Компоновка и тепловой расчёт поверхностей нагрева барабанного котла ТП-230

 

Введение

тепловой котел конвективный пароперегреватель

Котельный агрегат является сложным теплообменным аппаратом, в котором происходит горение топлива, осуществляется процесс передачи тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева и от них к рабочему телу - котловой воде и пару.

При постоянной нагрузке в каждой точке котла устанавливаются вполне определённые значения параметров воды, пара и греющих газов, коэффициентов теплопередачи. Системы уравнений материальных и энергетических балансов связывают величины параметров рабочего тела и продуктов сгорания с величинами поверхностей нагрева, их конструктивными характеристиками.

В курсовом проекте проводится конструктивно-поверочный расчет, который обязателен при проведении поверочного расчета котла при переводе его на сжигание топлива, элементный состав которого отличен от расчётного.

При поверочно-конструктивном расчёте тепловой расчёт обычно завершают на одной из конвективных поверхностей нагрева - чаще всего на второй ступени водяного экономайзера. Результатом такого расчёта является определение величины её поверхности нагрева.

1. Общие сведения о тепловом расчёте котельного агрегата

При проведении теплового расчёта котельного агрегата различают поверочный и конструктивный тепловые расчёты, которые отличаются между собой целями расчета и искомыми величинами.

Поверочный расчёт котла проводится для оценки показателей экономичности и надёжности его работы на конкретном виде топлива, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных данных для проведения аэродинамического и гидравлического расчётов, оценки температур металла и прочности труб, интенсивности золового износа, коррозии и т.д. [1].

При проведении поверочного расчёта должны быть известны: тип котельного агрегата, компоновка и размеры его поверхностей нагрева, тип сжигаемого топлива и способ его приготовления к сжиганию, нагрузка и параметры пара, температуры питательной воды и пара перед промежуточными перегревателями.

Избыток воздуха в топке и ожидаемые величины присосов по всем газоходам котла принимаются по таблице П1.

При проведении поверочного расчета полагаются заданными:

сведения о конструкции и размерах топочного устройства, поверхностей нагрева и газоходов;

тип сжигаемого топлива;

паровая производительность котла, параметры перегретого пара и температура питательной воды;

расходы насыщенного пара и пара на входе в промежуточный пароперегреватель, если таковые имеются на котле;

величина непрерывной продувки;

данные по расчёту пылесистемы.

При конструкторском (конструктивном) расчёте известны все параметры теплоносителя и газов на входе и выходе из каждой поверхности нагрева, а также конструктивная схема котла [1].

При конструктивном расчёте определяются размеры топки и поверхностей нагрева отдельных элементов котла, необходимые для обеспечения принятой номинальной производительности.

Показатели экономичности и параметры пара принимаются для заданных температуре питательной воды и характеристиках топлива.

При поверочно-конструктивном расчёте часть поверхностей нагрева рассчитывается поверочным расчётом, в результате которого определяются их тепловосприятия (например, первая по ходу газов ступень пароперегревателя).

Такой расчёт обычно производится при переводе котла на сжигание того вида топлива, который не предусматривался для сжигания данным типом котла при его проектировании. Например, котел был спроектирован для сжигания твёрдого топлива, а его в процессе эксплуатации перевели на сжигание газообразного топлива.

Последняя ступень пароперегревателя по ходу пара, вторая ступень водяного экономайзера и вторая ступень воздухоподогревателя рассчитываются конструктивным расчётом. В результате этого расчёта определяются необходимые площади их поверхностей нагрева.

При выполнении курсового проекта студенты выполняют поверочно-конструктивный расчёт котла типа ТП-230 для заданного вида топлива.

2. Описание конструкции парового котла тп-230-2

.1 Общая характеристика котла

Двухбарабанный паровой котёл марки ТП-230-2 П-образной компоновки имеет номинальную производительность 230 т/ч с параметрами пара: . Котёл работает на твердом топливе - каменном угле.

Рабочим телом является вода, а теплоносителем - горячие продукты горения органического топлива, называемые дымовыми газами.

Рис. 2.1. Принципиальная схема котла ТП-230-2:

Котёл работает с уравновешенной тягой, при которой вверху топки поддерживается разрежение порядка 2-5 мм вод. ст. (20-50 Па).

На рисунке 2.1 приведена принципиальная схема котла ТП-230-2. Парогенератор ТП-230-2 имеет два барабана.

Барабан 1 является основным барабаном, который наполовину заполнен водой. Осушка пара происходит в основном барабане.

Барабан 2 называется разделительным, в нем происходит наиболее тщательное разделение пара и воды.

Применение двух барабанов в котлах обусловлено тем, что на момент проектирования котла были недостаточно разработаны сепарационные устройства, располагаемые внутри барабана, которые впоследствии стали успешно использоваться в однобарабанных парогенераторах.

Котёл относится к паровым котлам с естественной циркуляцией, в которых пароводяная смесь по контурам циркуляции (по опускным 16 и экранным трубам 15) движется за счёт полезного напора.

Парообразующая поверхность состоит из отдельных контуров циркуляции, объединённых между собой разделительным барабаном 2 котла. Каждый контур циркуляции включает в себя опускные трубы 16, нижние коллекторы 13 и обогреваемые парообразующие поверхности нагрева, экранирующие топку котла 17.

