Энергетический Институт
Кафедра:
«Котельные Установки и Экология Энергетики»
Курсовое проектирование
по курсу
«Котельные установки и парогенераторы»
Расчетно-пояснительная записка теплового расчета
парового котла типа: Пп-1000-25-545/542-ГМ
(ТГМП – 314).
Топливо – природный газ
Студент:
Группа: 02-03
Преподаватель:
2008
Содержание:
1.
Содержание.
2.
Задание на курсовой проект.
3.
Описание проектируемого котла.
4
4.
Расчет экономичности и тепловой схемы парового котла
10
2. Задание на курсовой проект.
Выполнить тепловой конструктивный расчет поверхностей нагрева прямоточного парового котла сверхкритического давления (С. К. Д.) типа ТГМП-314А, построить его тепловую схему и выполнить эскизный чертеж в масштабе 1:100.
Исходные данные:
Паропроизводительность: 275 кг/с
Давление перегретого пара: 25 МПа
Температура перегретого пара: 550°С
Давление питательной воды: 31 МПа
Температура питательной воды: 270°С
Компоновка парогенератора: прямоточный.
Вариантный расчет: tгв — 50ºС
Описание проектируемого котла.
Обоснование выбора типоразмера котла для ТЭС и турбины.
Котел используется на больших ГРЭС и ТЭС. Получил широкое распространение из-за того, что надежен в работе и экономичен. ТГМП-314-А предназначен для работы в блоке с турбинами К-300-240 (конденсационная турбина без отбора пара; давление пара перед турбиной 240 />, мощность N=300 МВт) и Т-250/300-240 (теплофикационная турбина с отбором пара N=250 МВт, без отбора пара N=300 МВт, давление пара перед турбиной 240/>).
Компоновка котла, особенности его конструкции и работы. Схема компоновки.
/>
Прямоточный котел (ПК) – паровой котел, в котором полное превращение воды в пар происходит за время однократного прохождения воды через поверхность нагрева (разомкнутая гидравлическая система). Отличительной особенностью прямоточных котлов является отсутствие четкой фиксации экономайзерной и пароперегревательной зон (из-за отсутствия барабана). ПК работают на докритическом и сверхкритическом давлении. Проектируемый котел работает на сверхкритическом давлении.
Прямоточный котел типа ТГМП-314-А спроектирован и изготовлен на Таганрогском котельном заводе и рассчитан на сжигание жидкого и газообразного топлива.
Котел имеет П-образный профиль. П-образная компоновка – наиболее распространенная. В подъемной шахте располагается призматическая топочная камера, в опускной – конвективные поверхности нагрева. Ее преимущество – тягодутьевые машины устанавливают на нулевой отметке, что исключает вибрационные нагрузки на каркас котла. Недостатки компоновки: в связи с разворотом на />возникают неравномерности омывания поверхности нагрева продуктами сгорания и концентрации золы по сечению конвективной шахты.
Топка котла призматическая и экранирована НРЧ, СРЧ, ВРЧ. Верх топки экранирован фронтовым топочным экраном и панелями экранов боковых стенок. Горелки расположены встречно в два яруса. Движение среды в экранах одноходовое. В горизонтальном газоходе и на входе в конвективную шахту расположен перегреватель сверхкритического давления. Он состоит из последовательно расположенных в газовом тракте двухрядных ширм и пакета конвективного пароперегревателя. Тракт низкого давления пара состоит из двух пакетов промпароперегревателя. В опускном газоходе находится экономайзер. С котлом работают два регенеративных воздухоподогревателя />9,8 м.
В ПК вода с помощью питательного насоса подается в экономайзер, откуда поступает в панели, расположенные в топке. В выходной части панелей вода превращается в пар и начинается перегрев воды. В ПК отсутствует барабан и опускные трубы, что снижает удельный расход металла, т.е. удешевляет конструкцию котла. Существенный недостаток ПК заключается в том, что, попадающие в котел с питательной водой соли, либо отлагаются на стенках змеевиков, либо вместе с паром поступают в паровые турбины, где оседают на лопатках рабочего колеса, и снижают КПД турбины. Поэтому к качеству питательной воды для ПК предъявляются повышенные требования. Другой недостаток – увеличенный расход энергии на привод питательного насоса.
Топливо. Его характеристики. Процессы и параметры топливного тракта. Схема топливоподачи.
В качестве топлива используется природный газ. Природный газ представляет собой механическую смесь горючих и негорючих газов. Достоинства: топливо высококачественное (/>), беззольное, с малым содержанием S, CO, />. Качественный состав топлива приведен ниже.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
%
/>
%
/>
/>
/>--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
/>
/>
/>
0,03
0,03
0,03
0,02
0,2
Воздушный тракт. Обоснование выбора параметров.
Обеспечение движения воздуха.
Воздушный тракт представляет собой комплекс оборудования для приемки атмосферного воздуха (холодного), его подогрева, транспортировки и подачи в топочную камеру. Воздушный тракт включает короб холодного воздуха, воздухоподогреватель (воздушная сторона), короб горячего воздуха и горелочные устройства. Зимой воздух берут с улицы, летом – из помещения (из-под крыши котельного цеха). Зимой воздух берут с улицы, чтобы избежать переохлаждения котельного цеха, так как при заборе воздуха из помещения цеха с улицы будет подсасываться холодный воздух. Летом воздух берут из-под крыши котельного цеха, чтобы обеспечить его вентиляцию. Среднегодовая температура воздуха на входе />, давление 0,1 МПа. Воздух транспортируется с помощью центробежных тягодутьевых машин (например, с помощью дутьевого вентилятора), на входе в которые имеется разряжение около 200 Па, температура та же, что и на входе. дутьевой вентилятор располагают на нулевой отметке на собственном фундаменте, чтобы избежать передачи вибрации на каркас здания. После дутьевого вентилятора температура на />выше.
Для интенсификации процесса сжигания топлива воздух подогревают в воздухоподогревателе с вертикальной осью вращения до температуры />. После этого воздух подается в топку. Воздух подогревают с двумя целями – интенсифицировать процесс горения топлива и охладить дымовые газы. При подогреве воздуха до слишком низкой температуры дымовые газы на выходе будут иметь слишком высокую температуру, что может существенно снизить КПД котла. Подогрев воздуха до слишком высокой температуры требует увеличения поверхности регенеративного воздухоподогревателя, что неэкономично, так как ведет к увеличению металлоемкости котла. Таким образом, здесь происходит два процесса – транспорт воздуха и подогрев воздуха.
Преимущество РВП по сравнению с трубчатым – меньшие габаритные размеры и масса в силу более интенсивного теплообмена в узких щелях, образованных гофрированными стальными листами набивки, более эффективная очистка при воздушной и паровой обдувке, меньшая склонность к коррозии. Недостатки: повышенные перетоки воздуха в газы (до 20%), сложность уплотнений вращающегося ротора, громоздкость и сложность подшипников, невозможность подогрева воздуха выше />. После подогрева в РВП воздух поступает в газомазутные горелки. Перемешивание воздуха и топлива производится в круглых турбулентных горелках с периферийной подачей газа.
/>
РВП
/>
/>
/>
/>
Водопаровой тракт котла.
Параметры рабочей среды по тракту.
/>
Питательная вода после системы после системы регенеративного подогрева с температурой />направляется в коллектор диаметром />, откуда четырьмя трубами поступает во входной коллектор экономайзера. После экономайзера питательная вода с температурой />делится на два потока и поступает во входные коллектора боковых экранов НРЧ. Боковые экраны рабочая среда проходит одним ходом. после боковых экранов пароводяная смесь поступает во входные коллектора одной секции фронтового и заднего экранов. После прохода этой секции рабочая среда поступает во входные коллектора второй секции фронтового и заднего экранов, затем – третьей. После прохода всех трех секций фронтового и заднего экранов НРЧ рабочая среда направляется во входной коллектор подвесных труб, расположенных в конвективной шахте. В подвесных трубах рабочая среда имеет подъемное движение. Из выходного коллектора подвесных труб рабочая среда направляется в смеситель перед СРЧ. После экранов СРЧ рабочая среда направляется в смеситель перед ВРЧ, из которого поступает во входные коллектора экранов ВРЧ. На выходе из топки рабочая среда имеет температуру />. Из выходного коллектора экранов ВРЧ пароводяная смесь направляется в экраны потолочного пароперегревателя и экраны боковых поверхностей горизонтального газохода и поворотной камеры.
Далее рабочая среда направляется во входные коллектора ширмового пароперегревателя />. Перед ширмовым пароперегревателем установлен первый впрыск для регулирования температуры пара. После впрыска рабочая среда двумя потоками поступает в первый ряд ширм (20 ширм на поток), пройдя которые рабочая среда перебрасывается в пределах полупотолка от средней четверти газохода к крайней и наоборот. Аналогичным образом рабочая среда проходит вторую ступень ширмового пароперегревателя. Ступени ширмового пароперегревателя включены по схеме «прямоток». Из второй ступени ширмового пароперегревателя пар с />направляется в камеру второго впрыска. После впрыска рабочая среда с />проходит прямотоком пакет конвективного пароперегревателя, из которого выходит с параметрами />и />. Промежуточный пароперегреватель состоит из двух конвективных ступеней, включенных по схеме «противоток». Регулирование температуры промежуточного перегрева производится с помощью рециркуляции газов, и частичного байпасирования регулирующей ступени.
4. Расчет экономичности и тепловой схемы парового котла
1. Располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/м3
/>
/>
(кп)
/>
/>
/>
(3.4)
2. КПД проектируемого парового котла (по обратному балансу), %
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
(3.1)
/>
/>
(кп)
/>
/>
-потери теплоты с уходящими газами
(кп)
/>
-потери теплоты с химическим недожогом
/>
/>
-потери теплоты с механическим недожогом (кп)
/>
/>
/>
-потери теплоты от наружного охлаждения через внешние поверхности котла (3.11)
/>
/>
/>
/>
3. Расход топлива
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
(кп)
/>
/>
/>
(3,14)
/>
/>
/>
Программа «Pк25g»
Характеристики топлива.
Наименование величины
Обозначе-ние
Разм.
Источник
Числ.
Знач.
1.Теоретический объем воздуха
V°
м3/м3
Табл.
П 4.3 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
Коэффициент теплоотдачи излучением в ширмах: А3=108.2 Вт/м2×К
Вариантный расчёт: Уменьшаем температуру горячего воздуха tгв на 20 °С
Т
Ш
КПП
ППП
Э
РВП
Избыток воздуха
1.04
1.04
1.07
1.1
1.12
1.32
Средний объем газов м3/кг
13.02
13.02
13.17
13.47
13.71
13.1
Объемная доля вод. Паров
0.194
0.194
0.192
0.187
0.184
0.170
Сум. объемная доля трехатом. газов
0.286
0.286
0.282
0.276
0.270
0.249
Привед. за элементом доля рециркуляции
0.15
0.15
0.146
0.142
0.140
Температура греющей среды, °С
на входе
1890
1219
960
747
431
304
на выходе
1219
960
747
431
304
120
Температура нагреваемой среды, °С
на входе
315
418
463
290
270
30
на выходе
414
482
550
545
315
270
Энтальпия греющей среды, кДж/кг
на входе
40617
24939
19123
14777
8362
5152
на выходе
24939
19123
14777
8362
5873
2326
Энтальпия нагреваемой среды, кДж/кг
на входе
1399
2700
2996
2930
1199
379
на выходе
2601
3100
3345
3552
1399
3243
Тепловосприятие по балансу, кДж/кг
15645
5804
4348
6413
2492
3179
Расход топлива: 20.85 м3/с
Тепловые потери с уходящими газами: 4.97%
КПД котла: 94.53%
Невязка теплового баланса: 0.027%
Площадь стен топки: 1890.3 м2
Объём топки: 4684.6 м3
Коэффициент теплового излучения топки: А0=0,660
Высота нижней призматической части топки: Н=20 м
Средний коэффициент тепловой эффективности топки: U=0.57
Теплонапряжение сечения топки: Е9=5129 кВт/м2
Объёмное теплонапряжение топки: R2=163.5 кВт/м3
Теплонапряжение стен топки: R3=174.8 кВт/м2
Теплота излучения из топки на ширму: R5=583,2кДж/м3
Теплота излучения на выходе из ширм: R6=245,4кДж/м3
Поперечный шаг ширм: Y9=0.827 м
Площадь дополнительных поверхностей ширм: F3=235м2
Поверхность собственно ширм: Н2=1003.2 м2
Тепловосприятие ширм: N2=4976,9 кДж/м3
Тепловосприятие потолочного пароперегревателя: Q9=1255 кДж/м3
Коэффициент теплоотдачи конвекцией в ширмах: А1=52.6 Вт/м2×К
Коэффициент теплоотдачи излучением в ширмах: А3=107,3 Вт/м2×К
При уменьшение температуры горячего воздуха, падает энтальпия горячего воздуха, что ведет за собой и изменение теплоты воздуха. При понижение теплоты воздуха, падает значение полезного тепловыделение в топочной камере, от которого зависит величина температуры дымовых газов на выходе из топки. Как видно из формулы, она падает по линейной зависимости.
Расчет конвективного пароперегревателя. продолжение
--PAGE_BREAK--
Исходные данные для конвективного пароперегревателя.
Программа «OLJA0398».
Конструктивные характеристики.
Наименование величины
Обозначе-ние
Разм.
Источник
Числ.
знач.
1.Внутренний диаметр труб
пароперегревателя
D
мм
Задание на КП
32
2. Толщина стенки труб
/>
мм
Задание на КП
7
3.Глубина газохода
bк.ш
М
Задание на КП
7.53
4.Ширина газохода
aк.ш
М
Задание на КП
17.36
5.Число радов труб у коллектора
ZP
Задание на КП
3
6.Высота трубной поверхности
Hп
м
Задание на КП
1.3
7.Высота газового объёма перед ступенью
lоб
м
Задание на КП
8
8.Поперечный шаг труб
S1
мм
Задание на КП
140
9.Продольный шаг труб
S2
мм
Задание на КП
56.5
10.Число ходов пара в ступени
Zx
Задание на КП
1
Характеристики продуктов сгорания топлива.
1.Теоретический объём сухого воздуха
V°
м3/м3
Табл.
П 4.3
9.73
2. Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания при температуре 2200ºС
H°Г,V=2200ºC
кДж/м3
Табл.
П 4.3
40503
3. Теоретический объём водяных паров
V°H2O
м3/м3
Табл.
П 4.3
2.19
4. Объём трёхатомных газов
VRO2
м3/м3
Табл.
П 4.3
1.04
5. Теоретический объём азота
V°N2
м3/кг
Табл.
П 4.3
7.7
6.Зольность топлива на рабочую массу
АР
б/р
Табл.
П 4.3/>
7.Доля золы уносимая с газами
аун
Задание на КП
Режимные параметры.
1.Расход пара через ступень
D
кг/с
Задание на КП
275
2.Расчётный расход топлива
ВР
кг/с
Задание на КП
20.85
3.Среднее давление пара в расчитываемой ступени
Р
МПа
Задание на КП
25
4.Температура пара на входе
t`
C
Предыдущий расчет
466 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
/>
м/с
7.6595
12.
К-ф теплоотдачи конвекцией
/>
Вт/м2К
85.16
13.
К-ф теплоотдачи излуч. с учётом предвкл. газового объёма
/>
Вт/м2К
7.6193
14.
К-ф теплопередачи
K
Вт/м2К
78.861
15.
Температурный напор
/>
°С
287
16.
Поверх. нагрева ступени
F
м2
2290.81
17.
Число петель ступени
z
4
18.
Высота ступени
H
м
0.752
Расчет воздухоподогревателя.
/>Основнымтипом регенеративного воздухоподогревателя является вращающийся регенеративный воздухоподогреватель (РВП), у которых поверхностью теплообмена служит набивка из тонких гофрированных и плоских стальных листов, образующих каналы малого эквивалентного диаметра (dэ=8 – 9 мм) для проходов продуктов сгорания и воздуха. Набивка в виде секций заполняет цилиндрический пустотелый ротор, который по сечению разделён глухими радиальными перегородками на изолированные друг от друга секторы. Ротор воздухоподогревателя медленно вращается (с частотой 1.5 – 2.2 об/мин), его вал имеет привод от электродвигателя через шестеренчатую передачу. Диаметр ротора РВП в зависимости от типоразмера составляет от 5.4 – 14.8 м, а высота его – от 1.4 – 2.4 м.
Движение газового и воздушного потоков раздельное и непрерывное, а набивка попеременно проходит через эти потоки. В газовой части РВП металлическая набивка секторов аккумулирует теплоту, а затем отдаёт её воздушному потоку. В итоге организуется непрерывный нагрев воздуха переносом теплоты, аккумулированной в газовом потоке. Взаимное движение потоков противоточное.
Основные требования, предъявляемые к набивкам, — это возможно большая интенсивность теплообмена и минимальное аэродинамическое сопротивление. Применение волнистых (гофрированных) листов обеспечивает интенсификацию конвективного теплообмена и тем самым более быстрый нагрев набивки и затем более глубокое её охлаждение, то есть повышает эффективность теплового использования металла набивки, хотя аэродинамическое сопротивление такой поверхности увеличивается. Поверхность нагрева 1 м3 набивки составляет 300 – 340 м2, в то время как в ТВП этот показатель составляет около 50 м2/м3 объема.
Воздушный и газовый потоки в элементах РВП имеют значительный перепад давления. Этот перепад практически одинаков для газовоздушного тракта с уравновешенной тягой и с наддувом. При невозможности полной герметизации газового и воздушного потоков в условиях вращающегося ротора имеют место перетоки воздуха по радиусу ротора на газовую сторону, а также потери воздуха вовне по периферии воздушной части ротора и присосы окружающего воздуха в газовой поток по периферии ротора в газовой его части (в условиях, когда газовый поток находится под разряжением). Утечки воздуха вовне и присосы его в газовый поток примерно равны, и их можно условно также рассматривать как перетоки.