 708,875 м2
Активный объем топочной камеры и толщина излучающего слоя равны:
V 135,895Ч 9,9 = 1345,3605
S =3,6 Ч 1345,3605/708,875 = 6,83 м По таблице 2.3 в соответствии с Qт нахожу адиабатическую температуру горения:
а = 2000+х
(4496/200)*х + 40 159,4 = 41 582,4
Х = 63,3
а = 2000 + 63,3 = 2063,30С Для нахождения температуры газов на выходе из топки определяются вспомогательные величины:
М — параметр, определяющийся в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки Х М =0,54- 0,2 (4.5), где
= (4.6)
где — отношение высоты расположения осей горелок (от оси горелок до середины холодной воронки) к высоте топки Нт (от середины холодной воронки до середины выходного окна из топки).
= 4,4 м
= 17,3 м
4,4/17,3 + (-0,15) = 0,104
М = 0,54−0,2*0,104 = 0,52
Находим среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов :
(4.7)
где Х-угловой коэффициент экранов находится по номограмме 1(а) Х = 0,98
о — коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или закрытия изоляцией поверхностей, находится по таблице 4−8,= 0,65
0,98*0,65 = 0,64
При сжигании газового топлива эффективная степень черноты факела определяется по формуле:
аф = maсв + (1-m)аг (4.8)
Для газа m = 0,1
К — коэффициент ослабления лучей топочной средой 1/м*кгс/см2.
Р — 1 кгс/см2
S = 6,83 м — эффективная толщина излучающего слоя.
S = 95мм — шаг труб в топке.
d = 76мм — диаметр.
Относительный шаг:
S/ d = 95/76 = 1,25
К = (Кг* Нп + Кс) (4.9)
где кг = 0,13 ккал/м2*ч/0Снаходится по номограмме № 3
Нп = 0,27 — из таблицы 2.2
Кс = 0,03*(2-бТ)*(1,6*Т" т/1000 — 0,5)*Ср/Нр
Т" т = 1100 = 13730К Ср/Нр = 0,12?m/n*Cm*Hn
Ср/Нр = 0,12*(¼*93,8+2/6*3,6+3/8*0,7+4/10*0,2+5/12*0,4) = 3,019
Кс = 0,03(2−1,075)(1,6*1373/1000−0,5)*3,019 = 0,138 ккал/м2*ч/0С.
РпS = Р НпS = 1*0,27*6,83 = 1,844 кгс/см2.
К = (Кг* Нп + Кс)
К = (0,13*0,27+0,138) = 0,173 ккал/м2*ч/0С.
KPS = 0,173*1*6,83 = 1,18
асв = 0,7
КгPS = 0,13*1*6,83 = 0,89
аг = 0,6
Степень черноты факела находится по формуле (4.8):
аф = 0,61 ккал/м*кгс/см2.
Удельное напряжение стен топочной камеры:
qF = (16 537,6*41 582,4)/(708,875*4,19) = 231 524,2 ккал/м2ч0С Следовательно, по номограмме 7 [1, с. 69] нахожу температуру на выходе из топки: = 9900С
5. Конвективные поверхности нагрева
5.1 Расчет конструктивных поверхностей фестона
Рисунок 5.1 Эскиз фестона Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле:
м (5.1)
где — поперечный шаг труб.
= 380 мм по чертежу
— продольный шаг труб.
= 400 мм (по чертежу).
d = 76мм — наружный диаметр труб
йсррд = 3,75 м
Лучевоспринимающая поверхность фестона:
Нлф = Нлок ЧХпуч = Вок Чйок Ч Хпуч (5.2)
Вок = Вт = 9,9 м2
Длина окна: йок = 5 м Лучевоспринимающая поверхность выходного окна:
Нлок = Вок Чйок Нлок = 9,9 Ч 5 = 49,5 м2
Хпуч = 0,72
/ d = 380/76 = 5
Нлф = 9,9 Ч5 Ч 0,72 = 35,64 м2
Конвективная поверхность нагрева ряда Нрд определяется как наружная, обогреваемая газами поверхность труб, лежащих в одном ряду Нрд = Zрд Чйсррд Ч р Ч dн (5.3)
Zрд — количество труб в одном ряду.