В парообразующих поверхностях нагрева вода подогревается до температуры насыщения и частично испаряется. Пароводяная смесь в экранных трубах имеет удельный вес ниже, чем удельный вес воды в опускных трубах. Разность удельных весов в опускных и экранных трубах создаёт полезный напор, который обеспечивает циркуляцию в контуре. Полезный напор является функцией количества образовавшегося пара и высоты контура циркуляции.

Котел состоит из топочной камеры 17, расположенной в левой вертикальной шахте, которая сверху ограничивается наклонным потолком. Потолок топки закрыт трубами фронтового экрана, включёнными в разделительный барабан котла 2.

Топка котла по ходу газов отделена от горизонтального газохода фестоном 4, который является разреженным пучком экранных труб заднего экрана.

В горизонтальном газоходе котла расположены поверхности двух ступеней конвективного пароперегревателя (5 и 6).

В нисходящем газоходе расположены конвективные поверхности нагрева - две ступени водяного экономайзера (6 и 9) и две ступени воздухоподогревателя (10 и 12).

На котле на боковых стенах топки установлены шесть пылеугольных горелок 14 по 3 штуки на каждой боковой стене треугольником вниз в два яруса.

2.2 Парообразующие поверхности нагрева

Процесс генерации пара в котлах с естественной циркуляцией осуществляется в отдельных контурах циркуляции. На рисунке 2.2 изображена схема замкнутого контура, состоящего из двух систем труб - обогреваемых (экранных, парообразующих) 2 и не обогреваемых 5, вверху объединённых барабаном 1, а внизу коллектором 6. Замкнутая система образует циркуляционный контур, который заполняется водой до уровня ниже диаметральной плоскости барабана 1 на 15-20 см.

Объём барабана, заполненный водой, называют водяным объёмом, верхнюю часть, занятую паром - паровым объёмом.

Поверхность, разделяющую паровой и водяной объёмы, называют зеркалом испарения.

При создании в топочной камере зоны высоких температур газов, в обогреваемых газами трубах вода закипает. Далее при подведении тепла к экранным трубам они заполняются пароводяной смесью, имеющей плотность , которая ниже плотности воды.

Не обогреваемые трубы 5 заполнены водой, имеющей плотность воды при давлении в барабане.

Вертикальная плоскость, проходящая вдоль оси нижнего коллектора, условно разделяет гидравлическую систему на две части. С левой стороны от коллектора система подвержена давлению столба воды, заполняющей опускную, не обогреваемую трубу, равному . С правой стороны система подвержена давлению столба пароводяной смеси, заполняющей обогреваемые трубы, равному .

Разность давлений называется движущим напором естественной циркуляции:

,

где - движущий напор естественной циркуляции, Па; - высота контура, м; и - плотности воды и пароводяной смеси, кг/м3, - ускорение свободного падения, м/с2.

Обогреваемые трубы получили название подъёмных труб, не обогреваемые трубы - опускных труб.

В подъёмных трубах происходит в основном испарение воды. Поток пароводяной смеси обеспечивает охлаждение металла подъёмных труб, обогреваемых продуктами сгорания, и гарантирует их длительную и надёжную работу.

Такие котлы получили название паровых котлов с естественной циркуляцией. Величина движущего напора прямо пропорциональна высоте контура и разности плотностей воды и пароводяной смеси, являющейся функцией интенсивности теплообмена в топке.

Отношение массового расхода циркулирующей воды кг/с, к количеству образовавшегося пара в единицу времени , кг/с, называется кратностью циркуляции: .

Кратность циркуляции обычно составляет величину от 4 до 30. Расход воды в контуре циркуляции в раз больше паровой производительности котла.

Область перехода от воды к состоянию пара называют зоной фазового перехода [5].

В барабанных котлах высокого давления (10 и более МПа) доля теплоты, затрачиваемой на парообразование, составляет порядка 40%. Парообразующие поверхности находятся в зоне наиболее высоких температур газов и требуют тщательного конструктивного выполнения для обеспечения надёжности работы контуров циркуляции.

Котел имеет гладкотрубные экранные поверхности. Трубы в экранных поверхностях расположены с зазором - 4-6 мм. Гладкотрубные экраны применяют в паровых котлах, работающих под разряжением.

Экранные поверхности разделены на секции. Экранные трубы каждой секции объединены нижним коллектором. Трубы секций боковых экранов вверху также имеют верхние коллекторы, из которых в барабан идут несколько отводящих труб большего диаметра. Парообразующие трубы фронтового и заднего экранов непосредственно вводятся в разделительный барабан 2.

Крепление экранных секций делается вверху: верхний коллектор опирается на горизонтальные балки верхнего перекрытия каркаса котла. Тепловое расширение экранной секции предусмотрено вниз. Нижние коллекторы имеют свободу вертикальных перемещений в пределах расчетного расширения экрана (60-100 мм).

