МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
ДОНБАССКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра АСУТП
Курсовой проект
по курсу: «Котельные и турбинные установки»
Выполнил:
ст. гр. ТА-96-2
Косенко Е.А.
Проверил:
Регишевская И.Д.
Алчевск 1999 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Описание прототипа
2 Тепловой расчет парогенератора
- Расчетное задание
- Топливо, воздух, продукты сгорания
- Энтальпии воздуха и продуктов сгорания
- Тепловой баланс парогенератора и расход топлива
- Основные конструктивные характеристики топки
- Расчет теплообмена в топке
- Расчет фестона
- Расчет перегревателя
- Расчет испарительного пучка
- Расчет хвостовых поверхностей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ВВЕДЕНИЕ
Поверочный расчет выполняют для существующих парогенераторов. По имеющимся конструктивным характеристикам при заданной нагрузке и топливе определяют температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах между поверхностями нагрева, К.П.Д. агрегата, расход топлива. В результате поверочного расчета получают исходные данные, необходимые для выбора вспомогательного оборудования и выполнения гидравлических, аэродинамических и прочностных расчетов.
При разработке проекта реконструкции парогенератора, например в связи с увеличением его производительности, изменением параметров пара или с переводом на другое топливо, может потребоваться изменение целого ряда элементов агрегата. Однако основные части парогенератора и его общая компоновка, как правило, сохраняется, а реконструкцию тех элементов, которые необходимо изменить, выполняют так, чтобы по возможности сохранялись основные узлы и детали типового парогенератора.
Расчет выполняется методом последовательного проведения расчетных операций с пояснением производимых действий. Расчетные формулы сначала записываются в общем виде, затем подставляются числовые значения всех входящих в них величин, после чего приводится окончательный результат.
1 ОПИСАНИЕ ПРОТОТИПА
Топочная камера объемом 89.4 м3 полностью экранирована трубами 603 мм с шагом их во всех экранах 90 мм; состоит из четырех транспортабельных блоков . На боковых стенках установлены газомазутные горелки.
Испарительный пучок из труб 603 мм расположен между верхним и нижним барабанами. Опускные трубы испарительного пучка расположены в плоскости осей барабанов. В верхнем барабане перед входными сечениями опускных труб установлен короб для предотвращения закручивания воды и образования воронок на входе в опускные трубы.
Парогенератор имеет перегреватель с коридорным расположением труб 283 мм. Регулирование температуры перегретого пара осуществляется поверхностным пароохладителем, установленным со стороны насыщенного пара.
Схема испарения- трехступенчатая: первая и вторая ступени размещены в верхнем барабане( соответственно в средней его части и по торцам); третья ступень вынесена в выносные циклоны 377 мм.
Воздухоподогреватель- трубчатый, одноходовой (по газам и воздуху), с вертикальным расположением труб 401.5 мм; поперечный шаг- 55 мм, продольный-50 мм.
Экономайзер- чугунный, ребристый, двухходовой ( по газам и воде).
Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора Е-25-25-380ГМ следующие:
Номинальная производительность, т/ч……………25
Рабочее давление пара , МПа…………………..2.4
Температура перегретого пара, 0С………………380
Площадь поверхностей нагрева, м2:
лучевоспринимающая(экранов и фестона)………….127
конвективная:
фестона…………………………………7
перегревателя……………………………73
испарительного пучка……………………..188
экономайзера…………………………….590
воздухоподогревателя……………………..242
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРОГЕНЕРАТОРА
2.1 Расчетное задание
Для выполнения теплового расчета парогенератора, схема которого изображена на рис. 1-1, будем исходить из следующих данных:
- Паропроизводительность агрегата – 25 т/ч
- Давление пара у главной паровой задвижки рп, Мпа-2.4
- Температура перегретого пара tпп, 0С-380
- Температура питательной воды tпв-100
- Температура уходящих газов ух-140
- Топливо-мазут малосернистый.
Для сжигания заданного вида топлива выбираем камерную топку. Температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель принимаем равной 25 0С, горячего воздуха- 350 0С
- Топливо, воздух и продукты сгорания.
Из табл. 6-1 выписываем расчетные характеристики топлива:
Wp=3 % ; Ap=0.05 %; SpK+OP=0.3 %; Cp=84.65%; Hp=11.7 %;Np=0.3 %; Op=0.3; Qph=40.31 МДж
Рассчитываем теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 кг топлива:
V0=0.0889(Cp+0.375Spop+k)+0.265Hp-0.0333OP=7.535+3.09=10.6 м3/кг
Определяем теоретические объемы продуктов сгорания топлива:
а) объем двухатомных газов
VN2=0.79V0+0.008Np=8.374+0.0024=8.376
б) объем трехатомных газов
VRO2==1.58
в) объем водяных паров
VH2O=0.11Hp+0.0124Wp+0.0161V0=1.49
По данным расчетных характеристик и нормативных значений присосов воздуха в газоходах (табл. 2-1) выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки aт и присосы воздуха по газоходам и находим расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах a“. Результаты расчетов сводим в таблицу 2-1.
Таблица 2-1 Присосы воздуха по газоходам Da и расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах a“
Участки газового тракта | Da | a“ |
Топка и фестон
Перегреватель Конвективный пучок Воздухоподогреватель Экономайзер |
0,1
0,05 0,05 0,06 0,1 |
1,15
1,2 1,25 1,31 1,41 |
По формулам (2-18)-(2-24) рассчитываем объемы газов по газоходам, объемные доли газов r и полученные результаты сводим в таблицу 2-2.