Zр — общее количество труб.
Zр = B/S1 — 1 = 9,9/0,095−1 = 103
Zрд = Zр/n = 103/4 = 26
р = 3,14
d = 76 мм = 0,076 м Нрд = 26*3,75*3,14*0,076 = 23,26 м2
Конвективная поверхность нагрева фестона:
Нф = У Ч Нрд (5.4)
Нф = 4 Ч 23,26 = 93,04 м2
Живое сечение для прохода газов определяется для поперечного омывания пучка и рассчитывается по формуле:
(5.5)
9,9*5−0,4*5*0,076 = 39,62
Принимаю температуру дымовых газов за фестоном:
Для определения количества тепла, переданного фестону, по известной поверхности и температуре газов за фестоном решается система двух уравнений: уравнение теплового баланса:
(5.6)
где — энтальпия газов за топкой, определяется по таблице 2.3
= 18 327,06 кДж/кг
— энтальпия газов за фестоном:
= 17 094,4 кДж/кг
кДж/кг Уравнение теплопередачи:
кДж/кг (5.7)
где — средний температурный напор в фестоне:
= (5.8)
Температура насыщения при давлении в барабане: t кип = 3140C
= 960 — 314 = 646 0C
— средняя температура дымовых газов:
Коэффициент теплопередачи при расчете фестонов
ккал/м2*ч*0С (5.9)
где= 0,85 — коэффициент тепловой эффективности, зависит от рода топлива и определяется по таблице 5−3
— ккал/м2*ч*0С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвективных пучков:
(5.10)
где — коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева в следствие неравномерного омывания её газами. =1 принимается [1, с. 32]
— коэффициент теплоотдачи конвекции определяется по номограмме 13 [1, с. 72].
ккал/м2*ч*0С. (5.11)
где — поперечные коэффициенты учитывающие конструктивные особенности фестона и влияние физических характеристик, температуры и состава газов на коэффициент теплоотдачи, определяется по вспомогательным полям номограммы 13.
В номограмме 13
— относительный шаг труб,
— относительный поперечный шаг труб
0,380 / 0,076 = 5
0,400 / 0,076 = 5,3
Сs = 0,94
Сz = 0,93
Сф = 1,05
Находим средний секундной объем газов:
(5.12)
Средняя скорость газов:
== 6,3 (5.13)
45 — по номограмме 13
45*0,93*0,94*1,05 = 41,3 ккал/м2*ч*0С.
- ккал/м2*ч*0С, коэффициент теплоотдачи излучением определяется по номограмме 19.
В зависимости от температур потока и стенки, а также степени черноты продуктов сгорания определяемой по номограмме 2 — для а.
Для запыленного потока:
(5.14)
Температура загрязненной стенки для фестонов рассчитывается по формуле:
(5.15)
Где ?t = 800С — поправка
= 314 + 80 = 3940С Для определения по номограмме 19 входящих в формулы величин находим вспомогательные величины РпS = PЧНпЧS
Нп = 0,27
S = 2,224 м
1 Ч 0,27 Ч 2,224 = 0,6 мкгс/см2
Суммарная сила поглощения запыленного газового потока:
КРS = (Кг Ч Нп) Ч Р Ч S (5.16)
— коэффициент ослабления луча трехатомными газами находится по номограмме 3,= 0,65
КРS = (0,65*0,27) Ч 1 Ч 2,224 = 0,39
а = 0,45 находится по номограмме 2
180 находится по номограмме 19
Сг = 0,95
Ч, а Ч Сг = 180*0,33*0,95 = 56,43
(41,3 + 56,43) = 97,73
К = 0,85 Ч 97,73 = 83,1
= 1265 кДж/кг.
Для проверки точности расчета находим отношение, которое должно быть в пределах 100±5%
103,2%
Так как /< 5%, то принимаю температуру за фестоном 9300С Так как расхождение между количеством теплоты, подсчитанным по уравнениям теплопередачи и теплового баланса равняется 1,8%, что меньше допустимого (5%), принимаю температуру дымовых газов 9300С, расчет фестона закончен.
