Пояснительная записка к курсовому проекту
по курсу “Котельные установки промышленных предприятий”
Тема: Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка к курсовому проекту: 46 с., 5 рис., 23 табл.Графическая часть содержит 1 лист формата А0 и А1.
Объектом исследования является парогенератор К-50-40-1. Тепловой расчет парового котла может быть конструктивным и поверочным. Задача конструктивного теплового расчета котла заключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла, определении размеров радиационных и конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных номинальных параметрах пара, надежность и экономичность его работы. При этом обеспечение надежности работы поверхностей нагрева предполагает получение расчетных тепловых характеристик, исключающих увеличение максимальной температуры стенки сверх допустимого значения по условиям прочности, а на экономичность работы котла определяющее влияние оказывают температура уходящих газов и присосы холодного воздуха в газовый тракт.
Выполнение конструктивного теплового расчета производится на основании исходных данных: тип парового котла (барабанный или прямоточный, его заводская маркировка), номинальную паропроизводительность и параметры перегретого пара, месторождение и марку энергетического топлива, способ сжигания твердого топлива (с твердым или жидким удалением шлаков), температуру питательной воды, поступающей в котел после регенеративного подогрева. Кроме указанных могут быть заданы и другие характеристики, например непрерывная продувка, доля рециркуляции газов в топку, работа котла под наддувом или при разряжении в газовом тракте и др.
Задание не поверочный расчет включает в себя практически те же исходные данные, что и при конструктивном расчете, и дополнительно – конструктивные данные поверхностей котла. Поэтому расчету предшествует определение по чертежам геометрических характеристик поверхностей (диаметров и шагов труб, числа рядов труб, размеров проходных сечений для газов и рабочей среды, габаритных размеров газоходов и поверхностей нагрева и т.д.).
При поверочном расчете котла, так же как при конструктивном, вначале определяют объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчет теплообмена в топочной камере и других поверхностях в последовательности, соответствующей их расположению по ходу газов.
КОТЕЛ, ПАР, ТОПЛИВО, ТЕПЛОТА, КПД, ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования
2. Расчет топлива
2.1 Характеристики топлива
2.2 Теплота сгорания смеси топлив.
2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания
2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания.
3. Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива
4. Расчет теплообмена в топке
5. Расчет фестона
6. Расчет пароперегревателя
7. Расчет хвостовых поверхностей нагрева
8. Расчет невязки теплового баланса парогенератора
Выводы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Паровой котел – это основной агрегат тепловой электростанции (ТЭС). Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива.
Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котел должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и питательной воды с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.
Номинальное давление пара – наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.
Номинальные температуры пара высокого давления (свежего пара) и пара промежуточного перегрева (вторично-перегретого пара) – температуры пара, которые должны обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.
Номинальная температура питательной воды – температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечения номинальной паропроизводительности.
При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры будут изменяться.
Оборудование котельной установки условно разделяют на основное (собственно котел) и вспомогательное. Вспомогательными называют оборудование и устройства для подачи топлива, питательной воды и воздуха, для удаления продуктов сгорания, очистки дымовых газов, удаления золы и шлака, паропроводы, водопроводы и др.
Современный котел оснащается системами автоматизации, обеспечивающими надежность и безопасность его работы, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, защиту окружающей среды от вредных выбросов.
1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования
Парогенератор 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 Ш 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.
Исходные данные представлены в таблице 1и 1.1
Таблица 1. Исходные данные.
| №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
0
С
|
r %
|
tп.в
0
С
|
| 36
|
49
|
40
|
450
|
3,5
|
145
|
2. Расчёт топлива
2.1 Характеристики топлива
Расчётные характеристики для заданных видов топлива предоставлены в таблицах 2.1 и 2.2
Таблица 2.1 Характеристики твёрдого топлива.
| Ср
%
|
Wp
%
|
Ap
%
|
Sp
k
%
|
TSp
op
%
|
Hp
%
|
Np
%
|
Op
%
|
Qр
н
КДж/кг
|
Vг
|
t1
0
С
|
t2
0
С
|
t3
0
С
|
| 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
%
|
C2
H6
%
|
C3
H8
%
|
C4
H10
%
|
C5
H12
%
|
N2
%
|
CO2
%
|
H2
S %
|
O2
%
|
CO%
|
H2
%
|
Qс
н
КДж/м3
|
rс
г
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 топлив расчёт с целью упрощения условно ведется на 1 кг жидкого топлива с учётом количества газа (м3
), приходящегося на 1 кг жидкого топлива. Поскольку доля жидкого топлива в смеси задана по теплу, то теплота сгорания жидкого топлива и является этой долей.
Следовательно, удельная теплота сгорания смеси определиться как
где  – теплота сгорания твёрдого топлива, кДж/кг;
 – доля твёрдого топлива по теплу, %;
Количество теплоты, вносимое в топку с газом:
Тогда расход газа (в м3
) на 1 кг твёрдого топлива будет равен:
где  – теплота сгорания газа, кДж/м.
Проверка:
2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания
Необходимое для полного сгорания топлива количество кислорода, объёмы и массовые количества продуктов сгорания определяются из нижеследующих стехиометрических уравнений:
· Для твёрдого топлива:
· Для газообразного топлива:
V°вII=0.0476∙[0.5∙СО+0.5∙Н2+1.5∙Н2S+∑(m+0.25∙n)∙СmНn–О2]=
=0.0476∙(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)=9,84844 м/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)=1.053 м/м;
V°Н2OII=0.01∙(Н2S+Н2+∑0.5∙n∙СmНn+0.124∙dr)+0.0161∙V°в=0.01∙(0.5∙4∙93.9+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=2.2 м/м;
· Для смеси топлив:
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=23,198 м/кг;
VRO2=V°RO2I+Х∙V°RO2II=1,6+1,9∙1.053=3,6 м/кг;
V°Н2O=V°Н2OI+Х∙V°Н2OII=1,45+1,9∙2,2=5,63м/кг;
Расчёт действительных объёмов.
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 доли трёхатомных 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
Концентрация
золы
в продуктах сгорания
m=А ∙aун/(100·Gr)=0,1∙0.95/(100·42,98)=0,000022 кг/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 Энтальпии
воздуха
и
продуктов
сгорания
.
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<1.5,
то Iзл – не учитывается;
Ir=I°r+(a–1)∙I°в=49826,41+(1.1–1)∙41959,92=54023,34 кДж/кг.
Полученные результаты после проверки на компьютере и уточнения 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 из топки и присосов воздуха в элементах и газоходах котельной установки принимаем по 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 топлива при различных температурах газов в различных газоходах сведены в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 Энтальпии продуктов 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 представлена схема котла ГМ-50-1
Рис. 1 Схема котла ГМ-50-1.
1-Топочная камера
2-Барабан
3-Фестон
4-Пароперегреватель
5-Экономайзер
6-Воздухоподогреватель
3. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива
Расчёт теплового баланса парогенератора 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
|
%
|
0
|
| 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 в топке
Расчёт полной площади стен топочной камеры и сумарной лучевоспринимающей поверхности топки представлен в таблицах 4.1 ,4.2, 4.3
На рис.2 представлена схема топочной камеры
ТАБЛИЦА 4.1 Расчет полной площади стен топочной камеры (Fст) и суммарной лучевоспринимающей поверхности топки (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 Расчёт конструктивных характеристик топки
| Величина
|
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 Поверочный расчёт теплообмена в топке
| Величина
|
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
|
—
|
0
|
| 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 и поверочный расчёт фестона представлен в таблицах 5.1 и 5.2
На рис 3 представлена схема фестона
Рис. 3 Схема фестона
ТАБЛИЦА 5.1
| Показатели
|
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 Поверочный расчёт фестона
| Величина
|
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. Расчёт пароперегревателя
Конструктивные размеры конструктивный расчёт перегревателя представлен в таблицах 6.1 и 6.2
На рис. 4 представлена схема пароперегревателя
Рис.4 Схема пароперегревателя
ТАБЛИЦА 6.1 Конструктивные размеры и характеристики перегревателя
| Показатели
|
|
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 6.2 Конструктивный расчёт 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 составляет больше 2% то добавляем дополнительную площадь к перегревателю =38 м2
7 Расчёт хвостовых поверхностей нагрева
Конструктивные размеры а также расчёты ступеней хвостовых поверхностей нагрева представлены в таблицах 7.1 – 7.4
На рис. 5 прежставлена схема хвостовых поверхностей нагрева
Рис. 5 схема хвостовых поверхностей нагрева
ТАБЛИЦА 7.1 Конструктивные размеры и характеристики стального трубчатого экономайзера
| Показатели
|
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 7.2 Конструктивный расчёт экономайзера
| Величина
|
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 составляет меньше 2% то внесение конструктивных изменений не требуется
ТАБЛИЦА 7.3 Воздухоподогреватель
| Показатели
|
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 Конструктивный расчёт воздухоподогревателя
| Величина
|
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 составляет более 2% то вносим конструктивные ихменения. Добавляем к воздухоподогревателю дополнительно 498 м2
8 Расчёт невязки теплового баланса парогенератора
Расчёт невязки теплового баланса представлен в таблице 8
ТАБЛИЦА 8
| Величина
|
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 выполнения курсового проекта был проведен тепловой расчет промышленного парогенератора ГМ-50-1 при совестном сжигании жидкого и газообразного топлива.
Расчет проводился по жидкому топливу, с учетом тепла, вносимого в топку, за счет сжигания газообразного топлива.
Последовательно был проведен поверочный расчет всех поверхностей нагрева котла: экранов топки, фестона, пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя. С учетом того, что парогенератор спроектирован на сжигание другого вида топлива, возникла необходимость в проведении поверочно-конструктивного расчета.
При поверочном расчете поверхности нагрева приходится задаваться изменением температуры одной из теплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этим определяется тепловосприятие поверхности в первом приближении. Далее можно вычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, температурный напор, скорости газового потока и рабочей среды и все другие величины, необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении. При расхождении принятого и расчетного тепловосприятий выше допустимого повторяют расчет для нового принятого тепловосприятия. Таким образом, поверочный расчет поверхности нагрева выполняется методом последовательных приближений.
Тепловой расчет парогенератора заканчивается определением невязки теплового баланса. В курсовом проекте величина невязки составляет 0,95 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тепловой расчет промышленных парогенераторов. / Под ред. В.И. Частухина. – Киев: Вища шк., 1980. – 184 с.
2. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.
3. Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 208 с.
4. Расчет паровых котлов в примерах и задачах: Учеб. пособие для вузов/ А.Н. Безгрешнов, Ю.М. Липов, Б.М. Шлейфер; Под общ. ред. Ю.М. Липова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.
5. Методические указания "Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания для смеси топлив с применением ЭВМ" по курсу "Котельные установки промышленных предприятий". / Сост.: А.А. Соловьев, В.Н. Евченко. – Мариуполь: ММИ, 1991. – 17 с.
6. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу "Котельные установки промышленных предприятий" для студентов специальности (7.090510)/ Сост.: А.А. Соловьев, В.М. Житаренко – Мариуполь: ПГТУ, 1998. – 40 с.
|