Таблица 2-2 Характеристика продуктов сгорания в газоходах парогенератора
(VRO2=1,58 м3/кг, V0=10,6 м3/кг, VN20=8,376 м3/кг, V0H2O=1,49 м3/кг)
Величина | Единица | Газоходы | |||||
Топка и фестон | Перегреватель | Конвективный ый пучок | Воздухоподогреватель | Экономайзер | |||
Расчетный коэффициент избытка воздуха | – | 1.15 | 1.2 | 1,25 | 1,31 | 1,41 | |
VRO2
VR2=VN20+ (1-a)V0 VH2O=V0H2O+0.0161(1-a)V0 VГ= VRO2+ VR2+ VH2O rRO2= VRO2/ VГ rH2O= VH2O/ VГ rn= rRO2+ rH2O |
м3/кг
м3/кг м3/кг м3/кг – – – |
1,58
9,964 1.515 13.059 0.12 0.116 0.23 |
1,58
10,49 1.52 13.59 0.116 0.111 0.2278 |
1,58
11,02 1.53 14.13 0.111 0.108 0.219 |
1,58
11,662 1.54 14,782 0.107 0.104 0.211 |
1,58
12,722 1.56 15,862 0.099 0.098 0.197 |
- Энтальпии воздуха и продуктов сгорания
Удельные энтальпии теоретического объема воздуха и продуктов сгорания топлива определяем по следующим формулам :
IB=V0(ct)B;
IГ0=VRO2(cJ)RO2+V0N2(cJ)N2+V0H2O(cJ)H2O.
Полученные результаты сводим в таблицу 2-3.
Таблица 2-3 Энтальпия теоретического объема воздуха и продуктов сгорания топлива.
J, 0С | I0= V0(ct)B, кДж/кг | IRO2= VRO2 cJ)RO2, кДж/кг | I0N2= V0N2 * cJ)N2, кДж/кг | I0H2O= V0H2O(cJ)H2O ., кДж/кг | Iг= VRO2(cJ)RO2 V0N2 +(cJ)N2 +V0H2O(cJ)H2O., кДж/кг |
30
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 |
413,4
1399,2 2819,6 4271,8 5745,2 7250,4 8798 10377,4 11978 13578,6 15221,6 16907 18592,4 20468,6 22005,6 23733,4 25471,8 27199,6 28927,4 30708,2 32478,4 34333,4 36029,4 |
267,02 564,06 883,22 1219,76 1573,68 1930,76 2308,38 2692,32 3082,58 3479,16 3882,06 4292,86 4702,08 5119,2 5536,32 5951,86 6375,3 6798,74 7222,18 7651,94 8081,7 8511,46 |
1088,62 2177,24 3282,6 4413,098 5560,336 6732,696 7921,804 9152,782 10408,882 11673,356 12937,83 14193,93 15491,9 16823,366 18121,336 19452,802 20784,268 22124,108 23489,07 24820,536 26185,498 27550,46 |
226,5 456 694,5 939 1191 1450,5 1720,5 2002,5 2286 2587,5 2889 3196,5 3516 3837 4168,5 4501,5 4840,5 5187 5532 5889 6241,5 6598,5 |
413,4
2980,01 6014,32 9128,27 12311,85 15568,74 18903,896 22319,03 25814,37 29343,24 32947,05 36599,6 40257,76 47763,06 44178,58 47785,166 51559,556 55377,962 59199,668 63037,248 66951,45 70839,876 74842,098 |
Энтальпию продуктов сгорания топлива подсчитываем по формуле:
IГ=I0Г+( a-1)I0B.
Полученные результаты сведем в таблицу 2-4.
Таблица 2-4 Энтальпия продуктов сгорания в газоходах
J, 0С | Iг0, кДж/кг | Iв0,кДж/кг | Участки газового тракта | |||||||||
Топка
a=1.15 |
Перегреватель
a=1.2 |
Конвект. Пучок
a=1.25 |
Воздухоподогреватель
a=1.31 |
Экономайзер
a=1.41 |
||||||||
I | DI | I | DI | I | DI | I | DI | I | DI | |||
100
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1400 1600 1800 2000 2200 |
2681,34
6016,9 9132,12 12317,058 15575,416 18911,956 22328,084 25825,602 29356,062 32961,26 36615,89 40275,69 47785,166 55377,962 63037,248 70839,876 78689,82 |
1399,2
2819,6 4271,8 5745,2 7250,4 8798 10377,4 11978 13578,6 15221,6 16907 18592,4 22005,6 25471,8 28927,4 32478,4 36029,4 |
26112,74 29683,85 33332,5 37029,9 40734.5 48335,3 59198.7 67376.3 75711.6 84094.2 |
3571,1 3648,6 3697,4 3912.6 8021.3 8112.7 8177.6 8335.3 8382.6 |
22660,964 26212,2 29797,4 36005.58 39997.29 43994.17
|
3817.6 3850.4 3933.9 3991.7 3996.8 |
15864,5 19264,09 22746,4 28820,1
|
3723,4 3810,9 3897,6
|
9342,13 12601 15935,5 21639,3
|
3641,6 3725 3816,3
|
3072,25
6199,8 9411,1 |
3917,9 3710,65
|
2.4 Тепловой баланс парогенератора и расход топлива.