5.2 Расчет пароперегревателя второй ступени
Количество тепла, необходимое для перегрева пара, воспринимается пароперегревателем путем конвективного теплообмена с газовым потоком и за счет лучистого теплообмена с топочной камерой через фестон.
Рисунок 5.2 Эскиз пароперегревателя
1. Барабан
2. Выходной коллектор
3. Промежуточный коллектор
4−1 ступень пароперегревателя
5−2 ступень пароперегревателя
(5.17)
Где — теплота, переданная перегревателю конвекцией газового потока.
— то же излучением из топки
(5.18)
где= 1,4 — коэффициент распределения топочного излучения, находится по номограмме 11
Вр = 16 537,6 м3/ч
(5.19)
994 Ч (41 582,4 — 18 327,06) = 23 115,80 кДж/кг
Нл = Fст * х = 708,875 (5.20)
Fст = 708,875 м2
Х = 1
Лучевоспринимаемая поверхность п / перегревателя:
(5.21)
где = 0,72 угловой коэффициент фестона, находится по номограмме 1 (г)
49,5 Ч (1- 0,72) = 13,86
632,7 кДж/кг
Энтальпия газов за п/перегревателем:
(5.22)
= 8280,5 кДж/кг Количество тепла, отданное газами в газоходе пароперегревателя:
(5.23)
Где 15 Ч4,19 = 62,9 съем теплоты в пароохладителе по таблице 5−5. кДж/м3 — теплосодержание насыщенного пара
кДж/м3 — теплосодержание перегретого пара
(3402,1 — 2717,1 + 62,9) — 632,7 = 8772,8 кДж/кг По таблице 2.3 находим значение газов за 1 ступенью пароперегревателя:
= 400 + х = 400 + 64,4 = 464,40С
(8912,5 — 7038,2)/100*х + 7038,2 = 8280,5
18,7*х = 8280,5 — 7038,2
Х = 64,4
Расчет второй ступени пароперегревателя Принимаю температуру дымовых газов за второй ступенью 7500С:
Нг = 14 803,5 кДж/м3 (5.24)
кДж/кг (5.25)
(17 094,4 — 14 803,5 + 393,622) = 2283 кДж/кг Находим теплосодержание пара на входе в ступень:
(5.26)
где 632,7 кДж/кг — количество тепла, полученное пароперегревателем излучением из топки.
Энтальпия пара после первой ступени:
кДж/кг
Средняя температура газов:
(5.27)
Средняя температура пара:
(5.28)
Число труб в ряду:
(5.29)
шт В = 9,9 м — ширина газохода Средняя высота газохода: 5,75 м — по чертежу Средняя длина труб: = 4 м — по чертежу Сечение для прохода газов:
(5.30)
5,75 Ч 9,9 — 103 Ч 4 Ч 0,042 = 39,62
Сечение для прохода пара:
dвн = 42 — 5Ч2 = 32 мм = 0,032 м
(5.31)
Секундный расход пара:
(5.32)
Средняя скорость газов:
(5.33)
Секундный объемный расход пара:
(5.34)
Где = 0,0314
— удельный объём пара Средняя скорость пара:
(5.35)
Температурный напор для 2 ступени пароперегревателя рассчитывается по формуле:
= (5.36)
Где — температурный напор при схеме с чистым противотоком.
Ш = 0,99 — поправка
= (5.37)
где = 930 — 423 = 507? 5000С
= 800 — 510 = 290- большая и меньшая разность между температурой газов и температурой пара в начале и в конце 2 ступени пароперегревателя.
=
396 = 392
Коэффициент теплопередачи К в пароперегревателе с коридорным расположением рядов для всех типов рассчитывается по формуле:
(5.38)
где — коэффициент тепловой эффективности определяется в зависимости от вида топлива по таблице 5−3
=0,85
— коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
— коэффициент теплоотдачи от стенки к пару
(5.39)
где — коэффициент использования принимаем =1
— коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяется по номограмме 12
(5.40)
d = 42 мм
S1 = 95 мм
S2 = 105 мм
— относительные поперечный и продольный шаги труб.
