Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1
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 0С
|
r %
|
tп.в 0С
|
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
%
|
Spk
%
|
TSpop
%
|
Hp
%
|
Np
%
|
Op
%
|
Qрн
КДж/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 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.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|