Тепловой баланс составляем в расчете на 1 кг располагаемой теплоты топлива Qpp. Считая, что предварительный подогрев воздуха за счет внешнего источника теплоты отсутствует имеем: Qв.вн=0. Расчеты выполняем в соответствии с таблицей 2-5.
Таблица 2-5 Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива
Наименование | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Располагаемая теплота топлива, Qpp, кДж/кг | Qhp+QВ.ВН+iтл | 40310+244.8=40554.8
|
Потеря теплоты от химического недожога, q3,% | По табл. 4-5 | 0.5 |
Потеря теплоты от механического недожога, q4, % | То же | 0 |
Температура уходящих газов, ух, 0С | По заданию | 140 |
Энтальпия уходящих газов ,Iух, кДж/кг | По -таблице | 4323,17 |
Температура воздуха в котельной ,tх.в, 0С | По выбору | 25 |
Энтальпия воздуха в котельной, Iх.в0,кДж/кг | По -таблице | 238,5 |
Потеря теплоты с уходящими газами ,q2, % | =9,8 | |
Потери теплоты от наружного охлаждения ,q5, % | По рис. 3-1 | 1.2 |
Сумма тепловых потерь, Sq,% | q2+q3+q4+q5 | 9,8+0.5+1.2=11,5 |
К.п.д. парогенератора, hпг, % | 100- Sq | 100-11,5=88,5 |
Коэффициент сохранения теплоты, j | 1- | 1-=0.986 |
Паропроизводительность агрегата, D, кг/с | По заданию | 6.94 |
Давление пара в барабане, рб, МПа | То же | 2.64 |
Температура перегретого пара, tп.п,0С | » » | 380 |
Температура питательной воды, tп.в, 0С | » » | 100 |
Удельная энтальпия перегретого пара, iп.п, кДж/кг | По табл. VI-8 | 3192,6 |
Удельная энтальпия питательной воды, iп.в, кДж/кг | По табл. VI-6 | 420.38 |
Значение продувки, р, % | По выбору | 3 |
Полезно используемая теплота в агрегате, Qпг, кВт | D(iп.п–iп.в)+D(iкип–iп.в | 6,9(3192,6-420,38)+0,208(975,5-420,38)=19354.8 |
Полный расход топлива, В,кг/с | =0.54 | |
Расчетный расход топлива, Вр, кг/с | 0,54 |
- Основные конструктивные характеристики топки
Парогенераторы типа Е-25-24-380ГМ имеют камерную топку для сжигания мазута. Определяем активный объем и тепловое напряжение топки. Расчетное тепловое напряжение не должно превышать допустимого, указанного в табл. 4-3. С учетом рекомендаций приложения III выбираем количество и тип газомазутных горелок, установленных на боковых стенках. Расчеты приведены в таблице 2-6.
Таблица 2-6 Расчет конструктивных характеристик топки
Наименование | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Активный объём топки, Vт,м3 | По конструктивным размерам | 89.4 |
Тепловое напряжение объема топки:
расчетное, qV, кВт/м3 допустимое, qV,кВт/м3 |
ВQнр/Vт по табл. 4-5 |
0,54*40310/89,4=243,48 249 |
Количество горелок, n, шт. | По табл. III-10 | 2 |
Теплопроизводительность горелки, Qг, МВт | 1,2510-3=13,6 | |
Тип горелки | По табл. III-6 | ГМП-16 |
- Расчет теплообмена в топке
Топка парогенератора Е-25-24-380ГМ полностью экранирована трубами диаметром 60 мм и толщиной стенки 3 мм с шагом 90 мм. По конструктивным размерам топки рассчитываем полную площадь её стен и площадь лучевоспринимающей поверхности топки. Результаты расчета сводим в таблицу 2-7.
По конструктивным размерам и характеристикам топки выполняем поверочный расчет теплообмена в топке. Расчет проводим в соответствии с таблицей 2-8.
Полученная в результате расчета температура газов на выходе из топки отличается от предварительно принятой менее чем на 0С; следовательно, пересчета теплообмена не требуется.
Таблица 2-7 Расчет полной площади поверхности стен топки Fст и площади лучевоспринимающей поверхности топки НЛ
Наименование | Стены топки | |||||
Фронтонная и свод | боковые | Задняя | Выходное окно топки | Суммарная площадь | ||
Общая площадь стены и выходного окна, Fст , м2 | 45,7 | 42 | 52,5 | 8,7 | 149 | |
Расстояние между осями крайних труб, b, м | 3,78 | 2,252 | 3,78 | 3,78 | – | |
Освещенная длина труб, lосв, м | 9,6 | 7,8 | 7,6 | 2,25 | – | |
Площадь, занятая луче воспринимающей поверхностью
полная, F, м2 |
26,6 |
25,74 |
21,07 |
6,24 |
80 |
|
Наружный диаметр экранных труб , d, мм | 66 | 66 | 66 | 66 | – | |
Шаг экранных труб, s, мм | 90 | 90 | 90 | 90 | ||
Расстояние от оси экранных труб до кладки (стены), l, мм | 100 | 100 | 100 | – | – | |
Отношение s/d | 1.36 | 1.36 | 1.36 | – | – | |
Отношение l/d | 1.51 | 1.51 | 1.51 | – | – | |
Угловой коэффициент экрана, х | 0,95 | 0,95 | 0,95 | 1,00 | – | |
Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов, Нл, м2 | 127 | |||||
Таблица 2-8 Поверочный расчет теплообмена в топке
Величина | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Суммарная площадь луче воспринимающей поверхности, Нл,м2 | По конструктивным размерам | 127 |
Площадь лучевоспринимающей поверхности открытых экранов, Нл.откр, м2 | То же | 127 |
Полная площадь стен топочной камеры, Fст, м2 | » » | 149 |
Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности, Yср | =0,469 |
Продолжение таблицы 2-8
Эффективная толщина излучающего слоя пламени, s, м | =2,16 | |
Полная высота топки, Нт | По конструктивным размерам | 8.810 |
Высота расположения горелок, hг, м | То же | 1.9 |
Относительный уровень расположения горелок, хг | hг/Нт | 1,9/8,810=0,215 |
Параметр, учитывающий распределение температуры в топке, М | 0,59-0,2хт | 0,59-0,2*0,215=0,547 |
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, aт | По табл. 4-5 | 1.15 |
Присосы воздуха в топке, Daт | По табл. 2-1 | 0.05 |
Температура горячего воздуха, tг.в,0С | По предварит. выбору | 350 |
Энтальпия горячего воздуха, Iг.в0, кДж/кг | По IJ– таблице | 5008.2 |
Энтальпия присосов воздуха, Iпрс0, кДж/кг | То же | 238,8 |
Количество теплоты, вносимое в топку воздухом, QВ, кДж/кг | (aТ–DaТ)Iг.в0+ DaТIпрс0 | (1.15-0.05) 5008.2 + 0.05 * 238.8 = 5520.97 |
Полезное тепловыделение в топке, QТ, кДж/кг | Qpp+QВ | 40554,8*0,95+5520.97=44048 |
Адиабатическая температура горения, Jа, 0С | По IJ– таблице | 1287,2 |
Температура газов на выходе из топки ,JТ“, 0С | По предварительному выбору | 960 |
Энтальпия газов на выходе из топки, IТ“ , кДж/кг | По IJ– таблице | 31873,04 |
Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания, Vср, кДж/(кг*К) | =37,2 | |
Объемная доля:
водяных паров, rН2О трехатомных газов, rRO2 |
По табл. 1-2 То же |
0,116 0.12 |
Суммарная объемная доля трехотомных газов, rn | rН2О+ rRO2
|
0.116+0.12=0.236 |
Произведение, prns | prns | 0.236*0.1*2,16=0,051 |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, kг,1/(м*МПа) | По формуле 5-26 | 3.05 |
Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) | rnkг | 0,236*3.05=0.72 |
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) | По формуле 5-32 | 2,71 |
Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) | kСВ= kнс+ кСЖ | 2,71+0.72=3,44 |
Степень черноты:
светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ |
1-е-КсвPS 1-e-KнсPS |
0,52 0.14 |
Степень черноты факела, аФ | maСВ+(1-m)aг | 0,55*0,52+0,45*0,14= 0,349 |
Степень черноты топки, аТ | =0,53 | |
Тепловая нагрузка стен топки, qF, кВт/м2 | =161.4 | |
Температура газов на выходе из топки, JТ“, 0С | По рис. 5-8 | 911,7 |
Энтальпия газов на выходе из топки, t“ , кДж/кг | По IJ– таблице | 30120,6 |
Общее тепловосприятие топки, QТЛ, кДж/кг | j(QТ–I“Т) | 0.986(44048-29987,3)= =13731,1 |
Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей топки, qЛср | =58,43 |
2.7 Расчет фестона
При тепловом расчете парогенератора фестон, как правило, не изменяют , а проверяют поверочным расчетом( табл. 2-9)
Таблица 2-9. Поверочный расчет фестона
Наименование | Формула или способ определения | Расчет |
Полная площадь поверхности нагрева, Н, м2 | По конструктивным размерам | 7 |
Площадь поверхности труб боковых экранов, находящихся в зоне фестона Ндоп, м2 | То же | 1 |
Диаметр труб, d, мм | » » | 603 |
Относительный шаг труб, s/d | » » | 1.5 |
Количество рядов труб, z2,шт | » » | 1 |
Количество труб в ряду,z1,шт | » » | 42 |
Площадь живого сечения для прохода газов, F, м2 | АВ-z1dl | 2,25*4,23-42*0,06*2,25=3,84 |
Эффективная толщина излучающего слоя, s, м | 0,9(31,8-1)0,06=0.1 | |
Температура газов перед фестоном, J`,0С | Из расчета топки | 911,7 |
Энтальпия газов перед фестоном, I`, кДж/кг | То же | 30110,7 |
Температура газов за фестоном, J“, 0С | По предварительному выбору | 900 |
Энтальпия газов за фестоном, I“, кДж/кг | По IJ– таблице | 29683,85 |
Количество теплоты, отданное фестону, Qг, кДж/кг | j(I`-I“) | 0.986(30110,7-29683,85) =420,8 |
Температура кипения при давлении в барабане(pБ=2.64 МПа), tкип, 0С | По табл. VI-7 | 226.8 |
Средняя температура газов, Jср,0С | 0,5(J“+ J`) | 0,5(911,7+900)=905,8 |
Средний температурный напор, Dt,0C | Jср–tкип | 905,8-226,8=679 |
Средняя скорость газов, w, м/с | =7.9 | |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, кВт/(м2К) | По рис. 6-6 | 58*0,96*1,04*0,9=50,1 |
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*Мпа | prns | 0,1*0,236*0,1=0,00236 |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами,кг,1/(м*МПа) | По формуле 5-26 | 16,8 |
Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) | rnkг | 16,8*0,236=3,97 |
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) | По формуле 5-32 | 2,54 |
Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) | kСВ= kнс+ кСЖ | 3,97+2,54=6,51 |
Степень черноты:
светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ |
1-е-КсвPS 1-e-KнсPS |
0,06 0,039 |
Степень черноты излучающей среды, а | maСВ+(1-m)aг | 0,55*0,06+0,45*0,039=0,05 |
Температура загрязнённой стенки трубы, tст, 0С | tКИП+ Dt | 226,8+80=306,8 |
Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) | По рис. 6-12(aЛ= aНаСГ) | 135*0,05*0,97=6,5 |
Коэффициент использования поверхности нагрева, x | По 6-2 | 0.95 |
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) | x(aЛ+aК) | 0,95(6,5+50,1)=53,77 |
Коэффициент загрязнения, e, м2К/Вт | По ф-ле 6-8 и рис. 6-1 | 0,0048 |
Коэффициент теплопередачи k, Вт/м2К | =42,7 |
Продолжение таблицы 2-9
Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи, Qф, кДж/кг | =376,2 | |
Тепловосприятие настенных труб, QДОП, кДж/кг | =53,7 | |
Суммарное тепловосприятие газохода фестона, QT, кДж/кг | Qф+ QДОП | 53,7+376,2=429,9 |
Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % | 100 | 100=2,16 |
2.8 Расчет перегревателя
Перегреватель одноступенчатый, с пароохладителем, установленным на стороне насыщенного пара. Перегреватель имеет коридорное расположение труб.
