Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 28
|
по курсу “Котельные установки промышленных предприятий” Тема: Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1
Пояснительная записка к курсовому проекту: 46 с., 5 рис., 23 табл.Графическая часть содержит 1 лист формата А0 и А1. Объектом исследования является парогенератор К-50-40-1. Тепловой расчет парового котла может быть конструктивным и поверочным. Задача конструктивного теплового расчета котла заключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла, определении размеров радиационных и конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных номинальных параметрах пара, надежность и экономичность его работы. При этом обеспечение надежности работы поверхностей нагрева предполагает получение расчетных тепловых характеристик, исключающих увеличение максимальной температуры стенки сверх допустимого значения по условиям прочности, а на экономичность работы котла определяющее влияние оказывают температура уходящих газов и присосы холодного воздуха в газовый тракт. Выполнение конструктивного теплового расчета производится на основании исходных данных: тип парового котла (барабанный или прямоточный, его заводская маркировка), номинальную паропроизводительность и параметры перегретого пара, месторождение и марку энергетического топлива, способ сжигания твердого топлива (с твердым или жидким удалением шлаков), температуру питательной воды, поступающей в котел после регенеративного подогрева. Кроме указанных могут быть заданы и другие характеристики, например непрерывная продувка, доля рециркуляции газов в топку, работа котла под наддувом или при разряжении в газовом тракте и др. Задание не поверочный расчет включает в себя практически те же исходные данные, что и при конструктивном расчете, и дополнительно – конструктивные данные поверхностей котла. Поэтому расчету предшествует определение по чертежам геометрических характеристик поверхностей (диаметров и шагов труб, числа рядов труб, размеров проходных сечений для газов и рабочей среды, габаритных размеров газоходов и поверхностей нагрева и т.д.). При поверочном расчете котла, так же как при конструктивном, вначале определяют объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчет теплообмена в топочной камере и других поверхностях в последовательности, соответствующей их расположению по ходу газов. КОТЕЛ, ПАР, ТОПЛИВО, ТЕПЛОТА, КПД, ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ. СОДЕРЖАНИЕ
Введение 1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования 2. Расчет топлива 2.1 Характеристики топлива 2.2 Теплота сгорания смеси топлив. 2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания 2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания. 3. Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива 4. Расчет теплообмена в топке 5. Расчет фестона 6. Расчет пароперегревателя 7. Расчет хвостовых поверхностей нагрева 8. Расчет невязки теплового баланса парогенератора Выводы Список литературы 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 паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива. Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котел 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. Оборудование котельной установки условно разделяют на основное (собственно котел) и вспомогательное. Вспомогательными называют оборудование и устройства для подачи топлива, питательной воды и воздуха, для удаления продуктов сгорания, очистки дымовых газов, удаления золы и шлака, паропроводы, водопроводы и др. Современный котел оснащается системами автоматизации, обеспечивающими надежность и безопасность его работы, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, защиту окружающей среды от вредных выбросов. 1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования
Парогенератор ГМ-50-1. Топочная камера обьемом 144 м На боковых стенах топочной камеры размещены по три основные газомазутные горелки, с фронта – две дополнительные. В барабане находится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Вторая ступень вынесена в выносные циклоны Ш 377 мм. Пароперегреватель – конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Æ 32´3 мм и поперечным шагом 75 мм. Экономайзер – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб Æ 28´3 мм. Продольный шаг – 50 мм, поперечный – 70 мм. Воздухоподогреватель - стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 40´1,5мм. Поперечный шаг труб - 60 мм, продольный – 42 мм. Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора приведены в аннотации. Исходные данные представлены в таблице 1и 1.1 Таблица 1. Исходные данные. №варианта Тип парогенератора Топливо №1(мазут) Топливо № 2(газ) 20 ГМ 50-1 97 26 Таблица 1.1 q1
% D т/ч Pп.п
бар tп.п
0
С r % tп.в
0
С 36 49 40 450 3,5 145 2. Расчёт топлива
2.1 Характеристики топлива
Расчётные характеристики для заданных видов топлива предоставлены в таблицах 2.1 и 2.2 Таблица 2.1 Характеристики твёрдого топлива. Ср
% Wp
% Ap
% Sp
k
% TSp
op
% Hp
% Np
% Op
% Qр
н
КДж/кг Vг
t1
0
С t2
0
С t3
0
С 84,8 3 0,1 1.4 11.2 0.5 0.5 9490 * 4.187 50 1450 >1500 - Таблица 2.2 Характеристики газа. CH4
% C2
H6
% C3
H8
% C4
H10
% C5
H12
% N2
% CO2
% H2
S % O2
% CO% H2
% Qс
н
КДж/м3
rс
г
кг/м3
93.9 3.1 1.1 0.3 0.1 1.3 0.2 - - - - 8860*4.187 0.766 2.2
Теплота сгорания смеси топлив
При сжигании смеси жидкого и газообразного топлив расчёт с целью упрощения условно ведется на 1 кг жидкого топлива с учётом количества газа (м3
), приходящегося на 1 кг жидкого топлива. Поскольку доля жидкого топлива в смеси задана по теплу, то теплота сгорания жидкого топлива и является этой долей. Следовательно, удельная теплота сгорания смеси определиться как где Количество теплоты, вносимое в топку с газом: Тогда расход газа (в м3
) на 1 кг твёрдого топлива будет равен: где Проверка: 2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания
Необходимое для полного сгорания топлива количество кислорода, объёмы и массовые количества продуктов сгорания определяются из нижеследующих стехиометрических уравнений: · Для твёрдого топлива:
· Для газообразного топлива:
V°вII=0.0476∙[0.5∙СО+0.5∙Н2+1.5∙Н2S+∑(m+0.25∙n)∙СmНn–О2]= =0.0476∙(0+(1+0,25*4)*93,9+(2+0,25*6)*3,1+(3+0,25*8)*1,1+(4+0,25*10)*0,3+(5+0,25*12)*0,1)=9,84844 м/м; V°N2II=0.79∙V°вII+0.01∙N2=0.79∙9.84844+0.01∙1,3=7.8 м/м; V°RO2II=0.01∙(СО2+СО+Н2S+∑m∙СmНn)=0.01∙(0.2+1∙93.2+2∙3,1+3∙1.1+4∙0.3+5Ч0,1)=1.053 м/м; V°Н2OII=0.01∙(Н2S+Н2+∑0.5∙n∙СmНn+0.124∙dr)+0.0161∙V°в=0.01∙(0.5∙4∙93.9+6·3,1·0,5+0.5∙8∙1.1+0.5∙10∙0.3+0.5∙12·0,1+0,124·)+0.0161∙9.84844=2.2 м/м; · Для смеси топлив:
V°в=V°вI+Х∙V°вII=10,6+1,9∙9,84844=29,22 м/кг; V°N2=V°N2I+Х∙V°N2II=8,378+1,9∙7.8=23,198 м/кг; VRO2=V°RO2I+Х∙V°RO2II=1,6+1,9∙1.053=3,6 м/кг; V°Н2O=V°Н2OI+Х∙V°Н2OII=1,45+1,9∙2,2=5,63м/кг; Расчёт действительных объёмов.
VN2=V°N2+(a–1)∙V°в=23,198+(1.1–1)∙29,22=26,12 м/кг; VН2O=V°Н2O+0.0161∙(a–1)∙V°в=5,63+0.0161∙(1.1–1)∙29,22=5,68м/кг; Vr=VRO2+VN2+VН2O=3,6+26,12+5,68=35,4 м/кг; Объёмные доли трёхатомных газов.
