Поверочный тепловой расчет котла

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 1 Описание прототипа 2 Тепловой расчет парогенератора 2.1 Расчетное задание 2.2 Топливо, воздух, продукты сгорания
2.3 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания 2.4 Тепловой баланс парогенератора и расход топлива 2.5 Основные конструктивные характеристики топки 2.6 Расчет теплообмена в топке 2.7 Расчет фестона 2.8 Расчет перегревателя 2.9 Расчет испарительного пучка 2.10 Расчет хвостовых поверхностей ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ВВЕДЕНИЕ Поверочный расчет выполняют для существующих парогенераторов. По имеющимся конструктивным характеристикам при заданной нагрузке и топливе определяют температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах между поверхностями нагрева, К.П.Д. агрегата, расход топлива. В результате поверочного расчета получают исходные данные, необходимые для выбора вспомогательного оборудования и выполнения гидравлических, аэродинамических и прочностных расчетов. При разработке проекта реконструкции парогенератора, например в связи с увеличением его производительности, изменением параметров пара или с переводом на другое топливо, может потребоваться изменение целого ряда элементов агрегата. Однако основные части парогенератора и его общая компоновка, как правило, сохраняется, а реконструкцию тех элементов, которые необходимо изменить, выполняют так, чтобы по возможности сохранялись основные узлы и детали типового парогенератора. Расчет выполняется методом последовательного проведения расчетных операций с пояснением производимых действий. Расчетные формулы сначала записываются в общем виде, затем подставляются числовые значения всех входящих в них величин, после чего приводится окончательный результат.
1 ОПИСАНИЕ ПРОТОТИПА
Топочная камера объемом 89.4 м3 полностью экранирована трубами 603 мм с шагом их во всех экранах 90 мм; состоит из четырех транспортабельных блоков . На боковых стенках установлены газомазутные горелки. Испарительный пучок из труб 603 мм расположен между верхним и нижним барабанами. Опускные трубы испарительного пучка расположены в плоскости осей барабанов. В верхнем барабане перед входными сечениями опускных труб установлен короб для предотвращения закручивания воды и образования воронок на входе в опускные трубы. Парогенератор имеет перегреватель с коридорным расположением труб 283 мм. Регулирование температуры перегретого пара осуществляется поверхностным пароохладителем, установленным со стороны насыщенного пара. Схема испарения- трехступенчатая: первая и вторая ступени размещены в верхнем барабане( соответственно в средней его части и по торцам); третья ступень вынесена в выносные циклоны 377 мм. Воздухоподогреватель- трубчатый, одноходовой (по газам и воздуху), с вертикальным расположением труб 401.5 мм; поперечный шаг- 55 мм, продольный-50 мм. Экономайзер- чугунный, ребристый, двухходовой ( по газам и воде). Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора Е-25-25-380ГМ следующие: Номинальная производительность, т/ч .25 Рабочее давление пара , МПа .2.4 Температура перегретого пара, 0С 380 Площадь поверхностей нагрева, м2: лучевоспринимающая(экранов и фестона) .127 конвективная: фестона .7 перегревателя .73 испарительного пучка 188 экономайзера 590 воздухоподогревателя 242
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРОГЕНЕРАТОРА

2.1 Расчетное задание Для выполнения теплового расчета парогенератора, схема которого изображена на рис. 1-1, будем исходить из следующих данных: 1. Паропроизводительность агрегата - 25 т/ч 2. Давление пара у главной паровой задвижки рп, Мпа-2.4 3. Температура перегретого пара tпп, 0С-380 4. Температура питательной воды tпв-100 5. Температура уходящих газов ух-140 6. Топливо-мазут малосернистый. Для сжигания заданного вида топлива выбираем камерную топку. Температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель принимаем равной 25 0С, горячего воздуха- 350 0С
2.2 Топливо, воздух и продукты сгорания.