— поправочные коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности пароперегревателя, влияние физических характеристик и температуры газов на коэффициент теплоотдачи, определяются по номограмме 12 [1, с. 71]
0,97 Сф = 1,02 43,5
0,97Ч 1 Ч 1,02 Ч 43,5 = 42,5
— коэффициент теплопередачи излучением, определяется по номограмме 19
Для газообразных топлив:
ЧСг (5.41)
Сг = 0,95 определяется по номограмме 19
Суммарная сила поглощения запыленного слоя:
KPS = (КгЧНп +) PS (5.42)
Кг = 2,7 — коэффициент ослабления лучей трехатомными газами находится по номограмме 3
Нп = 0,267
P = 1кгс/см2
Эффективная толщина излучающего слоя:
(5.43)
котел топливо конвективный хвостовой Где — по чертежу
105м — по чертежу
— по чертежу м
РпS = РЧНпЧS = 1Ч0,267Ч0,23 = 0,05
KPS = (2,7Ч0,267) Ч 1Ч0,23 = 0,17
а = 0,15 — степень черноты факела, определяется по номограмме 2 160
160 Ч0,15Ч0,95 = 23
Температура загрязненной стенки для пароперегревателя рассчитывается по формуле:
tср + 250С = 466,5+25 = 491,5 0С Определяем поверхность нагрева одного ряда:
Нрд = Zрд Чйсррд Ч р Ч dн = 103*4*3,14*0,042 = 54,3 м2
Определяем количество рядов:
nрд = Н2ст / Нрд = 652 / 54,3 = 12 шт Расчетная поверхность 2 ступени пароперегревателя:
Н2ст = Нрд Ч n = 54,3*12 = 652 м2
(5.45)
где — поправочный коэффициент, определяемый по номограмме 15
=0,98, 2400
по номограмме 15
2400Ч0,98 = 2352
Определяем тепловосприятие второй ступени пароперегревателя по уравнению:
(5.46)
кДж/кг Принимаю температуру дымовых газов 7500С:
= 7500С
кДж/м3
= 0,994(17 094 — 13 794 + (0,03/2)*393,622) = 3286,1 кДж/кг
?tм = 750 — 510 = 2400С
=
?tср = 0,99*371 = 367,30С
кДж/кг Так как расхождение между количеством тепла, подсчитанным по уравнениям теплового баланса и теплопередачи равняется 0,1%, что меньше допустимого (2%), принимаю температуру дымовых газов между ступенями 7500С.
6. Хвостовые поверхности нагрева
Рисунок 6.1 — Эскиз опускной шахты Для определения тепловосприятия 1-й ступени ВЗП рассчитываем температуру воздуха на выходе из нее, которая определяется по формуле:
(6.1)
где 145 — температура питательной воды
= 123- температура уходящих из котла дымовых газов
145 + 40 + 0,7*(123 — 120) = 187
По найденной температуре определяю энтальпию воздуха по таблице 2.3:
= 2468,35
Нахожу тепловосприятие первой ступени ВЗП:
(6.2)
Энтальпия газов на входе в первую ступень ВЗП:
(6.3)
где — энтальпия воздуха, присасываемого в 1 ст. ВЗП при средней температуре воздуха в ней.
(6.4)
= 1428
кДж/кг где 2264,07 кДж/м3 — энтальпия уходящих газов (по таблице 2.3)
Определяю тепловосприятие второй ступени ВЗП:
(6.5)
кДж/кг где = 4064,8 — энтальпия горячего воздуха, поступающего в топку.
Находим энтальпию воздуха, присасываемого во вторую ступень ВЗП при средней температуре воздуха в ней:
(6.6)
t'взп2 = t" взп1 = 187
tгв = 300
Энтальпия воздуха, присасываемого во вторую ступень ВЗП:
3230 кДж/м3
Определяю энтальпию газов за второй ступенью ВЗП:
(6.7)
где = 7146,1 кДж/м3 — нахожу по таблице 2.3.