Одним из эффективных методов снижения концентрации примесей в кипящей воде и в паре является ступенчатое испарение. За счет частичного упаривания в котловой воде происходит накапливание минеральных веществ. Накапливающиеся в водяном объёме растворённые и взвешенные вещества удаляются из нижних коллекторов и из барабана при периодической и непрерывной продувках.

Непрерывная продувка части котловой воды осуществляется из барабана в количестве 0,5-1,5% расхода пара.

Периодическую продувку проводят из нижних коллекторов с целью удаления накапливающегося там шлама.

2.3 Устройство пароперегревателя

В горизонтальном газоходе котла расположен двухступенчатый конвективный пароперегреватель - первая по ходу газов ступень пароперегревателя 5 и вторая по ходу газов ступень пароперегревателя 6. Насыщённый пар из барабана котла поступает в коллекторы насыщенного пара 7 со встроенными в них поверхностными пароохладителями.

На рисунке 2.3 приведена схема двухступенчатого пароперегревателя котла ТП-230-2.

Температура перегретого пара в процессе работы котла может изменяться в достаточно широком диапазоне, поскольку она зависит от нагрузки котла, коэффициента избытка воздуха в топке, величины продувки, состояния поверхностей нагрева. Для регулирования температуры перегретого пара применяются пароохладителями поверхностного типа 7 (рисунок 2.1).

Пароохладители расположены на стороне сухого насыщенного пара между барабаном котла 1 и пароперегревателем 6 (рисунок 1).

Охлаждение пара осуществляется питательной водой, поступающей в пароохладители после II ступени водяного экономайзера 10 (рисунок 2.1). В пароохладителе часть пара конденсируется и его влажность повышается.

Процесс регулирования температуры перегретого пара поверхностными пароохладителями на стороне насыщенного пара обладает большой инерционностью, однако, при этом обеспечивается наибольшая надёжность работы пароохладителей.

Регулирование температуры перегретого пара осуществляется изменением расхода питательной воды через пароохладитель.

После пароохладителя пар поступает во вторую ступень пароперегревателя 9. Трубы пароперегревателя изготовлены из углеродистой стали.

Частично перегретый пар поступает во вторую по ходу пара и первую по ходу газов ступень 6, которая состоит из хромомолибденовых труб.

Перегретый до температуры 510 0С пар через выходной коллектор пароперегревателя 3 (рисунок 2.3) направляется в главный паропровод станции.

На рисунке 4 приведена схема движения пара по пароперегревателю. Из барабана 1 сухой насыщенный пар двумя потоками поступает в пароохладители 2, где происходит его охлаждение, при котором повышается его влажность, затем пар двумя потоками поступает в первую по ходу пара (вторую по ходу газов) ступень пароперегревателя. После прохождения первой ступени конвективного пароперегревателя пар поступает в промежуточные камеры 3. В промежуточных камерах происходит переброс потоков пара по сторонам котельного агрегата.

Поток пара, двигавшийся по первой ступени пароперегревателя вдоль правой стороны котла, перебрасывается на левую сторону. Во второй ступени пароперегревателя этот поток будет двигаться вдоль левой боковой стены котла по ходу газов. Зеркально изменяется направление движения потока пара, движущегося по левой стороне котла в первой ступени пароперегревателя.

Из промежуточных камер пар двумя потоками поступает во вторую (последнюю) ступень конвективного пароперегревателя. На выходе из второй ступени пар поступает в коллекторы перегретого пара 4.

Из коллекторов перегретого пара он направляется в паросборный коллектор 5, где окончательно перемешивается и с заданной температурой через главную паровую задвижку 6 направляется в главный паровой коллектор тепловой электрической станции.

.4 Конвективная шахта котла

Конструкция котла предусматривает двухступенчатый подогрев питательной воды и горячего воздуха (рисунок 2.1).

При двухступенчатой схеме воздухоподогреватель имеет две ступени - 10 и 12, которые соединены коробом перепуска воздуха.

Между первой и второй ступенью воздухоподогревателя расположена первая ступень водяного экономайзера 11.

Вторая ступень водяного экономайзера 9 расположена после пароперегревателя по ходу газов.

Воздухоподогреватель I ступени является последней поверхностью по ходу газов.

На рисунке 2.5 приведено распределение температурных напоров при двухступенчатой компоновке конвективных поверхностей нагрева.

При одноступенчатом исполнении в процессе нагрева воздуха температурный напор, определяющий интенсивность теплообмена, уменьшается.

Дальнейший нагрев воздуха в таком воздухоподогревателе экономически нецелесообразен, из-за малой эффективности теплообмена в горячей части воздухоподогревателя.

При двухступенчатом исполнении температура воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя не значительно ниже температуры продуктов сгорания. На входе во вторую ступень воздухоподогревателя эта разность существенно увеличивается, так как здесь выше температура продуктов сгорания.

Это объясняется тем, что уравнение теплового баланса учитывает водяные эквиваленты объёмов воздуха и газов. Водяные эквиваленты у газов всегда выше, чем у воздуха, объём газов больше объёма воздуха.

При подогреве воздуха до температуры выше 350 0С на котлах устанавливается двухступенчатый воздухоподогреватель, расположенный в рассечку водяного экономайзера.