Из табл. 6-1 выписываем расчетные характеристики топлива: Wp=3 % ; Ap=0.05 %; SpK+OP=0.3 %; Cp=84.65%; Hp=11.7 %;Np=0.3 %; Op=0.3; Qph=40.31 МДж Рассчитываем теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 кг топлива: V0=0.0889(Cp+0.375Spop+k)+0.265Hp-0.0333OP=7.535+3.09=10.6 м3/кг Определяем теоретические объемы продуктов сгорания топлива: а) объем двухатомных газов VN2=0.79V0+0.008Np=8.374+0.0024=8.376 б) объем трехатомных газов VRO2==1.58 в) объем водяных паров VH2O=0.11Hp+0.0124Wp+0.0161V0=1.49 По данным расчетных характеристик и нормативных значений присосов воздуха в газоходах (табл. 2-1) выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки aт и присосы воздуха по газоходам и находим расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах a``. Результаты расчетов сводим в таблицу 2-1. Таблица 2-1 Присосы воздуха по газоходам Da и расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах a`` Участки газового тракта Da a`` Топка и фестон Перегреватель Конвективный пучок Воздухоподогреватель Экономайзер 0,1 0,05 0,05 0,06 0,1 1,15 1,2 1,25 1,31 1,41 По формулам (2-18)-(2-24) рассчитываем объемы газов по газоходам, объемные доли газов r и полученные результаты сводим в таблицу 2-2. Таблица 2-2 Характеристика продуктов сгорания в газоходах парогенератора (VRO2=1,58 м3/кг, V0=10,6 м3/кг, VN20=8,376 м3/кг, V0H2O=1,49 м3/кг)
Величина
Единица
Газоходы
Топка и фестон
Перегреватель
Конвективный ый пучок
Воздухоподогреватель
Экономайзер
Расчетный коэффициент избытка воздуха
-
1.15
1.2
1,25
1,31
1,41
VRO2
VR2=VN20+ (1-a)V0
VH2O=V0H2O+0.0161(1-a)V0
VГ= VRO2+ VR2+ VH2O
rRO2= VRO2/ VГ
rH2O= VH2O/ VГ
rn= rRO2+ rH2O
м3/кг
м3/кг
м3/кг
м3/кг
-
-
-
1,58
9,964
1.515
13.059
0.12
0.116
0.23
1,58
10,49
1.52
13.59
0.116
0.111
0.2278
1,58
11,02
1.53
14.13
0.111
0.108
0.219
1,58
11,662
1.54
14,782
0.107
0.104
0.211
1,58
12,722
1.56
15,862
0.099
0.098
0.197
2.3 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания Удельные энтальпии теоретического объема воздуха и продуктов сгорания топлива определяем по следующим формулам : IB=V0(ct)B; IГ0=VRO2(cJ)RO2+V0N2(cJ)N2+V0H2O(cJ)H2O. Полученные результаты сводим в таблицу 2-3.
Таблица 2-3 Энтальпия теоретического объема воздуха и продуктов сгорания топлива. J, 0С
I0= V0(ct)B, кДж/кг
IRO2= VRO2 cJ)RO2, кДж/кг
I0N2= V0N2 * cJ)N2, кДж/кг
I0H2O= V0H2O (cJ)H2O ., кДж/кг
Iг= VRO2(cJ)RO2 V0N2 +(cJ)N2 +V0H2O(cJ)H2O., кДж/кг 30 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 413,4 1399,2 2819,6 4271,8 5745,2 7250,4 8798 10377,4 11978 13578,6 15221,6 16907 18592,4 20468,6 22005,6 23733,4 25471,8 27199,6 28927,4 30708,2 32478,4 34333,4 36029,4 267,02 564,06 883,22 1219,76 1573,68 1930,76 2308,38 2692,32 3082,58 3479,16 3882,06 4292,86 4702,08 5119,2 5536,32 5951,86 6375,3 6798,74 7222,18 7651,94 8081,7 8511,46 1088,62 2177,24 3282,6 4413,098 5560,336 6732,696 7921,804 9152,782 10408,882 11673,356 12937,83 14193,93 15491,9 16823,366 18121,336 19452,802 20784,268 22124,108 23489,07 24820,536 26185,498 27550,46 226,5 456 694,5 939 1191 1450,5 1720,5 2002,5 2286 2587,5 2889 3196,5 3516 3837 4168,5 4501,5 4840,5 5187 5532 5889 6241,5 6598,5 413,4 2980,01 6014,32 9128,27 12311,85 15568,74 18903,896 22319,03 25814,37 29343,24 32947,05 36599,6 40257,76 47763,06 44178,58 47785,166 51559,556 55377,962 59199,668 63037,248 66951,45 70839,876 74842,098 Энтальпию продуктов сгорания топлива подсчитываем по формуле: IГ=I0Г+( a-1)I0B. Полученные результаты сведем в таблицу 2-4.
Таблица 2-4 Энтальпия продуктов сгорания в газоходах J, 0С Iг0, кДж/кг Iв0,кДж/кг
Участки газового тракта
Топка
a=1.15
Перегреватель
a=1.2
Конвект. Пучок
a=1.25
Воздухоподогреватель
a=1.31
Экономайзер
a=1.41 I DI I DI I DI I DI I DI 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2681,34 6016,9 9132,12 12317,058 15575,416 18911,956 22328,084 25825,602 29356,062 32961,26 36615,89 40275,69 47785,166 55377,962 63037,248 70839,876 78689,82 1399,2 2819,6 4271,8 5745,2 7250,4 8798 10377,4 11978 13578,6 15221,6 16907 18592,4 22005,6 25471,8 28927,4 32478,4 36029,4 26112,74 29683,85 33332,5 37029,9 40734.5 48335,3 59198.7 67376.3 75711.6 84094.2 3571,1 3648,6 3697,4 3912.6 8021.3 8112.7 8177.6 8335.3 8382.6 22660,964 26212,2 29797,4 36005.58 39997.29 43994.17 3817.6 3850.4 3933.9 3991.7 3996.8 15864,5 19264,09 22746,4 28820,1 3723,4 3810,9 3897,6 9342,13 12601 15935,5 21639,3 3641,6 3725 3816,3 3072,25 6199,8 9411,1 3917,9 3710,65
2.4 Тепловой баланс парогенератора и расход топлива.
Тепловой баланс составляем в расчете на 1 кг располагаемой теплоты топлива Qpp. Считая, что предварительный подогрев воздуха за счет внешнего источника теплоты отсутствует имеем: Qв.вн=0. Расчеты выполняем в соответствии с таблицей 2-5. Таблица 2-5 Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива Наименование Расчетная формула или способ определения Расчет Располагаемая теплота топлива, Qpp, кДж/кг Qhp+QВ.ВН+iтл 40310+244.8=40554.8 Потеря теплоты от химического недожога, q3,% По табл. 4-5 0.5 Потеря теплоты от механического недожога, q4, % То же 0 Температура уходящих газов, ух, 0С По заданию 140 Энтальпия уходящих газов ,Iух, кДж/кг По -таблице 4323,17 Температура воздуха в котельной ,tх.в, 0С По выбору 25 Энтальпия воздуха в котельной, Iх.в0,кДж/кг По -таблице 238,5 Потеря теплоты с уходящими газами ,q2, % =9,8 Потери теплоты от наружного охлаждения ,q5, % По рис. 3-1 1.2 Сумма тепловых потерь, Sq,% q2+q3+q4+q5 9,8+0.5+1.2=11,5 К.п.д. парогенератора, hпг, % 100- Sq 100-11,5=88,5 Коэффициент сохранения теплоты, j 1- 1-=0.986 Паропроизводительность агрегата, D, кг/с По заданию 6.94 Давление пара в барабане, рб, МПа То же 2.64 Температура перегретого пара, tп.п,0С » » 380 Температура питательной воды, tп.в, 0С » » 100 Удельная энтальпия перегретого пара, iп.п, кДж/кг По табл. VI-8 3192,6 Удельная энтальпия питательной воды, iп.в, кДж/кг По табл. VI-6 420.38 Значение продувки, р, % По выбору 3 Полезно используемая теплота в агрегате, Qпг, кВт D(iп.п-iп.в)+D(iкип-iп.в 6,9(3192,6-420,38)+0,208(975,5-420,38)=19354.8 Полный расход топлива, В,кг/с =0.54 Расчетный расход топлива, Вр, кг/с 0,54
2.5 Основные конструктивные характеристики топки Парогенераторы типа Е-25-24-380ГМ имеют камерную топку для сжигания мазута. Определяем активный объем и тепловое напряжение топки. Расчетное тепловое напряжение не должно превышать допустимого, указанного в табл. 4-3. С учетом рекомендаций приложения III выбираем количество и тип газомазутных горелок, установленных на боковых стенках. Расчеты приведены в таблице 2-6. Таблица 2-6 Расчет конструктивных характеристик топки
Наименование
Расчетная формула или способ определения
Расчет
Активный объём топки, Vт,м3
По конструктивным размерам
89.4
Тепловое напряжение объема топки:
расчетное, qV, кВт/м3
допустимое, qV,кВт/м3

ВQнр/Vт
по табл. 4-5

0,54*40310/89,4=243,48
249
Количество горелок, n, шт.
По табл. III-10
2
Теплопроизводительность горелки, Qг, МВт

1,2510-3=13,6
Тип горелки
По табл. III-6
ГМП-16
2.6 Расчет теплообмена в топке Топка парогенератора Е-25-24-380ГМ полностью экранирована трубами диаметром 60 мм и толщиной стенки 3 мм с шагом 90 мм. По конструктивным размерам топки рассчитываем полную площадь её стен и площадь лучевоспринимающей поверхности топки. Результаты расчета сводим в таблицу 2-7. По конструктивным размерам и характеристикам топки выполняем поверочный расчет теплообмена в топке. Расчет проводим в соответствии с таблицей 2-8. Полученная в результате расчета температура газов на выходе из топки отличается от предварительно принятой менее чем на 0С; следовательно, пересчета теплообмена не требуется.
