Пояснительнаязаписка к курсовому проекту
по курсу“Котельные установки промышленных предприятий”
Тема:Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка ккурсовому проекту: 46 с., 5 рис., 23 табл.Графическая часть содержит 1 листформата А0 и А1.
Объектом исследованияявляется парогенератор К-50-40-1. Тепловой расчет парового котла может бытьконструктивным и поверочным. Задача конструктивного теплового расчета котлазаключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла,определении размеров радиационных и конвективных поверхностей нагрева,обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданныхноминальных параметрах пара, надежность и экономичность его работы. При этомобеспечение надежности работы поверхностей нагрева предполагает получениерасчетных тепловых характеристик, исключающих увеличение максимальнойтемпературы стенки сверх допустимого значения по условиям прочности, а наэкономичность работы котла определяющее влияние оказывают температура уходящихгазов и присосы холодного воздуха в газовый тракт.
Выполнениеконструктивного теплового расчета производится на основании исходных данных:тип парового котла (барабанный или прямоточный, его заводская маркировка),номинальную паропроизводительность и параметры перегретого пара, месторождениеи марку энергетического топлива, способ сжигания твердого топлива (с твердымили жидким удалением шлаков), температуру питательной воды, поступающей в котелпосле регенеративного подогрева. Кроме указанных могут быть заданы и другиехарактеристики, например непрерывная продувка, доля рециркуляции газов в топку,работа котла под наддувом или при разряжении в газовом тракте и др.
Задание не поверочныйрасчет включает в себя практически те же исходные данные, что и приконструктивном расчете, и дополнительно – конструктивные данные поверхностейкотла. Поэтому расчету предшествует определение по чертежам геометрическиххарактеристик поверхностей (диаметров и шагов труб, числа рядов труб, размеровпроходных сечений для газов и рабочей среды, габаритных размеров газоходов иповерхностей нагрева и т.д.).
При поверочном расчетекотла, так же как при конструктивном, вначале определяют объемы и энтальпиивоздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчеттеплообмена в топочной камере и других поверхностях в последовательности,соответствующей их расположению по ходу газов.
КОТЕЛ, ПАР, ТОПЛИВО,ТЕПЛОТА, КПД, ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Общее описание котлоагрегата ивспомогательного оборудования
2. Расчет топлива
2.1 Характеристики топлива
2.2 Теплота сгорания смеси топлив.
2.3 Объёмы воздуха и продуктовсгорания
2.4 Энтальпии воздуха и продуктовсгорания.
3. Расчет теплового баланса парогенератораи расход топлива
4. Расчет теплообмена в топке
5. Расчет фестона
6. Расчет пароперегревателя
7. Расчет хвостовых поверхностейнагрева
8. Расчет невязки теплового балансапарогенератора
Выводы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Паровой котел – этоосновной агрегат тепловой электростанции (ТЭС). Рабочим телом в нем дляполучения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горенияразличных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котлаопределяется его паропроизводительностью при обеспечении установленныхтемпературы и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котласжигается расчетное количество топлива.
Номинальнойпаропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару,которую котел должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальныхпараметрах пара и питательной воды с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этихвеличин.
Номинальное давление пара– наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно запароперегревателем котла.
Номинальные температурыпара высокого давления (свежего пара) и пара промежуточного перегрева(вторично-перегретого пара) – температуры пара, которые должны обеспечиватьсянепосредственно за пароперегревателем с допускаемыми по ГОСТ отклонениями приподдержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды ипаропроизводительности.
Номинальная температурапитательной воды – температура воды перед входом в экономайзер, принятая припроектировании котла для обеспечения номинальной паропроизводительности.
При изменении нагрузкикотла номинальные температуры пара (свежего и вторично перегретого) и, какправило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), аостальные параметры будут изменяться.
Оборудование котельнойустановки 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 дымовыхгазов, удаления золы и шлака, паропроводы, водопроводы и др.
Современный котелоснащается системами автоматизации, обеспечивающими надежность и безопасностьего работы, рациональное использование топлива, поддержание требуемойпроизводительности и параметров пара, повышение производительности трудаперсонала и улучшение условий его работы, защиту окружающей среды от вредныхвыбросов.
1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательногооборудования
Парогенератор ГМ-50-1.
Топочная камера обьемом 144 м /> полностью экранированатрубами 60´3мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубыфронтового и заднего экранов образуют под топки. Экраны разделены на восемьсамостоятельных циркуляционных контуров.
На боковых стенах топочной камеры размещены по триосновные газомазутные горелки, с фронта – две дополнительные. В барабаненаходится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Втораяступень вынесена в выносные циклоны Ш 377 мм.
Пароперегреватель – конвективный, горизонтальноготипа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Æ32´3мм и поперечным шагом 75 мм.