Коэффициент теплопередачи гладкотрубных коридорных пучков перегревателя рассчитывается с учетом коэффициента тепловой эффективности Y , используя формулу (6-7). Влияние излучения газового объема, расположенного перед перегревателем, на коэффициент теплопередачи учитываем путем увеличения расчетного значения коэффициента теплопередачи излучением по формуле (6-34).
Конструктивные размеры и характеристики перегревателя, взятые из чертежей и паспортных данных парогенераторов, сводим в таблицу 2-10.
Поверочный расчет перегревателя сводим в таблицу 2-11.
Таблица 2-10. Конструктивные размеры и характеристики перегревателя
Наименование | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Диаметр труб, d/dВН, мм | По конструктивным размерам | 28/22 |
Количество труб в ряду (поперек газохода) z1, шт | То же | 12 |
Количество рядов труб ,z2, шт | То же | 6 |
Средний шаг труб, s1, мм | » » | 90 |
s2 | 100 | |
Расположение труб в пучке | » » | коридорное |
Характер омывания | » » | поперечное |
Средняя длина змеевика, l, м | » » | 1,489 |
Суммарная длина труб, Sl, м | » » | 830,3 |
Полная площадь поверхности нагрева, H, м2 | » » | 73 |
Площадь живого сечения на входе, F`, м2 | a`b`-l`z1d | 1.918*4.23-1.489*0.028=7,1 |
То же на выходе, F“, м | a“b“-l“z1d | 1,702*4,23-1,489*0,672=6,2 |
Средняя площадь живого сечения газохода, FCP, м2 | 6,6 | |
Количество параллельно включенных змеевиков( по пару), m, шт | По конструктивным размерам | 72 |
Площадь живого сечения для прохода пара, f, м2 | pd2стm/4 | 0.785*0.0222*56=0.027 |
Таблица 2-11. Поверочный расчет перегревателя
Наименование | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Диаметр труб, d/dВН, мм | По конструктивным размерам | 28/22 |
Площадь поверхности нагрева, Н, м2 | То же | 73 |
Температура пара на выходе из перегревателя, t“, 0С | По заданию | 380 |
Продолжение таблицы 2-11
То же на входе в перегреватель, t`, 0С | По выбору | 226,8 |
Давление пара:
на выходе, р“, МПа на входе, р`, МПа |
По заданию По выбору |
2,4 2,64 |
Удельная энтальпия пара :
на выходе , i“П, кДж/кг на входе, i`П, кДж/кг |
По таблице VI-8 То же |
3197 2801,2 |
Суммарное тепловосприятие ступени, Q, кДж/кг | (3197-2801,2)=5057,4 | |
Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей топки, qЛСР, кВт/м2 | Из расчета топки | 58,43 |
Коэффициент распределения тепловой нагрузки:
по высоте, hВ между стенами, hСТ |
По рис. 5-9 По табл. 5-7 |
1,2 1 |
Удельное лучистое тепловосприятие выходного окна топки, qЛ, кВт/м2 | hВ hСТ qЛСР | 1*1,2*58,43=70,1 |
Угловой коэффициент фестона, хФ | По рис. 5-1 | 0,76 |
Площадь поперечного сечения газохода перед ступенью, FГ`, м2 | a`b` | 1,918*4,23=8,11 |
Лучистое тепловосприятие ступени ,Qл, кДж/кг | (1-0,76)8,11=252,7 | |
Конвективное тепловосприятие ступени, QK, кДж/кг | Q-QЛ | 5057,4-252,7=4804,7 |
Температура газов перед перегревателем, J`, 0С | Из расчета фестона | 900 |
Энтальпия газов на входе в перегреватель, I`, кДж/кг | То же | 29683,85 |
То же на выходе из ступени, I“, кДж/кг | I`- | 29683,5-5987,5+0,1*239=23719,9 |
Температура газов на выходе из ступени, J“, 0С | По I J-таблице | 730 |
Средняя температура газов, JСР, 0С | 0,5(J“+ J`) | 0,5(900+730)=815 |
Средняя скорость газов в ступени, wГ, м/с | =4.4 | |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, Вт/(м2К) | По рис. 6-5 | 52*0,96*1.1*0,954=53,7 |
Средняя температура пара, tСР, 0С | 0,5(t`+t“) | 0,5(226.8+380)=303.4 |
Объем пара при средней температуре, vП, м3/кг | По табл. VI-8 | 0,094 |
Средняя скорость пара, wП ,м/с | =24 | |
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, a2, Вт/(м2К) | По рис. 6-8 | 1.05*1075=1128.75 |
Толщина излучающего слоя, s, м | 0.34 | |
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*МПа | prns | 0,2278*0,1*0,34=0,0078 |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, кГ,1/( м*МПа) | По рис. 5-6 | 9.9 |
Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) | rnkг | 9.7*0,2278=2.25 |
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) | По формуле 5-32 | 2 |
Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) | kСВ= kнс+ кСЖ | 2+2.25=4.25 |
Продолжение таблицы 2-11
Степень черноты:
светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ |
1-е-КсвPS 1-e-KнсPS |
0,19 0,072 |
Степень черноты факела, аФ | maСВ+(1-m)aг | 1*0.17=0.17 |
Коэффициент загрязнения, e, м2К/Вт | По 6-2 | 0,0042 |