Таблица 2-7 Расчет полной площади поверхности стен топки Fст и площади лучевоспринимающей поверхности топки НЛ
Наименование
Стены топки
Фронтонная и свод
боковые
Задняя
Выходное окно топки
Суммарная площадь Общая площадь стены и выходного окна, Fст , м2
45,7
42
52,5
8,7
149 Расстояние между осями крайних труб, b, м
3,78
2,252
3,78
3,78
- Освещенная длина труб, lосв, м
9,6
7,8
7,6
2,25
- Площадь, занятая луче воспринимающей поверхностью полная, F, м2

26,6

25,74

21,07

6,24

80 Наружный диаметр экранных труб , d, мм
66
66
66
66
- Шаг экранных труб, s, мм
90
90
90
90 Расстояние от оси экранных труб до кладки (стены), l, мм
100
100
100
-
- Отношение s/d
1.36
1.36
1.36
-
- Отношение l/d
1.51
1.51
1.51
-
- Угловой коэффициент экрана, х
0,95
0,95
0,95
1,00
- Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов, Нл, м2
127
Таблица 2-8 Поверочный расчет теплообмена в топке
Величина
Расчетная формула или способ определения Расчет Суммарная площадь луче воспринимающей поверхности, Нл,м2 По конструктивным размерам 127 Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов, Нл.откр, м2 То же 127 Полная площадь стен топочной камеры, Fст, м2 » » 149 Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности, Yср =0,469 Продолжение таблицы 2-8 Эффективная толщина излучающего слоя пламени, s, м =2,16 Полная высота топки, Нт По конструктивным размерам 8.810 Высота расположения горелок, hг, м То же 1.9 Относительный уровень расположения горелок, хг hг/Нт 1,9/8,810=0,215 Параметр, учитывающий распределение температуры в топке, М 0,59-0,2хт 0,59-0,2*0,215=0,547 Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, aт По табл. 4-5 1.15 Присосы воздуха в топке, Daт По табл. 2-1 0.05 Температура горячего воздуха, tг.в,0С По предварит. выбору 350 Энтальпия горячего воздуха, Iг.в0, кДж/кг По IJ- таблице 5008.2 Энтальпия присосов воздуха, Iпрс0, кДж/кг То же 238,8 Количество теплоты, вносимое в топку воздухом, QВ, кДж/кг (aТ-DaТ)Iг.в0+ DaТIпрс0 (1.15-0.05) 5008.2 + 0.05 * 238.8 = 5520.97 Полезное тепловыделение в топке, QТ, кДж/кг Qpp+QВ 40554,8*0,95+5520.97=44048 Адиабатическая температура горения, Jа, 0С По IJ- таблице 1287,2 Температура газов на выходе из топки ,JТ``, 0С По предварительному выбору 960 Энтальпия газов на выходе из топки, IТ`` , кДж/кг По IJ- таблице 31873,04 Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания, Vср, кДж/(кг*К) =37,2 Объемная доля: водяных паров, rН2О трехатомных газов, rRO2 По табл. 1-2 То же 0,116 0.12 Суммарная объемная доля трехотомных газов, rn rН2О+ rRO2 0.116+0.12=0.236 Произведение, prns prns 0.236*0.1*2,16=0,051 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, kг,1/(м*МПа) По формуле 5-26 3.05 Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) rnkг 0,236*3.05=0.72 Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) По формуле 5-32 2,71 Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) kСВ= kнс+ кСЖ 2,71+0.72=3,44 Степень черноты: светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ 1-е-КсвPS 1-e-KнсPS 0,52 0.14 Степень черноты факела, аФ maСВ+(1-m)aг 0,55*0,52+0,45*0,14= 0,349 Степень черноты топки, аТ =0,53 Тепловая нагрузка стен топки, qF, кВт/м2 =161.4 Температура газов на выходе из топки, JТ``, 0С По рис. 5-8 911,7 Энтальпия газов на выходе из топки, t`` , кДж/кг По IJ- таблице 30120,6 Общее тепловосприятие топки, QТЛ, кДж/кг j(QТ-I``Т) 0.986(44048-29987,3)= =13731,1 Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей топки, qЛср =58,43
2.7 Расчет фестона При тепловом расчете парогенератора фестон, как правило, не изменяют , а проверяют поверочным расчетом( табл. 2-9)
Таблица 2-9. Поверочный расчет фестона Наименование
Формула или способ определения
Расчет Полная площадь поверхности нагрева, Н, м2 По конструктивным размерам 7 Площадь поверхности труб боковых экранов, находящихся в зоне фестона Ндоп, м2 То же 1 Диаметр труб, d, мм » » 603 Относительный шаг труб, s/d » » 1.5 Количество рядов труб, z2,шт » » 1 Количество труб в ряду,z1,шт » » 42 Площадь живого сечения для прохода газов, F, м2 АВ-z1dl 2,25*4,23-42*0,06*2,25=3,84 Эффективная толщина излучающего слоя, s, м 0,9(31,8-1)0,06=0.1 Температура газов перед фестоном, J`,0С Из расчета топки 911,7 Энтальпия газов перед фестоном, I`, кДж/кг То же 30110,7 Температура газов за фестоном, J``, 0С По предварительному выбору 900 Энтальпия газов за фестоном, I``, кДж/кг По IJ- таблице 29683,85 Количество теплоты, отданное фестону, Qг, кДж/кг j(I`-I``) 0.986(30110,7-29683,85) =420,8 Температура кипения при давлении в барабане(pБ=2.64 МПа), tкип, 0С По табл. VI-7 226.8 Средняя температура газов, Jср,0С 0,5(J``+ J`) 0,5(911,7+900)=905,8 Средний температурный напор, Dt,0C Jср-tкип 905,8-226,8=679 Средняя скорость газов, w, м/с =7.9 Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, кВт/(м2К) По рис. 6-6 58*0,96*1,04*0,9=50,1 Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*Мпа prns 0,1*0,236*0,1=0,00236 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами,кг,1/(м*МПа) По формуле 5-26 16,8 Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) rnkг 16,8*0,236=3,97 Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) По формуле 5-32 2,54 Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) kСВ= kнс+ кСЖ 3,97+2,54=6,51 Степень черноты: светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ 1-е-КсвPS 1-e-KнсPS 0,06 0,039 Степень черноты излучающей среды, а maСВ+(1-m)aг 0,55*0,06+0,45*0,039=0,05 Температура загрязнённой стенки трубы, tст, 0С tКИП+ Dt 226,8+80=306,8 Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) По рис. 6-12(aЛ= aНаСГ) 135*0,05*0,97=6,5 Коэффициент использования поверхности нагрева, x По 6-2 0.95 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) x(aЛ+aК) 0,95(6,5+50,1)=53,77 Коэффициент загрязнения, e, м2К/Вт По ф-ле 6-8 и рис. 6-1 0,0048 Коэффициент теплопередачи k, Вт/м2К =42,7 Продолжение таблицы 2-9 Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи, Qф, кДж/кг =376,2 Тепловосприятие настенных труб, QДОП, кДж/кг =53,7 Суммарное тепловосприятие газохода фестона, QT, кДж/кг Qф+ QДОП 53,7+376,2=429,9 Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % 100 100=2,16
2.8 Расчет перегревателя Перегреватель одноступенчатый, с пароохладителем, установленным на стороне насыщенного пара. Перегреватель имеет коридорное расположение труб. Коэффициент теплопередачи гладкотрубных коридорных пучков перегревателя рассчитывается с учетом коэффициента тепловой эффективности Y , используя формулу (6-7). Влияние излучения газового объема, расположенного перед перегревателем, на коэффициент теплопередачи учитываем путем увеличения расчетного значения коэффициента теплопередачи излучением по формуле (6-34).
Конструктивные размеры и характеристики перегревателя, взятые из чертежей и паспортных данных парогенераторов, сводим в таблицу 2-10. Поверочный расчет перегревателя сводим в таблицу 2-11.
Таблица 2-10. Конструктивные размеры и характеристики перегревателя
Наименование Расчетная формула или способ определения
Расчет Диаметр труб, d/dВН, мм По конструктивным размерам 28/22 Количество труб в ряду (поперек газохода) z1, шт То же 12 Количество рядов труб ,z2, шт То же 6 Средний шаг труб, s1, мм » » 90 s2 100 Расположение труб в пучке » » коридорное Характер омывания » » поперечное Средняя длина змеевика, l, м » » 1,489 Суммарная длина труб, Sl, м » » 830,3 Полная площадь поверхности нагрева, H, м2 » » 73 Площадь живого сечения на входе, F`, м2 a`b`-l`z1d 1.918*4.23-1.489*0.028=7,1 То же на выходе, F``, м a``b``-l``z1d 1,702*4,23-1,489*0,672=6,2 Средняя площадь живого сечения газохода, FCP, м2 6,6 Количество параллельно включенных змеевиков( по пару), m, шт По конструктивным размерам 72 Площадь живого сечения для прохода пара, f, м2 pd2стm/4 0.785*0.0222*56=0.027
Таблица 2-11. Поверочный расчет перегревателя
Наименование Расчетная формула или способ определения
Расчет Диаметр труб, d/dВН, мм По конструктивным размерам 28/22 Площадь поверхности нагрева, Н, м2 То же 73 Температура пара на выходе из перегревателя, t``, 0С По заданию 380
Продолжение таблицы 2-11 То же на входе в перегреватель, t`, 0С По выбору 226,8 Давление пара: на выходе, р``, МПа на входе, р`, МПа По заданию По выбору 2,4 2,64 Удельная энтальпия пара : на выходе , i``П, кДж/кг на входе, i`П, кДж/кг По таблице VI-8 То же 3197 2801,2 Суммарное тепловосприятие ступени, Q, кДж/кг (3197-2801,2)=5057,4 Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей топки, qЛСР, кВт/м2 Из расчета топки 58,43 Коэффициент распределения тепловой нагрузки: по высоте, hВ между стенами, hСТ По рис. 5-9 По табл. 5-7 1,2 1 Удельное лучистое тепловосприятие выходного окна топки, qЛ, кВт/м2 hВ hСТ qЛСР 1*1,2*58,43=70,1 Угловой коэффициент фестона, хФ По рис. 5-1 0,76 Площадь поперечного сечения газохода перед ступенью, FГ`, м2 a`b` 1,918*4,23=8,11 Лучистое тепловосприятие ступени ,Qл, кДж/кг (1-0,76)8,11=252,7 Конвективное тепловосприятие ступени, QK, кДж/кг Q-QЛ 5057,4-252,7=4804,7 Температура газов перед перегревателем, J`, 0С Из расчета фестона 900 Энтальпия газов на входе в перегреватель, I`, кДж/кг То же 29683,85 То же на выходе из ступени, I``, кДж/кг I`- 29683,5-5987,5+0,1*239=23719,9 Температура газов на выходе из ступени, J``, 0С По I J-таблице 730 Средняя температура газов, JСР, 0С 0,5(J``+ J`) 0,5(900+730)=815 Средняя скорость газов в ступени, wГ, м/с =4.4 Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, Вт/(м2К) По рис. 6-5 52*0,96*1.1*0,954=53,7 Средняя температура пара, tСР, 0С 0,5(t`+t``) 0,5(226.8+380)=303.4 Объем пара при средней температуре, vП, м3/кг По табл. VI-8 0,094 Средняя скорость пара, wП ,м/с =24 Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, a2, Вт/(м2К) По рис. 6-8 1.05*1075=1128.75 Толщина излучающего слоя, s, м 0.34 Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*МПа prns 0,2278*0,1*0,34=0,0078 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, кГ,1/( м*МПа) По рис. 5-6 9.9 Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) rnkг 9.7*0,2278=2.25 Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) По формуле 5-32 2 Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) kСВ= kнс+ кСЖ 2+2.25=4.25 Продолжение таблицы 2-11 Степень черноты: светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ 1-е-КсвPS
1-e-KнсPS 0,19 0,072 Степень черноты факела, аФ maСВ+(1-m)aг 1*0.17=0.17 Коэффициент загрязнения, e, м2К/Вт По 6-2 0,0042 Температура загрязненной стенки трубы, tСТ, 0С tСР+( 303.4+(0,0042+)* 6183.68*=303.6 Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) По рис. 6-12 0,98*138*0,19=25,8 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) x(aЛ+aК) 0,95(25,8+50.3)=79,4 Коэффициент тепловой эффективности, Y По табл. 6-2 0,8 Коэффициент теплопередачи, к,Вт/(м2К) 0,8=69,7 Разность температур между газами и паром: наибольшая, DtБ, 0С наименьшая, Dtм, 0С J`-t`` J``-t` 900-380=520 730-226.8=503.2 Температурный напор при противотоке, DtПРТ, 0С 511,6 Площадь поверхности нагрева прямоточного участка, НПРМ,м2 По конструктивным размерам 36 Полная площадь поверхности нагрева, Н, м2 То же 73 Параметр, А НПРМ/Н 0.49 Полный перепад температур газов,t1, 0С J`- J`` 900-730=173 То же пара, t2, 0С t``-t` 380-226.8=153.2 Параметр, Р 0.25 Параметр R t1/ t2 1.129 Коэффициент перехода к сложной схеме, y, По рис. 6-14 1 Температурный перепад, Dt, 0С y DtПРТ 1*511,6=511,6 Тепловосприятие ступени по уравнению теплообмена, QТ, кДж/кг =4820,5 Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ 100=0,3
2.9 Расчет испарительного пучка Испарительные пучки непосредственно связаны с барабаном и определяет общую компоновку парогенератора. Поэтому их реконструкция с изменением площади поверхностей нагрева или конструктивных характеристик связана с большими трудностями и значительными капитальными затратами. Поэтому испарительные пучки ,как и фестон, только как правило поверяют. Расчет ведем по таблице 2-12.
Таблица 1-12. Поверочный расчет испарительного пучка
Наименование
Формула или способ определения
Расчет Полная площадь поверхности нагрева, Н, м2 По конструктивным размерам 188 Диаметр труб, d, мм » » 603 Относительный шаг труб, продольный, s2 /d поперечный, s1/d » » 2 5.83 Количество рядов труб, z2,шт » » 10 Количество труб в ряду,z1,шт » » 12 Площадь живого сечения для прохода газов, F, м2 АВ-z1dl 4.23*1.7-12*0.06*2.8=5.175 Эффективная толщина излучающего слоя, s, м 0.74 Температура газов перед пучком, J`, 0С Из расчета перегревателя 730 Энтальпия газов перед пучком, I`, кДж/кг То же 23712 Температура газов за пучком, J``, 0С По предварительному выбору 560 Энтальпия газов за пучком, I``, кДж/кг По IJ- таблице 17904,2 Количество теплоты, отданное пучку, Qг, кДж/кг j(I`-I``+Da I0ПРС) 0.986(23712-17904,2 +11,95)=5737,8 Температура кипения при давлении в барабане(pБ=2.64 МПа), tкип, 0С По табл. VI-7 226.8 Средняя температура газов, Jср,0С 0,5(J``+ J`) 0,5(730+560)=645 Средний температурный напор, Dt,0C Jср-tкип 640-226,8=418,2 Средняя скорость газов, w, м/с =4.93 Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, кВт/(м2К) По рис. 6-6 38.3*0,95*1,1*1=40.1 Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*Мпа prns 0,1*0,219*0,74=0,016 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами,кг,1/(м*МПа) По формуле 5-26 6,9 Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) rnkг 6,9*0,219=1,5 Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) По формуле 5-32 1,31 Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) kСВ= kнс+ кСЖ 1,31+1,5=2,81 Степень черноты: светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ 1-е-КсвPS 1-e-KнсPS 0,187 0,092 Степень черноты излучающей среды, а maСВ+(1-m)aг 0,55*0,182+0,45*0,092=0,14 Температура загрязнённой стенки трубы, tст, 0С tКИП+ Dt 226,8+80=306,8 Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) По рис. 6-12(aЛ= aНаСГ) 76*0,14*0,97=10,3 Коэффициент использования поверхности нагрева, x По 6-2 0.95 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) x(aЛ+aК) 0,95(10,3+40.1)=47.8 Коэффициент загрязнения, e, м2К/Вт По ф-ле 6-8 и рис. 6-1 0,0048 Коэффициент теплопередачи k, Вт/м2К =38.8 Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи, QТ, кДж/кг =5649,1 Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % 100 100=-1,54
2.10 Расчет хвостовых поверхностей Расчет воздухоподогревателя и экономайзера будем вести в соответствии с методикой, описанной в §9-1. Используя чертежи и техническую документацию парогенератора Е-25-24-380ГМ, составляем таблицы конструктивных размеров и характеристик его экономайзера и воздухоподогревателя.
После расчета хвостовых поверхностей определяем невязку теплового баланса парогенератора (табл. 2-19). Так как величина невязки теплового расчета не превышает допустимых 0.5%, то тепловой расчет парогенератора считаем законченным.
Таблица 2-14. Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя
Наименование
Размер Диаметр труб: наружный, d, мм внутренний, dВН, мм 40 37 Длина труб, L, м 1.6 Расположение труб Вертикальное Количество ходов по воздуху, n, шт 1 Количество труб в ряду поперек движения воздуха, z1, шт. 84 Количество рядов труб вдоль движения воздуха, z2, шт. 27 Шаг труб: поперечный, s1, мм продольный, s2, мм 55 50 Относительный шаг: поперечный, s1/d продольный, s2/d 1,375 1,25 Количество параллельно включенных труб( по газам), z0, шт. 1251 Площадь живого сечения для прохода газов, FГ, м2 2.4 Ширина сечения воздушного канала, В, м 2,374 Средняя высота воздушного канала, h, м 1.6 Площадь живого сечения для прохода воздуха, FВ, м2 2.04 Площадь поверхности нагрева, Н, м2 242
Таблица 2-15. Конструктивные размеры и характеристики экономайзера
Наименование
Размер Характеристика одной трубы: длина, L, м площадь поверхности нагрева с газовой стороны, Н`, м2 площадь живого сечения для прохода газов,F`,м2 3 Количество труб в горизонтальном ряду, z1, шт. 20 Количество горизонтальных рядов, z2, шт. 10 Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, Н, м2 590 Площадь живого сечения для прохода газов, F, м2 2,4 Площадь живого сечения для прохода воды, f, м2 1,84
Таблица 2-16. Поверочный расчет воздухоподогревателя
Наименование
Расчетная формула или способ определения
Расчет Диаметр труб, d, мм По конструктивным размерам 40х1,5 Относительный шаг труб: поперечный, s1/d продольный, s2/d То же 1,375 1,25 Количество рядов труб, z2, шт. » » 27 Продолжение таблицы 2-16 Количество труб в ряду, z1, шт. » » 84 Площадь живого сечения для прохода газов, FГ, м2 » » 2.4 То же для прохода воздуха, FВ, м2 » » 2.04 Площадь поверхности нагрева, Н,м2 » » 242 Температура газов на выходе, J``, 0С По выбору 345 Энтальпия газов на выходе, I``, кДж/кг По IJ- таблице 10808,62 Температура воздуха на входе, t`, 0С По выбору 25 Энтальпия теоретического количества холодного воздуха, Iх.В0, кДж/кг По IJ- таблице 239 Температура воздуха на выходе, t``, 0С По выбору 350 Энтальпия теоретического количества воздуха на выходе, I0`, кДж/кг По IJ- таблице 5008.2 Отношение b1`` aТ-DaТ 1.15-0.05=1.1 Тепловосприятие ступени, Q, кДж/кг ) (1.1+0.03)(5008.2-239)=5389 Средняя температура воздуха в ступени, t, 0С 0,5(t`+t``) 0.5(25+350)=187.5 Температура газов на входе, J`, 0С Из расчета испарительного пучка 560 Энтальпия газов на входе в ступень, I`, кДж/кг По IJ- таблице 17904,2 Средняя температура газов, JСР, 0С 0,5(J``+ J`) 0,5(560+360)=460 Средняя скорость газов, wГ, м/с =8.9 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) По рис. 6-5 0,94*86*0.98*1.4=110.9 Средняя скорость воздуха, wВ, м/с 460.5=8.1 Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны, a2, Вт/(м2К) По рис. 6-4 1.4*0.98*0.94*78=100.6 Коэффициент использования поверхности нагрева, xВП По табл. 6-3 0,85 Коэффициент теплопередачи, к, Вт/(м3К) xВП 0,85=44.8 Разность температур между средами наибольшая, DtБ, 0С наименьшая, DtМ, 0С 345-25=320 560-350=210 Температурный напор при противотоке, DtПРТ, 0С 265 Перепад температур: наибольший, tБ, 0С наименьший, tМ, 0С t``-t` 350-25=325 560-345=215 Параметр Р 0,22 Параметр R tБ/ tМ 2,7 Коэффициент y По рис. 6-16 1 Температурный перепад, Dt, 0С y DtПРТ 272,5 Тепловосприятие по уравнению теплообмена, QТ, кДж/кг =5320,4 Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % 100=-1,27