кДж/кг По таблице 2.3 нахожу температуру дымовых газов за второй ступенью ВЗП: = 3090С Определяю тепловосприятие водяного экономайзера первой и второй ступени.
(6.8)
кДж/кг
(6.9)
кДж/кг
где — энтальпия газов за пароперегревателем.
Невязка теплового баланса при компоновке в «рассечку»:
(6.10)
кДж/кг
Так как невязка теплового баланса находится в допустимых пределах, поверочный расчёт котельного агрегата, по заданному виду топлива, выполнен верно.
7. Воздухоподогреватель 2 ступени
Рисунок 7.1 — Эскиз воздухоподогревателя 2 ступени По найденному значению, при конструктивном расчёте нахожу поверхность нагрева воздухоподогревателя 2 ступени:
(7.1)
где — тепловосприятие ВЗП 2 ступени по уравнению теплового баланса, кДж/м3.
Вр — расчетный расход топлива, м3/ч.
— средний температурный напор, 0С.
К — коэффициент теплопередачи, ккал/м2ч0С.
Средняя температура воздуха:
(7.2)
Средняя температура газов:
(7.3)
Делаем интерполяцию между температурами 3000С-4000С:
= 300+x = 300 + 8,5 = 308,5 ?3090С
1894,5/100*Х+5413 = 5573
18,9Х = 5573 — 5413
18,9Х = 160
Х = 8,5
Число труб в ряду на входе воздуха:
(7.4)
= 147 шт Где В = 9,8 м — по чертежу (ширина газохода)
0,067м — по чертежу (поперечный шаг труб) Число труб вдоль потока воздуха:
(7.5)
шт Где 0,046 м — по чертежу (продольный шаг труб) А = 4 м — по чертежу (глубина газохода) Общее количество труб ВЗП2:
(7.6)
шт Сечение для прохода газов:
(7.7)
где 0,037 м — внутренний диаметр трубы Средний секундный расход газов:
(7.8)
где Вр = 16 537,6 м3/ч
Vг = 12,748 — по таблице 2.3
Средний секундный расход воздуха:
(7.9)
Средняя скорость газов в ВЗП2:
(7.10)
Оптимальная скорость воздуха:
(7.11)
Температурный напор:
309 — 187 = 122
400 — 300 = 100
Так как /< 1.7, то определяется как среднеарифметическая разность температур:
= (7.12)
=
(7.13)
где ш = 0,99 коэффициент перехода к действительной схеме, находится по номограмме 31
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:
, (7.14)
где — коэффициент использования, выбирается по таблице 6−3
— коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, ккал/м2ч0С, определяется по номограмме 14.
(7.15)
где 30 ккал/м2ч0С — по номограмме 14
— коэффициент, зависящий от отношения длины труб, принимаем равным 1,0
1,1 — по номограмме 12
(7.16)
Где = 53 — по номограмме 13
— по номограмме 13
1, — по номограмме 13
у1 = s1/d у2 = s2/d
у1 = 0,067/0,040 у2 = 0,046/0,040
где d = 53 мм — наружный диаметр трубы.
у1 = 1,675 у2 = 1,15
1 — по номограмме 13
Конструктивные характеристики ВЗП2:
(7.17)
Определяю общую высоту ВЗП2.
(7.18)
Где — средний диаметр труб
(7.19)
мм
м
По заданному виду топлива высота воздухоподогревателя второй ступени равняется 2,2 м
8. Водяной экономайзер 2 ступени
Рисунок 8.1 — Эскиз водяного экономайзера 2 ступени По найденному значению нахожу поверхность нагрева водяного экономайзера:
(8.1)
где — тепловосприятие ВЭ 2 ступени по уравнению теплового баланса, кДж/м3.
Вр — расчетный расход топлива, м3/ч.
— средний температурный напор, 0С.
К — коэффициент теплопередачи, ккал/м2ч0С Средняя температура газов:
(8.2)
Энтальпия воды на входе в ВЭ2:
(8.3)
Где = 607,55
= 62,85
кДж/ккал
Энтальпия воды на выходе:
кДж/ккал (8.4)
где — расход воды через экономайзер.