Водяной эквивалент у воды, отнесённый к 1 килограмму топлива, больше водяного эквивалента продуктов сгорания, поэтому температурные кривые воды и продуктов сгорания на рисунке 5 в области водяного экономайзера расходятся.

3. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева котла ТП-230-2

.1 Рекомендации по проведению теплового расчета

На котле установлен поверхностный пароохладитель на стороне насыщенного пара. Этот факт необходимо учесть при расчёте пароперегревателя путём задания тепловосприятия пароохладителя количеством тепла, отданным 1 кг пара охлаждающей воде. Начальная энтальпия пара на входе в пароперегреватель подсчитывается по формуле (п. 9-24) [4, 5]

, (3.1)

где - энтальпия насыщенного пара при давлении в барабане котла, - теплосъём в поверхностном пароохладителе, принимается из условия снижения температуры перегретого пара на 25-40°С [4,5].

Первая ступень пароперегревателя по ходу продуктов сгорания рассчитывается поверочным расчётом, вторая ступень - конструктивным расчётом, в результате которого определяется поверхность нагрева.

По аналогии с пароперегревателем рассчитываются воздухоподогреватель II ступени и водяной экономайзер II ступени.

После расчёта последней конвективной ступени нагрева - второй ступени водяного экономайзера производится расчёт невязки баланса котла, которая при правильном выполнении расчёта не должна превышать 0,5% от располагаемого тепла.

3.2 Тепловой расчет

Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева начинается с поверхности нагрева, расположенной по ходу газов за фестоном - с конвективного пароперегревателя. Первой про ходу газов расположена выходная ступень конвективного пароперегревателя по ходу пара.

Исходные данные для теплового расчёта котла:

тип парового котла - барабанный котел с естественной циркуляцией ТП-230-2 и с равновесной тягой;

- паровая производительность котла - 61,4 кг/с;

давление перегретого пара - 11,1 МПа;

температура перегретого пара - 491°С;

вид сжигаемого топлива - каменный уголь Ткибульское месторождение, марка Д, класс МСШ;

температура питательной воды на входе в котёл - 196°С;

давление питательной воды pпв = 11,5 МПа;

теплосъём в пароохладителе - 150 кДж/кг;

температура холодного воздуха - 30°С;

температура газов на выходе из фестона - 1035°С;

температура уходящих газов - 150°С;

тепло, воспринятое излучением из топки фестоном и конвективным пароперегревателем - 415,3 кДж/кг;

тепло, воспринятое излучением из топки фестоном - 249,2 кДж/кг;

температура горячего воздуха за воздухоподогревателем - 300°С;

расчетный расход топлива - 11,38 кг/с;

коэффициент избытка воздуха в топке и присосы по газоходу (табл. 1);

энтальпии продуктов сгорания и воздуха (табл. 1);

объёмы продуктов сгорания и воздуха (табл. 2).

Расчет пароперегревателя i ступени по ходу движения газов

Данная ступень пароперегревателя является выходной ступенью по ходу пара. В ней пар перегревается до заданной температуры перегретого пара.

На рисунке 3.1 приведена расчётная схема пароперегревателя первой ступени.

Исходные данные для расчёта пароперегревателя I ступени:

- наружный диаметр труб =42 мм;

поперечный шаг =133 мм;

продольный шаг =150 мм;

расположение труб - коридорное;

размер поверхности нагрева =620 м2;

живое сечение для прохода газов =40,3 м2;

живое сечение для прохода пара =0,087 м2;

температура газов на выходе из фестона = =1035°С;

энтальпия газов ==8616,1 кДж/кг.

Принимаем температуру газов на выходе из пароперегревателя =850°С.

По принятой температуре по таблице 2 находится энтальпия (=7059,6 кДж/кг).

Таблица 1. Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трехатомных газов и концентрация золовых частиц

Величина и расчетная формулаГазоходтопка, фестонп/п I ст.п/п II ст.эк. II ст.вп. II ст.эк. I ст.вп. I ст.1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева 1,21,231,261,281,311,331,362. Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева 1,21,2151,2451,271,2951,321,3453. Объём водяных паров, м3/кг

0,58050,58150,58340,58490,58650,58810,58964. Полный объём газов, м3/кг 5,15135,21075,32945,42835,52725,62615,72515. Объёмная доля водяных паров 0,11270,11160,10950,10780,10610,10450,10306. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров 0,25090,24820,24310,23900,23490,23110,22747. Масса дымовых газов при сжигании твёрдого и жидкого топлива

, кг/кг

При сжигании газа: , кг/м36,7556,8316,9847,1117,2387,3657,4928. Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг

,

где - доля уноса золы из топ-ки (см. табл. 4.6 [2]), = 0,950,04890,04840,04730,04650,04570,04490,0441

Теплота, отданная дымовыми газами в пароперегревателе, определяется по соотношению:

, (3.2)

где - коэффициент сохранения теплоты, рассчитывается по формуле

,

- присосы воздуха в поверхности. Принимаются по таблице П1, (=0,03);

- энтальпия присасываемого воздуха. Определяется по таблице 1 по температуре холодного воздуха = 30°С, энтальпия холодного воздуха =154,2 кДж/кг.