rRO2=VRO2/Vr=3,6/35,4=0.102 rН2O=VН2O/Vr=5,68/35,4=0.16 rn=rRO2+rН2O=0.102+0.16=0.3 Концентрация
золы
в продуктах сгорания
m=А ∙aун/(100·Gr)=0,1∙0.95/(100·42,98)=0,000022 кг/кг; Gr=1-A/100+1.306∙a· V°в=1-0,1/100+1.306·1.1·29,22=42,98кг/кг; 2.4 Энтальпии
воздуха
и
продуктов
сгорания
. I°в=V°в∙(сt)в=29.22∙1436=41959,92 кДж/кг; I°r=VRO2∙(сJ
)RO2+V°N2∙(сJ
)N2+V°Н2О∙(сJ
)Н2О=3,6∙2202+23,198∙1394+5,63∙1725=49826,41кДж/кг; Ir=I°r+(a–1)∙I°в+Iзл; т.к. (А ∙aун/Qн)∙10=(0,1∙0.95/110368,7)∙10=0,0008<1.5, то Iзл – не учитывается; Ir=I°r+(a–1)∙I°в=49826,41+(1.1–1)∙41959,92=54023,34 кДж/кг. Полученные результаты после проверки на компьютере и уточнения офор- мим в виде даблицы 2.3 Таблица 2.3 Результаты расчёта топлива. Для твёрдого топлива Для газообразного топлива Для смеси топлив Энтальпии при t=1000 °С V°вI=10,6 V°N2I=8,378 V°RO2I=1,6 V°Н2OI=1,45 V°вII=9.84844 V°N2II=7.8 V°RO2II=1.053 V°Н2OII=2,2 V°вII=29,22 V°N2II=23,09 V°RO2II=3,6 V°Н2OII=5,63 Воздуха: I°в=41959,92 Газа: I°r=49826,41 Ir=54023,34 Золы: Iзл=0.00 При aт=1.1, t=1000°С. Значение коэффициентов избытка воздуха на выходе из топки и присосов воздуха в элементах и газоходах котельной установки принимаем по таблице 5. Таблица 2.4 Присосы воздуха по газовому тракту. Участки газового тракта. ∆a a Температура, °С. Топка 0.1 1,1 100–2200 Пароперегреватель 0,05 1,15 600–1200 Экономайзер 0,08 1,23 200–900 Воздухоподогреватель 0,06 1,29 100–600 Данные расчётов энтальпии продуктов сгорания топлива при различных температурах газов в различных газоходах сведены в таблицу 2.5. Таблица 2.5 Энтальпии продуктов сгорания в газоходах. t, °С Участки конвективных поверхностей нагрева 1,1 1,15 1,23 1,29 100 4846,011 5578,849 200 9777,533 10787,96 11254,31 300 14848,19 16379,02 17085,56 400 20056,08 22114,92 23065,15 500 25386,66 27984,91 29184,09 600 30833,56 32046,19 33986,4 35441,56 700 36421,62 37851,94 40140,45 800 42190,41 43841,34 46482,83 900 48048,5 49920,04 52914,51 1000 54023,34 56121,33 1100 60024,26 62354,56 1200 66042,61 68605,21 1300 72270,49 1400 78520,91 1500 84770,96 1600 91118,2 1700 97503,2 1800 103939,3 1900 110453,8 2000 116932,3 2100 123509,7 2200 130060,2 Таблица 2.6. Характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева. Величина Един-ица Топка Участки конвективных поверхностей нагрева 1.1 1.125 1.19 1.26 VRO2 м/кг 3,6 3,6 3,6 3,6 VN2=V°N2+(a-1)∙V°в –//– 26,12 26,85 28,75 30,8 VН2O=V°Н2O+ +0.0161∙(a-1)∙V°в –//– 5,68 5,69 5,72 5,75 Vr=VRO2+VN2+VН2O –//– 35,4 36,14 38,1 40,15 rRO2=VRO2/Vr –//– 0,102 0.1 0.09 0.089 rН2O=VН2O/Vr –//– 0.16 0.157 0.15 0.14 rn=rRO2+rН2O –//– 0.3 0.26 0.24 0.229 10∙А ∙aун/Qн кг/МДж 0,03 0,03 0,025 0,024 м= А ∙aун/(100·Gr) кг/кг 0,000022 0,000022 0,00002 0,000021 На рис.1 представлена схема котла ГМ-50-1 Рис. 1 Схема котла ГМ-50-1. 1-Топочная камера 2-Барабан 3-Фестон 4-Пароперегреватель 5-Экономайзер 6-Воздухоподогреватель 3. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива
Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива преждставлен в таблице 3 ТАБЛИЦА 3. Величина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определение Располагаемая теплота топлива кДж/кг Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива % 0,5 Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива % 0 Температура уходящих газов По заданию °С 140 Энтальпия уходящих газов По IJ–таблице кДж/кг 7849,0334 Температура воздуха в котельной По выбору °С 30 Энтальпия воздуха в котельной По IJ–таблице кДж/кг 1139,58 Потеря теплоты с уходящими газами % Потеря теплоты от наружного охлаждения По рис. 3–1 % 0,9 Сумма теплов.пот. % К.п.д. парогенератора % Коэффициент сохранения теплоты — Паропроизводительность агрегата По заданию кг/с 49 Давление пара в барабане По заданию МПа 44,4 Температура перегретого пара По заданию °С 450 Температура питательной воды По заданию °С 145 Удельная энтальпия перегретого пара По табл. VI–8 кДж/кг 3342 Удельная энтальпия питательной воды По табл. VI–6 кДж/кг 611 Значение продувки p По выбору % 70 Полезно используемая теплота в агрегате кВт Полный расход топлива кг/с Расчётный расход топлива кг/с 4 Расчет теплообмена в топке
