Тепловой расчет парогенератора ГМ-50-1

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Тепловой расчет парогенератора ГМ-50-1

Тепловой расчет парогенератора ГМ-50-1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТЭС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ПАРОВЫМ КОТЛАМ

Тепловой расчет парогенератора ГМ-50-1

Выполнил: студент группы III-1xx

Антонов П.А.

Иваново2003

Оглавление

Введение

Аннотация

Последовательность пуска котла

Плановый останов котла

I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла.

Выбор коэффициентов избытка воздуха

II. Топливо и продукты горения

III. Определение расчётного расхода топлива

IV. Выбор схемы сжигания топлива

V. Поверочный расчёт топки

V.1. Определение конструктивных размеров и характеристик топки

V.2. Расчёт теплообмена в топке

VI. Поверочный расчёт фестона

VII. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева

IX.I Расчёт водного экономайзера

IX.II Расчёт воздушного подогревателя

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Парогенератор ГМ-50-1.

Топочная камера обьемом 144 м  полностью экранирована трубами 60´3мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы фронтового и заднего экранов образуют под топки. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров.

На боковых стенах топочной камеры размещены по три основные газомазутные горелки, с фронта – две дополнительные. В барабане находится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Вторая ступень вынесена в выносные циклоны Ø 377 мм.

Пароперегреватель – конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Æ 32´3 мм и поперечным шагом 75 мм.

Экономайзер – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб Æ 28´3 мм. 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 характеристики парогенератора приведены в аннотации.

АННОТАЦИЯ

В данном курсовом проекте производится расчет парогенератора ГМ-50-1, исходя из следующих данных:

1. Тип котла ГМ-50-1__________________________

2. Номинальная паропроизводительность ДК = 50 т/ч

3. Рабочее давление в барабане котла РК = 45 кгс/см2

4. Рабочее давление на выходе из пароперегревателя РПЕ = 40 кгс/см2

5. Температура перегретого пара tПЕ = 440 °С

6. Температура питательной воды tПВ = 140 °С

7. Температура уходящих газов tУХ = 150 °С

8. Температура горячего воздуха tГВ = 220 °С

9. Вид и марка топлива мазут м/с (№ 96)_____________

10. Тип топочного устройства: камерная.

В результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены следующие изменения:

В пароперегревателе добавлены две петли.

Расчётная поверхность пароперегревателя – 296,26 м.

В экономайзере убрана одна петля во втором пакете.

Расчётная поверхность экономайзера – 412,65 м.

Высота газохода для размещения экономайзера – 2,425 м.

Расчётная поверхность ВЗП - 1862,88 м.

Число ходов по воздуху n = 3.

Высота хода по воздуху h = 2,161 м.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПУСКА КОТЛА

1.                  Внешний осмотр (исправность горелок, вентиляторов, дымососов; топка, газоходы, арматура (запорная, регулирующая); КИП; автоматика, подвод напряжения).

2.                  Открывают воздушники, линию рециркуляции ЭКО, линию продувки пароперегревателя, закрывают дренажи, клапан непрерывной продувки, главные паровые задвижки 1 и 2.

3.                  Котел заполняют деаэрированной водой с температурой 60-70 и контролируют разность температур. Время заполнения водой 1-1,5ч. Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы.

4.                  Включают дымосос и вентилируют топку и газоходы 10-15 мин.

5.                  Устанавливают разряжение  и включают мазутные растопочные форсунки , чтобы при отсутствии пара .

6.                  При появлении пара из воздушников-2, их закрывают.

7.                  Растопочный пар, расхолаживая пароперегреватель, выводиться через линии продувки пароперегревателя.

8.                  При  продувают воздухоуказательные колонки и экранную систему.

9.                  При открывают ГПЗ–1, закрывают линии продувки пароперегревателя, прогревают соединительный паропровод, выпуская пар через растопочный расширитель.

10.             Периодически подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.

11.             Увеличивают расход топлива до

12.             При включают непрерывную продувку.

13. При открывают растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.

13.             При  и увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают котел в магистраль.

14.             Переходят на основное топливо и увеличивают нагрузку до номинальной.

15. Включают автоматику.

ПЛАНОВЫЙ ОСТАНОВ КОТЛА

1.                  Предупреждают турбинное отделение о снижении нагрузки

2.                  Плавно снижают нагрузку до 40%.

3.                  Прекращают подачу топлива и гасят топку.

4.                  Вентилируют топку и газоходы 15 мин.

5.                  Продувают трубную систему через дренажи. Через 8-14 часов продувку повторяют.

6.                  Продувку пара осуществляют сначала через растопочное РОУ, потом через растопочный расширитель, а затем через линию продувки парогенератора.

7. Переодически подпитывая котел, следят за уровнем, чтобы Tcт(верх) - Тст(ниж) < 40 оС.

8. Скорость расхолаживания < 0,3 (оС/мин)

9. При температуре воды tв =50 оС и Р = 1 атм открывают дренажи и котел опорожняют, после чего выводят в ремонт.

I. Составление расчётно-технологической схемы трактов парового котла. Выбор коэффициентов избытка воздуха

1.1) Расчётно-технологическая схема трактов парового котла с отображением компоновки поверхностей нагрева представлена на рисунке 1.

1.2) Величина коэффициента избытка воздуха aт’’ =1,1 при использовании жидкого топлива (малосернистый мазут). Значение присосов воздуха в газоходы для заданного парового котла:

Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:

II. Топливо и продукты горения

2.1) Вид топлива: Мазут малосернистый (№96)

2.2)          Объёмы воздуха и продуктов горения при a=1,0 и 760 мм.рт.ст.:

Расчитываем приведённую влажность WП и зольность АП

Для контроля проверим баланс элементарного состава:

CP+ HP+ SP+ NP+ OP+ AP+ WP=100%

84,65%+11,7%+0,3%+0,3%+0,05%+3,0%=100%

2.3) При a>1 объёмы продуктов горения, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, безразмерную концентрацию золы, массу газов, их плотность расчитывают по всем газоходам для средних и конечных значений a.

Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и водяных паров

2.3)          Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы уносимую газами принимаем аун=0,95=95%):

Þ энтальпию золы не учитываем.

2.5) Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)

III. Определение расчётного расхода топлива

3.1) Располагаемое тепло топлива Qрр находим по формуле:

Qрр=Qрн+Qв.вн+iтл

3.2) Величину тепла, вносимого воздухом, подогреваемом вне парового котла, Qв.вн учитывают только для высокосернистых мазутов. Топливо проектируемого котла - малосернистый мазут.

где (Ioв)’ при t’вп =100 oC Þ (Ioв)’=322 ккал/кг;

3.3) Величину физического тепла топлива находим по формуле:

iтл= Cтл tтл, где tтл =100 oC; Cтл =0,415+0,0006×tтл=0,415+0,0006×100=0,475 ккал/(кг× oC);

iтл= 0,475×100=47,5 ккал/кг;

3.4) Qрр=Qрн+iтл=9620+47,5=9667,5 ккал/кг;

3.5) Потери теплас химическим недожогом q3=0,5%;

с механическим недожогом q4=0,0%;

3.6) Потеря тепла с уходящими газами:

где (Ioхв) при t =30 oC; Ioхв=9,5×Vo =9,5×10,62=100,89 ккал/кг;

Iух=709,135 ккал/кг; tух=150 oC; aух=1,27;

3.7) Потеря тепла от наружного охлаждения котла: q5=0,92% (при D = 50 т/ч);

3.8) КПД парового котла “брутто” находят по методу обратного баланса:

hпк=100-(q2+ q3+ q4+ q5+ q6)=100-(6,01+0,5+0,92)=92,57 %;

Коэффициент сохранения тепла:

3.9) Расход топлива, подаваемого в топку:

где Qпк=Dк×(Iпе- Iпв)×1000; при Pпе = 40 кгс/см2 и tпе = 440oC Þ Iпе = 789,8 ккал/кг;

а при Pпв = 1,08×Pб = 1,08×45 = 48,6 кгс/см2 и tпв = 140oC Þ Iпе = 141,3 ккал/кг;

Qпк = 50×(789,8- 141,3)×1000=3,2425·107ккал/кг;

3.10) Расход топлива используют при выборе и расчёте числа и мощности горелочных устройств. Тепловой расчёт парового котла, определение объёмов дымовых газов и воздуха, количество тепла, отданного продуктами горения поверхностям нагрева, производятся по расчётному расходу фактически сгоревшего топлива с учетом механической неполноты горения:

IV. Выбор схемы сжигания топлива

4.1) Схему топливосжигания выбирают в зависимости от марки и качества топлива. Подготовка к сжиганию мазута заключается в удалении из него механических примесей, повышении давления и подогрева для уменьшения вязкости.

4.2) В проектируемом паровом котле установлены горелки (в количестве трёх штук) с механическими форсунками суммарной производительностью 110¸120% от паропроизводительности котла; мазут подогревают до 100¸130оС. Скорость воздуха в самом узком сечении амбразуры должна быть 30¸40 м/с.

V. Поверочный расчёт топки

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки Jт’’ при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.

V.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топки

5.1.1) По чертежу парового котла определяем размеры топки и заполняем таблицу

5.1.2) Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:

5.1.3) Активный объём топочной камеры определяют по формуле:

Эффективная толщина излучающего слоя:

V.2 Расчёт теплообмена в топке

5.2.1) Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки qт’’ с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки ат и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок.

При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:

Где Tт’’ = Jт’’ + 273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; Ta = Ja + 273 -температура газов, которая была бы при адибатическом сгорании топлива, [K]; Bо – критерий Больцмана, определяемый по формуле:

Из этих формул выводятся рясчётные.

5.2.2)   Определяем полезное тепловыделение в топке Qт и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та :

Где количество тепла, вносимое в топку с воздухом Qв, определяют по формуле:

Полезное тепловыделение в топке Qт соответствует энтальпии газов Iа, котрой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е Qт= Iа Þ Та=2352,4 К;

5.2.3)   Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяют по формуле:

М=А-B×xт; где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимают: А=0,54; В=0,2; (при камерном сжигании мазута).

Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле:

Хт= Хг+ DХ; где Хг – относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок hг (от пода топки) к общей высоте топки Нт (от пода топки до середины выходного окна из топки, т.е. Хг = hг/ Нт ); DХ – поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая для газомазутных топок с производительностью >35т/ч DХ=0;

При расположении горелок в несколько ярусов и одинаковом числе горелок в ярусе высоту расположения определяют расстоянием от средней линии между ярусами горелок до пода или до середины холодной воронки; при разном числе горелок в каждом ярусе:

где
 n1, n2 и т.д. – число горелок в первом, втором и т.д. ярусах; h1г, h1г и т.д. – высота расположения осей ярусов.

М = 0,54·0,2·0,2459=0,4908

5.2.4) Степень черноты топки ат и критерий Больцмана В0 зависят от искомой температуры газов на выходе uг’’.

Принимаем uг’’ = 1100 0С:

Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания определяют по формуле:

5.2.5) Степень черноты топки определяют по формуле:

где аф – эффективная степень черноты факела:

где асв и аг – степень черноты,которой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами; m – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма и m=0,55 для жидкого топлива.

Величины асв и аг определяют по следующим формулам:

Где Sт – эффективная толщина излучаемого слоя в топке; P – давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгс/см2.

Коэффициент ослабления лучей kг топочной средой определяют по номограмме.

Коэффициент ослабления лучей kс сажистыми частицами определяют по формуле:

где Tт’’ - температура газов на выходе из топки; Cр/Hp - соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;

5.2.6)тОпределяем количество тепла, переданное излучением в топке:

5.2.7)   Определим тепловые нагрузки топочной камеры:

Удельное тепловое напряжение объёма топки:

Допуск 250¸300 Мкал/м3×ч;

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок

VI Поверочный расчёт фестона

6.1) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами бокового топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном Jф’’ при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

6.2)          По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.

6.3)          По чертежам парового котла составляем таблицу:

Длину трубы в каждом ряду li определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду z1 определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Поперечный шаг S1 равен утроенному шагу заднего экрана топки, т.к. этот экран образует три ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольный шаг между первым и вторым рядами определяют как кратчайшее расстояние между осями труб этих рядов S2’, а между вторым и третьим рядами S2’’ как длину отрезка между осями труб второго и третьего рядов, соединяющего их на половине длины труб. Среднее значение продольного шага для фестона определяют с учетом расчетных поверхностей второго и третьего рядов труб, существенно различающихся по величине:

Принимаем xф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя

(в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

По S1ср и S2ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона Sф

6.4)          Расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

6.5)          Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

Fi = ai×b - z1× liпр×d;

где liпр – длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.

Fср находим как среднее арифметическое между F1 и F3.

6.6) Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Нi = p×d×z1i× li;

где z1i – число труб в ряду; li – длина трубы в ряду по её оси.

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Нф = Н1 + Н2 + Н3 = 9,966+8,666+5,765 = 24,3977 м;

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

Ндоп = SFст·xб = (1,7062 + 1,7062)·0,99 = 3,3782 Þ Нф’ = Нф + Ндоп = 27,776 м;

6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

6.8)          Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30¸1000С ниже, чем перед ним:

Для газов за фестоном находим энтальпию при

и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:

6.9 Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

где k - коэффициент теплопередачи, Dt - температурный напор,

Н - расчётная поверхность нагрева.

6.9.1)При сжигании мазута коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

Где aк - коэффициент теплоотдачи конвекцией; aл - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y - коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1.

6.9.2) Для определения aк (коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб) рассчитаем среднюю скорость газового потока:

y для фестона при скорости газов 8,903 м/с равен 0,6.

Для нахождения aк по номограммам определяем aн=59 ккал/м2×ч×оС и добавочные коэффициенты: Сz=0,88; Сф=0,85; Сs=1 Þ aк = aн×Сz×Сф×Сs = 59×0,88×0,85×1 = 44,13 ккал/м2×ч×оС;

6.9.3)   Для нахождения aл используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2474;

рn×S = rn×S = 0,2474×2,03 = 0,5022

По номограмме находим kг = 0,66 Þ

По номограмме находим Сг=0,96; aн=170 ккал/м2×ч×оС; Þ aл = aн×а×Сг =170×0,2819×0,96=46 ккал/м2×ч×оС

6.9.4)

Находим температурный напор:

6.10)Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

т.о. поверочный расчёт выполнен.

VII. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

7.1)          При выполнении расчёта в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчётов до проведения поверочно-конструкторских расчётов пароперегревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.

7.2)          Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера – по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания).

7.3)          Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при Pпе=40 кгс/см2 и tпе=440oC Þ iпе=789,8 ккал/кг;

при Pб=45 кгс/см2 и температуре насыщения Þ iн=668,1 ккал/кг;

Diпо=15 ккал/кг;

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Qпел =0), а угловой коэффициент фестона Хф=1.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Qпек = Qпе.

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²пе=601,520С;

7.4)Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:

где Iогв находим по tгв=220oC Þ Iогв=745,2 ккал/кг;

b²вп – отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

где Iух – энтальпия уходящих газов, которую находим по tух=150oC Þ Iух=709,135 ккал/кг;

Iоух – энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при tпрс=( tгв + t’в)/2=(220+30)/2=125 oC Þ Iпрс=421 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²эк=301,870С;

7.5)          Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

7.6)          Определяем невязку теплового баланса парового котла:

VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

8.1)          Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

8.2)          По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25.

8.3)          По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

8.3.1) Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z1. В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) Fст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S1/d и е/d причём е/d @ r/d =0,5 Þ х=0,75.

Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:

Н = p×d×z1× l + Fст ×х.

8.3.2)   Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу.

8.3.3)   По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя:

8.3.4)   Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:

F = a ·b – d·z1· lпр = 1,68·5,2 – 68·0,032·1,55 = 5,363 (м2);

Площадь живого сечения для прохода пара:

8.4)          Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:

Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины определены ранее.

8.5)          Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

8.5.1)Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Где aк - коэффициент теплоотдачи конвекцией; a¢л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y - коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1.

Для определения aк - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме:

aн=80 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; Þ aк = aн×Сz×Сф×Сs = =80×1×0,98×1 = 78,4 ккал/м2×ч×оС;

Для нахождения aл используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2445;

рn×S = rn×S = 0,2445×0,119 = 0,0291.

По номограмме находим kг = 3,34; Þ

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

tз = tпеср + (80¸100) = 348,12 + 90 = 438,12 оС;

По номограмме находим Сг = 0,95; aн = 130 ккал/м2×ч×оС; Þ aл = aн×а×Сг = 130×0,95×0,0926 =

= 11,437 ккал/м2×ч×оС;

При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма,

свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Тк - температура газов в объёме камеры, (К); lоб и lп - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А – коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;

8.5.2)   Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

При этой скорости пара Сd = 1,02; aн = 1300 ккал/м2×ч×оС;Þ aл = aн×Сd = 1300×1,02 = 1326 ккал/м2×ч×оС;

8.5.3)Коэффициент теплоотдачи:

8.5.4)   Температурный напор:

Þ температурный напор можно найти как:

Поправочный коэффициент y определяют по номограмме по безразмерным параметрам:

По R и Р находим y= 0,96

8.6) Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 2% Þ вносим конструктивные изменения.

8.7) Найдем число петель змеевика, которое надо добавить:

Следовательно, добавляем к поверхность пароперегревателя 2 змеевика. Поверочный расчёт выполнен.

IX. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева

IX.I Расчёт водного экономайзера

9.1.1) С использованием ранее выполненных расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:

Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Р¢эк = 1,08×Рб.

9.1.2)   Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:

Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):

Где Dэк – пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях Dэк = Dпе =D;

i²эк – энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; i¢эк – энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.

При указаной схеме включения пароохладителя:

По i¢эк = 156,3 ккал/кг и Р¢эк = 48,6 кгс/см2 находим и t¢эк = 154,56 0С;

По i²эк = 251,274 ккал/кг и Рб = 45 кгс/см2 находим и t²эк = 242,96 0С;

Т.к i¢эк < i²эк, значит экономайзер некипящего типа.

9.1.3)   По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указываем все конструктивные размеры.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу.

Конструктивные размеры и характеристики экономайзера

9.1.4) Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном омывании определяют по формуле:

где lпр – длина проекции ряда труб на плоскость сечения, м.

Площадь живого сечения для прохода воды:

Поверхность нагрева экономайзера:

Где l – длина змеевика, определяемая с использованием длины горизонтальной части змеевика (l1):

9.1.5)Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяют по формуле:

Где aк - коэффициент теплоотдачи конвекцией; a¢л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y - коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1.

Для определения aк - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:

aн=60 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты:

Сz=1; Сф=1; Сs=1; Þ

aк = aн×Сz×Сф×Сs = 63×1×1×1 = 60 ккал/м2×ч×оС;

Для нахождения aл используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности k×p×S = kг×rn×S×p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,2343.

рn×S = rn×S = 0,2343×0,118 = 0,02765;

По номограмме находим kг = 3,4; Þ

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

tз = 0,5×(t¢эк + t²эк ) + (40¸60) = 0,5×(154,56+242,96) + 50 = 248,76 оС;

По номограмме находим Сг=0,97; aн=100 ккал/м2×ч×оС; Þ aл = aн×а×Сг =100×0,0897×0,97= 8,7 ккал/м2×ч×оС;

При расчёте экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Тк - температура газов в объёме камеры, (К); lоб и lп -- соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А – коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;

9.1.6)Температурный напор:

Þ температурный напор с достаточной точностью можно найти как:

9.1.7)Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 2% Þ вносим конструктивные изменения.

9.1.8)Найдем требуемую длину змеевика:

Следовательно, принимаем Z2р равное 36, то есть Z21 ряда =20, Z22 ряда =16 Þ во втором пакете убираем одну сдвоенную петлю.

Для первого пакета:

Для второго пакета:

Высота экономайзера:

Расчёт закончен

IX.II Расчёт воздушного подогревателя

9.2.1) По чертежам парового котла составляем эскиз воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указывают все конструктивные размеры.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя

Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное; взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха не меньше двух.

Расчётно определим число труб, включенных параллельно по газам:

Площадь живого сечения для прохода газа:

Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной заводской конструкции):

Поверхность нагрева ВЗП:

9.2.2) С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:

Находим скорости газов и воздуха:

Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: Wг=12±3 м/с, а Wв = (0,5¸0,6)×Wг = 5,07¸6,08 м/с, однако полученная скорость воздуха больше допустимой Þ принимаем Wв’=6,08 м/c.

Пересчитываем:

9.2.3)Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин.

где x = 0,7

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяют по формуле:

При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 14:

aн=29 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты: Сф=1,1; Сl=1; Þ

aк = aн×Сф×Сl = 29×1,1×1 = 31,9 ккал/м2×ч×оС;

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:

aн= 56 ккал/м2×ч×оС; добавочные коэффициенты: Сz=1; Сф=0,98; Сs=1; Þ

aк = aн×Сz×Сф×Сs = 56×1×0,98×1 = 54,88 ккал/м2×ч×оС;

9.2.4) Температурный напор:

Þ температурный напор можно найти как:

Поправочный коэффициент y определяют по номограмме по безразмерным параметрам:

По R и Р находим y= 0,96

9.2.5)Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 10% Þ вносим конструктивные изменения.

Принимаем число ходов n=3.

Пересчитываем:

высота трубного пучка:

высота хода:

расчетная площадь живого сечения для прохода воздуха:

действительная скорость воздуха:

Невязка:

Невязка <10 % Þ расчёт закончен.

Список литературы

1)                 Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией Н.В. Кузнецова. – М.: Энергия, 1973. –296с.

2)                 Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. – М.: Энергия, 1974. –360с.

3)                 Методические указания по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново, 1987. –36с.

4)                 Методические указания по определению коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей нагрева паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1987.

5)                 Методические указантя по поверочному расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1987.

6)                 Методические указания по конструкторскому расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1991. –36с.

7)                 Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. – Л.: Энергия, 1972.—200с.

8)                 Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. – М.: Энерго- атомиздат, 1985. –376с.