Экономайзер – стальной, гладкотрубный, змеевиковый,кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб Æ28´3мм. 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 характеристикипарогенератора приведены в аннотации.
Исходные данныепредставлены в таблице 1и 1.1
Таблица 1. Исходныеданные.№варианта Тип парогенератора Топливо №1(мазут) Топливо № 2(газ) 20 ГМ 50-1 97 26
Таблица 1.1
q1 % D т/ч
Pп.п бар
tп.п 0С r %
tп.в 0С 36 49 40 450 3,5 145
2. Расчёт топлива
2.1 Характеристикитоплива
Расчётные характеристики для заданных видов топливапредоставлены в таблицах 2.1 и 2.2
Таблица 2.1Характеристики твёрдого топлива.
Ср
%
Wp %
Ap
%
Spk
%
TSpop
%
Hp
%
Np
%
Op
%
QрнКДж/кг
Vг
t1
0С
t2
0С
t3
0С 84,8 3 0,1 1.4 11.2 0.5 0.5 9490 * 4.187 50 1450 >1500 -
Таблица 2.2 Характеристики газа.
CH4
%
C2H6
%
C3H8
%
C4H10
%
C5H12
%
N2
%
CO2
%
H2S %
O2
% CO%
H2
%
Qсн
КДж/м3
rсг
кг/м3 93.9 3.1 1.1 0.3 0.1 1.3 0.2 - - - - 8860*4.187 0.766
2.2 Теплота сгорания смеси топлив
При сжигании смеси жидкого и газообразного топливрасчёт с целью упрощения условно ведется на 1 кг жидкого топлива с учётомколичества газа (м3), приходящегося на 1 кг жидкого топлива. Посколькудоля жидкого топлива в смеси задана по теплу, то теплота сгорания жидкоготоплива и является этой долей.
Следовательно, удельная теплота сгорания смесиопределиться как
/>
где />– теплота сгораниятвёрдого 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 сгораниягаза, кДж/м.
Проверка:
/>
2.3 Объёмы воздуха ипродуктов сгорания
Необходимое для полногосгорания топлива количество кислорода, объёмы и массовые количества продуктовсгорания определяются из нижеследующих стехиометрических уравнений:
· Для твёрдоготоплива:
/>
/>
/>
/>
· Длягазообразного топлива:
V°вII=0.0476∙[0.5∙СО+0.5∙Н2+1.5∙Н2S+∑(m+0.25∙n)∙СmНn–О2]=
=0.0476∙(0+(1+0,25*4)*93,9+(2+0,25*6)*3,1+(3+0,25*8)*1,1+(4+0,25*10)*0,3+(5+0,25*12)*0,1)=9,84844м/м;
V°N2II=0.79∙V°вII+0.01∙N2=0.79∙9.84844+0.01∙1,3=7.8 м/м;
V°RO2II=0.01∙(СО2+СО+Н2S+∑m∙СmНn)=0.01∙(0.2+1∙93.2+2∙3,1+3∙1.1+4∙0.3+5Ч0,1)=1.053м/м;
V°Н2OII=0.01∙(Н2S+Н2+∑0.5∙n∙СmНn+0.124∙dr)+0.0161∙V°в=0.01∙(0.5∙4∙93.9+6·3,1·0,5+0.5∙8∙1.1+0.5∙10∙0.3+0.5∙12·0,1+0,124·)+0.0161∙9.84844=2.2м/м;
· Для смеситоплив:
V°в=V°вI+Х∙V°вII=10,6+1,9∙9,84844=29,22 м/кг;
V°N2=V°N2I+Х∙V°N2II=8,378+1,9∙7.8=23,198м/кг;
VRO2=V°RO2I+Х∙V°RO2II=1,6+1,9∙1.053=3,6м/кг;
V°Н2O=V°Н2OI+Х∙V°Н2OII=1,45+1,9∙2,2=5,63м/кг;
Расчёт действительныхобъёмов.
VN2=V°N2+(a–1)∙V°в=23,198+(1.1–1)∙29,22=26,12 м/кг;
VН2O=V°Н2O+0.0161∙(a–1)∙V°в=5,63+0.0161∙(1.1–1)∙29,22=5,68м/кг;
Vr=VRO2+VN2+VН2O=3,6+26,12+5,68=35,4 м/кг;
Объёмные долитрёхатомных газов.
rRO2=VRO2/Vr=3,6/35,4=0.102
rН2O=VН2O/Vr=5,68/35,4=0.16
rn=rRO2+rН2O=0.102+0.16=0.3
Концентрациязолыв продуктах сгорания
m=А ∙aун/(100·Gr)=0,1∙0.95/(100·42,98)=0,000022кг/кг;
Gr=1-A/100+1.306∙a· V°в=1-0,1/100+1.306·1.1·29,22=42,98кг/кг;
2.4 Энтальпиивоздухаипродуктовсгорания.
I°в=V°в∙(сt)в=29.22∙1436=41959,92 кДж/кг;
I°r=VRO2∙(сJ)RO2+V°N2∙(сJ)N2+V°Н2О∙(сJ)Н2О=3,6∙2202+23,198∙1394+5,63∙1725=49826,41кДж/кг;
Ir=I°r+(a–1)∙I°в+Iзл;
т.к. (А ∙aун/Qн)∙10=(0,1∙0.95/110368,7)∙10=0,0008
то Iзл – не учитывается;
Ir=I°r+(a–1)∙I°в=49826,41+(1.1–1)∙41959,92=54023,34кДж/кг.
Полученные результаты после проверки на компьютере иуточнения офор- мим в виде даблицы 2.3
Таблица 2.3 Результаты расчёта топлива.Для твёрдого топлива Для газообразного топлива Для смеси топлив Энтальпии при t=1000 °С
V°вI=10,6
V°N2I=8,378
V°RO2I=1,6
V°Н2OI=1,45
V°вII=9.84844
V°N2II=7.8
V°RO2II=1.053
V°Н2OII=2,2
V°вII=29,22
V°N2II=23,09
V°RO2II=3,6
V°Н2OII=5,63
Воздуха: I°в=41959,92
Газа: I°r=49826,41
Ir=54023,34
Золы: Iзл=0.00
При aт=1.1, t=1000°С.
Значение коэффициентов избытка воздуха на выходе изтопки и присосов воздуха в элементах и газоходах котельной установки принимаемпо таблице 5.
Таблица 2.4 Присосы воздуха по газовому тракту.Участки газового тракта. ∆a a Температура, °С. Топка 0.1 1,1 100–2200 Пароперегреватель 0,05 1,15 600–1200 Экономайзер 0,08 1,23 200–900 Воздухоподогреватель 0,06 1,29 100–600
Данные расчётов энтальпии продуктов сгорания топливапри различных температурах газов в различных газоходах сведены в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 Энтальпиипродуктов сгорания в газоходах.t, °С Участки конвективных поверхностей нагрева 1,1 1,15 1,23 1,29 100 4846,011 5578,849 200 9777,533 10787,96 11254,31 300 14848,19 16379,02 17085,56 400 20056,08 22114,92 23065,15 500 25386,66 27984,91 29184,09 600 30833,56 32046,19 33986,4 35441,56 700 36421,62 37851,94 40140,45 800 42190,41 43841,34 46482,83 900 48048,5 49920,04 52914,51 1000 54023,34 56121,33 1100 60024,26 62354,56 1200 66042,61 68605,21 1300 72270,49 1400 78520,91 1500 84770,96 1600 91118,2 1700 97503,2 1800 103939,3 1900 110453,8 2000 116932,3 2100 123509,7 2200 130060,2
Таблица 2.6.Характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева.Величина Един-ица Топка Участки конвективных поверхностей нагрева 1.1 1.125 1.19 1.26 VRO2 м/кг 3,6 3,6 3,6 3,6 VN2=V°N2+(a-1)∙V°в –//– 26,12 26,85 28,75 30,8 VН2O=V°Н2O+ +0.0161∙(a-1)∙V°в –//– 5,68 5,69 5,72 5,75 Vr=VRO2+VN2+VН2O –//– 35,4 36,14 38,1 40,15 rRO2=VRO2/Vr –//– 0,102 0.1 0.09 0.089 rН2O=VН2O/Vr –//– 0.16 0.157 0.15 0.14 rn=rRO2+rН2O –//– 0.3 0.26 0.24 0.229 10∙А ∙aун/Qн кг/МДж 0,03 0,03 0,025 0,024 м= А ∙aун/(100·Gr) кг/кг 0,000022 0,000022 0,00002 0,000021
На рис.1 представленасхема котла ГМ-50-1
/>
Рис. 1 Схема котлаГМ-50-1.
1-Топочная камера
2-Барабан
3-Фестон
4-Пароперегреватель
5-Экономайзер
6-Воздухоподогреватель
3. Расчёт тепловогобаланса парогенератора и расход топлива
Расчёт теплового балансапарогенератора и расход топлива преждставлен в таблице 3
ТАБЛИЦА 3.Величина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определение Располагаемая теплота топлива
/>
/> кДж/кг
/> Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива
/> По таблице 4–3 % 0,5 Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива
/> По таблице 4–3 % Температура уходящих газов
/> По заданию °С 140 Энтальпия уходящих газов
/> По IJ–таблице кДж/кг 7849,0334 Температура воздуха в котельной
/> По выбору °С 30 Энтальпия воздуха в котельной
/> По IJ–таблице кДж/кг 1139,58 Потеря теплоты с уходящими газами
/>
/> %
/> Потеря теплоты от наружного охлаждения
/> По рис. 3–1 % 0,9 Сумма теплов.пот.
/>
/> %
/> К.п.д. парогенератора
/>
/> %
/> Коэффициент сохранения теплоты
/>
/> —
/> Паропроизводительность агрегата D По заданию кг/с 49 Давление пара в барабане
/> По заданию МПа 44,4 Температура перегретого пара
/> По заданию °С 450 Температура питательной воды
/> По заданию °С 145 Удельная энтальпия перегретого пара
/> По табл. VI–8 кДж/кг 3342 Удельная энтальпия питательной воды
/> По табл. VI–6 кДж/кг 611 Значение продувки p По выбору % 70 Полезно используемая теплота в агрегате
/>
/> кВт
/> Полный расход топлива
/>
/> кг/с
/> Расчётный расход топлива
/>
/> кг/с
/>
4 Расчет теплообмена втопке
Расчёт полной площадистен топочной камеры и сумарной лучевоспринимающей поверхности топкипредставлен в таблицах 4.1 ,4.2, 4.3
На рис.2 представлена схематопочной камеры
ТАБЛИЦА 4.1 Расчет полнойплощади стен топочной камеры (Fст) и суммарной лучевоспринимающей поверхноститопки (Hл)Наименование Обоз-наче-ние Еди-ница Фр.и свод Боко-вые Задн Вых. окно S Полная площадь стены и выходного окна
FСТ
м2 56.2 63.5 44.28 13,48 177.46 Расстояние между осями крайних труб b м 5.2 3.66 5.2 5.2 Освещённая длина труб L м 10.3 8.28 8.165 2.05 Площадь, занятая лучевоспринимающей поверхностью F
м2 53.56 60.61 42.46 10.66 167.29 Наружный диаметр труб d мм 60 60 60 60 Шаг труб s мм 70 70 70 70 Расстояние от оси труб до кладки (стены) e мм 100 60 100 Отношение s/d - 1,1667 1,1667 1.1667 Отношение e/d - 1,667 1 1,667 Угловой коэффициент x - 0.99 0.99 0.99 0.99 Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов
HЛОТК
м2 53.02 60 42 10.55 165.57
ТАБЛИЦА 4.2 Расчётконструктивных характеристик топкиВеличина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определения Активный объём топочной камеры
/> По конструктивным размерам
м3 150 Тепловое напряжение объёма топки: расчётное допустимое
/>
/> По табл. 4–3
кВт/м3
кВт/м3
/>290 Количество горелок n По табл. III–10 шт. 6 Тепло производительность горелки
/>
/> МВт
/> Тип горелки — По табл. III–6 — ГМГ-7
/>
Рис.2 Топочная камера
ТАБЛИЦА 4.3 Поверочныйрасчёт теплообмена в топкеВеличина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определение Суммарная площадь лучевоспринимающей поверхности
/> По конструктивным размерам м2 165.57 Полная площадь стен топочной камеры
/> По конструктивным размерам м2 177.46 Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности
/>
/> —
/> Эффективная толщина излучающего слоя пламени
/>
/> м
/> Полная высота топки
/> По конструктивным размерам м 8 Высота расположения горелок
/> По конструктивным размерам м 1.85 Относительный уровень расположения горелок
/>
/> —
/> Параметр забалансированности топочных газов rн
/> —
/> Коэффициент M0 M0 По нормативному методу — 0,4 Параметр, учитывающий характер распределения температуры в топке М
/> —
/> Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки
/> По табл. 4–3 — 1,1 Присос воздуха в топке
/> По табл. 2–2 — 0,1 Присос воздуха в системе пылеприготовления
/> По табл. 2–1 — Температура горячего воздуха
/> По предварительному выбору °С 250 Энтальпия горячего воздуха
/> По IJ–таблице кДж/кг 9774,09 Энтальпия присосов воздуха
/> По IJ–таблице кДж/кг 1139,58 Полезное тепловыделение в топке
/>
/> кДж/кг
/> Адиабатическая температура горения
/> По IJ–таблице °С 2045,86 Температура газов на выходе из топки
/> По предварительному выбору °С 1144 Энтальпия газов на выходе из топки
/> По IJ–таблице кДж/кг 62672.34 Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания
/>
/> кДж/кг
/>
Объёмная доля:
водяных паров
трёхатомных газов
/>
По табл. 1–2
По табл. 1–2
—
—
0,16
0,102 Суммарная объёмная доля трёхатомных газов
/>
/> —
/> Произведение
/>
/> м·МПа
/>
Коэффициент ослабления лучей:
трёхатомными газами
/>
/> 1/(мЧЧМПа)
/>
Коэффициент излучения сажестых частиц
Для мазута
Для газа
/>
/>
/> —
/>
/>
/>
1-/> —
/> Коэффициент заполнения m
/> —
/> Коэффициент ослабления лучей топочной средой
/>
/> 1/(мЧЧМПа)
/> Критерий Бургера
/>
/> —
/> Критерий Бургера
/>/>
/> —
/> Температура газов на выходе из топки
/>
/> °С
/> Энтальпия газов на выходе из топки
/> По IJ–таблице кДж/кг 62718.46 Общее тепловосприятие топки
/>
/> кДж/кг
/> Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей
/>
/> кВт/м2
/>
5. Расчёт фестона
Конструктивные размеры иповерочный расчёт фестона представлен в таблицах 5.1 и 5.2
На рис 3 представленасхема фестона
/>
Рис. 3 Схема фестона
ТАБЛИЦА 5.1Показатели Еди-ница Фес-тон Наименования Обозначение Диаметр труб : наружный d м 0.06 внутренний dвн м 0.054 Кол-во труб в ряду Z1 шт. 23 Кол-во рядов труб Z2 3 Общее кол-во труб в рассчитваыемом участке Z шт. 70 Средняя длина труб lср м 1.8 Расчетна площадь поверхности нагрева H
м2 23.74 Расположение труб - - ш Шаг труб : поперек движения газов S1 520 Вдоль движения газов S2 210 Относительный шаг труб : поперечный S1/d 8.66 продольный S2/d 3.5 Размер сечения газохода поперек А м 1.85 движения газов В м 5 Площадь живого сечения для прохода газов F
м2 6.766
ТАБЛИЦА 5.2 Поверочныйрасчёт фестонаВеличина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определения Полная площадь поверхности нагрева Н По конструктивным размерам
м2 23.74 Дополнительна поверхностья H доп »
м2 2.5 Диаметр труб d » мм 60x3
Относительный шаг труб:
поперечный
продольный
/>
/>
»
»
—
—
8.66
3,5 Количество рядов труб по ходу газов
/> » шт. 3 Количество труб в ряду
/> » шт. 23 Площадь живого сечения для прохода газов F
/>
м2
/> Эффективная толщина излучающего слоя s
/> м
/> Температура газов перед фестоном
/> Из расчёта топки °С 1144.77 Энтальпия газов перед фестоном
/> То же кДж/кг 62718 Температура газов за фестоном
/> По предварительному выбору °С 1076 Энтальпия газов за фестоном
/> По IJ –таблице кДж/кг 58584 Количество теплоты, отданное фестону
/>
/> кДж/кг
/>
Температура кипения при давлении в барабане рб=4.4 МПа
/> По таблице VI–7 °С 256 Средняя температура газов
/>
/> °С
/> Средний температурный напор
/>
/> °С
/> Средняя скорость газов
/>
/> м/с
/> Коэффициент теплоотдачи конвекцией
/> По рис. 6–5
кВт/(м2·К) 59*0.88*1*0.85=44.13 Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов
/>
/> м·МПа
/>2.03=0.053 Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами
/>
/> 1/(м·МПа)
/> Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока
/>
/> —
/> Степень черноты излучающей среды
/> По рис. 5–4 или формуле (5–22) — 0,31 Температура загрязнённой стенки трубы
/>
/> °С
/> Коэффициент теплоотдачи излучением
/>
По рис. 6–12 (aл=aн а)
Вт/(м2·К) 220·0,31=68.2 Коэффициент использования поверхности нагрева
/> По § 6–2 — 1 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
/>
/>
Вт/(м2·К)
/> Коэффициент теплопередачи
/>
/>
Вт/(м2·К)
/> Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи
/>
/> кДж/кг
/> Тепловосприятие настенных труб
/>
/> кДж/кг
/> Суммарное тепловосприятие газоходов фестона
/>
/>/> кДж/кг 3694.8+389.1=4083.85 Расхождение расчетных тепловосприятий
/>
/> %
/>
6. Расчётпароперегревателя
Конструктивные размерыконструктивный расчёт перегревателя представлен в таблицах 6.1 и 6.2
На рис. 4 представленасхема пароперегревателя
/>
Рис.4 Схема пароперегревателя
ТАБЛИЦА 6.1Конструктивныеразмеры и характеристики перегревателяПоказатели Номера ступени участков по ходу пара Наименование Обозна- Еди-ница I ступень чение Наружный диаметр d мм 32 Внутренний диаметр трубы dвн мм 26 Кол-во труб в ряду Z1 шт. 68 Кол-во рядов по ходу Z2 шт. 18 Средний поперечный шаг S1 мм 75 Средний продольный шаг S2 мм 55 Расположение труб (шахматное, коридорное) - - шахматное Характер омывания (поперечное, продольное, смешанное) - - Перекрёстный ток Средняя длина змеевика L м 2,44 Суммарная длина труб ∑L м 29,94 Площадь полной поверхности нагрева H
м2 226,01 Площадь живого сечения на входе F’
м2 5,363 То же, на выходе F”
м2 5,363 Средняя площадь живого сечения газохода Fср
м2 5,363 Кол-во змеевиков, вкл. параллельно (по пару) m шт. 68 Живое сечение для прохода пара f
м2 0.0361
ТАБЛИЦА 6.2Конструктивныйрасчёт перегревателя.Величина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определения Диаметр труб
/> По конструктивным размерам мм 32/26 Параметр пара на входе в ступень: давление температура паросодержание
/>
/>
МПа
єС
—
4,4
256
0,985 Удельная энтальпия: кипящей воды сухого насыщенного пара
/>
/>
кДж/кг
кДж/кг
1115,5
2797,2 Удельная энтальпия пара на входе в ступень
/>
/> кДж/кг
/> Параметры пара на выходе из ступени: давление температура удельная энтальпия
/>
/> МПа єС кДж/кг
4.0
450
3378.14 Тепловосприятие пароохладителя
/> По выбору кДж/кг 70 Тепловосприятие ступени Q
/> кДж/кг
/> Энтальпия газов на входе в ступень
/> Из расчёта фестона кДж/кг 58584 Температура газов на входе в ступень
/> То же єС 1076 Энтальпия газов на выходе из ступени
/>
/> кДж/кг
/> Температура газов на выходе из ступени
/> По IJ – таблице єС 637.42 Средняя температура газов в ступени
/>
/> єС
/> Средняя скорость газов в ступени
/>
/> м/с
/> Коэффициент теплоотдачи конвекцией
/>
По рис. 6–5
/>
Вт/(м2·К)
/> Средняя температура пара
/>
/> єС
/> Объём пара при средней температуре
/> По табл. VI–8
м3/кг 0,061 Средняя скорость пара
/>
/> м/с
/> Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару
/>
По рис. 6–7 />
Вт/(м2·К)
/> Эффективная толщина излучающего слоя s
/> м
/> Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов
/>
/> м·МПа
/> Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами
/> По рис. 5–5 1/(м·МПа) 3.34 Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока
/>
/> —
/> Степень черноты излучающей среды a По рис. 5–5 — 0,0395 Коэффициент загрязнения
/> По § 6–2
м2·К/Вт 0,01 Температура загрязнённой стенки трубы
/>
/> єС
/> Коэффициент теплоотдачи излучением
/>
По рис. 6–12/>
Вт/(м2·К)
/> Коэффициент A По § 6–2 — 0,3 Глубина по ходу газов: ступени (пучка) объём перед ступенью
/> По конструктивным размерам То же
м
м
0,935
1,35 Коэффициент теплоотдачи излучением с учётом излучения газового объёма перед ступенью
/>
/>
Вт/(м2·К)
/> Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
/>
/>
Вт/(м2·К)
/> Коэффициент тепловой эффективности
/> По табл. 6–2 — 0,7 Коэффициент теплоотдачи k
/>
Вт/(м2·К)
/>
Разность температур между газами и паром:
наибольшая
наименьшая
/>
/>
єС
єС
/> Температурный напор при противотоке
/>
/> єС
/> Полный перепад температур газового потока в ступени
/>
/> єС
/> Полный перепад температур потока пара
/>
/> єС
/> Параметр R
/> —
/> То же P
/> —
/> Коэффициент перехода к сложной схеме
/> По рис. 6–15 — 0.99 Температурный перепад
/>
/> єС
/> Площадь поверхности нагрева ступени H
/>
м2
/>
Т.к. невязка составляетбольше 2% то добавляем дополнительную площадь к перегревателю =38 м2
7 Расчёт хвостовыхповерхностей нагрева
Конструктивные размеры атакже расчёты ступеней хвостовых поверхностей нагрева представлены в таблицах7.1 – 7.4
На рис. 5 прежставленасхема хвостовых поверхностей нагрева
/>
Рис. 5 схема хвостовыхповерхностей нагрева
ТАБЛИЦА 7.1Конструктивныеразмеры и характеристики стального трубчатого экономайзераПоказатели Еди-ница Ступень Наименования Обозначение I Диаметр труб : наружный d м 28 внутренний dвн м 22 Кол-во труб в ряду Z1 шт. 25 Кол-во рядов труб Z2 40 Расчетна площадь поверхности нагрева H
м2 461.06 Расположение труб - - ш Шаг труб : поперек движения газов S1 м 70 Вдоль движения газов S2 м 50 Относительный шаг труб : поперечный S1/d - 2.5 продольный S2/d - 1.79 Размер сечения газохода поперек А м 1.78 движения газов В м 5.4 Площадь живого сечения для прохода газов F
м2 5.972 Кол-во параллельно включенных труб (по воде) Z0 шт. 50 Площадь живого сечения для прохода воды f
м2 0.019
ТАБЛИЦА 7.2Конструктивный расчёт экономайзераВеличина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определения Площадь поверхности нагрева ступени H По конструктивным размерам
м2 461.06 Площадь живого сечения для прохода газов
/> То же
м2 5.972 То же, для прохода воды f
м2 0,019 Температура газов на входе в ступень
/> Из расчёта перегревателя єС 637,42 Энтальпия газов на входе в ступень
/> То же кДж/кг 36289,2 Температура газов на выходе из ступени
/> По выбору єС 371 Энтальпия газов на выходе из ступени
/> По IJ – таблице кДж/кг 20451,5 Тепловосприятие ступени (теплота, отданная газами)
/>
/> кДж/кг
/> Удельная энтальпия воды на выходе из ступени
/>
/> кДж/кг
/> Температура воды на выходе из ступени
/> По табл. VI–6 єС 256 Паросодержание смеси x
/>
/> Удельная энтальпия воды на входе в ступень
/>
/> кДж/кг 610 Температура воды на входе в ступень
/>
/> єС 145 Средняя температура воды
tср
/> єС
/> Скорость воды в трубах
/>
/> м/с
/> Средняя температура газов
/>
/> єС
/> Средняя скорость газов
/>
/> м/с
/> Коэффициент теплоотдачи конвекцией
/>
По рис. 6–5
/>
Вт/(м2·К) 60 Эффективная толщина излучающего слоя s
/> м
/> Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов
/>
/> м·МПа
/> Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами
/> По рис. 5–5 1/(м·МПа) 3.4 Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока
/>
/> —
/> Степень черноты газов а По рис. 5–4 — 0,009 Температура загрязнённой стенки трубы
/>
/> єС
/> Коэффициент теплоотдачи излучением
/>
По рис. 6–12
/>
Вт/(м2·К) 0.855 Коэффициент А По § 6–2 — 0,3
Глубина по ходу газов:
ступени
объём перед ступенью
/>
По конструктивным размерам
То же
м
м
1,9
2 Коэффициент теплоотдачи излучением с учётом излучения газового объёма перед степенью
/>
/>
Вт/(м2·К)
/> Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке
/>
/>
Вт/(м2·К)
/> Коэффициент теплоотдачи
/>
/>
Вт/(м2·К)
/>
Разность температур между средами:
наибольшая
наименьшая
/>
/>
єС
єС
/> Отношение
/>
/> —
/> Температурный напор
/>
/> єС
/> Площадь поверхности нагрева ступени
/>
/>
м2
/>
Т.к. невязка составляетменьше 2% то внесение конструктивных изменений не требуется
ТАБЛИЦА 7.3ВоздухоподогревательПоказатели Еди-ница Ступень Наименования Обозначение I Диаметр труб : наружный d м 40 внутренний dвн м 37 Длина труб l м 5.514 Кол-во ходов по воздуху n м 3 Кол-во труб в ряду поперек движения воздуха Z1 шт. 72 Кол-во рядов труб вдоль движения воздуха Z2 шт. 33 Расположение труб - - ш Шаг труб : поперечный (поперек потока воздуха) S1 м 56 продольный (вдоль потока воздуха) S2 м 42 Относительный шаг труб : поперечный S1/d - 1.4 продольный S2/d - 1.05 Площадь живого сечения для прохода газов Fг м^2 2,56 Кол-во параллельно включенных труб (по газам) Z0 шт. 2376 Ширина сечения воздушного канала b м 4,144 Средняя высота воздушного канала h м 2,1 Площадь среднего сечения воздушного канала Fв м^2 2,65 Площадь поверхности нагрева H м^2 1500
ТАБЛИЦА 7.4 Конструктивныйрасчёт воздухоподогревателяВеличина Единица Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определения Диаметр труб
/> По конструктивным размерам мм 40
Относительный шаг:
поперечный
продольный
/>
То же
» »
—
—
1,4
1,05 Количество рядов труб
/> » » шт. 33 Количество ходов по воздуху
/> » » — 3 Площадь живого сечения для прохода газов
/> » »
м2 2.56 То же, для прохода воздуха
/> » »
м2 2.65 Площадь поверхности нагрева
/> » »
м2 1500 Температура газов на входе в ступень
/> Из расчёта второй ступени экономайзера єС 371 Энтальпия газов на входе в ступень
/> То же кДж/кг 21290.66 Температура воздуха на выходе из ступени
/> По выбору єС 250 Энтальпия воздуха на выходе из ступени
/> По IJ–таблицы кДж/кг 9774.09 Отношение количества воздуха на выходе из ступени к теоретически необходимому
/>
/> —
/> Температура воздуха на входе в ступень
/> По выбору єС 30 Энтальпия воздуха на входе в ступень
/> По IJ–таблицы кДж/кг 1139,58 Тепловосприятие ступени
/>
/> кДж/кг 8893,545 Средняя температура воздуха
/>
/> єС
/> Энтальпия воздуха при средней температуре
/> По IJ–таблицы кДж/кг 5049,2 Энтальпия газов на выходе из ступени
/> По IJ–таблицы кДж/кг 7849 Температура газов на выходе из ступени
/> По заданию єС 140 Средняя температура газов
/>
/> єС
/> Средняя скорость газов
/>
/> м/с
/> Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны
/>
По рис. 6–7
/>
Вт/(м2·К) 36 Средняя скорость воздуха
/>
/> м/с
/> Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны
/>
По рис. 6–5
/>
Вт/(м2·К) 53 Коэффициент использования поверхности нагрева
/> По табл. 6–3 — 0,7 Коэффициент теплоотдачи
/>
/>
Вт/(м2·К)
/>
Разность температур между средами:
наибольшая
наименьшая
/>
/>
єС
єС
/> Средний температурный напор при противотоке
/>
/> єС
/>
Перепад температур:
наибольший
наименьший
/>
/>
єС
єС
/> Параметр
/>
/> —
/> То же
/>
/> —
/> Коэффициент
/> По рис. 6–16 — 0,95 Температурный напор
/>
/> єС
/> Площадь поверхности нагрева ступени
/>
/>
м2
/>
Т.к. невязка составляетболее 2% то вносим конструктивные ихменения. Добавляем к воздухоподогревателю дополнительно498 м2
8 Расчёт невязкитеплового баланса парогенератора
Расчёт невязки тепловогобаланса представлен в таблице 8
ТАБЛИЦА 8Величина Величина Расчёт Наименование Обозначение Расчётная формула или способ определения Расчётная температура горячего воздуха
/> Из расчёта воздухоподогревателя єС 250 Энтальпия горячего воздуха при расчётной температуре
/> То же кДж/кг 9774 Лучистое тепловосприятие топки
/> Из расчёта топки кДж/кг 56657,7 Расчётная невязка теплового баланса
/>
/> кДж/кг
/> Невязка —
/> %
/>
ВЫВОДЫ
В ходе выполнениякурсового проекта был проведен тепловой расчет промышленного парогенератораГМ-50-1 при совестном сжигании жидкого и газообразного топлива.
Расчет проводился пожидкому топливу, с учетом тепла, вносимого в топку, за счет сжиганиягазообразного топлива.
Последовательно былпроведен поверочный расчет всех поверхностей нагрева котла: экранов топки,фестона, пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя. Сучетом того, что парогенератор спроектирован на сжигание другого вида топлива,возникла необходимость в проведении поверочно-конструктивного расчета.
При поверочном расчетеповерхности нагрева приходится задаваться изменением температуры одной изтеплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этимопределяется тепловосприятие поверхности в первом приближении. Далее можновычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, температурныйнапор, скорости газового потока и рабочей среды и все другие величины,необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении. Прирасхождении принятого и расчетного тепловосприятий выше допустимого повторяютрасчет для нового принятого тепловосприятия. Таким образом, поверочный расчет поверхностинагрева выполняется методом последовательных приближений.
Тепловой расчетпарогенератора заканчивается определением невязки теплового баланса. В курсовомпроекте величина невязки составляет 0,95 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тепловой расчет промышленныхпарогенераторов. / Под ред. В.И. Частухина. – Киев: Вища шк., 1980. – 184 с.
2. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельныеустановки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат,1988. – 528 с.
3. Компоновка и тепловой расчет паровогокотла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. –М.: Энергоатомиздат, 1988. – 208 с.
4. Расчет паровых котлов в примерах изадачах: 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 топливс применением ЭВМ» по курсу «Котельные установки промышленныхпредприятий». / Сост.: А.А. Соловьев, В.Н. Евченко. – Мариуполь: ММИ,1991. – 17 с.
6. Методические указания к выполнениюкурсового проекта по курсу «Котельные установки промышленныхпредприятий» для студентов специальности (7.090510)/ Сост.: А.А. Соловьев,В.М. Житаренко – Мариуполь: ПГТУ, 1998. – 40 с.