= (8.5)
Где = 208 т/ч
= 5,2 т/ч
= т/ч
кДж/ккал
(8.6)
кДж/ккал Нахожу температуру водяного экономайзера:
= 177
= 197
(8.7)
Нахожу число труб в ряду:
(8.8)
38 мм — по чертежу
38 — 9 = 29 мм — по чертежу, А = 4 м — по чертежу В = 10,044 м — по чертежу
= 84 мм — по чертежу
= 75мм — по чертежу
шт
Нахожу число параллельно включенных труб:
(8.9)
шт Длина труб водяного экономайзера:
(8.10)
м Сечение для прохода газов:
(8.11)
Сечение для прохода воды:
(8.12)
Средний секундный расход газов:
(8.13)
Средняя скорость газов:
(8.14)
Секундный объемный расход воды на входе в водяной экономайзер:
н (8.15)
где — удельный объем воды н
Скорость воды на входе в водяной экономайзер:
(8.16)
Температурный напор:
464,4 — 197 = 267,4
400 — 177 = 223
Так как /< 1.7, то определяется как среднеарифметическая разность температур:
= (8.17)
=
Коэффициент теплопередачи:
К = ш*б1 ккал/м2ч0С (8.18)
- коэффициент теплопередачи от газов к стенке:
, (8.20)
Где ш = 0,85 — коэффициент использования, берется по таблице 6.3
— коэффициент теплопередачи конвекцией, по номограмме 13
(8.21)
1 — по номограмме 13
0,93 — по номограмме 13
1 — по номограмме 13
у1 = S1/dу2 = S2/d
у1 = 0,084/0,038 = 2,2у2 = 0,075/0,038 = 1,9
59 — по номограмме 13
— коэффициент теплопередачи излучением, по номограммам 19 и 2, приложение 2
Для запылённого потока:
(8.22)
Суммарная поглощательная способность:
РпS = Р фП S, (8.23)
Где Р = 1кгс/см2 — давление газа в газоходе.
фП = 0,263 — по таблице 2.2
Эффективная толщина излучающего слоя:
(8.24)
м РпS = 1 0,263 0,15 = 0,044
Суммарная сила поглощения запылённого потока:
KPS = (Кг фП) Р S (8.25)
Где Кг = 4,5 — по номограмме 3
фП = 0,263 — по таблице 2.2
KPS = (4,5 0,263) 1 0,15 = 0,18
а = 0,17 — по номограмме 2
сr = 0,91 — по номограмме 19
Температура загрязнённой стенки:
tз = tср + ?t, (8.26)
где ?t = 25- для вторых ступеней водяного экономайзера, при сжигании газа.
tз = 187 + 25 = 212
= 1(54,87 + 9,1) = 64
К = 0,85*64 = 54,4
Конструктивные характеристики водяного экономайзера 2 ступени.
Нахожу расчетную поверхность водяного экономайзера:
(8.27)
Нахожу поверхность нагрева одного ряда:
(8.28)
Определяю количество рядов:
(8.29)
шт Количество петель:
(8.30)
шт Высота водяного экономайзера:
(8.31)
м По заданному виду топлива принимаю к установке один пакет водяного экономайзера второй ступени высотой 0,45 метров.
Заключение
:
В ходе выполнения курсового проекта по теме:
«Поверочный расчёт котельного агрегата», по заданному виду топлива, были рассчитаны температуры теплоносителей и дымовых газов между поверхностями нагрева, а также были произведены конструктивные расчеты элементов котла.
Используемая литература
1. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Котельные установки ТЭС».
2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. «Энергия», 1973.
3. Ю. М. Липов, Ю. Ф. Самойлов, Т. В. Виленский. Компоновка и тепловой расчет парового котла. Энергоатомиздат, 1988.
4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей, Энергоатомиздат, 1989.
5. С. Л. Ривкин, А. А. Александров. Теплотехнические свойства воды и водяного пара. «Энергия». 1980.