Расчёт полной площади стен топочной камеры и сумарной лучевоспринимающей поверхности топки представлен в таблицах 4.1 ,4.2, 4.3 На рис.2 представлена схема топочной камеры ТАБЛИЦА 4.1 Расчет полной площади стен топочной камеры (Fст) и суммарной лучевоспринимающей поверхности топки (Hл) Наименование Обоз-наче-ние Еди-ница Фр.и свод Боко-вые Задн Вых. окно S Полная площадь стены и выходного окна FСТ
м2
56.2 63.5 44.28 13,48 177.46 Расстояние между осями крайних труб b м 5.2 3.66 5.2 5.2 Освещённая длина труб L м 10.3 8.28 8.165 2.05 Площадь, занятая лучевоспринимающей поверхностью F м2
53.56 60.61 42.46 10.66 167.29 Наружный диаметр труб d мм 60 60 60 60 Шаг труб s мм 70 70 70 70 Расстояние от оси труб до кладки (стены) e мм 100 60 100 Отношение s/d - 1,1667 1,1667 1.1667 Отношение e/d - 1,667 1 1,667 Угловой коэффициент x - 0.99 0.99 0.99 0.99 Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов HЛОТК
м2
53.02 60 42 10.55 165.57 ТАБЛИЦА 4.2 Расчёт конструктивных характеристик топки Величина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определения Активный объём топочной камеры По конструктивным размерам м3
150 Тепловое напряжение объёма топки: расчётное допустимое кВт/м3
кВт/м3
Количество горелок n По табл. III–10 шт. 6 Тепло производительность горелки МВт Тип горелки — По табл. III–6 — ГМГ-7 Рис.2 Топочная камера ТАБЛИЦА 4.3 Поверочный расчёт теплообмена в топке Величина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определение Суммарная площадь лучевоспринимающей поверхности По конструктивным размерам м2 165.57 Полная площадь стен топочной камеры По конструктивным размерам м2 177.46 Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности — Эффективная толщина излучающего слоя пламени м Полная высота топки По конструктивным размерам м 8 Высота расположения горелок По конструктивным размерам м 1.85 Относительный уровень расположения горелок — Параметр забалансированности топочных газов rн — Коэффициент M0 M0 По нормативному методу — 0,4 Параметр, учитывающий характер распределения температуры в топке М — Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки По табл. 4–3 — 1,1 Присос воздуха в топке По табл. 2–2 — 0,1 Присос воздуха в системе пылеприготовления По табл. 2–1 — 0 Температура горячего воздуха По предварительному выбору °С 250 Энтальпия горячего воздуха По IJ–таблице кДж/кг 9774,09 Энтальпия присосов воздуха По IJ–таблице кДж/кг 1139,58 Полезное тепловыделение в топке кДж/кг Адиабатическая температура горения По IJ–таблице °С 2045,86 Температура газов на выходе из топки По предварительному выбору °С 1144 Энтальпия газов на выходе из топки По IJ–таблице кДж/кг 62672.34 Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания кДж/кг Объёмная доля: водяных паров трёхатомных газов По табл. 1–2 По табл. 1–2 — — 0,16 0,102 Суммарная объёмная доля трёхатомных газов — Произведение м·МПа Коэффициент ослабления лучей: трёхатомными газами 1/(мЧЧМПа) Коэффициент излучения сажестых частиц Для мазута Для газа — 1- — Коэффициент заполнения m — Коэффициент ослабления лучей топочной средой 1/(мЧЧМПа) Критерий Бургера — Критерий Бургера — Температура газов на выходе из топки °С Энтальпия газов на выходе из топки По IJ–таблице кДж/кг 62718.46 Общее тепловосприятие топки кДж/кг Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей кВт/м2 5. Расчёт фестона
Конструктивные размеры и поверочный расчёт фестона представлен в таблицах 5.1 и 5.2 На рис 3 представлена схема фестона Рис. 3 Схема фестона ТАБЛИЦА 5.1 Показатели Еди-ница Фес-тон Наименования Обозначение Диаметр труб : наружный d м 0.06 внутренний dвн м 0.054 Кол-во труб в ряду Z1 шт. 23 Кол-во рядов труб Z2 3
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||