Тепловой расчёт промышленного парогенератора K-50-40-1

РЕФЕРАТ

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.

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 Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива

4. Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива

5. Расчет конструктивных характеристик топки котла

7. Расчет фестона

8. Расчёт пароперегревателя

9. Расчет хвостовых поверхностей нагрева

10. 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 к-50-40-1.

Расчётное топливо каменный уголь, природный газ.

Топочная камера полностью экранирована трубами W60 мм с шагом 70 мм. Оборудована четырмя пылеугольными горелками, расположенными на боковых стенках (по 2 на стенку). Схема испарения – трёхступенчатая. Чистый отсек (первая ступень) расположен в средней части барабана, солевые (вторая ступень) – по его торцам. В солевых отсеках находится по два внутрибарабанных циклона. В третью ступень включены два выносных циклона W 377 мм с внутренней улиткой.

Перегреватель агрегата – горизонтального типа, змеевиковый, радиационно-конвективный, расположен за фестоном и выполнен из труб W 32 х 3 мм. В рассечку перегревателя включён пароохладитель.

Экономайзер парогенератора – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый с шахматным расположением труб W 28 х 3 мм. Установлен в опускном газоходе «в рассечку с воздухоподогревателем». Поперечный шаг труб: первой ступени – 35 мм, второй – 45 мм; продольный (для обеих ступеней) – 50 мм.

Воздухоподогреватель – трубчатый, двухступенчатый, четырёхходовой (по воздуху), с вертикальным расположением труб W 40 х 1,.5 мм. Поперечный шаг труб – 54 мм, продольный – 42 мм.

Исходные данные представлены в таблице 1и 1.1

Таблица 1. Исходные данные.

Таблица 1.1

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.

Таблица 2.2 Характеристики газа.

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 – теплота сгорания твёрдого топлива, кДж/кг;

– доля твёрдого топлива по теплу, %;

Количество теплоты, вносимое в топку с газом:

Тогда расход газа (в м³) на 1 кг твёрдого топлива будет равен:

где – теплота сгорания газа, кДж/м. 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∙[(1+0.25∙4)∙93.2+(2+0.25∙6)∙2.6+(3+0.25∙8)∙1.2+(4+0.25∙10)∙0.7+]=9.8079 м/м;

V°N2II=0.79∙V°вII+0.01∙N2=0.79∙9.8079+0.01∙2=7.76 м/м;

V°RO2II=0.01∙(СО2+СО+Н2S+∑m∙СmНn)=0.01∙(0.3+1∙93.2+2∙2.6+3∙1.2+4∙0.7)=1.051 м/м;

V°Н2OII=0.01∙(Н2S+Н2+∑0.5∙n∙СmНn+0.124∙dr)+0.0161∙V°в=0.01∙(0.5∙4∙93.2+0.5∙6∙2.6+0.5∙8∙1.2+0.5∙10∙0.7+0.124∙10)+0.0161∙9.8079=2.16031 м/м;

· Для смеси топлив:

V°в=V°вI+Х∙V°вII=4.7593+0.21∙9.8079=6.81896 м/кг;

V°N2=V°N2I+Х∙V°N2II=3.7638+0.21∙7.76=5.3952 м/кг;

VRO2=V°RO2I+Х∙V°RO2II=0.8658+0.21∙1.051=1.0865 м/кг;

V°Н2O=V°Н2OI+Х∙V°Н2OII=0.551+0.21∙2.16031=1.004665 м/кг;

Расчёт действительных объёмов.

VN2=V°N2+(a–1)∙V°в=5.3952+(1.2–1)∙6.818=6.7589 м/кг;

VН2O=V°Н2O+0.0161∙(a–1)∙V°в=1.005+0.0161∙(1.2–1)∙6.819=1.027 м/кг;

Vr=VRO2+VN2+VН2O=1.0865+6.76+1.03=8.8725 м/кг;

Объёмные доли трёхатомных газов.

rRO2=VRO2/Vr=1.0865/8.8725=0.122462

rН2O=VН2O/Vr=1.33/8.8725=0.1157

rn=rRO2+rН2O=0.122462+0.1157=0.2382

Концентрациязолыв продуктах сгорания.

m=А ∙aун/(100·Gr)=33.8∙0.95/(100·11.35)=0.03574 кг/кг;

Gr=1-A/100+1.306∙a· V°в=1-33.8/100+1.306·1.2·6.819=11.35 кг/кг;

2.4 Энтальпиивоздухаипродуктовсгорания

I°в=V°в∙(сt)в=6.819∙1436=9792.08 кДж/кг;

I°r=VRO2∙(сJ)RO2+V°N2∙(сJ)N2+V°Н2О∙(сJ)Н2О=1.0865∙2202+5.3952∙1394+1.005∙1725=11655.63 кДж/кг;

Ir=I°r+(a–1)∙I°в+Iзл;

т.к. (А ∙aун/Qн)∙10=(33.8∙0.95/26077)∙10=1.23<1.5,

то Iзл – не учитывается;

Ir=I°r+(a–1)∙I°в=11655.63+(1.2–1)∙9792.08=13614.04 кДж/кг.

Полученные результаты после проверки на компьютере и уточнения офор- мим в виде даблицы 2.3

Таблица 2.3 Результаты расчёта топлива.

При aт=1.2, t=1000°С.

Значение коэффициентов избытка воздуха на выходе из топки и присосов воздуха в элементах и газоходах котельной установки принимаем по таблице 2.4.

Таблица 2.4 Присосы воздуха по газовому тракту.

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.

Таблица 2.6 Характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева.

На рис.1 представлена схема котла К-50-40-1

Рис.1 Схема котла К-50-40-1

1-Торочная камера

2-Пароперегреватель

3-Экономайзер

4-Воздухоподогреватель

5-Фестон

6-барабан

3. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива

Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива преждставлен в таблице 3

ТАБЛИЦА 3.

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 4.1Расчет полной площади стен топочной камеры (Fст) и суммарной лучевоспринимающей поверхности топки (Hл)

ТАБЛИЦА 4.2Расчёт конструктивных характеристик топки

Рис.2 Топочная камера

ТАБЛИЦА 4.3Поверочный расчёт теплообмена в топке

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 5.1Конструктивные размеры и характеристики поверхностей нагрева фестона

ТАБЛИЦА 5.2Поверочный расчёт фестона

6 Расчёт пароперегревателя

Конструктивные размеры конструктивный расчёт перегревателя представлен в таблицах 6.1 и 6.2

На рис. 4 представлена схема пароперегревателя

Рис.4 Схема пароперегревателя

ТАБЛИЦА 6.1Конструктивные размеры и характеристики перегревателя

ТАБЛИЦА 6.2 Конструктивный расчёт перегревателя

Т.к. невязка составляет меньше 2% то добавлять змеевеки не требуется

7 Расчёт хвостовых поверхностей нагрева

Конструктивные размеры а также расчёты ступеней хвостовых поверхностей нагрева представлены в таблицах 7.1 – 7.6

На рис. 5 прежставлена схема хвостовых поверхностей нагрева

Рис. 5 схема хвостовых поверхностей нагрева

ТАБЛИЦА 7.1 Конструктивные размеры и характеристики стального трубчатого экономайзера (ступени).

ТАБЛИЦА 7.2 Воздухоподогреватель

ТАБЛИЦА 7.3 Поверочный расчёт второй ступени экономайзера

ТАБЛИЦА 7.4 Поверочный расчёт второй ступени воздухоподогревателя

ТАБЛИЦА 7.5 Конструктивный расчёт первой ступени экономайзера

Т.к. невязка составляет меньше 2% то внесение конструктивных изменений не требуется

ТАБЛИЦА 7.6 Конструктивный расчёт первой ступени воздухоподогревателя

Т.к. невязка составляет более 2% то вносим конструктивные ихменения. Добавляем к воздухоподогревателю дополнительно 2713 м²

8 Расчёт невязки теплового баланса парогенератора

Расчёт невязки теплового баланса представлен в таблице 8

ТАБЛИЦА 8

ВЫВОДЫ

В ходе выполнения курсового проекта был проведен тепловой расчет промышленного парогенератора К-50-40-1 при совестном сжигании твердого и газообразного топлива. Расчет также включает в себя выбор системы пылеприготовления и типа мельниц.

Расчет проводился по твердому топливу, с учетом тепла, вносимого в топку, за счет сжигания газообразного топлива.

Последовательно был проведен поверочный расчет всех поверхностей нагрева котла: экранов топки, фестона, пароперегревателя , водяного экономайзера (две ступени), воздухоподогревателя (две ступени). С учетом того, что парогенератор спроектирован на сжигание другого вида топлива, возникла необходимость в проведении поверочно-конструктивного расчета.

При поверочном расчете поверхности нагрева приходится задаваться изменением температуры одной из теплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этим определяется тепловосприятие поверхности в первом приближении. Далее можно вычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, температурный напор, скорости газового потока и рабочей среды и все другие величины, необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении. При расхождении принятого и расчетного тепловосприятий выше допустимого повторяют расчет для нового принятого тепловосприятия. Таким образом, поверочный расчет поверхности нагрева выполняется методом последовательных приближений.

Тепловой расчет парогенератора заканчивается определением невязки теплового баланса. В курсовом проекте величина невязки составляет 1,83 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тепловой расчет промышленных парогенераторов. / Под ред. В.И. Частухина. – Киев: Вища шк., 1980. – 184 с.

2. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н.Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.

3. Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 208 с.

4. Расчет паровых котлов в примерах и задачах: Учеб. пособие для вузов/ А.Н. Безгрешнов, Ю.М. Липов, Б.М. Шлейфер; Под общ. ред. Ю.М. Липова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.

5. Методические указания "Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания для смеси топлив с применением ЭВМ" по курсу "Котельные установки промышленных предприятий". / Сост.: А.А. Соловьев, В.Н. Евченко. – Мариуполь: ММИ, 1991. – 17 с.

6. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу "Котельные установки промышленных предприятий" для студентов специальности (7.090510)/ Сост.: А.А. Соловьев, В.М. Житаренко – Мариуполь: ПГТУ, 1998. – 40 с.