Температура загрязненной стенки трубы, tСТ, 0С | tСР+( | 303.4+(0,0042+)* 6183.68*=303.6 |
Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) | По рис. 6-12 | 0,98*138*0,19=25,8 |
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) | x(aЛ+aК) | 0,95(25,8+50.3)=79,4 |
Коэффициент тепловой эффективности, Y | По табл. 6-2 | 0,8 |
Коэффициент теплопередачи, к,Вт/(м2К) | 0,8=69,7 | |
Разность температур между газами и паром:
наибольшая, DtБ, 0С наименьшая, Dtм, 0С |
J`-t“ J“-t` |
900-380=520 730-226.8=503.2 |
Температурный напор при противотоке, DtПРТ, 0С | 511,6 | |
Площадь поверхности нагрева прямоточного участка, НПРМ,м2 | По конструктивным размерам | 36 |
Полная площадь поверхности нагрева, Н, м2 | То же | 73 |
Параметр, А | НПРМ/Н | 0.49 |
Полный перепад температур газов,t1, 0С | J`– J“ | 900-730=173 |
То же пара, t2, 0С | t“-t` | 380-226.8=153.2 |
Параметр, Р | 0.25 | |
Параметр R | t1/ t2 | 1.129 |
Коэффициент перехода к сложной схеме, y, | По рис. 6-14 | 1 |
Температурный перепад, Dt, 0С | y DtПРТ | 1*511,6=511,6 |
Тепловосприятие ступени по уравнению теплообмена, QТ, кДж/кг | =4820,5 | |
Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ | 100=0,3 |
2.9 Расчет испарительного пучка
Испарительные пучки непосредственно связаны с барабаном и определяет общую компоновку парогенератора. Поэтому их реконструкция с изменением площади поверхностей нагрева или конструктивных характеристик связана с большими трудностями и значительными капитальными затратами. Поэтому испарительные пучки ,как и фестон, только как правило поверяют. Расчет ведем по таблице 2-12.
Таблица 1-12. Поверочный расчет испарительного пучка
Наименование | Формула или способ определения | Расчет |
Полная площадь поверхности нагрева, Н, м2 | По конструктивным размерам | 188 |
Диаметр труб, d, мм | » » | 603 |
Относительный шаг труб,
продольный, s2/d поперечный, s1/d |
» » |
2 5.83 |
Количество рядов труб, z2,шт | » » | 10 |
Количество труб в ряду,z1,шт | » » | 12 |
Площадь живого сечения для прохода газов, F, м2 | АВ-z1dl | 4.23*1.7-12*0.06*2.8=5.175 |
Эффективная толщина излучающего слоя, s, м | 0.74 | |
Температура газов перед пучком, J`, 0С | Из расчета перегревателя | 730 |
Энтальпия газов перед пучком, I`, кДж/кг | То же | 23712 |
Температура газов за пучком, J“, 0С | По предварительному выбору | 560 |
Энтальпия газов за пучком, I“, кДж/кг | По IJ– таблице | 17904,2 |
Количество теплоты, отданное пучку, Qг, кДж/кг | j(I`-I“+Da I0ПРС) | 0.986(23712-17904,2 +11,95)=5737,8 |
Температура кипения при давлении в барабане(pБ=2.64 МПа), tкип, 0С | По табл. VI-7 | 226.8 |
Средняя температура газов, Jср,0С | 0,5(J“+ J`) | 0,5(730+560)=645 |
Средний температурный напор, Dt,0C | Jср–tкип | 640-226,8=418,2 |
Средняя скорость газов, w, м/с | =4.93 | |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, кВт/(м2К) | По рис. 6-6 | 38.3*0,95*1,1*1=40.1 |
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*Мпа | prns | 0,1*0,219*0,74=0,016 |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами,кг,1/(м*МПа) | По формуле 5-26 | 6,9 |
Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) | rnkг | 6,9*0,219=1,5 |
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) | По формуле 5-32 | 1,31 |
Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) | kСВ= kнс+ кСЖ | 1,31+1,5=2,81 |
Степень черноты:
светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ |
1-е-КсвPS 1-e-KнсPS |
0,187 0,092 |
Степень черноты излучающей среды, а | maСВ+(1-m)aг | 0,55*0,182+0,45*0,092=0,14 |
Температура загрязнённой стенки трубы, tст, 0С | tКИП+ Dt | 226,8+80=306,8 |
Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) | По рис. 6-12(aЛ= aНаСГ) | 76*0,14*0,97=10,3 |
Коэффициент использования поверхности нагрева, x | По 6-2 | 0.95 |
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) | x(aЛ+aК) | 0,95(10,3+40.1)=47.8 |
Коэффициент загрязнения, e, м2К/Вт | По ф-ле 6-8 и рис. 6-1 | 0,0048 |
Коэффициент теплопередачи k, Вт/м2К | =38.8 | |
Тепловосприятие фестона по уравнению теплопередачи, QТ, кДж/кг | =5649,1 | |
Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % | 100 | 100=-1,54 |
2.10 Расчет хвостовых поверхностей
Расчет воздухоподогревателя и экономайзера будем вести в соответствии с методикой, описанной в §9-1. Используя чертежи и техническую документацию парогенератора Е-25-24-380ГМ, составляем таблицы конструктивных размеров и характеристик его экономайзера и воздухоподогревателя.
