Котел ТП-42
Введение
Электроэнергетика России, имея общую мощность электростанций более 210 миллионов МВт и развитую систему электропередачи, в настоящее время достаточно надежно обеспечивает народное хозяйство электрической и тепловой энергией. Развитие электроэнергетики постоянно сопровождалось совершенствованием научно-технический достижений. Так основные параметры и единичная мощность основного генерирующего оборудования и линий электропередачи, используемых в пределах отрасли находятся на уровне развитых стран мира. Уникальна крупнейшая в мире Единая энергетическая система. Охватывающая практически всю территорию России и имеющая многочисленные связи с энергосистемами соседних стран. Однако в последние два десятилетия развитие отрасли стало неуклонно замедлятся из-за негативных тенденций в экономике страны. Резкое сокращение объёмов строительства новых электростанций привело к полному прекращению обновлению основных фондов, к их неуклонному старению. Политический кризис в бывшем Советском Союзе, а также продолжающийся экономический кризис в России, прежде всего, ударили по научно-техническому потенциалу отрасли. Часть его потеряна в результате территориального деления бывшего СССР. Отечественная электроэнергия несмотря на ряд проблем, пока ещё обеспечивает народное хозяйство и население теплом и электроэнергией, однако сегодня состояние её такого, что необходимо срочно внедрять новое оборудование и технологии опираясь и сохраняя отечественную науку. Прежде всего, должно быть обеспечено надёжное финансирование разработок общеотраслевого уровня - необходима государственная поддержка. Государственная поддержка науки должна осуществляться и через налоговую политику в отношении к научно-исследовательским организациям и путём бюджетного финансирования важнейших научных программ. Для того, чтобы дать реальный импульс научно-техническому прогрессу в электроэнергетике, необходимо дополнительная, серьёзная бюджетная поддержка отраслевой науки. В противном случае будет потерян научный потенциал, не только в энергетике, но и в смежных отраслях, работающих на электроэнергетику. Их продукция станет неконкурентоспособной, в народном хозяйстве произойдёт переориентация на продукцию западных фирм, которая приведёт к полной зависимости от зарубежных поставщиков со всеми вытекающими отсюда последствиями. Цели курсового проектирования: научится производить тепловой расчёт поверхностей парового котла, выполнять построение эскизов и диаграмм, определять тепловые характеристики поверхностей нагрева. Задача курсового проектирования: определить объёмы дымовых газов, коэффициенты избытка воздуха и энтальпии по газоходам котла; выполнить проверочный расчёт топки и фестона, составить схемы котла, топки и хвостовых поверхностей, начертить продольный разрез котла.
1. Краткое описание котла ТП-42
.1 Заводская маркировка котла ТП-42
топливо котел газоход
Расшифровывается:
Т - таганрогский котельный завод
П - п - образная компоновка котла
- заводской номер модели
Маркировка котла по ГОСТ
Е -230 - 100
Расшифровывается:
Е - барабанный котел с естественной циркуляции.
- номинальная паропроизводительность (т/ч).
- давление острого пара.
Давление воды в барабане - 115 (кгс/см)
Температура питательной воды - 215 0С.
Температура уходящих газов - 128 0С.
Температура горячего воздуха - 356 0С.
Давление острого пара - 100 кгс/см.
Диаметр труб в каждой поверхности нагрева:
Экранные трубы диаметром 60х5 мм. Сталь 20.
Водовыпускные трубы диаметром 133х10мм. Сталь 20.
Радиационная часть пароперегревателя 23х5мм. Сталь 20.
Конвективный пароперегреватель 1ступени 32х4мм.
Сталь 20.
Конвективный пароперегреватель 2 ступени 42х15мм.
Сталь 20.
Водяной экономайзер 1,2 ступени 32х4 мм. Сталь 20. Воздухоподогреватель 1,2 ступени 40х15мм. Сталь 20. 1.5Топка котла пылеугольная, однокамерная, с ТШУ. На боковых стенках топки расположено 8 горелок, 4 - паромазутные форсунки по 820 кг/ч.
Барабан из стали - 22 К, dвн=1600мм, S=89мм,длина цилиндрической части барабана 12410мм. Для сипарации пара от воды в барабане установлены циклоны в количестве 53 штуки. Барабан оборудован устройством для ускоренного нагрева, промывки питательной водой, непрерывной продувки, фосфотирования котловой воды, отбора проб.аварийного сброса и регулировки уровня.
2. Характеристика топлива
Таблица 2.1 - Характеристика топлива
Республика, край, областьБассейн, месторож-дениеМарка топ-ливаРабочая масса топлива, %Низшая теплота сгорания Qнр, кДжWpApSpСpHpNpOpРоссия кемеровская областьКузнецкий ROK2113.40.348.22.21.313.616.753. Объёмы и теплосодержание воздуха и продуктов сгорания
.1 Выбор типа топки и коэффициента избытка воздуха
Таблица 3.1 - Выбор типа топки и коэффициента избытка воздуха
ТопливоКоэффициент избытка воздуха на выходе Из топки ат//Допустимое тепловое напряжение топки по условию горения qv, кВт/м3Потеря с недожогом, %Доля золы, Уносимая газами аунМеханическая q4Химическая q3Т-тощие Р,СШ-рядовой 0-100 мм.1,21600,900,95
3.2 Избыток воздуха и присосы по газоходам
Таблица 3.2 - Избыток воздуха и присосы по газоходам
Наименование газоходаИзбыток воздуха за газоходом а//Присос по газоходу ∆аСредний избыток воздуха в газохода аТопка и фестона//т=ат=аф=1,2∆ат=0,05а//т=ат=1,2Пароперегрева-тельа//пе =а//т+∆апе= 1,23∆апе=0,03а//пе =(а//т+а//)/2пе= 1,215ВЭК Вторая ступеньа//вэк2=+ а//пе+∆авэк=1,25∆авэк=0,02а//вэк2=(а//пе+∆авэк2)/2 =1,24ВЗП Вторая ступеньа//взп2 =а//вэк2 +а//взп=1,28∆авзп=0,03а//взп2 =(а//вэк2 +а//взп)=1,265 ВЭК Первая ступеньа//вэк1 =а//взп2+∆авэк=1,3∆авэк=0,02а//вэк1 =(а//взп2+∆авэк)/2=1,29 ВЗП Первая ступеньа//взп1=а//вэк1+∆авэп=1,33∆авэп=0,03а//взп1=(а//вэк1+а//вэп)/2=1,31
3.3 Расчёт объёма газов по газоходам котла
Рассчитывают теоретический объём воздуха V0, м3/кг,
=0.0889(Cp+0.375 *Sp)+0.265Hp - 0.0333 Op /1,с10 / (3,1)
V0=4,475
Рассчитывают теоретический объём азота V0, м3/кг,N2=0,79V0+0,008Np / 1,10 / (3.2)
Рассчитывают теоретический объём трёхатомных газов V0, м3/кг,
=0,01866(CP+0,375*SP) /1,10 / (3.3)
=0,9
Рассчитывают теоретический объём водяных паров
O=0,111HP+0,0124WP+0,0161VO /1,10/ (3.4)
O= 0,57
Рассчитывают теоретический объём дымовых газов
Г=VRO2+VON2+VOH20 /1,10 / (3.5)
Г=5.01
Таблица 3.3 - Расчёт объёма газов по газоходам котла
НаименованиеРазмер -ностьГазоходыТопка Паропе-регева-тельВЭКВЗЛ2 ст1 ст2 ст1 стИзбыток воздуха В газоходе аЗа-1,21,231,251,31,281,33Ср-1,21,2151,241,291,2651,315Объём водяных паров VH20=VOH20+0,0161(a-1)*V0Зам3/кг0.5840.5870.5880.5920.590.594Срм3/кг0.5840.5850.5870.5910.5890.593Объём дымовых газов VГ=VRO2+V0N2+V0H20+(a-1)* voЗам3/кг5.9056.0396.1296.3536.2636.487Срм3/кг5.9055.9726.0846.3086.1966.42Доля водяных паров RH20=VH20 / VГЗа-0.0990.0970.0960.0930.0940.092Ср-0.0990.0980.0960.0940.0950.092Доля трёхатомных газов RRO2=VRO2 / VГЗа-0.1520.1490.1470.1420.1430.139Ср-0.1520.1510.1480.1430.1450.14Доля дымовых газов rП=rH20+rR02За-0.2510.2460.2430.2350.2370.231Ср-0.2510.2490.2440.2370.240.232Доля золы Μ=(AP*Aух) / (100*vГ)ЗаКг/кг2.5092.552.5782.6462.6192.687СрКг/кг2.5092.532.5642.6322.5982.667Вес газов GГ=1-AP/100+0,306* a*V0ЗаКг/кг0.0570.0560.0560.0540.0550.053СрКг/кг0.0570.0570.0560.0550.0550.054Плотность газов р = Gr \ VГЗа Кг/м30.4250.4220.4210.4170.4180.414СрКг/м30.4250.4240.4210.4170.4190.415
3.4 Составление I-V и I-T таблиц, построение I-V и I-T диаграмм
Таблица 3.4 - Энтальпии газов и воздуха
ГазоходV,oCнB0 , кДж/кгнГ0 кДж/кг,(a-1) * нB0 кДж/кгнЗЛ кДж/кгнГ=нГ0+(а-1)* * нB0+нЗЛ кДж/кг∆нГ=нH+1-нH кДж/кгТопка и фестон а//Т=1,222001504418930300936822307__210014303179762861341211781129200013563170222712320200541124190012821160782564304189461108180012080151352416278.417829.41117170011357.5142042271262.916737.91099160010635132732127238.915638.910391500991212357198222414563107514009189114411837195.2134731090ГазоходV,oCнB0 , кДж/кгнГ0 кДж/кг,(a-1) * нB0 кДж/кгНЗЛ кДж/кгнГ=нГ0+(а-1)* * нB0+нЗЛ кДж/кг∆нГ=нH+1-нH кДж/кгТопка и фестон а//Т=1,213008476105461695173.312414.310591200776396511552153.611356.610581100706887701414139.710323.710331000637378891275125.3928910349005687.570241137111.48272.4101780050026159100097.772561016Паропе- регрева- тель а//ПЕ=1,231100706887701625139.710464__1000637378891466125.394809849005687.570241308111.48443103780050026159115097.7740610367004338532899784.364099976003674449884571.454149955003036.5370669858.44462952Водяной эконо-майзер второй ступени а//вэк2=1,256003674449891871.45487__4002399291560045.935609633001789216544733.62645915Воздухо- подогре- ватель второй ступени а// взп=1,285003036.5370685058.44614__4002399291567245.936329823001789216550183.627009322001180141633021.51767933ГазоходV,oCНB0 , кДж/кгнГ0 кДж/кг,(a-1) * нB0 кДж/кгнЗЛ кДж/кгнГ=нГ0+(а-1)* * нB0+нЗЛ кДж/кг∆нГ=нH+1-нH кДж/кгВодяной эконо-майзер первой ступени а//вэк1=1,34002399291572045.93680__3001789216553733.627359452001180141635421.5179194410058769817610.3884907Воздухо- подогре ватель первой ступени а// взп=1,334002399291579245.93752__3001789216559033.627889642001180141638921.5182695910058769819410.3902924
3.5 Тепловой баланс котла и расход топлива
Таблица 3.5 - Расчет расхода топлива
Наименование ВеличиныОбозна-чениеРазмер-ностьФормула или обоснованиеЗначениеРасполагаемая теплота топливаQppкДж/кгQpp=QHp16750Температура уходящих газовVухоСЗадано128Энтальпия уходящих газовHухкДж/кгн-v-диаграмма 1230Темпертура холодного воздухаtхвоСЗадано 30Энтальпия хо- лодного воздухаHxвкДж/кгH-t диаграмма 350Наименование ВеличиныОбозна-чениеРазмер-ностьФормула или обоснованиеЗначениеТепло внесённое в котёл с подогретым воздухомQвкДж/кгa ух . Hхв аух = авзп1 465.5Потери тепла от механического недожогаq4%Таблица 3.10.9Потери тепла от химического недожогаq3%Таблица 3.1 0Потери тепла с уходящими газамиq2%(Hух-aух.Hхв)(100-q4) / / Qpp4.52Потери тепла через обмуровкуq5%[2, с.21] по номограмме от Дпе0.6Температура шлакаtшлоСТвердое шлакоудаление600Теплоёмкость шлака(cv)злКДж/кг[2, с.179]560Потери тепла со шлакомq6%ашл.(cv)зл .Aр / Qpp 0.02Сумма потерьΣqH%q2+q3+q4+q5+q66.04КПД котла бруттоηкабр%100-∑qH93.96Коэффициент сохранения теплаΦ---1-q5/(nкабр+q5)0.994Температура перегретого параtпеоСЗадано 510Энтальпия перег ретого параhпекДж/кг[3, с.340]при Рпе и tпе3402.1Наименование ВеличиныОбозна-чениеРазмер-ностьФормула или обоснованиеЗначениеТемпература питательной водыtпвоСЗадано215Давление питательной водыPпемПа1,25.-Рб14.1Энтальпия питательной водыhпвкДж/кг[3, с.340] при Рпв и tпв926.2Энтальпия воды в барабанеhб/кДж/кг[3, с.310] при Рб1467.2Полезно использованое тепло в котлеQкакДж/кгДпе(hпе-hпв)+Дпр(hб `hпв)15883.2Полный расход топлива на котёлBкг/сQка.100/Qнр.nкабр6.8Расчётный расход топливаBpкг/сВ(100-q4)/1006.734. Расчёт топки
.1 Конструктивные характеристики топки
Таблица 4.1 - Конструктивные характеристики топки
Наименование ВеличиныОбозначениеРазмерностьФормула или обоснованиеЗначениеШирина фронтаамПо чертежу9,76Глубина фронтаbмПо чертежу7Высота топкиhТмПо чертежу21,6Площадь боковой стеныFБм2По чертежу140Площадь фронтальной задней стеныFФ3м2По чертежу152Площадь фронтальной передней стеныFФПм2По чертежу214Общая площадь стен топкиFСТм22 * Fб + FФ3 + FФП646Поверхность стен занятых горелкамиFОБ.Гм2По чертежу8,32Поверхность стен занятых экранамиFЭСТм2FСТ + FОБ.Г637,7Площадь выходного окнаFВОм2По чертежу70Полная поверхность стен топкиFПСТм22 * Fб +FФ3 +FФП +FВО716Объём топкиVТм3Fб * a1366
4.2 Тепловой расчёт топки
Таблица 4.2 - Тепловой расчёт топки
Наименование величиныОбоз-начениеРазмер- ностьФормула или обоснованиеЗначениеУгловой коэффициент экрановХ-[2, номограмма 1]0,99Наименование величиныОбоз-начениеРазмер- ностьФормула или обоснованиеЗначениеЛучевоспринимающая поверх ность топкиНЛСТМ2FСТ * Х631,3Угловой коэффициент фестона(ширм)Хф-[1,с.28]1,0Лучевоспринимающая поверхность выходного окнаНЛВОм2Fво * Хф70Общая лучевоспринимающая поверхность топкиНЛТм2НЛСТ + НЛВО701,3Степень экранирования топких-НЛТ / F ПСТ0,98Эффективная толщина излучающего слояSм3,6 * VT / F ПСТ6,84Коэффициент загрязнения экрановξ-[1,с.33]0,45Коэффициент тепловой эффективности экрановΨ-Х * ξ0,44Давление в топкермПа[1,с.34]0,1Предварительно принятая температура на выходе из топкиVT//0C[1,с.32]1100Коэффициент ослабления лучей золовыми частицамиКЗЛ1/м*мПа[2, номограмма 4] (при VT//)82Концентрация золы в дымовых газахμЗЛКг/кгТаблица 3.30.057Суммарная объёмная доля трёхатомных газовrп-Таблица 3.30.152Давление трёхатомных газоврПмПаР * rn0.015Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газамиКг1/м*мПа[2, номограмма 3] (при рП , rH2O)4.7Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицамиКкокс1/м*мПа[1,с.35]10Безразмерные величины, учитывающие влияние вида топлива и способа сжиганияZ1 Z2- -[1,с.35] [1,с.35]0.5Коэффициент ослабления лучей топочной средойК1/м*мПаКг*rп+кзл*нзл+Ккокс* *х1*х25.88Оптическая толщина излучающего слояKpS-K * p * S4.03Наименование величиныОбоз-начениеРазмер- ностьФормула или обоснованиеЗначе-ниеСтепень черноты факелааф-[2, номограмма 2] или 1-e kps0,96Степень черноты топкиат-аф / (аФ+(1-аф)φ)0,96Коэффициент избытка воздуха на выходе из топкиат//-Таблица 3.11,2Присос воздуха в топку∆аТ-Таблица 3.20,05Присос воздуха в систему пылеприготовления∆апл-[1,с.110]0,12температура горячего воздухаtгв0СЗадано356Энтальпия горячего воздухаHгвкДж/кгН- t - диаграмма3300Энтальпия холодного воздухаHхвКДж/кгТаблица 3.5350Количество теплоты вносимое в топку с подогретым воздухомQвКДж/кг(аТ-∆аТ-∆апл)Hгв+ +(∆аТ + ∆аПЛ) Hхв3458.5Полезное тепловыделение в топкеQтКДж/кгQpp((100-q3-q4-q6) / (100-q4))+Qв20191.7Теоретическая температура горенияVа0СН - V- диаграмма (при Ha=Qт)1950Теоретическая температура горенияTа0КVа+2732223Уровень горелокHгмПо чертежу4,2Высота топкиhТмТаблица 4.118,6Поправка на высоту топки∆хМ[1,с.31]0,1Место расположения максимальной температуры газовХм-Hг / hТ+∆x0,33Энтальпия газов на выходе из топкиHТ//кДж/кгН - V- диаграмма (при Vт)10300Тепло переданное излучением в топкеQлкДж/кгΦ(QT - H//T)11819Тепловое напряжение топочного объёмаQvTкДж/м3 чBp * Qнр / VT123,2Наименование величиныОбоз-начениеРазмер- ностьФормула или обоснованиеЗначе-ниеПараметр зависящий от пла- мени по высоте топкиМ-[1,с.30]0,405Окончательно принятая температура газов на выходе из топкиVТ//0С[2, номограмма 7]1020Энтальпия газов на выходе из топкиHT//кДж/кгН - V- диаграмма (при VT//)9500Тепло переданное излучением в топкеQлкДЖ/кг Φ(Qт - H//T)126145. Расчёт фестона
Таблица 5.1- Расчет фестона.
Наименование величинОбозначениеРазмерностьФормула или обоснованиеЗначениеТемпература газов на выходе из фестонаUф0СUт-100920Энтальпия газов на выходе из фестонаYфкДж/кгH-V диаграмма8350Тепло полученное фестономQфкДж/кгΦ(Yт-Yф)1143.1Y газов на выходе из топкиYткДж/кгH-V диаграмма95006. Расчет первой ступени водяного экономайзера
.1 Конструктивные характеристики первой ступени водяного экономайзера
Наименование величиныОбозначениеРазмерностьФормула или обоснованиеЗначение1 ступеньШирина газоходаВмПо чертежу9,84Глубина газоходаАмПо чертежу3.28Наружный диаметр трубdнммПо чертежу32Внутренний диаметр трубdвнммПо чертежу24Поперечный шаг трубS1ммПо чертежу125Продольный шаг трубS2ммПо чертежу45Относительный поперечный шаг трубs1-S1/ dн3,6Относительный продольный шаг трубs2-S2/ dн1,3
6.2 Расчет первой ступени водяного экономайзера
Таблица 6.2 - Расчет первой ступени водяного экономайзера
Наименование величиныОбоз-наче-ниеРазмер-ностьФормула или обоснованиеЗначение1 ступеньТемпература газов перед КПП1v¢оСПо эскизу (схеме Хв поверх)765Теплосодержание газов перед КППН¢кДж/кгн-v - диаграмма6800Температура газов заКПП V²оСПо эскизу588Теплоснабжение газов наКППН²кДж/кгн-v - диаграмма5300Присос воздуха в газоходеDaкпп-Таблица 3.20.02Энтальпия пара на входе в КПП НпкДж/кгТаблица 4.2350Коэффициент сохранения теплаj-Таблица 3.50,994Тепловосприятие КПП по балансуQБкппкДж/кгj×( H- H¢+DaВЭК × HХВ)1497Средняя температура параtсроС(tв + tв)/2357Температура пара перед КПП tпоСПо эскизу319Энтальпия пара перед КППHп¢кДж/кг[3, с.245]2720.3Температура пара на КППTп²оСПо эскизу395Число труб в рядуZршт.В/S2+ 1219Число параллельно включенных в работу труб nштZр219Длина труб КПП‚трмА - 0,13.18Сечение для прохода газовFГм2А ×В - zр× ‚тр× dн10Сечение для прохода параfпм2n× (p×dВН2/4)0.09Действительный объем дымовых газовVГм3/кгТаблица 3.35.972Секундный расход газаVГСЕКм3/сВр× VГ ×( vСР+273)/273139.7Средняя температура газовvСРоС(v²+ v¢)/2676.5Средняя скорость газовWсрм/сVГСЕК/ FГ13.9Удельный объем параvпм3/кг[3, с.245]0.01625Секундный объем параVПСЕКм3/сDкпп ×vп1.024Скорость пара в КППWВм/сVПВСЕК/ fВ11.3Большая разность температурDtБоСПо схеме (Выбирается большая из разностей v²- tВ¢ и v¢ - tВ²)370Меньшая разность температурDtМоСПо схеме (Выбирается меньшая из разностей v²- tВ¢ и v¢ - tВ²)269Среднелогорифмическая разность температурDtСРоСDtБ - DtМ / ln(DtБ/DtМ)325Коэффициент теплопередачиКВт/м2*К1(a1* Ψ)53.5Коэффициент теплоотдачи газов стенкиa1Вт/м2*К[2, с. 223]99Наименование величиныОбоз-наче-ниеРазмер-ностьФормула или обоснованиеЗначение1 ступень Коэффициент тепловой эффективностиΨ__[2, с. 71] при Vср0.54Поверхность нагрева КППHкппм2QБвэк * Вр*1000/ К*DtСР580Поверхность нагрева одного рядаНрм2П* dн* ‚тр* n69.97Количество рядовnрштHкпп/Нр9Высота КППhкппмnр*S11.152
Перечень обозначений
Т - топка;
ПЕ - пароперегреватель;
ВЭК - водяной экономайзер;
ВЗП - воздухоподогреватель;
Состав топлива на рабочую массу, %:р - влажность;
Ар - зольность;р - содержание серы;
Нр - содержание водорода;р - содержание азота;
Ор - содержание кислорода;
Коэффициенты избытка воздуха:
a - за газоходом;
a - средний в газоходе;
Da - присосы в газоходе.
Теоретический объёмы при a =1, м3/кг:в - воздуха, необходимого для горения;N2 - азота;г - дымовых газов;Н2О - водяных паров:RO2 - сухих трёхатомных газов.
Объёмные доли:- сухих трехатомных газов;Н2О - водяных паров;- дымовых газов.
Энтальпии, кДж/кг:
Н0r - дымовых газов, при a =1;
Н0в - воздуха, при a =1;ПЕ - перегретого пара;ПВ - питательной воды;б - насыщение в барабане;ПЕ - паропроизводительность котла;
μЗЛ - концентрация золы в продуктах сгорания, кг/кг;
рГ - плотность дымовых газов, кг/м3;
aун - доля золы, уносимая газами;г - вес дымовых газов, кг.
Список литературы
1.Методические указания по курсовому проектированию. - Иваново, ВЗЭК, 1982.
2.Кузнецов Н.В. Тепловой расчет котельных агрегатов. - М.: Энергия, 1973.
.Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А.Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Энергия, 1969.
.Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. - М.: Энергоатомиздат, 1988.