Паровые котлы
Министерство Образования Российской Федерации
Ивановский Государственный Энергетический Университет
Кафедра ТЭС
Курсовой проект
тема: Паровые котлы
Иваново 2003
Введение
Парогенератор
ГМ-50-1.
Топочная
камера обьемом 144 м полностью
экранирована трубами 60´3мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы фронтового и заднего экранов
образуют под топки. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных
контуров.
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 Ø 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.
Аннотация
В данном
курсовом проекте производится расчет парогенератора ГМ-50-1, исходя из
следующих данных:
1. Тип котла ГМ-50-1_
2. Номинальная паропроизводительность ДК = 50
т/ч
3. Рабочее давление в барабане котла РК = 45
кгс/см2
4. Рабочее давление на выходе из пароперегревателя РПЕ =
40 кгс/см2
5. Температура перегретого пара tПЕ = 440 °С
6. Температура питательной воды tПВ = 140 °С
7. Температура уходящих газов tУХ = 150 °С
8. Температура горячего воздуха tГВ = 220 °С
9. Вид
и марка топлива мазут м/с (№ 96)
10.
Тип топочного устройства: камерная.
В
результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены
следующие изменения:
В
пароперегревателе добавлены две петли.
Расчётная
поверхность пароперегревателя – 296,26 м.
В
экономайзере убрана одна петля во втором пакете.
Расчётная
поверхность экономайзера – 412,65 м.
Высота
газохода для размещения экономайзера – 2,425 м.
Расчётная
поверхность ВЗП - 1862,88 м.
Число
ходов по воздуху n = 3.
Высота хода по воздуху h = 2,161 м.
Последовательность
пуска котла
1.
Внешний осмотр
(исправность горелок, вентиляторов, дымососов; топка, газоходы, арматура
(запорная, регулирующая); КИП; автоматика, подвод напряжения ).
2.
Открывают
воздушники, линию рециркуляции ЭКО, линию продувки пароперегревателя, закрывают
дренажи, клапан непрерывной продувки, главные паровые задвижки 1 и 2.
3.
Котел заполняют
деаэрированной водой с температурой 60-70 и контролируют разность температур
Время заполнения водой 1-1,5ч.
Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы.
4.
Включают дымосос
и вентилируют топку и газоходы 10-15 мин.
5.
Устанавливают
разряжение
и включают мазутные растопочные
форсунки
,
чтобы при отсутствии пара
6.
При появлении
пара из воздушников-2, их закрывают.
7.
Растопочный пар,
расхолаживая пароперегреватель, выводиться через линии продувки
пароперегревателя.
8.
Продувают
воздухоуказательные колонки и экранную систему.
9.
При открывают ГПЗ–1, закрывают
линии продувки пароперегревателя, прогревают соединительный паропровод,
выпуская пар через растопочный расширитель.
10.
Периодически
подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.
11.
Увеличивают
расход топлива до
При включают непрерывную
продувку. При открывают
растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.
При и увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают
котел в магистраль.
Переходят
на основное топливо и увеличивают нагрузку до номинальной. Включают автоматику.
Плановый
останов котла
1.
Предупреждают
турбинное отделение о снижении нагрузки
2.
Плавно снижают нагрузку
до 40%.
3.
Прекращают подачу
топлива и гасят топку.
4.
Вентилируют топку
и газоходы 15 мин.
5.
Продувают трубную
систему через дренажи. Через 8-14 часов продувку повторяют.
6.
Продувку пара
осуществляют сначала через растопочное РОУ, потом через растопочный расширитель,
а затем через линию продувки парогенератора.
7. Переодически
подпитывая котел, следят за уровнем, чтобы Tcт(верх) - Тст(ниж) < 40 оС.
8. Скорость
расхолаживания < 0,3 (оС/мин)
9. При температуре воды tв =50 оС и Р = 1 атм открывают дренажи и котел
опорожняют, после чего выводят в ремонт.
Элементы парового котла
|
Газоходы
|
Величина присоса a
|
Топочная камера
|
Топки паровых котлов для жидкого топлива
|
0,05
|
Котельные пучки
|
Фестон
|
0
|
Пароперегреватели
|
Первичный пароперегреватель
|
0,03
|
Экономайзеры
|
Для котлов D£50т/ч
|
0,08
|
Воздухоподогреватели(трубчатые)
|
Для котлов D£50т/ч
|
0,06
|
Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их
средние значения:
№
|
Газоходы
|
Коэффициент избытка воздуха за газоходом a’’
|
Величина
присоса Da
|
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе a
|
1
|
Топка и фестон
|
|
|
|
2
|
Пароперегре-ватель
|
=1,13
|
|
|
3
|
Экономайзер
|
=1,21
|
|
|
4
|
Воздухоподо-греватели
|
+0,06=1,27
|
|
|
2. Топливо и продукты горения
Вид топлива: Мазут
малосернистый (№96)
Wp
|
Ap
|
Sp
|
Сp
|
Нp
|
Np
|
Op
|
Qp H
|
3,0
|
0,05
|
0,3
|
84,65
|
11,7
|
-
|
0,3
|
9620
|
Объёмы воздуха и продуктов горения при a=1,0 и 760 мм.рт.ст.:
Расчитываем приведённую влажность WП и зольность АП
Для контроля проверим баланс элементарного состава:
CP+ HP+ SP+
NP+ OP+ AP+ WP=100%
84,65%+11,7%+0,3%+0,3%+0,05%+3,0%=100%
При a>1
объёмы продуктов горения, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров,
безразмерную концентрацию золы, массу газов, их плотность расчитывают по всем
газоходам для средних и конечных значений a.
Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и
водяных паров
№
|
Величина
|
Единицы
|
|
АР=0,05%
|
Газоходы
|
Топка и фестон
|
Паропере-греватель
|
Экономай- зер
|
Воздухопо- догреватель
|
1
|
Коэф избытка воздуха за газоходом a’’
|
-
|
|
1,1
|
1,13
|
1,21
|
1,27
|
2
|
Средний коэф избытка воздуха в газоходе a
|
-
|
|
1,1
|
1,115
|
1,17
|
1,24
|
3
|
|
м3/кг
|
за
|
1,5271
|
-
|
-
|
1,5562
|
ср
|
-
|
1,5297
|
1,5391
|
1,5510
|
4
|
|
м3/кг
|
за
|
12,5591
|
-
|
-
|
14,3936
|
ср
|
-
|
12,7210
|
13,3145
|
14,0698
|
5
|
|
--
|
за
|
0,1258
|
-
|
-
|
0,1098
|
ср
|
-
|
0,1242
|
0,1187
|
0,1123
|
6
|
|
--
|
за
|
0,1216
|
-
|
-
|
0,1081
|
ср
|
-
|
0,1202
|
0,1156
|
0,1102
|
7
|
|
--
|
за
|
0,2474
|
-
|
-
|
0,2179
|
ср
|
-
|
0,2445
|
0,2343
|
0,2225
|
8
|
|
кг/кг
|
За
|
16,2562
|
-
|
-
|
18,6140
|
Ср
|
-
|
16,4642
|
17,2271
|
18,1980
|
9
|
|
кг/м3
|
За
|
1,2944
|
-
|
-
|
1,2932
|
Ср
|
-
|
1,2943
|
1,2939
|
1,2934
|
Энтальпию золы учитывают только в том случае, если
приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы
уносимую газами принимаем
аун=0,95=95%):
Энтальпии воздуха и продуктов горения
по газоходам парового котла (ккал/кг)
газоход
|
Тем-ра газов
|
|
|
|
|
|
Топка и фестон (при aт’’)
|
2200
|
10218
|
8628
|
862,8
|
11080,80
|
-
|
2100
|
9701
|
8203
|
820,3
|
10521,30
|
559,50
|
2000
|
9187
|
7778
|
777,8
|
9964,80
|
556,50
|
1900
|
8676
|
7353
|
735,3
|
9411,30
|
553,50
|
1800
|
8168
|
6928
|
692,8
|
8860,80
|
550,50
|
1700
|
7665
|
6514
|
651,4
|
8316,40
|
544,40
|
1600
|
7163
|
6099
|
609,9
|
7772,90
|
543,50
|
1500
|
6664
|
5684
|
568,4
|
7232,40
|
540,50
|
1400
|
6170
|
5270
|
527
|
6697,00
|
535,40
|
1300
|
5679
|
4856
|
485,6
|
6164,60
|
532,40
|
1200
|
5193
|
4452
|
445,2
|
5638,20
|
526,40
|
1100
|
4719
|
4048
|
404,8
|
5123,80
|
514,40
|
1000
|
4248
|
3645
|
364,5
|
4612,50
|
511,30
|
900
|
3779
|
3252
|
325,2
|
4104,20
|
508,30
|
Паропе-регреватель при aпе’’
|
700
|
2862
|
2486
|
323,18
|
3185,18
|
-
|
600
|
2421
|
2106
|
273,78
|
2694,78
|
490,40
|
500
|
1994
|
1736
|
225,68
|
2219,68
|
475,10
|
400
|
1573
|
1375
|
178,75
|
467,93
|
Эконо-майзер при aэк’’
|
500
|
1994
|
1736
|
364,56
|
2358,56
|
-
|
400
|
1573
|
1375
|
288,75
|
1861,75
|
496,81
|
300
|
1163
|
1022
|
214,62
|
1377,62
|
484,13
|
Воздухо-ль при aвп’’=aух
|
300
|
1163
|
1022
|
275,94
|
1438,94
|
-
|
200
|
766
|
676
|
182,52
|
948,52
|
490,42
|
100
|
379
|
336
|
90,72
|
469,72
|
478,80
|
3. Определение расчётного расхода топлива
3.1 Располагаемое тепло топлива Qрр находим по формуле:
Qрр=Qрн+Qв.вн+iтл
3.2 Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне
парового котла, Qв.вн
Учитывают только для высокосернистых мазутов. Топливо
проектируемого котла - малосернистый мазут. где (Ioв)’ при t’вп =100 oC Þ (Ioв)’=322 ккал/кг;
3.3 Величину физического тепла топлива находим по формуле:
iтл= Cтл tтл, где tтл
=100 oC; Cтл =0,415+0,0006×tтл=0,415+0,0006×100=0,475 ккал/(кг× oC);
iтл= 0,475×100=47,5 ккал/кг;
Расход топлива используют при выборе и расчёте числа и
мощности горелочных устройств. Тепловой расчёт парового котла, определение
объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения
поверхностям нагрева, производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего
топлива с учетом механической неполноты горения:
4. Выбор схемы сжигания топлива
Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и
качества топлива. Подготовка к сжиганию мазута заключается в удалении из него
механических примесей, повышении давления и подогрева для уменьшения вязкости.
В проектируемом паровом котле установлены горелки (в
количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью
110¸120% от паропроизводительности котла;
мазут подогревают до 100¸130оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна
быть 30¸40 м/с.
5. Поверочный расчёт топки
Задачей поверочного расчёта является определение температуры
газов на выходе из топки Jт’’ при заданных конструктивных размерах
топки, которые определяют по чертежам парового котла.
5.1 Определение конструктивных размеров и
характеристик топки
По чертежу парового котла определяем размеры топки и
заполняем таблицу
№
|
Наименование величин
|
Обозн.
|
Раз-ть
|
Источник или формула
|
Топочные экраны
|
Выход-ное окно
|
Фронтовой
|
Боко-вой
|
Задний
|
Осн.
часть
|
Под
|
|
Осн.