После расчета хвостовых поверхностей определяем невязку теплового баланса парогенератора (табл. 2-19). Так как величина невязки теплового расчета не превышает допустимых 0.5%, то тепловой расчет парогенератора считаем законченным.
Таблица 2-14. Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя
Наименование | Размер |
Диаметр труб:
наружный, d, мм внутренний, dВН, мм |
40 37 |
Длина труб, L, м | 1.6 |
Расположение труб | Вертикальное |
Количество ходов по воздуху, n, шт | 1 |
Количество труб в ряду поперек движения воздуха, z1, шт. | 84 |
Количество рядов труб вдоль движения воздуха, z2, шт. | 27 |
Шаг труб:
поперечный, s1, мм продольный, s2, мм |
55 50 |
Относительный шаг:
поперечный, s1/d продольный, s2/d |
1,375 1,25 |
Количество параллельно включенных труб( по газам), z0, шт. | 1251 |
Площадь живого сечения для прохода газов, FГ, м2 | 2.4 |
Ширина сечения воздушного канала, В, м | 2,374 |
Средняя высота воздушного канала, h, м | 1.6 |
Площадь живого сечения для прохода воздуха, FВ, м2 | 2.04 |
Площадь поверхности нагрева, Н, м2 | 242 |
Таблица 2-15. Конструктивные размеры и характеристики экономайзера
Наименование | Размер |
Характеристика одной трубы:
длина, L, м площадь поверхности нагрева с газовой стороны, Н`, м2 площадь живого сечения для прохода газов,F`,м2 |
3
|
Количество труб в горизонтальном ряду, z1, шт. | 20 |
Количество горизонтальных рядов, z2, шт. | 10 |
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, Н, м2 | 590 |
Площадь живого сечения для прохода газов, F, м2 | 2,4 |
Площадь живого сечения для прохода воды, f, м2 | 1,84 |
Таблица 2-16. Поверочный расчет воздухоподогревателя
Наименование | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Диаметр труб, d, мм | По конструктивным размерам | 40х1,5 |
Относительный шаг труб:
поперечный, s1/d продольный, s2/d |
То же |
1,375 1,25 |
Количество рядов труб, z2, шт. | » » | 27 |
Продолжение таблицы 2-16
Количество труб в ряду, z1, шт. | » » | 84 |
Площадь живого сечения для прохода газов, FГ, м2 | » » | 2.4 |
То же для прохода воздуха, FВ, м2 | » » | 2.04 |
Площадь поверхности нагрева, Н,м2 | » » | 242 |
Температура газов на выходе, J“, 0С | По выбору | 345 |
Энтальпия газов на выходе, I“, кДж/кг | По IJ– таблице | 10808,62 |
Температура воздуха на входе, t`, 0С | По выбору | 25 |
Энтальпия теоретического количества холодного воздуха, Iх.В0, кДж/кг | По IJ– таблице | 239 |
Температура воздуха на выходе, t“, 0С | По выбору | 350 |
Энтальпия теоретического количества воздуха на выходе, I0`, кДж/кг | По IJ– таблице | 5008.2 |
Отношение b1“ | aТ–DaТ | 1.15-0.05=1.1 |
Тепловосприятие ступени, Q, кДж/кг | ) | (1.1+0.03)(5008.2-239)=5389 |
Средняя температура воздуха в ступени, t, 0С | 0,5(t`+t“) | 0.5(25+350)=187.5 |
Температура газов на входе, J`, 0С | Из расчета испарительного пучка | 560 |
Энтальпия газов на входе в ступень, I`, кДж/кг | По IJ– таблице | 17904,2 |
Средняя температура газов, JСР, 0С | 0,5(J“+ J`) | 0,5(560+360)=460 |
Средняя скорость газов, wГ, м/с | =8.9 | |
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) | По рис. 6-5 | 0,94*86*0.98*1.4=110.9 |
Средняя скорость воздуха, wВ, м/с | 460.5=8.1 | |
Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны, a2, Вт/(м2К) | По рис. 6-4 | 1.4*0.98*0.94*78=100.6 |
Коэффициент использования поверхности нагрева, xВП | По табл. 6-3 | 0,85 |
Коэффициент теплопередачи, к, Вт/(м3К) | xВП | 0,85=44.8 |
Разность температур между средами
наибольшая, DtБ, 0С наименьшая, DtМ, 0С |
345-25=320 560-350=210 |
|
Температурный напор при противотоке, DtПРТ, 0С | 265 | |
Перепад температур:
наибольший, tБ, 0С наименьший, tМ, 0С |
t“-t` |
350-25=325 560-345=215 |
Параметр Р | 0,22 | |
Параметр R | tБ/ tМ | 2,7 |
Коэффициент y | По рис. 6-16 | 1 |
Температурный перепад, Dt, 0С | y DtПРТ | 272,5 |
Тепловосприятие по уравнению теплообмена, QТ, кДж/кг | =5320,4 | |
Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % | 100=-1,27 |
Таблица 1-17. Поверочный расчет экономайзера
Наименование | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Площадь поверхности нагрева, Н,м2 | По конструктивным размерам | 590 |
Площадь живого сечения для прохода газов, FГ, м2 | То же | 2.4 |
Температура газов на входе в ступень, J`, 0С | Из расчета воздухоподогревателя | 360 |
Температура газов на выходе, J“, 0С | По заданию | 140 |
Энтальпия газов на входе, I`, кДж/кг | По IJ– таблице | 10808,62 |
Энтальпия газов на выходе, I“, кДж/кг | По IJ– таблице | 4822.16 |
Тепловосприятие ступени(теплота, отданная газами), QГ, кДж/кг | j(I`– I“+) | 0,986(10808,62-4822.16+23,9)= =5926,2 |
Температура воды на выходе , t“, 0С | По выбору | 210 |
Удельная энтальпия воды на выходе, i“,кДж/кг | По IJ– таблице | |
Температура воды на входе , t`, 0С | По заданию | 100 |
Удельная энтальпия воды на входе , i`, 0С | По IJ– таблице | 419,7 |
Средняя температура воды, t, 0С | 0,5(t`+ t“) | 0.5(100+210)=155 |
Скорость воды в трубах, w, м/с | =0.49 | |
Средняя температура газов, J, 0С | 0,5(J“+ J`) | 0.5(140+345)=242,5 |
Средняя скорость газов, wГ, м/с | =10,1 | |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией, aК, Вт/(м2К) | По рис. 6-4 | 75*1*1*0.99=74.25 |
Эффективная толщина излучающего слоя, s, м | 0.24 | |
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов, prns, м*МПа | prns | 0.197*0.1*0.24=0.0047 |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, кГ,1/( м*МПа) | По рис. 5-6 | 15.3 |
Коэффициент ослабления лучей, несветящейся частью среды, kнс, 1/(м*МПа) | rnkг | 3 |
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, кСЖ, 1/(м*МПа) | По формуле 5-32 | 0.2 |
Коэффициент ослабления лучей, светящейся частью среды, kСВ, 1/(м*МПа) | kСВ= kнс+ кСЖ | 0.2+3=3.2 |
Степень черноты:
светящейся части, аСВ несветящейся части, аГ |
1-е-КсвPS 1-e-KнсPS |
0.074 0.07 |
Степень черноты факела, аФ | maСВ+(1-m)aг | 0.55*0.074+0.45*0.07=0.0722 |
Температура загрязненной стенки трубы, tСТ, 0С | tСР+Dt | 279.75 |
Коэффициент теплоотдачи излучением, aЛ, Вт/(м2К) | По рис. 6-11 | 0.14 |
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, a1, Вт/(м2К) | ) | 74.25+0.14=74,39 |
Коэффициент загрязнения, e,м2К/Вт | По формуле 6-8 | 0.003 |
Коэффициент теплопередачи, к, Вт/м2К | =60.8 | |
Разность температур между средами:
наибольшая, DtБ, 0С наименьшая, DtМ, 0С |
140-100=40 345-210=135 |
Продолжение таблицы 2-17
Температурный напор, Dt, 0С | 87,5 | |
Тепловосприятие ступени, QТ, кДж/кг | =5812,5 | |
Расхождение расчетных тепловосприятий, DQ, % | 100=-1,9 |
Таблица 1-18.Расчет невязки теплового баланса парогенератора
Наименование | Расчетная формула или способ определения | Расчет |
Расчетная температура горячего воздуха, tГ.В,0С | Из расчета воздухоподогревателя | 350 |
Энтальпия горячего воздуха, I0Г.В, кДж/кг | То же | 5008,5 |
Количество теплоты, вносимое в топку воздухом, QB, кДж/кг | (aТ -DaТ)I0B+DaТI0ПРС | 1,1*5008,5+23,9=5533,25 |
Полезное тепловыделение в топке, QT, кДж/кг | 44084 | |
Лучистое тепловосприятие топки, QТЛ, кДж/кг | (QГ–I“T) | 13731,3 |
Расчетная невязка теплового баланса, DQ, кДж/кг | + | 40554,8* 0,885-(13731,3+420,3 +4804,7+ 5737,8+ 5389+ 5926,2)=-119 |
Невязка, % | 100=-0,29 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения данной работы я произвел поверочный расчет парогенератора Е-25-24-380ГМ, топливом для которого является малосернистый мазут. Я определил температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах нагрева, КПД парогенератора, расход топлива. Расчетная невязка теплового баланса равна -0.29% , что меньше допустимого, значит расчет произведен правильно.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
- В.И. Частухин Тепловой расчет промышленных парогенераторов. – Киев: Вища школа. Головное издательство, 1980.-184 с
- Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. М.: Энергия, 1975
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter