Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 28
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
«Поверочный тепловой расчет топки парового котла»
Вариант № 29 Произвести поверочный тепловой расчет отдельных поверхностей нагрева и свести тепловой баланс котла ТП-230: Характеристика котла ТП-230 1. Номинальная паропроизводительность Dном
=229 т/ч= 63,6 кг/с; 2. Температура перегретого пара tпп
=509°С; 3. Давление перегретого пара рпп
=12,6 МПа; 4. Давление в барабане котла рбар
=13,6 МПа; 5. Температура питательной воды tпв
=219°С; 6. Давление питательной воды рпв
=11,5 МПа; 7. Вид топлива: бурый уголь, месторождение Анадырское, марка-3Б, класс-Р; 8. Топка имеет металлическую наружную обшивку. По характеру движения рабочей среды парогенератор ТП-230 относится к агрегатам с естественной циркуляцией. Рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, состоящему из обогреваемых и не обогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами - коллекторами и барабанами. В обогреваемой части контура вода частично испаряется, образовавшийся пар отделяется от воды в барабанах и, пройдя через пароперегреватель, подается на турбину. Испарившаяся часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан. Парогенератор ТП-230 выполнен по П-образной схеме. В одной его вертикальной шахте расположена топочная камера, в другой экономайзер и воздухоподогреватель, вверху в поворотном горизонтальном газоходе размещается конвективный пароперегреватель. Характерной особенностью парогенераторов этой серии является наличие двух барабанов, соединенных по пару и воде между собой пароперепускными трубами. Начальная стадия отделения пара от воды происходит в основном в разделительном барабане меньшего диаметра. Последующее осушение пара происходит в основном барабане большего диаметра. Водоопускные трубы включены в основной барабан около его нижней образующей. Размещение над топочной камерой двух барабанов хорошо компонуется с конструкцией топочных экранов. Сверху топка ограничивается потолочными трубами, которые являются продолжением труб фронтального экрана и включаются верхними концами непосредственно в разделительный барабан. Дымовые газы выходят из топочной камеры через разведенные (фестонированные) в 4 ряда трубы заднего экрана, также включенные верхними концами в разделительный барабан. Подъемные трубы работают друг с другом параллельно, однако их конфигурация, длина, освещенность факелом различна. Для обеспечения надежной циркуляции их группируют в отдельные контуры. В контур циркуляции включают подъемные трубы, идентичные по своему гидравлическому сопротивлению и тепловой нагрузке. Каждый отдельный контур имеет свои опускные трубы. В котле ТП-230 16 контуров циркуляции: по 3 контура на боковых экранах и по 5 на фронтовом и заднем экранах. Пароперегреватель чисто конвективного типа. Регулирование температуры перегретого пара производится двумя пароохладителями поверхностного типа. Охлаждение и частичная конденсация пара осуществляется за счет нагрева части питательной воды, отводимой с этой целью из питательной линии в пароохладитель. Двухступенчатый экономайзер, служащий для подогрева питательной воды уходящими газами, состоит из отдельных пакетов змеевиков. Трубчатый воздухоподогреватель, предназначенный для нагрева дутьевого воздуха, транспортирующего угольную пыль при сжигании твёрдого топлива и подаваемого в зону горения топлива, состоит из двух ступеней, между которыми размещается нижняя часть (ступень) экономайзера. 2.1 Расчетные характеристики топлива