Qб=0,99?(8616,1?7059,6+0,03/2?154,2)=1543,2 кДж/кг. (3.3)

Теплота, воспринятая паром

,(3.4)

где - расход пара, =61,4 кг/с;

- энтальпия перегретого пара на выходе из пароперегревателя.

При = 11,1 МПа и = 491°С по таблице ХХV [1] определяется =3337,4 кДж/кг;

- энтальпия перегретого пара на входе в пароперегреватель;

- теплота, полученная поверхностью за счёт излучения из топки. Определяется по результатам расчёта фестона (см. стр. 25 [2]).

= 415,3 - 249,2 = 166,1 кДж/кг.(3.5)

Энтальпия перегретого пара на входе в пароперегреватель

= 3337,4 - 11,38/61,4?(1543,2 + 166,1) =3020,6 кДж/кг.(3.6)

При давлении пара =11,35 МПа по энтальпии находится температура пара на входе в первую ступень. Температура пара определяется по таблице XXV [1] ( =387°С).

Температурный напор в пароперегревателе определяется по формуле

,(3.7)

где - большая разность температур сред;

- меньшая разность температур сред.

=1035?387=648°С; (3.8)

=850?491=359°С; (3.9)

= 489,4°С. (3.10)

Средняя температура газов

; (3.11)

(1035+850)/2 = 943°С. (3.12)

Скорость газов определяется по формуле

,(3.13)

где - объем газов на 1 кг топлива. Определяется по таблице 1 (= 6,78 м3/кг).

11,38?5,2107?(943+273) / (40,3?273) = 6,55 м/с. (3.14)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке для коридорных гладкотрубных пучков определяется по рисунку П1.

, (3.15)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией.

При =42 мм и =6,55 м/с

=56,2 Вт/(м2?К).

Таблица 2. Энтальпия продуктов сгорания

Поверхность нагрева,°СТопочная камера, фестон =1,22200

,1

,7

,8

,3

,0

,8

,7

,4

,6

,2

,4

,8

,1

,8

,313235,7

,2

,6

,9

,9

,7

,4

,1

,4

,4

,7

,8

,8

,6

,02647,1

,6

,1

,2

,8

,9

,9

,6

,7

,3

,1

,8

,4

,3

,619080,2

,1

,1

,1

,8

,7

,4

,2

,4

,5

,2

,3

,1

,7

,80

,7676

,194

,6122

,9976

,0442

,8176

,244

,124

,9712

,6544

,66

,64

,61

253,90Пароперегреватель I ст. =1,2151000

,1

,8

,35626,8

,6

,01294,2

,7

,88456,9

,1

,0325,64

,61

253,90Пароперегреватель II ст. =1,231000

,1

,8

,3

,3

,9

,6

,65626,8

,6

,0

,1

,9

,4

,51463,0

,0

,1

,2

,3

,5

,78625,7

,4

,3

,4

,7

,2

,3325,64

,61

,90

,85

,47

,08

119,02Экономайзер II ст. =1,25800

,3

,3

,9

,6

,6

,2

,54408,0

,1

,9

,4

,5

,4

,81234,2

,5

,1

,9

,9

,3

,06818,4

,7

,5

,6

,5

,8

,4253,90

,85

,47

,08

,02

,28

55,87Воздухоподогреватель II ст. =1,28600

,9

,6

,6

,2

,53235,9

,4

,5

,4

,81003,1

,9

,3

,3

,15082,5

,6

,9

,8

,5185,47

,08

,02

,28

55,87Экономайзер I ст. =1,3600

,9

,6

,6

,2

,5

,13235,9

,4

,5

,4

,8

,01067,8

,2

,5

,6

,8

,65147,2

,9

,1

,1

,2

,5185,47

,08

,02

,28

,87

26,78Воздухоподогреватель I ст. =1,33400

,6

,2

,5

,12110,5

,4

,8

,0759,8

,5

,9

,03407,4

,0

,3

,9119,02

,28

,87

26,78

Относительные продольные и поперечные шаги

, ;(3.16)

, .(3.17)

По их значениям определяются следующие поправки:

CZ - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов (=1);

- поправка на компоновку пучка (=1).

Поправка на влияние физических параметров среды () определяется по доли водяных паров () и средней температуре газов, (=0,96);

56,2?1?1?0,96 53,95 . (3.18)

Эффективная толщина излучающего слоя

;(3.19)

0,51 м.(3.20)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами [1].

Для нахождения этого коэффициента рассчитывается величина

,(3.21)

где - доля трехатомных газов и водяных паров. Определяется по таблице 2;

- давление продуктов сгорания, принимается равным 0,1 МПа для котлов, работающих под разряжением.

0,248×0,1×0,51=0,0128.(3.22)

По рисунку П2 определяется коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (=14,4 (м МПа)-1)).

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п. 7-36 [1]).

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

;(3.23)

kpS = 14,4×0,248×0,1×0,51 = 0,154.

Коэффициент теплового излучения газовой среды

;(3.24)

0,168.(3.25)

Средняя температура пара

; (3.26)

(387+491) / 2 = 439,0°С.(3.27)

Скорость пара

,(3.28)

где - удельный объем пара (определяемый по таблице 23 (2)).

При =439,0°С и =11,35 МПа, =0,025 м3/кг.

Скорость пара

61,4 0,025 / 0,087 = 17,6 м/с. (3.29)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к пару определяется по рисунку П3

,(3.30)

где - поправка на форму канала (=0,92);

При =439,0°С и = 17,6 м/с,

=2846 Вт/(м2?К).

2846?0,92 = 2618 Вт/(м2?К).(3.31)

Температура стенки труб пароперегревателя

,(3.32)

где - коэффициент загрязнения. (=0,0043 (м2 К)/Вт);

- средняя температура среды, протекающей в рассчитываемой поверхности (=439,0°С).

,0+(0,0043+1/2618)?11,38?(1543,2+166,1)?1000/620=585,9°С. (3.33)

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

,(3.34)

где - коэффициент теплоотдачи излучением. Находится по рисунку П5.

Для температуры стенки =585,9°С коэффициент теплоотдачи равен 230 Вт/(м2?К).

230?0,168 = 38,64 Вт/(м2?К). (3.35)

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

,(3.36)

где - коэффициент использования поверхности, для пароперегревателя (=0,9).

0,9?(53,95+38,64) = 92,6 Вт/(м2?К).(3.37)

Коэффициент теплопередачи

,(3.38)

где - коэффициент тепловой эффективности. Определяется по таблице П2, (=0,65).

k = 0,65?92,6?2618/(92,6+2618) = 58,1 Вт/(м2К).(3.39)

Тепло, воспринятое пароперегревателем, по условию теплопередачи

;(3.40)

Qт = 58,1?620?489,4/(11,38?103) = 1549,1 кДж/кг. (3.41)

Проверка правильности выполненного расчета осуществляется по соотношению

;(3.42)

ДQ = |1543,2?1549,1|/1543,2?100 = 0,4% ? 2%.(3.43)

Расчёт I ступени пароперегревателя закончен.

Расчет пароперегревателя ii ступени по ходу движения газов

На рисунке 3.2 приведена схема пароперегревателя второй ступени.

Исходными данными для расчёта II ступени пароперегревателя являются следующие данные:

- температура продуктов сгорания на входе во вторую ступень пароперегревателя - 850°С;

температура пара на выходе из второй ступени пароперегревателя - 387°С;

теплосъём в поверхностном пароохладителе, принятый ранее - 150 кДж/кг;

• наружный диаметр труб dн =38 мм;
• поперечный шаг S1=95 мм;
• продольный шаг S2=75 мм;
• расположение труб - коридорное;
• живое сечение для прохода газов fг =23,3 м2;
• живое сечение для прохода пара fп =0,098 м2;

температура пара на выходе из пароперегревателя II ступени по ходу газов =387°С;

энтальпия пара =3020,6 кДж/кг;

температура пара на входе в поверхностный пароохладитель равна температуре насыщения, =324°С;

теплосодержание пара по таблице XXIII [1]; =2687,9 кДж/кг.

Так как на стороне насыщенного пара расположен поверхност - ный пароохладитель, то энтальпия пара на входе в пароперегреватель определяется по соотношению 8.08 [1]

;(3.58)

= 2687,9 - 150 = 2537,9 кДж/кг.(3.59)

Теплота, воспринятая паром

;(3.60)

61,4/11,38?(3020,6?2537,9) 2604,4 кДж/кг.(3.61)

Температура газов на входе в пароперегреватель принимается равной температуре газов на выходе из пароперегревателя I ступени ==850 0С.

Энтальпия дымовых газов определяется по таблице 2 (==7060 кДж/кг).

Энтальпия дымовых газов на выходе из пароперегревателя

;(3.62)

7060+0,03/2?154,2?2604,4/0,99 = 4431,6 кДж/кг.(3.63)

По найденной энтальпии (по табл. 2) находится температура дымовых газов на выходе из пароперегревателя (=537°С).

Температурный напор в пароперегревателе определяется по формуле

,(3.64)

где - большая разность температур сред;

- меньшая разность температур сред.

=537?324 = 213°С;(3.65)

=850?387 = 463°С;(3.66)

322,0°С. (3.67)

Средняя температура газов

;(3.68)

(850+537)/2=693,5°С.(3.69)

Скорость газов определяется по формуле

;(3.70)

11,38?5,3294?(693,5+273)/(23,3?273) = 9,22 м/с.(3.71)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке для коридорных гладкотрубных пучков

,(3.72)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией. Определяется по рисунку П1.

При =38 мм и =9,22 м/с,

=71,9 Вт/(м2?К);

CZ - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов (=1);

CS - поправка на компоновку пучка, для

, ;(3.73)

, .(3.74)

=1

- поправка на влияние физических параметров среды (=0,98).

71,9?1?1?0,98 70,46 .

Эффективная толщина излучающего слоя

;(3.75)

0,18 м.(3.76)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (). Для нахождения этого коэффициента необходимо найти

0,2431×0,1×0,18=0,0044.(3.77)

По рисунку П2 определяется =40 (м МПа)-1.

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п. 7-36) [1].

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

;(3.78)

kpS =40?0,2431×0,1×0,18=0,161. (3.79)

Коэффициент теплового излучения газовой среды

;(3.80)

,161.(3.81)

Средняя температура пара

;(3.82)

tср= (324+387)/2 = 355,5°С.(3.83)

Скорость пара

,(3.84)

где - удельный объем пара.

При =355,5°С и =11,35 МПа,

=0,0192м3/кг.

61,4?0,0192/0,098 = 12,0 м/с. (3.85)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к пару. Находится по рисунку П4,

, (3.86)

где - поправка на форму канала (=0,95).

Для =355,5°С и = 12,0 м/с,

=3100 Вт/(м2?К).

3100?0,95 = 2945 Вт/(м2К).(3.87)

Температура стенки труб пароперегревателя

,(3.88)

где - коэффициент загрязнения

=0,0043 (м2?К)/Вт;

- средняя температура среды, протекающей в рассчитываемой поверхности; =355,5°С;

- площадь поверхности нагрева.

Поверхность этой ступени пароперегревателя может изменяться в зависимости от вида сжигаемого топлива в диапазоне от 780 до 1169 м2. При расчёте поверхности нагрева задаёмся её величиной, а затем уточняем принятое значение в процессе расчёта.

Величина поверхности нагрева принимается равной =1600 м2.

Температура стенки труб пароперегревателя

,5+(0,0043+1/2945)?11,38?(2604,4+0)?1000/1600=441,4°С. (3.89)

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

,(3.90)

где - коэффициент теплоотдачи излучением, находится по рисунку П5. Для температуры стенки =441,4°С

=127,7 Вт/(м2?К);

127,7?0,161 = 20,56 Вт/(м2?К). (3.91)

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке

,(3.92)

где - коэффициент использования поверхности.

Для пароперегревателя принимается 1.

1?(70,46+20,56) = 91,0 Вт/(м2К).(3.93)

Коэффициент теплопередачи

,(3.94)

где - коэффициент тепловой эффективности. Определяется по таблице П2; =0,65.

k = 0,65?91,0?2945/(91,0+2945) = 57,4 Вт/(м2К). (3.95)

Необходимый размер поверхности нагрева пароперегревателя II ступени

;(3.96)

F = 2604,4?11,38?103/(57,4?322,0) = 1603,5 м2. (3.97)

Поскольку размер поверхность отличается от принятого раннее (1600 м2) менее, чем на 7%, то расчёт считается законченным.

Расчет воздухоподогревателя I ступени

Исходные данные:

- поверхность нагрева - =5050 м2;

продольный и поперечный шаги - =60 мм; =42 мм;

наружный диаметр труб - =40 мм;

проходное сечение для продуктов сгорания - =11,8 м2;

проходное сечение для воздуха - =11,8 м2;

расположение труб по ходу воздуха шахматное;

температура воздуха перед воздухоподогревателем =30оС;

энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель =154,2 кДж/кг;

температура дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя = =150°С;

энтальпия уходящих газов (1238,1кДж/кг).

На рисунке 3.3 приведена схема воздухоподогревателя первой ступени.

Температура воздуха на выходе из I ступени воздухоподогревателя принимается равной =181°С.

По таблице 2 находится энтальпия воздуха (=936,7кДж/кг).

Теплота, воспринятая воздухом в воздухоподогревателе

,(3.109)

где - отношение количества воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому рассчитываем по соотношению

;(3.110)

(1,12+0,03+0,03/2)?(936,7?154,2) = 911,6 кДж/кг.(3.111)

Теплота, отданная газами

, (3.112)

где - энтальпия присасываемого воздуха.

Определяется по таблице 2 по средней температуре присасываемого воздуха .

;(3.113)

(30+181)/2 = 106°С;(3.114)

= 545 кДж/кг.(3.115)

Из равенства уравнений (3.109) и (3.112) получится соотношение для расчёта энтальпии газов

911,6/0,99+1238,1?0,03?545 = 2142,6 кДж/кг. (3.116)

По таблице 2 по полученному значению энтальпии находится температура газов (=256°С).

Воздухоподогреватель является двухходовым теплообменником с перекрёстным движением нагреваемого воздуха относительно продуктов сгорания [2].

Для любой сложной схемы движения сред, если выполняется условие

,(3.117)

то температурный напор рассчитывается по соотношению

,(3.118)

где , - средние температурные напоры.

Температурные напоры рассчитываются по конечным температурам сред для всей поверхности при движении сред относительно друг друга по прямотоку и противотоку.

((150?30)+(256?181))/2 = 97,5°С; (3.119)

((256?30)+(150?181))/2 = 97,5°С; (3.120)

Температурный напор равен

= (97,5+97,5)/2 = 97,5°С.(3.121)

Скорость газов, скорость воздуха, средние температуры газов и воздуха

; (3.122)

; (3.123)

(256+150)/2 = 203°С; (3.124)

(30+181)/2 = 105,5°С;(3.125)

11,38?5,7251?(203+273) / (11,8?273) = 9,6 м/с.(3.126)

11,38?3,894?1,12?(105,5+273) / (11,8?273) = 5,8 м/с.(3.127)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к обогреваемой среде (воздуху).

, (3.128)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией, который определяется по рисунку П6. Для =40 мм и 5,8 м/с,

= 62,8 Вт/(м2К);

- поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов (=1);

Относительные продольный и поперечный шаги труб

, .(3.129)

При

, ,(3.130)

поправки равны:

- поправка на компоновку пучка, (=1,05);

- поправка на влияние физических параметров среды ().

б2 = бк = 67?1?1,05?1,1 = 72,53 Вт/(м2К).(3.131)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к поверхности

,(3.132)

где - коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяется по рисунку П7.

Для =40 мм и =9,6 м/с, получается =29,8 Вт/(м2К);

- поправка на влияние физических параметров среды (=1,17);

- поправка на влияние физических параметров среды принимается (=1);

бк = 29,8?1,17?1 = 34,9 Вт/(м2К). (3.133)

Коэффициент теплопередачи излучением продуктов сгорания.

Для воздухоподогревателя первой ступени принимается

=0,(3.134)

поскольку средняя температура газов меньше 300°С (п. 7-34 [1]).

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке.

;(3.135)

34,9 Вт/(м2К). (3.136)

Коэффициент теплопередачи

,(3.137)

где - коэффициент эффективности использования поверхности воздухоподогревателя. Определяется по таблице П2 (=0,9);

k = 0,9?34,9?72,53/(34,9+72,53) = 21,2 Вт/(м2К).(3.138)

Тепло, воспринятое воздухоподогревателем I ступени по условию теплопередачи

;(3.139)

Qт = 21,2?5050?97,5/(11,38?103) = 917,3 кДж/кг.(3.140)

Проверка правильности выполненного расчета осуществляется по соотношению

;(3.141)

ДQ = |911,6?917,3|/911,6?100 = 0,6% ? 2%.(3.142)

Расчёт закончен.

Расчет водяного экономайзера I ступени

Исходные данные:

- поверхность нагрева - =940м2;

продольный и поперечный шаги - =105 мм; =75 мм;

наружный диаметр труб - =38 мм;

проходное сечение для продуктов сгорания - =17 м2;

шахматное расположение труб;

температура питательной воды = =196°С;

энтальпия питательной воды =838,8 кДж/кг;

давление питательной воды = 11,5 МПа;

величина непрерывной продувки =3%;

температура дымовых газов на выходе из водяного экономайзера ==256°С;

энтальпия дымовых газов =2142,6 кДж/кг;

расход продувочной воды = 1,8 кг/с (стр. 11 [3]).

Температурой питательной воды () на выходе из водяного экономайзера I ступени задаёмся равной 209°С. Энтальпия воды =896,7 кДж/кг (таблица XXIII [1]).

Количество теплоты, воспринятое водой в водяном экономайзере

; (3.159)

Qб = 61,4+1,8/11,38?(896,7?838,8) = 321,6 кДж/кг.(3.160)

Теплота, отданная газами воде

, (3.161)

где - энтальпия, определяемая по температуре присасываемого воздуха.

Для =30°С по таблице 2 находится =154,2 кДж/кг.

На рисунке 3.4 приведена схема водяного экономайзера I ступени.

Из равенства уравнений (3.159) и (3.161) рассчитывается энтальпия продуктов сгорания

321,6/0,99+2142,6?0,03?154,2 = 2464,4 кДж/кг.(3.162)

По энтальпии продуктов сгорания по таблице 2 находится температуру продуктов сгорания на входе в водяной экономайзер, (= 299°С).

Водяной экономайзер представляет собой теплообменник, выполненный по противоточной схеме движения греющей и обогреваемой сред.

Для нахождения температурного напора определяется разность температур сред на концах поверхностей нагрева

=299?209=90°С; (3.163)

=256?196=60.°С. (3.164)

Находится отношение разностей температур:

90/60=1,5>1,7.(3.165)

При таком условии температурный напор в водяном экономайзере I ступени рассчитывается по формуле

; (3.166)

74,0°С. (3.167)

Средняя температура стенки трубы водяного экономайзера

+ 25 = (209+196)/2 + 25 = 228°С.(3.168)

Коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания

, (3.169)

где - коэффициент теплоотдачи. Определяется по рисунку П5, получается =29,3 Вт/(м2К);

- степень черноты газового потока, который определяется по суммарной оптической толщине продуктов сгорания (рисунок П8).

Эффективная толщина излучающего слоя.

Для = 38 мм, = 105 мм и = 75 мм получается

;(3.170)

0,2 м,(3.171)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

коэффициент ослабления лучей золовыми частицами принимается равным нулю (п. 7-36 [1]);

0,2311×0,1×0,2=0,0046.(3.172)

По рисунку П2 =35,1 1/(м МПа)-1.

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания

;(3.173)

kpS = 35,1×0,2311 × 0,1× 0,2 = 0,162.(3.174)

Коэффициент теплового излучения газовой среды определяется по рисунку П8.

=0,15.(3.175)

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

бл = 29,3× 0,15 = 4,40 Вт/м2К.(3.176)

Скорость газов в водяном экономайзере

; (3.177)

Введение тепловой котел конвективный пароперегреватель Котельный агрегат является сложным теплообменным аппаратом, в котором происходит горение топлива, о

Больше работ по теме: