Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1
![Курсовая: Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1](https://gugn.ru/work/1327036/cover.png)
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… Читать ещё >
Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
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.
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
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 603 мм, 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 323 мм и поперечным шагом 75 мм.
Экономайзер — стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб 283 мм. Продольный шаг — 50 мм, поперечный — 70 мм.
Воздухоподогреватель — стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 401,5 мм. 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) | |
ГМ 50−1 | ||||
Таблица 1.1
q1 % | D т/ч | Pп.п бар | tп.п 0С | % | tп.в 0С | |
3,5 | ||||||
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 | 0,1 | 1.4 | 11.2 | 0.5 | 0.5 | 9490 * 4.187 | >1500 | ; | |||||
Таблица 2.2 Характеристики газа.
CH4 % | C2H6 % | C3H8 % | C4H10 % | C5H12 % | N2 % | CO2 % | H2S % | O2 % | CO% | H2 % | Qсн КДж/м3 | сг 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:
VвII=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)=9,84 844 м?/м?;
VN2II=0.79•VвII+0.01•N2=0.79•9.84 844+0.01•1,3=7.8 м?/м?;
VRO2II=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?;
VН2OII=0.01•(Н2S+Н2+?0.5•n•СmНn+0.124•dr)+0.0161•Vв=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•9.84 844=2.2 м?/м?;
Для смеси топлив:
Vв=VвI+Х•VвII=10,6+1,9•9,84 844=29,22 м?/кг;
VN2=VN2I+Х•VN2II=8,378+1,9•7.8=23,198 м?/кг;
VRO2=VRO2I+Х•VRO2II=1,6+1,9•1.053=3,6 м?/кг;
VН2O=VН2OI+Х•VН2OII=1,45+1,9•2,2=5,63 м?/кг;
Расчёт действительных объёмов.
VN2=VN2+(-1)•Vв=23,198+(1.1−1)•29,22=26,12 м?/кг;
VН2O=VН2O+0.0161•(-1)•Vв=5,63+0.0161•(1.1−1)•29,22=5,68 м?/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
=А •ун/(100?Gr)=0,1•0.95/(100?42,98)=0,22 кг/кг;
Gr=1-A/100+1.306•? Vв=1−0,1/100+1.306?1.1?29,22=42,98кг/кг;
2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания.
Iв=Vв•(сt)в=29.22•1436=41 959,92 кДж/кг;
Ir=VRO2•(с)RO2+VN2•(с)N2+VН2О•(с)Н2О=3,6•2202+23,198•1394+5,63•1725=49 826,41кДж/кг;
Ir=Ir+(-1)•Iв+Iзл;
т.к. (А •ун/Qн)•10?=(0,1•0.95/110 368,7)•10?=0,0008<1.5,
то Iзл — не учитывается;
Ir=Ir+(-1)•Iв=49 826,41+(1.1−1)•41 959,92=54 023,34 кДж/кг.
Полученные результаты после проверки на компьютере и уточнения оформим 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 | |
VвI=10,6 VN2I=8,378 VRO2I=1,6 VН2OI=1,45 | VвII=9.84 844 VN2II=7.8 VRO2II=1.053 VН2OII=2,2 | VвII=29,22 VN2II=23,09 VRO2II=3,6 VН2OII=5,63 | Воздуха: Iв=41 959,92 Газа: Ir=49 826,41 Ir=54 023,34 Золы: Iзл=0.00 | |
При т=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. | 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 | ||
4846,011 | 5578,849 | ||||
9777,533 | 10 787,96 | 11 254,31 | |||
14 848,19 | 16 379,02 | 17 085,56 | |||
20 056,08 | 22 114,92 | 23 065,15 | |||
25 386,66 | 27 984,91 | 29 184,09 | |||
30 833,56 | 32 046,19 | 33 986,4 | 35 441,56 | ||
36 421,62 | 37 851,94 | 40 140,45 | |||
42 190,41 | 43 841,34 | 46 482,83 | |||
48 048,5 | 49 920,04 | 52 914,51 | |||
54 023,34 | 56 121,33 | ||||
60 024,26 | 62 354,56 | ||||
66 042,61 | 68 605,21 | ||||
72 270,49 | |||||
78 520,91 | |||||
84 770,96 | |||||
91 118,2 | |||||
97 503,2 | |||||
103 939,3 | |||||
110 453,8 | |||||
116 932,3 | |||||
123 509,7 | |||||
130 060,2 | |||||
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=VN2+(-1)•Vв | -//; | 26,12 | 26,85 | 28,75 | 30,8 | |
VН2O=VН2O+ +0.0161•(-1)•Vв | -//; | 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 •ун/Qн | кг/МДж | 0,03 | 0,03 | 0,025 | 0,024 | |
м= А •ун/(100?Gr) | кг/кг | 0,22 | 0,22 | 0,2 | 0,21 | |
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 | % | |||
Температура уходящих газов | По заданию | С | |||
Энтальпия уходящих газов | Потаблице | кДж/кг | 7849,0334 | ||
Температура воздуха в котельной | По выбору | С | |||
Энтальпия воздуха в котельной | Потаблице | 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 | ||
Давление пара в барабане | По заданию | МПа | 44,4 | ||
Температура перегретого пара | По заданию | С | |||
Температура питательной воды | По заданию | С | |||
Удельная энтальпия перегретого пара | По табл. VI-8 | кДж/кг | |||
Удельная энтальпия питательной воды | По табл. VI-6 | кДж/кг | |||
Значение продувки | p | По выбору | % | ||
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 | ||
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 | ||||||
Шаг труб | s | мм | ||||||
Расстояние от оси труб до кладки (стены) | e | мм | ||||||
Отношение | s/d | ; | 1,1667 | 1,1667 | 1.1667 | |||
Отношение | e/d | ; | 1,667 | 1,667 | ||||
Угловой коэффициент | x | ; | 0.99 | 0.99 | 0.99 | 0.99 | ||
Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов | HЛОТК | м2 | 53.02 | 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 | |||
Тепловое напряжение объёма топки: расчётное допустимое | По табл. 4−3 | кВт/м3 кВт/м3 | |||
Количество горелок | n | По табл. III-10 | шт. | ||
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 | |||
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 | |||
Энтальпия горячего воздуха | Потаблице | кДж/кг | 9774,09 | ||
Энтальпия присосов воздуха | Потаблице | кДж/кг | 1139,58 | ||
Полезное тепловыделение в топке | кДж/кг | ||||
Адиабатическая температура горения | Потаблице | С | 2045,86 | ||
Температура газов на выходе из топки | По предварительному выбору | С | |||
Энтальпия газов на выходе из топки | Потаблице | кДж/кг | 62 672.34 | ||
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 | Потаблице | кДж/кг | 62 718.46 | ||
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. | ||
Кол-во рядов труб | Z2 | |||
Общее кол-во труб в рассчитваыемом участке | Z | шт. | ||
Средняя длина труб | lср | м | 1.8 | |
Расчетна площадь поверхности нагрева | H | м2 | 23.74 | |
Расположение труб | ; | ; | ш | |
Шаг труб : | ||||
поперек движения газов | S1 | |||
Вдоль движения газов | S2 | |||
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 | ||
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. | |||
Количество труб в ряду | « | шт. | |||
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 | |||
Температура газов за фестоном | По предварительному выбору | °С | |||
Энтальпия газов за фестоном | Потаблице | кДж/кг | |||
Количество теплоты, отданное фестону | кДж/кг | ||||
Температура кипения при давлении в барабане рб=4.4 МПа | По таблице VI-7 | °С | |||
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 (л=н а) | Вт/(м2· К) | 220?0,31=68.2 | ||
Коэффициент использования поверхности нагрева | По § 6−2 | -; | |||
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 | ||
Внутренний диаметр трубы | dвн | мм | ||
Кол-во труб в ряду | Z1 | шт. | ||
Кол-во рядов по ходу | Z2 | шт. | ||
Средний поперечный шаг | S1 | мм | ||
Средний продольный шаг | S2 | мм | ||
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. | ||
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 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 3378.14 | |||
Тепловосприятие пароохладителя | По выбору | кДж/кг | |||
Тепловосприятие ступени | Q | кДж/кг | |||
Энтальпия газов на входе в ступень | Из расчёта фестона | кДж/кг | |||
Температура газов на входе в ступень | То же | єС | |||
Энтальпия газов на выходе из ступени | кДж/кг | ||||
Температура газов на выходе из ступени | По — 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 | ||
внутренний | dвн | м | ||
Кол-во труб в ряду | Z1 | шт. | ||
Кол-во рядов труб | Z2 | |||
Расчетна площадь поверхности нагрева | H | м2 | 461.06 | |
Расположение труб | ; | ; | ш | |
Шаг труб : | ||||
поперек движения газов | S1 | м | ||
Вдоль движения газов | S2 | м | ||
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. | ||
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 | 36 289,2 | ||
Температура газов на выходе из ступени | По выбору | єС | |||
Энтальпия газов на выходе из ступени | По — таблице | кДж/кг | 20 451,5 | ||
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 | |||
Паросодержание смеси | x | ||||
Удельная энтальпия воды на входе в ступень | кДж/кг | ||||
Температура воды на входе в ступень | єС | ||||
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) | |||
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 | ||
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 | ||
внутренний | dвн | м | ||
Длина труб | l | м | 5.514 | |
Кол-во ходов по воздуху | n | м | ||
Кол-во труб в ряду поперек движения воздуха | Z1 | шт. | ||
Кол-во рядов труб вдоль движения воздуха | Z2 | шт. | ||
Расположение труб | ; | ; | ш | |
Шаг труб : | ||||
поперечный (поперек потока воздуха) | S1 | м | ||
продольный (вдоль потока воздуха) | S2 | м | ||
Относительный шаг труб : | ||||
поперечный | S1/d | ; | 1.4 | |
продольный | S2/d | ; | 1.05 | |
Площадь живого сечения для прохода газов | Fг | м2 | 2,56 | |
Кол-во параллельно включенных труб (по газам) | Z0 | шт. | ||
Ширина сечения воздушного канала | b | м | 4,144 | |
Средняя высота воздушного канала | h | м | 2,1 | |
Площадь среднего сечения воздушного канала | Fв | м2 | 2,65 | |
Площадь поверхности нагрева | H | м2 | ||
ТАБЛИЦА 7.4 Конструктивный расчёт воздухоподогревателя
Величина | Единица | Расчёт | |||
Наименование | Обозначение | Расчётная формула или способ определения | |||
Диаметр труб | По конструктивным размерам | мм | |||
Относительный шаг: поперечный продольный | То же " « | -; -; | 1,4 1,05 | ||
Количество рядов труб | " « | шт. | |||
Количество ходов по воздуху | " « | -; | |||
Площадь живого сечения для прохода газов | " « | м2 | 2.56 | ||
То же, для прохода воздуха | " « | м2 | 2.65 | ||
Площадь поверхности нагрева | " « | м2 | |||
Температура газов на входе в ступень | Из расчёта второй ступени экономайзера | єС | |||
Энтальпия газов на входе в ступень | То же | кДж/кг | 21 290.66 | ||
Температура воздуха на выходе из ступени | По выбору | єС | |||
Энтальпия воздуха на выходе из ступени | Потаблицы | кДж/кг | 9774.09 | ||
Отношение количества воздуха на выходе из ступени к теоретически необходимому | -; | ||||
Температура воздуха на входе в ступень | По выбору | єС | |||
Энтальпия воздуха на входе в ступень | Потаблицы | кДж/кг | 1139,58 | ||
Тепловосприятие ступени | кДж/кг | 8893,545 | |||
Средняя температура воздуха | єС | ||||
Энтальпия воздуха при средней температуре | Потаблицы | кДж/кг | 5049,2 | ||
Энтальпия газов на выходе из ступени | Потаблицы | кДж/кг | |||
Температура газов на выходе из ступени | По заданию | єС | |||
Средняя температура газов | єС | ||||
Средняя скорость газов | м/с | ||||
Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны | По рис. 6−7 | Вт/(м2· К) | |||
Средняя скорость воздуха | м/с | ||||
Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны | По рис. 6−5 | Вт/(м2· К) | |||
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 | |||
Энтальпия горячего воздуха при расчётной температуре | То же | кДж/кг | |||
Лучистое тепловосприятие топки | Из расчёта топки | кДж/кг | 56 657,7 | ||
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%.
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 (7.90 510)/ Сост.: А. А. Соловьев, В. М. Житаренко — Мариуполь: ПГТУ, 1998. — 40 с.