По табл. I [2], определяем состав рабочей массы топлива, %: − влажность WP
=22,0; − зольность AP
=13,3; − сера − углерод CP
=47,9; − водород HP
=3,7; − азот NР
=0,7; − кислород OP
=11,8. Низшая теплота сгорания Приведенные характеристики, %∙кг/МДж: − влажность WП
=5,14; − зольность АП
=3,10. Коэффициент размолоспособностиКло
=1,0. Выход летучих на горючую массу Температура начала размягчения золы t2
=1460°С; начала жидкоплавкого состояния золы t3
=1500 °С. 2.2 Теоретический объем воздуха
Теоретический объем воздуха 2.3 Теоретические объемы продуктов сгорания
Теоретические объемы продуктов сгорания, получаемые при полном сжигании 1кг топлива с теоретическим количеством воздуха, м3
/кг, определяем по формулам (2,2)¸(2,5) [2]: 2.4 Коэффициент избытка воздуха
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерной топки с твердым удалением шлака принимаем по таблице, 1.7 [2], aт
=1,2. Присосы воздуха в газоходах котла (на выходе из газохода) принимаем по табл. табл. 1.8 [2]: − присосы воздуха в топку − присосы воздуха в фестон − присосы воздуха в пароперегреватель I ст. − присосы воздуха в пароперегреватель II ст. − присосы воздуха в экономайзер II ст. − присосы воздуха в воздухоподогреватель II ст. − присосы воздуха в экономайзер I ст. − присосы воздуха в воздухоподогреватель I ст. − присосы воздуха в систему пылеприготовления 2.5 Объемы продуктов сгорания
Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц по газоходам котла представлены в табл. 2.1 Таблица 2.1 Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц
Величина и расчетная формула п/п I ст. п/п II ст. эк. II ст. вп. II ст. эк. I ст. вп. I ст. 1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева a¢¢=aт+ ΣΔai 2.Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева aср=(a¢+a¢¢)/2 (1,2+ +1,215)/2= 1,2075 (1,215+ +1,23)/2= =1,2225 (1,23+ +1,25)/2= =1,24 (1,25+ +1,28)/2= =1,265 (1,28+ +1,3)/2= =1,29 (1,3+ +1,33)/2= =1,315 3.Объём водяных паров, м3/кг
4.Полный объём газов, м3/кг
VГ=
+1,0161(aср-1)∙ Величина и расчетная формула п/п I ст. п/п II ст. эк. II ст. вп. II ст. эк. I ст. вп. I ст. 7. Масса дымовых газов при сжигании твёрдого и жидкого топлива Gг=1-0,01AP +
+1,306∙aср∙ При сжигании газа:
Gг=
+1,306 ∙aср ∙ 8. Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг µзл= APaун/(100∙Gг), где aун– доля уноса золы из топки (см. табл. 4.6[2]), aун= 0,95. 2.6 Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания
Таблица 2.2 Энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг (
H
- Поверхность нагрева НГВ=(a−
− 1)·
НГ=
+(a−1)· Топочнаякамера,
фестон 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 20852 18755 16679 14613 12592 10628 8682 6781 16554 14919 13294 11693 10102 8535 6997 5494 3310,8 2983,8 2658,8 2338,6 2020,4 1707,0 1399,4 1098,8 24162,8 22056,2 19614,0 17188,6 14812,4 12487,4 10205,7 7976,7 317,4 276,2 237,0 200,0 152,4 124,3 96,9 Пароперегреватель
I ст. 1000 800 8682 6781 6997 5494 1504,4 1181,2 10310,7 8059,1 124,3 96,9 Пароперегреватель
II ст. 1000 800 600 400 8682 6781 4954 3210 6997 5494 4039 2637 1609,3 1263,6 929,0 606,5 10415,6 8141,5 5953,8 5606,0 124,3 96,9 70,8 45,5 Экономайзер II ст.
800 600 400 200 6781 4954 3210 1560 5494 4039 2637 1299 1373,5 1009,8 659,3 324,8 8251,4 6034,6 3914,8 3890,7 96,9 70,8 45,5 21,4 600 400 200 4954 3210 1560 4039 2637 1299 1130,9 738,4 363,7 6155,7 3993,9 1945,1 70,8 45,5 21,4 Экономайзер I ст.
600 400 200 100 4954 3210 1560 770 4039 2637 1299 646 1211,7 791,1 389,7 193,8 6236,5 4046,6 1971,1 974,0 70,8 45,5 21,4 10,2 400 200 100 3210 1560 770 2637 1299 646 870,2 428,7 213,5 4125,7 2010,1 993,4 45,5 21,4 10,2 Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания Примечание. Энтальпии дымовых газов и воздуха Энтальпию золы Нзл
, кДж/кг, определяем по формуле (4-24) [1]. где (c Результаты расчета энтальпий продуктов сгорания при действительных избытках воздуха в газоходах приведены в таблице 2.2 настоящего расчета. 3.1 Тепловой баланс котельного агрегата
Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива. Располагаемую теплоту 1 кг сжигаемого топлива где Qвнш
− теплота, подводимая к воздуху от внешнего источника, кДж/кг, Qвнш
= 0; Qпф
− теплота, вносимая в топку при распылении мазута паром, кДж/кг, Qпф
= 0; Qк
− теплота, поглощаемая при сжигании сланцев, кДж/кг, Qк
=0. 3.2 Потери теплоты от химического и механического недожога
Потери теплоты от химического и механического недожога топлива q3
и q4
определяются по табл. 4.6 [2]. Принимаем для твердого топлива q3
= 0, q4
= 1 %. 3.3 Потеря теплоты с уходящими газами
Потерю теплоты с уходящими газами q2
, %, определяем по (3.2) [2]. где По табл. 1.4 [2] принимаем tyx
=160 °С. Энтальпию уходящих газов при tyx
=160 °C определяем по табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции. Энтальпию холодного воздуха определяем по формуле (3.3) [2]: где tхв
=60°С − температура холодного воздуха, принимается по [1], стр. 29; табл. 1.5 [2]: 3.4 Потеря теплоты от наружного охлаждения
Потеря теплоты q5
от наружного охлаждения через внешние поверхности котла при номинальной производительности котла Dном
= 229 т/ч =63,6 кг/с определяем по формуле (3.11) [2]: 3.5 Потеря с теплом шлаков
Потеря с физической теплотой удаляемых шлаков q6
при камерном сжигании с твёрдым шлакоудалением учитывается только для многозольных топлив, когда АР
>2,5 3.6 Коэффициент полезного действия котла
Коэффициент полезного действия котла определяем по формуле (3.1) [2]: 3.7 Расход топлива
Расход топлива B, кг/с, подаваемого в топочную камеру парового котла определяем по формуле (3.14) [2]: где Dпе
= Dном
– расчетная паропроизводительность котла, кг/с; Расход продувочной воды из барабана котла определяем по формуле (3.15) [2]: где р = 3% – непрерывная продувка котла, принимается в соответствии с п. 4.8.27 ПТЭ. При давлении перегретого пара рпп
=12,6 МПа и tпп
=509°С по табл. XXV [1] определяем hпп
=3392,35кДж/кг. При давлении питательной воды рп.в.
=11,5 МПа и tп.в.
=219°С по табл. XXIV [1] определяем hп.в.
=941,93 кДж/кг. При давлении в барабане котла рбар
=13,6 МПа, tн
=334,34°С, по табл. XXIII [1] определяем hкип
=1556,9 кДж/кг. Рассчитываем расход топлива: Расчетный расход топлива с учетом механического недожога определяем по формуле (3.16) [2]: Коэффициент сохранения теплоты рассчитываем по формуле (4.24) [2]: 4.1 Геометрические характеристики топки
Геометрические характеристики топки определяем по чертежу котла ТП-230, учитывая рекомендации, изложенные в § 4.1 [2]. При расчёте теплообмена в топочной камере её объём 1) Площади поверхностей стен: где Полная поверхность стен: Поверхность стен, занятая горелками: где Поверхность стен, занятая экранами: 2) Объем топочной камеры: 3) Лучевоспринимающую поверхность стен определяем по формуле (6-06а) [1]: где Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции (см. п. 6-06 [1]). Для фестона где S/d – относительный шаг труб настенного экрана; 3) Определяем степень экранирования топки: 4) Эффективная толщина излучающего слоя топки рассчитывается по формуле (6-07) [1]: где 5) Расчетное тепловое напряжение топочного объема определяем по формуле (4.8) [2]: Допустимое тепловое напряжение топочного объема определяем по табл. XVIII [1]: 4.2. Коэффициент теплового излучения топочной камеры
Коэффициент теплового излучения топочной камеры xт
введен вместо применявшейся ранее степени черноты топки eт
. Он является радиационной характеристикой излучающего тела и зависит только от его физических свойств и температуры. Поглощательная способность (степень черноты) eт
характеризует степень поглощения падающего излучения и дополнительно зависит от спектра этого излучения. Для серых и черных тел эти два коэффициента xт
и eт
численно равны. Для определения температуры газов на выходе из топки где Коэффициент излучения газового факела xф
зависит от температуры 1) Коэффициент излучения газового факела при сжигании твердых топлив определяем по формуле (4.37) [2]: где р= 0,1МПа; S – эффективная толщина излучающего слоя, м. (S= 6,62 м). Коэффициент k 1/(м∙МПа), ослабления лучей топочной средой определяем по формуле (4.39) [2]: где По формуле (4.40) [2] определяем коэффициент ослабления лучей трехатомными газами: где По рекомендациям [2] табл. 4.7 принимаем температуру газов на выходе из топки По формуле (4.41) [2] определяем коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы: где Коэффициент ослабления лучей топочной средой Коэффициент излучения факела (степень черноты факела) определяется по формуле (4.37) [2] (см. номограмму 2 [2]): 2) Тепловосприятие в топке оценивается средним коэффициентом тепловой эффективности экранов yср.
yср
определяют по формуле (4.32) [2]: где F1
, F2
, F3
, F4
, F5
, F6
– поверхность i-го участка экрана (поверхности соответственно задней, фронтовой, 1-ой боковой, 2-ой боковой стены, амбразур горелок и фестона). Коэффициент теплового излучения топки равен 4.3 Расчет температуры газов на выходе из топки
Адиабатическая температура горения 1) Полезное тепловыделение в топке (для расчета где где По рекомендациям, изложенным в [2] табл.1.6 принимаем tг.в
=350 °С. Энтальпию горячего воздуха определяем по данным табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции: Полезное тепловыделение в топке: 2) Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания Для твердых топлив температура газов на выходе из топки выбирается из условия предупреждения шлакования последующих поверхностей нагрева (см. табл. 4.7. [2]). Кроме того, для топок с твердым шлакоудалением должны быть сгранулированы расплавленные микрокапли шлака до встречи их с трубами на выходе из топки. Для этого температура топочных газов на выходе из топки должна быть ниже температуры t2
начала размягчения золы (табл. II [1]. Для Анадырского бурого угля марки 3Бt2
= 1460 °С. где 3) Коэффициент М расположения горелок определяем по формуле (4.26) [2] (коэффициент М учитывает относительное положение ядра факела по высоте топки, что влияет на При камерном сжигании твердых топлив, М=0,56 – 0,5∙Хт
, где Хт
– коэффициент, характеризующий относительную высоту положения зоны максимума температур в топке, определяется по формуле (4.28) [2]: где Максимальное значение М не превышает 0,5. 4) Действительная температура газов на выходе из топки где Полученное значение Принимаем температуру газов на выходе из топки Рассчитываем энтальпию газов на выходе из топки: 6) Количество тепла воспринятого в топке: Здесь 7) Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева: Расчетное тепловое напряжение топочного объема (подсчитано ранее, см. п. 4.1 настоящего расчёта): 5.1 Общие сведения
Поверочный тепловой расчёт фестона сводится к определению количества тепла, воспринимаемого фестоном. Количество теплоты, воспринимаемое фестоном, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает Конструктивно фестон состоит из труб заднего экрана, но размещенных с увеличенным поперечным S1
=200÷300 мм и продольным S2
=250÷400 мм шагами. При этом трубы фестона разводятся в несколько рядов Z2
. Иногда фестон выполняется из труб большего диаметра (около 100 мм), расположенных в один ряд (S1
=400÷800 мм). Из расчета топки для предыдущей поверхности нагрева известными являются температура и энтальпия газов перед фестоном. Температура газов за фестоном принимается с последующей проверкой и уточнением ее. Кроме этого, она должна быть увязана с условиями обеспечения надежной работы пароперегревателя. Согласно [2] охлаждение дымовых газов в фестоне Температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла, температурный напор определяется по формуле: где Средняя скорость газов в фестоне, величина, которая необходима для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяется из выражения (6.7) [2]. Объем газов на единицу топлива Vг
определяется по избытку воздуха на выходе из топки. Площадь живого сечения для прохода газов определяется из чертежа с использованием рис. 5.1. где ℓф
– высота газового окна, где размещен фестон, м; а – ширина котла по фронту, м; d– диаметр труб (определяется из чертежа); Z1
− число труб в одном ряду. Если расстояние от крайней трубы фестона равно поперечному шагу S1
, то Z1
= а/S1
− 1. Если указанное расстояние равно S1
/2, то Z1
= а/S1
. Коэффициент теплоотдачи конвекцией Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формулам (6.35), (6.37) [2] или номограмме 18 [1], см. рис. 6.14 [2]. Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле: Шаги труб определяются по действительному расстоянию между осями труб из чертежа. При конструкторском расчете согласно [1] рекомендуются следующие шаги труб фестона S1
≥ 300, S2
≥ 200 мм. Излучение газовых объемов на фестон не учитывается. Температура загрязненной стенки вычисляется по формуле: t3
= tн
+ ∆t, где ∆t= 80 ○
С. При расчете коэффициента теплопередачи для фестонов не учитывается коэффициент теплоотдачи от стенки к пароводяной смеси Во всех случаях коэффициент теплоотдачи для фестона определяется по формуле: где Для фестонов котлов большой мощности и развитых котельных пучков котлов малой мощности в зависимости от рода топлива Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке где ξ − коэффициент использования поверхности. Полная теплообменная поверхность фестона: Для расчета количества теплоты, передаваемого от газов к фестону за счет конвективного теплообмена Qт
, по формуле (6.1) [2] в качестве расчетной поверхности нагрева принимается полная теплообменная поверхность фестона. При поверочном расчете по уравнению теплопередачи определяется количество теплоты, переданное поверхности фестона Qт
, и сравнивается с величиной тепловосприятия фестона Qф
, которая складывается из двух составляющих: теплоты, непосредственно отданной газами при их охлаждении от Q 5.2 Геометрические параметры фестона
Геометрические параметры фестона принимаются по паспортным данным котла: − наружный диаметр трубdH
= 76 мм; − число рядов труб по ходу движения газов Z2
= 4; − поперечный шаг труб S1
= 380 мм; − продольный шаг труб S2
= 400 мм; − расположение труб - шахматное; − размер поверхности нагрева Fф
=164 м2
; − живое сечение для прохода газов f=50,3 м2
. 5.3 Расчёт энтальпии дымовых газов на выходе из фестона
Температуру дымовых газов перед фестоном принимаем равной температуре газов на выходе из топки. Температуру дымовых газов за фестоном определяем по формуле: где принимаем D Энтальпия дымовых газов на выходе из фестона: 5.4 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, по уравнению теплового баланса
Теплота, воспринимаемая фестоном, складывается из двух составляющих: Qф
= Qб.ф
+Qл.ф.
1) Теплота, отданная газами Qб.ф
, кДж/кг, рассчитывается по формуле (5.5) [2] по (уравнению теплового баланса) : где 2) Теплота Qл.ф
, кДж/кг, полученная фестоном излучением из топки, определяется по следующей формуле: где Теплоту излучения из топки на фестон определяем по формуле (5.24) [2]: где Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева где Тепло, полученное фестоном излучением из топки: 5.5 Расчёт теплоты, воспринимаемой фестоном, теплопередачей
Количество тепла где 1) Усредненный температурный напор определяем по рекомендациям, изложенным в [2] (см. стр. 148), при неизменной температуре одной из сред. Температуру пароводяной смеси в фестоне определяем по табл. XXIII [1] как температуру насыщения при давлении в барабане котла рбар
= 13,6 МПа, tф
= 334,34°С: Усредненный температурный напор определяем по формуле (6.47) [2]: 2) Расчетную скорость где 3) Коэффициент теплопередачи где y– коэффициент тепловой эффективности, принимается по табл. 6.4 [2], y=0,65; 4) где 5) Коэффициент теплоотдачи конвекцией где Сф− поправка на физические характеристики потока, (см. рис. 6.5 [2]). Относительные шаги труб фестона рассчитываем по формулам: При Z2
< 10 и s1
³ 3,0 Сф
определяем по рисунку 6.5 [2]: при при 6) Коэффициент теплоотдачи излучением где Здесь Эффективную толщину S излучающего слоя для гладкотрубных пучков определяем по формуле (6.40) [2]: р = 0,1 МПа – давление в топочной камере. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами определяем по формуле (4.40) [2] при котел паровой энтальпия тепловой баланс Коэффициент ослабления лучей частицами золы определяем по формуле (4.41) [2] при Коэффициент теплового излучения (степень черноты) газового потока. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания равен: Здесь Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяем по формуле: где ξ – коэффициент использования поверхности, ξ = 1. Коэффициент теплопередачи определяем по формуле: Количество тепла, передаваемое фестону по условию теплопередачи определяем по формуле: 5.6 Невязка баланса теплот
Невязка баланса теплот для фестона рассчитывается по формуле: Невязка теплового баланса для фестона не превышает допустимого значения ±5 %, расчет фестона считается законченным. Библиографический список
1. Кудинов А.А., Зиганшина С.К. Проверочный тепловой расчет топки парового котла. Методические указания к курсовому проекту. Самара 2006 СамГТУ. 35 с. 2. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). М.: НПО ЦКТИ 1998. 297 с. 3. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. М.: Энергоатомиздат, 1988. 208 с.
|