часть
|
Под
|
1
|
Расчётная ширина экранированной стенки
|
bст
|
м
|
чертёж или
эскиз
|
5,0
|
5,0
|
3,5
|
5,0
|
5,0
|
5,0
|
2
|
Освещённая длина стен
|
lст
|
м
|
чертёж или
эскиз
|
9,075
|
1,675
|
-
|
7,05
|
1,85
|
2,05
|
3
|
Площадь стены
|
Fст
|
м2
|
bст ·lст
|
45,5
|
8,375
|
30,014
|
35,125
|
9,25
|
10,25
|
4
|
Площадь стен, не занятых экранами
|
Fi
|
м2
|
чертёж или
эскиз
|
-
|
-
|
0,9202
|
-
|
-
|
-
|
5
|
Наружный диаметр
труб
|
d
|
м
|
чертёж или
эскиз
|
0,06
|
6
|
Число труб
|
Z
|
шт
|
-²-
|
70
|
70
|
49
|
70
|
70
|
-
|
7
|
Шаг труб
|
S
|
м
|
-²-
|
0,07
|
0,07
|
0,07
|
0,07
|
0,07
|
-
|
8
|
Отн. шаг труб
|
S/d
|
-
|
-
|
1,1667
|
9
|
Расстояние от оси до обмуровки
|
е
|
м
|
-²-
|
0,1
|
0,1
|
0,1
|
0,065
|
0,065
|
-
|
10
|
Относ. -²-
|
e/d
|
-
|
-
|
1,667
|
1,667
|
1,667
|
1,0833
|
1,0833
|
-
|
11
|
Угловой к-т экрана
|
X
|
-
|
номо-грамма
|
0,99
|
0,99
|
0,99
|
0,985
|
0,985
|
1
|
12
|
К-т загрязнения
|
x
|
-
|
таблица
|
0,55
|
0,55
|
0,55
|
0,55
|
0,55
|
0,55
|
13
|
К-т тепловой эффективности экрана
|
y
|
-
|
Cx
|
0,5445
|
0,5445
|
0,5445
|
0,54175
|
0,54175
|
0,55
|
Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для
топки в целом определяют по формуле:
Активный объём топочной камеры определяют по формуле:
Эффективная толщина излучающего слоя:
5.2 Расчёт теплообмена в топке
Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным
процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки qт’’ с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки ат
и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и
зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени,
который определяется схемой размещения и типом горелок.
При расчёте теплообмена используют в качестве исходной
формулу:
Где Tт’’ = Jт’’ + 273 - абсолютная температура газов
на выходе из топки, [K]; Ta = Ja + 273 -температура газов, которая
была бы при адиабатическом сгорании топлива, [K]; Bо – критерий Больцмана, определяемый
по формуле:
Из этих формул выводятся расчетные.
Определяем полезное тепловыделение в топке Qт и соответствующую ей адиабатическую температуру
горения Та :
Коэффициент ослабления лучей kг топочной средой определяют по номограмме.
Коэффициент ослабления лучей kс сажистыми частицами определяют по формуле:
6. Поверочный расчёт фестона
В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из
топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами бокового
топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый
фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и
капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона. Задачей
поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном Jф’’ при заданных конструктивных размерах
и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов
перед фестоном, т.е на выходе из топки.
Наименование величин
|
Обозн.
|
Раз-ть
|
Ряды фестона
|
Для всего фестона
|
1
|
2
|
3
|
Наружный диаметр труб
|
d
|
м
|
0,06
|
Количество труб в ряду
|
z1
|
--
|
23
|
23
|
24
|
-
|
Длина трубы в ряду
|
lI
|
м
|
2,3
|
2
|
1,275
|
-
|
Шаг труб: поперечный
|
S1
|
м
|
0,21
|
0,21
|
0,21
|
0,21
|
продольный
|
S2
|
м
|
-
|
0,35
|
0,775
|
0,5197
|
Угловой коэф фестона
|
xф
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1
|
Расположение труб
|
-
|
-
|
шахматное
|
Расчётная пов-ть нагрева
|
H
|
м2
|
9,966
|
8,666
|
5,765
|
24,3977
|
Размеры газохода:
высота
|
aI
|
м
|
2,25
|
2,05
|
1,275
|
-
|
ширина
|
b
|
м
|
5
|
5
|
5
|
-
|
Площадь живого сечения
|
F
|
м2
|
8,283
|
7,611
|
4,539
|
6,7646
|
Относительный шаг труб:
поперечный
|
S1/d
|
-
|
3,5
|
3,5
|
3,5
|
3,5
|
продольный
|
S2/d
|
-
|
-
|
5,833
|
12,92
|
8,6616
|
Длину трубы в каждом ряду li определяем по осевой линии трубы с
учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию
барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската
горизонтального газохода. Количество труб в ряду z1 определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода
разводку труб экрана в фестон.
Поперечный шаг S1 равен утроенному шагу заднего экрана
топки, т.к. этот экран образует три ряда фестона. Поперечные шаги для всех
рядов и всего фестона одинаковы. Продольный шаг между первым и вторым рядами
определяют как кратчайшее расстояние между осями труб этих рядов S2’, а между вторым и третьим рядами S2’’ как длину отрезка между осями труб
второго и третьего рядов, соединяющего их на половине длины труб. Среднее
значение продольного шага для фестона определяют с учетом расчетных
поверхностей второго и третьего рядов труб, существенно различающихся по
величине:
Принимаем xф = 1, тем самым увеличиваем
конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно
упрощает расчёт.
По S1ср и S2ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона Sф расположение труб в пучке –
шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не
учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в плоскости, проходящей по осям
основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона,
её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб
правого и левого боковых экранов.
Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:
Fi = ai×b - z1× liпр×d; где liпр – длина проекции трубы на плоскость
сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.
Fср находим как среднее арифметическое между F1 и F3.
Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна
геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной
обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации,
т.е гибов в пределах фестона:
Нi
= p×d×z1i× li; где z1i – число труб в ряду; li – длина трубы в ряду по её оси. Расчётная
поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:
Нф = Н1 + Н2 + Н3
= 9,966+8,666+5,765 = 24,3977 м;
На правой и левой стене газохода фестона расположена часть
боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:
Ндоп = SFст·xб = (1,7062 + 1,7062)·0,99 = 3,3782 Þ Нф’ = Нф
+ Ндоп = 27,776 м;
Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового
расчёта фестона.
Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30¸1000С ниже, чем перед ним:
Наименование величин
|
Обозначение
|
Размерность
|
Величина
|
Температура газов перед фестоном
|
Jф’=Jт’’
|
0С
|
1053,4
|
Энтальпия газов перед фестоном
|
I ф’=I т’’
|
ккал/кг
|
4885,534
|
Объёмы газов на выходе из топки при a¢¢т
|
Vг
|
12,559
|
Объёмная доля водяных паров
|
rH2O
|
--
|
0,1216
|
Объёмная доля трёхатомных газов
|
rRO2
|
--
|
0,2474
|
Температура состояния насыщения
при давлении в барабане Рб=45кгс/см2
|
tн
|
0С
|
256,23
|
7. Определение тепловосприятий пароперегревателя,
экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла
При выполнении расчёта в целях уменьшения ошибок и связанных
с ними пересчётов до проведения поверочно-конструкторских расчётов
пароперегревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по
уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в
целом.
Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют
по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а
тепловосприятие экономайзера – по уравнению теплового баланса теплоносителя
(продуктов сгорания).
Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:
Находим при Pпе=40 кгс/см2 и tпе=440oC Þ iпе=789,8 ккал/кг; при Pб=45 кгс/см2 и температуре насыщения Þ iн=668,1 ккал/кг; Diпо=15 ккал/кг;
Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения
факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Qпел =0), а угловой коэффициент фестона Хф=1.
В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с
тепловосприятием конвекцией: Qпек = Qпе.
Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем
позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²пе=601,520С;
Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению
теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха
(после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя
зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и
рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие
воздухоподогревателя определяем:
где Iогв находим по tгв=220oC Þ Iогв=745,2 ккал/кг;
b²вп – отношение объёма воздуха за
воздухоподогревателем к теоретически необходимому:
Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю
(продуктам сгорания) имеет вид:
где Iух – энтальпия уходящих газов, которую
находим по tух=150oC Þ Iух=709,135 ккал/кг;
Iоух – энтальпия теоретического объёма
воздуха, которую при
tпрс=( tгв
+ t’в)/2=(220+30)/2=125 oC Þ Iпрс=421 ккал/кг;
Полученное значение энтальпии газов за экономайзером
позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²эк=301,870С;
Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению
теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):
Определяем невязку теплового баланса парового котла:
8. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя
Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя
является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях,
конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя
определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы
чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную)
величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по
чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.
По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя
в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя
|
Наименование величин
|
Обозн.
|
Раз-ть
|
Величина
|
Наружный диаметр труб
|
d
|
м
|
0,032
|
|
Внутренний диаметр труб
|
dвн
|
м
|
0,026
|
|
Количество труб в ряду
|
z1
|
-
|
68
|
|
Количество труб по ходу газов
|
z2
|
-
|
18
|
|
Шаг труб: поперечный
|
S1
|
м
|
0,075
|
|
продольный
|
S2
|
м
|
0,055
|
|
Относительный шаг труб
поперечный
|
S1/d
|
-
|
2,344
|
|
продольный
|
S2/d
|
-
|
1,719
|
|
Расположение труб змеевика
|
-
|
-
|
шахматное
|
|
Характер взаимного течения
|
-
|
-
|
перекрестный ток
|
|
Длина трубы змеевика
|
l
|
м
|
29,94
|
|
Поверхность, примыкающая к стенке
|
Fст×х
|
м2
|
21,353
|
|
Поверхность нагрева
|
H
|
м2
|
226,01
|
|
Размеры газохода: высота на входе высота на выходе
|
a¢
a²
|
м
м
|
1,68
|
|
ширина
|
b
|
м
|
5,2
|
|
Площадь живого сечения на входе
|
F¢
|
м2
|
5,363
|
|
Площадь живого сечения на выходе
|
F²
|
м2
|
5,363
|
|
Средняя площадь живого сечения
|
Fср
|
м2
|
5,363
|
|
Средняя эффективная толщина излучающего слоя
|
Sф
|
м
|
0,119
|
|
Глубина газового объёма до пучка
|
lоб
|
м
|
1,35
|
|
Глубина пучка
|
lп
|
м
|
0,935
|
|
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару
|
m
|
шт.
|
68
|
|
Живое сечение для прохода пара
|
f
|
м2
|
0,0361
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя
определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк
газохода) z1. В неё также включается поверхность труб, примыкающих
к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение
площади стены (потолка) Fст, занятой этими трубами, на угловой
коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S1/d и е/d причём е/d @ r/d =0,5 Þ х=0,75. Таким образом, с учётом
особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по
формуле:
Н = p×d×z1× l + Fст
×х.
Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют
по рекомендациям и чертежу.
По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб
находим эффективную толщину излучающего слоя:
Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе
определяют по формуле:
F = a ·b – d·z1· lпр = 1,68·5,2 – 68·0,032·1,55 = 5,363 (м2);
Площадь живого сечения для прохода пара:
Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского
теплового расчёта пароперегревателя:
Наименование величин
|
Обознение
|
Размерность
|
Величина
|
Температура
газов до пароперегревателя
|
uф²
|
0С
|
998,4
|
Температура газов за пароперегревателя
|
uпе²
|
0С
|
601,52
|
Температура в состояния насыщения
|
tн
|
0С
|
256,23
|
Температура перегретого пара
|
tпе
|
0С
|
440
|
Средний удельный объём пара
|
uср
|
м3/кг
|
0,062615
|
Конвективное восприятие
|
Qkпе
|
ккал/кг
|
1886,41
|
Объёмы газов на выходе из топки при aсрпе
|
Vг
|
м3/кг
|
12,721
|
Объёмная доля водяных паров
|
rH2O
|
-
|
0,1202
|
Объёмная доля трёхатомных газов
|
rRO2
|
-
|
0,2445
|
Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара
в состоянии насыщения и перегретого пара:
Все остальные величины определены ранее.
Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в
целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.
Коэффициент
теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по
формуле:
Коэффициент
теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по
формуле:
Для определения aк - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем
среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами
коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют
по номограмме: aн=80 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты:
Сz=1;
Сф=0,98; Сs=1;
Þ aк = aн×Сz×Сф×Сs = =80×1×0,98×1 = 78,4
ккал/м2×ч×оС;
Для нахождения aл
используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:
Для незапылённой поверхности
k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2445;
рn×S = rn×S = 0,2445×0,119 = 0,0291.
Для пользования номограммой необходимо знать температуру
загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = tпеср + (80¸100) = 348,12 + 90 = 438,12 оС;
По номограмме находим
Сг = 0,95; aн = 130 ккал/м2×ч×оС;
Þ aл = aн×а×Сг = 130×0,95×0,0926 = 11,437 ккал/м2×ч×оС;
При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную
с наличием газового объёма,
свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами
поверхностей:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе
определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости
пара:
При этой скорости пара
Сd =
1,02; aн = 1300 ккал/м2×ч×оС;Þ aл = aн×Сd = 1300×1,02 = 1326 ккал/м2×ч×оС;
Определим расчётную поверхность:
9. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых
поверхностей нагрева
9.1 Расчёт водного экономайзера
С использованием ранее выполненых расчётов для теплового
расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин
|
Обознение
|
Размерность
|
Величина
|
Температура
газов до экономайзера
|
uпе²
|
0С
|
601,52
|
Температура газов за экономайзером
|
uэк²
|
0С
|
301,865
|
Температура питательной воды
|
Tпв
|
0С
|
140
|
Давление пит. воды перед экономайзером
|
Р¢эк
|
кгс/см2
|
48,6
|
Энтальпия питательной воды
|
iпв
|
ккал/кг
|
141,3
|
Тепловосприятие по балансу
|
Qбэк
|
ккал/кг
|
1310,63
|
Объёмы газов при среднем избытке воздуха
|
Vг
|
м3/кг
|
13,3145
|
Объёмная доля водяных паров
|
rH2O
|
-
|
0,1156
|
Объёмная доля трёхатомных газов
|
rRO2
|
-
|
0,2343
|
Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов
среднего давления принимают Р¢эк = 1,08×Рб.
Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий
или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:
Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера
определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):
Где Dэк
– пропуск воды
через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях Dэк = Dпе =D;
i²эк – энтальпия воды после водяного
экономайзера, ккал/кг; i¢эк – энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.
По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в
двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указываем все
конструктивные размеры.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу.
Конструктивные размеры и характеристики экономайзера
|
Наименование величин
|
Обозн
|
Раз-ть
|
Величина
|
Наружный диаметр труб
|
d
|
м
|
0,028
|
|
Внутренний диаметр труб
|
dвн
|
м
|
0,022
|
|
Количество труб в ряду
|
z1
|
--
|
25
|
|
Количество рядов труб по ходу газов
|
z2
|
--
|
40
|
|
Шаг труб:
поперечный
|
S1
|
м
|
0,07
|
|
продольный
|
S2
|
м
|
0,05
|
|
Относительный шаг труб
поперечный
|
S1/d
|
--
|
2,5
|
|
продольный
|
S2/d
|
--
|
1,786
|
|
Расположение труб змеевика
|
--
|
--
|
шахматное
|
|
Характер взаимного течения
|
--
|
--
|
противоток
|
|
Длина горизонтальной части петли змеевика
|
l1
|
м
|
5,1
|
|
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную
плоскость сечения
|
lпр
|
м
|
5,2
|
|
Длина трубы змеевика
|
l
|
м
|
104,83
|
|
Поверхность нагрева ЭКО (по чертежу)
|
Hэк ч
|
м2
|
461,06
|
|
Глубина газохода
|
а
|
м
|
1,78
|
|
Ширина газохода
|
b
|
м
|
5,4
|
|
Площадь живого сечения для прохода газов
|
Fг
|
м2
|
5,972
|
|
Средняя эффективная толщина излучающего слоя
|
Sф
|
м
|
0,118
|
|
Глубина газового объёма до пучка
|
lоб
|
2
|
|
Глубина пучка
|
lп
|
м
|
1,9
|
|
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару
|
m
|
шт.
|
50
|
|
Живое сечение для прохода пара
|
f
|
м2
|
0,019
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют
по средним значениям необходимых величин.
Для определения aк
- коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем
среднюю скорость газового потока:
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами
коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности,
определяют по номограмме 13: aн=60 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты:
Сz=1;
Сф=1; Сs=1;
Þ aк = aн×Сz×Сф×Сs = 63×1×1×1 = 60 ккал/м2×ч×оС;
Для нахождения aл
используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения ‘a’:
Для незапылённой поверхности k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2343.
рn×S = rn×S = 0,2343×0,118 = 0,02765;
По номограмме находим kг = 3,4; Þ
Для пользования номограммой необходимо знать температуру
загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:
tз = 0,5×(t¢эк + t²эк ) + (40¸60) = 0,5×(154,56+242,96) + 50 = 248,76 оС;
По номограмме находим
Сг=0,97; aн=100
ккал/м2×ч×оС; Þ aл = aн×а×Сг =100×0,0897×0,97= 8,7 ккал/м2×ч×оС;
При расчёте экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную
с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и
между отдельными пакетами поверхностей:
9.2 Расчёт воздушного подогревателя
По чертежам парового котла составляем эскиз
воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указывают все
конструктивные размеры.
По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя
|
Наименование величин
|
Обозн
|
Раз-ть
|
Величина
|
Наружный диаметр труб
|
d
|
м
|
0,04
|
|
|
Внутренний диаметр труб
|
dвн
|
м
|
0,037
|
|
Количество труб в ряду
|
z1
|
-
|
72
|
|
Количество рядов труб по ходу газов
|
z2
|
-
|
33
|
|
Шаг труб:
поперечный
|
S1
|
м
|
0,056
|
|
продольный
|
S2
|
м
|
0,042
|
|
Относительный шаг труб:
поперечный
|
S1/d
|
-
|
1,4
|
|
продольный
|
S2/d
|
-
|
1,05
|
|
Расположение труб
|
-
|
-
|
шахматное
|
|
Характер омывания труб газами
|
-
|
-
|
продольный
|
|
Характер омывания труб воздухом
|
-
|
-
|
поперечный
|
|
Число труб, включённых параллельно по газам
|
z0
|
-
|
2376
|
|
Площадь живого сечения для прохода газов
|
Fг
|
м2
|
2,555
|
|
Ширина газохода
|
b
|
м
|
4,144
|
|
Высота одного хода по воздуху (заводская)
|
hх
|
м
|
2,1
|
|
Площадь живое сечение для прохода воздуха
|
Fв
|
м2
|
2,6544
|
|
Поверхность нагрева ВЗП
|
Hвп
|
м2
|
2413,99
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с
вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а
воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное;
взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха
не меньше двух. Расчётно определим число труб, включенных параллельно по газам:
Площадь живого сечения для прохода газа:
Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной
заводской конструкции):
Поверхность нагрева ВЗП:
С использованием ранее выполненых расчётов для теплового
расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:
Наименование величин
|
Обознение
|
Размерность
|
Величина
|
Температура
газов до воздухоподогревателя
|
uэк²
|
0С
|
301,87
|
Температура газов за
воздухоподогревателем
|
uух
|
0С
|
150
|
Температура воздуха до
воздухоподогревателя
|
t¢в
|
0С
|
30
|
Температура горячего воздуха после
воздухоподогревателя
|
tгв
|
0С
|
220
|
Объёмы газов при среднем избытке воздуха
|
Vг
|
м3/кг
|
14,0698
|
Теоретический объём воздуха
|
V0
|
м3/кг
|
10,62
|
Температура воздуха до воздухоподогревателем к
теоретически необходимому
|
b²вп
|
--
|
1,05
|
Объёмная доля водяных паров
|
rH2O
|
--
|
0,1102
|
Тепловосприятие по балансу
|
Qбвп
|
ккал/кг
|
695,85
|
Находим скорости газов и воздуха:
Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых
нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В
курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: Wг=12±3 м/с, а Wв
= (0,5¸0,6)×Wг = 5,07¸6,08 м/с, однако полученная скорость
воздуха больше допустимой Þ принимаем Wв’=6,08 м/c.
Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом
определяют по средним значениям необходимых величин. где x = 0,7
Коэффициент
теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяют по формуле:
При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами
коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности,
определяют по номограмме 14: aн=29 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты:
Сф=1,1; Сl=1; Þaк = aн×Сф×Сl = 29×1,1×1 = 31,9 ккал/м2×ч×оС;
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами
коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности,
определяют по номограмме 13:
aн=
56 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты:
Сz=1;
Сф=0,98; Сs=1;
Þaк = aн×Сz×Сф×Сs = 56×1×0,98×1 = 54,88 ккал/м2×ч×оС;
Температурный напор:
Þ температурный напор можно найти как:
Список литературы
1) Тепловой расчёт котельных агрегатов.
(Нормативный метод)/Под редакцией Н.В. Кузнецова. – М.: Энергия, 1973. –296с.
2) Резников М.И. Парогенераторные
установки электростанций. – М.: Энергия, 1974. –360с.
3) Методические указантя по определению
коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С.,
Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново, 1987. –36с.
4) Методические указантя по определению
коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей
нагрева паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. –
Иваново; ИЭИ, 1987.
5) Методические указантя по поверочному
расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С.,
Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1987.
6) Методические указантя по конструкторскому
расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей паровых котлов / Парилов
В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1991. –36с.
7) Александров В.Г. Паровые котлы
средней и малой мощности. –Л.: Энергия, 1972.—200с.
8) Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский
Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. –М.: Энерго- атомиздат, 1985. –376с.