Таблица 1-17. Поверочный расчет экономайзера
Наименование
Расчетная формула или способ определения Расчет Площадь поверхности нагрева, Н,м2 По конструктивным размерам 590 Площадь живого сечения для прохода газов, FГ, м2 То же 2.4 Температура газов на входе в ступень, J`, 0С Из расчета воздухоподогревателя 360 Температура газов на выходе, J``, 0С По заданию 140 Энтальпия газов на входе, I`, кДж/кг По IJ- таблице 10808,62 Энтальпия газов на выходе, I``, кДж/кг По IJ- таблице 4822.16 Тепловосприятие ступени(теплота, отданная газами), QГ, кДж/кг j(I`- I``+) 0,986(10808,62-4822.16+23,9)= =5926,2 Температура воды на выходе , t``, 0С По выбору 210 Удельная энтальпия воды на выходе, i``,кДж/кг По IJ- таблице Температура воды на входе , t`, 0С По заданию 100 Удельная энтальпия воды на входе , i`, 0С По IJ- таблице 419,7 Средняя температура воды, t, 0С 0,5(t`+ t``) 0.5(100+210)=155 Скорость воды в трубах, w, м/с =0.49 Средняя температура газов, J, 0С 0,5(J``+ J`) 0.5(140+345)=242,5 Средняя скорость газов, wГ, м/с =10,1 Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, Вт/(м2К) По рис. 6-4 75*1*1*0.99=74.25 Эффективная толщина излучающего слоя, s, м 0.24 Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*МПа prns 0.197*0.1*0.24=0.0047 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, кГ,1/( м*МПа) По рис. 5-6 15.3 Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) rnkг 3 Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) По формуле 5-32 0.2 Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) kСВ= kнс+ кСЖ 0.2+3=3.2 Степень черноты: светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ 1-е-КсвPS 1-e-KнсPS 0.074 0.07 Степень черноты факела, аФ maСВ+(1-m)aг 0.55*0.074+0.45*0.07=0.0722 Температура загрязненной стенки трубы, tСТ, 0С tСР+Dt 279.75 Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) По рис. 6-11 0.14 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) ) 74.25+0.14=74,39 Коэффициент загрязнения, e,м2К/Вт По формуле 6-8 0.003 Коэффициент теплопередачи, к, Вт/м2К =60.8 Разность температур между средами: наибольшая, DtБ, 0С наименьшая, DtМ, 0С 140-100=40 345-210=135 Продолжение таблицы 2-17 Температурный напор, Dt, 0С 87,5 Тепловосприятие ступени, QТ, кДж/кг =5812,5 Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % 100=-1,9
Таблица 1-18.Расчет невязки теплового баланса парогенератора
Наименование
Расчетная формула или способ определения Расчет Расчетная температура горячего воздуха, tГ.В,0С Из расчета воздухоподогревателя 350 Энтальпия горячего воздуха, I0Г.В, кДж/кг То же 5008,5 Количество теплоты, вносимое в топку воздухом, QB, кДж/кг (aТ -DaТ)I0B+DaТI0ПРС 1,1*5008,5+23,9=5533,25 Полезное тепловыделение в топке, QT, кДж/кг 44084 Лучистое тепловосприятие топки, QТЛ, кДж/кг (QГ-I``T) 13731,3 Расчетная невязка теплового баланса, DQ, кДж/кг + 40554,8* 0,885-(13731,3+420,3 +4804,7+ 5737,8+ 5389+ 5926,2)=-119 Невязка, % 100=-0,29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполнения данной работы я произвел поверочный расчет парогенератора Е-25-24-380ГМ, топливом для которого является малосернистый мазут. Я определил температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах нагрева, КПД парогенератора, расход топлива. Расчетная невязка теплового баланса равна -0.29% , что меньше допустимого, значит расчет произведен правильно.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК 1. В.И. Частухин Тепловой расчет промышленных парогенераторов. - Киев: Вища школа. Головное издательство, 1980.-184 с 2. Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. М.: Энергия, 1975