кузьменко энергетическая характеристика котла. Расчет и построение энергетических характеристик котла

Название	Расчет и построение энергетических характеристик котла
Дата	02.05.2023
Размер	389.94 Kb.
Формат файла
Имя файла	кузьменко энергетическая характеристика котла.docx
Тип	Реферат #1104463

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт энергетики

Кафедра теплоэнергетики

Расчетно-графическая работа по дисциплине

«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

на тему: «Расчет и построение энергетических характеристик котла»
Выполнил студент группы ЭСТб-20-1 _________ Д.В. Кузьменко

Проверил доцент кафедры теплоэнергетики _________ В. М. Картавская

Иркутск 2023 г.

Содержание

Введение 3

1 Краткое описание котла БКЗ-210-140 4

2 Расчет и построение энергетической характеристики котла 7

Заключение 18

Список использованных источников 19

Введение

Энергетические характеристики агрегата (ЭХ) представляют собой комплекс зависимостей номинальных и исходно-номинальных значений параметров и показателей его работы в абсолютном, удельном и относительном исчислении от нагрузки или других нормообразующих показателей при фиксированных значениях внешних факторов (структура и качество сжигаемого топлива, температура воды в источнике теплоснабжения, температура наружного воздуха и др.) [1]. Эти характеристики отражают реально достижимую экономичность работы освоенного оборудования при указанных номинальных значениях ряда параметров.

Энергетические характеристики оборудования представляются в виде графических и аналитических зависимостей основных и промежуточных показателей его работы.

Основными энергетическими характеристиками котла в зависимости от нагрузки являются: коэффициент полезного действия (КПД) котла, расход топлива и количества теплоты подведенной в котел.

Цель данной расчетно-графической работы – расчет и построение энергетических характеристик котла БКЗ-210-140.

1 Краткое описание котла БКЗ-210-140

Котельный агрегат БКЗ-210-140 Барнаульского котельного завода, представленный на рисунке 1, предназначен для работы при следующих параметрах:

производительность пара – 210 т/ч;
рабочее давление за главной паровой задвижкой – 140 атм;
температура перегретого пара – 565 ^oC;
температура питательной воды – 230 ^oC;
давление в барабане котлоагрегата – ;
водяной объём котла – 62 м³;
паровой объём котла – 32 м³.

Топочная камера размещена в первом (восходящем) газоходе. В верхнем (поворотном) газоходе расположен пароперегреватель, во втором (нисходящем) газоходе расположен водяной экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельный агрегат оборудован системой пылеприготовления с молотковыми мельницами.

Коэффициент полезного действия котла (брутто) η^бр_ка=90%.

Топочная камера открытого типа призматической формы, полностью экранирована трубами 60 x 5,5 мм (сталь 20) с шагом 64 мм. Боковые стенки поворотного газохода экранируют испарительные поверхности (укороченные панели). Фронтовой и задний экраны в нижней части образуют скаты холодной воронки.

В верхней части топки трубы заднего экрана образуют аэродинамический козырек «Порог», который предназначен для улучшения аэродинамики газового потока на выходе из топки и для частичного затемнения ширм пароперегревателя. Каждая четвертая труба заднего экрана имеет вертикальный обвод, где установлена дроссельная шайба диаметром 10 мм для выравнивания расходов пароводяной смеси между прямыми и гнутыми участками экранных труб, с целью уменьшения гидравлической и тепловой разверки.

Пароотводящие трубы заднего экрана проходят внутри газохода и служат подвесками заднего экрана. Остальные топочные блоки и все испарительные поверхности подвешены за верхние коллекторы к топочной раме. Верх топки и поворотного газохода экранированы трубами потолочного пароперегревателя.

При нагревании все экраны топочной камеры и все испарительные блоки свободно расширяются вниз и к фронту котла, а испарительные панели вниз и от заднего экрана к конвективной шахте. Жесткость по периметру обеспечивается поясами жесткости через 3300 мм по высоте.

Для достижения большей плотности топочная камера с испарительными поверхностями снаружи по трубам обшита металлическим листом толщиной 3 мм. Сверху листа наложена тепловая изоляция, состоящая из 2-х слоев совелитовых плит, укрепленная сверху сеткой. Снаружи по сетке нанесена газонепроницаемая обмазка, покрытая двумя слоями стеклоткани, пропитанной эпоксидной шпаклевкой.

Для снижения тепловых потерь в окружающую среду от коллекторов пароперегревателя и с целью обеспечения доступа к ним при ремонте над пароперегревателем выполнена тепловая камера.

Водоопускная система выполнена в виде стояков Ø219×18 мм (сталь 20), отнесенных с целью обеспечения доступа при ремонте в сторону от топочной камеры и каркаса котла.

Для питания задних экранов топки стояки в трех местах пересекают нижнюю часть холодной воронки, образуя специальные экранизированные рассекатели шлаковых бункеров. Кроме того, эти стояки используются для связи между собой скатов холодной воронки.

Для растопки котла установлено 8 мазутных форсунок парового распыливания, встроенных в основные горелки. Производительность каждой форсунки составляет 1175 кг/ч при давлении пара 1,4 МПа (4 кгс/см²) и мазута 0,4-0,5МПа (4-5 кгс/см²). Топка в горизонтальном сечении по осям труб противоположных экранов имеет размеры 7744×15104 мм.Объем топочной камеры составляет 1042,75 м³.Поверхность нагрева экранов -1313 м². Барабан и сепарационные устройства. Котлоагрегат имеет один сварной барабан (рисунок 2), предназначенный для разделения пароводяной смеси и барботажной промывки насыщенного пара питательной водой, с внутренним диаметром

1800 мм, выполненный из стали 16 ГНМА. Длина барабана 15524 мм. Толщина стенки барабана 92 мм.

Средний (нулевой) уровень воды в барабане находится на 200 мм ниже геометрической оси барабана. Отклонение уровня в период работы котла не должно превышать ±50 мм от среднего уровня.

Для предупреждения перепитки котла в барабане установлена труба аварийного слива диаметром 133×10 мм. Для обеспечения равномерного прогрева барабана при растопках предусмотрен паровой разогрев барабана от работающих котлов с давлением 4,0-15,0 МПа (40-150 кгс/см²).

Сепарационные устройства 1-ой ступени испарения расположены в барабане и представляют собой сочетание внутри барабанных циклонов (52 шт.) и дырчатых листов. Пароводяная смесь из экранов 1-ой ступени испарения поступает во внутрибарабанные циклоны, где происходит разделение влажного насыщенного пара и воды. Котловая вода через гидрозатвор сливается в водяной объем барабана, а пар направляется к промывочным листам, где осуществляется барботажная его промывка питательной водой. После промывки происходит сепарация пара в паровом объеме барабана и дырчатом потолке.

В нижней части барабана над водоопускными трубами расположен антикавитационный дырчатый лист, препятствующий образованию воронок в водоопускных трубах и попадания пара в них.

Рисунок 1 – Котел БКЗ-160-100

2 Расчет и построение энергетической характеристики котла
В таблице 1 представлены параметры работы котла БКЗ-210-140 и характеристики сжигаемого в нем топлива для расчета и построения энергетической характеристики [3].
Таблица 1 – Параметры работы котла и характеристики сжигаемого топлива

№ пп	Наименование	Обозначение	Единица измерения	Величина
1	Паропроизводительность котла по перегретому пару		т/ч	210
1	Паропроизводительность котла по перегретому пару		кг/c	58,3
2	Расчетное давление в барабане котла		МПа	16,1
3	Давление перегретого пара на выходе из котла		МПа	14
4	Температура перегретого пара			550
5	Температура питательной воды			230
6	Температура уходящих газов			146
7	Температура холодного воздуха			30
8	Температура холодного воздуха после калорифера			50
Топливо: мугунский бурый уголь
9	Содержание золы		%	16,5
10	Содержание влаги		%	25
11	Содержание серы		%	0,5
12	Содержание азота		%	0,9
13	Содержание кислорода		%	11,3
14	Содержание водорода		%	3,1
15	Содержание углерода		%	42,7
16	Низшая рабочая теплота сгорания			3820
16	Низшая рабочая теплота сгорания			15,99

В таблице 2 приведены значения энтальпий продуктов сгорания азейского угля по газоходам котла.

В таблице 3 представлен расчет теплового баланса котла БКЗ-210-140 при номинальной нагрузке [3], и в таблице 4 рассчитаны показатели работы котла в зависимости от нагрузки по [3].

Таблица 2 – Энтальпии продуктов сгорания по газоходам котла

ϑ ºС	I_г,	I_в,	I_зл	I = I_г⁰+ (α-1) I_в⁰ + I_зл,
				Топка, ширмы α''=1,2	Пароперегреватель		ВЭ II α''=1,28	ВП II α''=1,31	ВЭ I α''=1,33	ВП I α''=1,36
				Топка, ширмы α''=1,2	КПП III, IV α''=1,23	КПП I α''=1,26	ВЭ II α''=1,28	ВП II α''=1,31	ВЭ I α''=1,33	ВП I α''=1,36
100	685	565	13						884	901
200	1388	1137	27					1767	1790	1824
300	2123	1717	41				2646	2698	2733	2784
400	2857	2309	56				3559	3628	3675	3744
500	3633	2918	72			4464	4523	4611
600	4409	3536	88			5416	5487
700	5222	4170	104		6285	6410	6494
800	6035	4809	120		7261	7405
900	6882	5465	137	8112	8276	8440
1000	7729	6126	154	9108	9292	9475
1100	8596	6795	172	10127	10331	10535
1200	9463	7472	189	11146
1300	10339	8154	213	12183
1400	11214	8844	248	13230
1500	12117	9538	276	14300
1600	13020	10237	294	15360
1700	13939	10935	324	16450
1800	14857	11638	343	17527
1900	15783	12350	374	18626
2000	16709	13061	394	19714

Таблица 3 – Тепловой баланс котла при номинальной нагрузке

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет
1	2	3	4	5	6
1	Располагаемая теплота топлива				15990+38+169,5=16197,5
2	Физическая теплота топлива
3	Теплоемкость рабочего топлива
4	Теплоемкость сухой массы топлива			Принимаем [3]
5	Температура рабочего топлива			Принимаем [3]
6	Внешний подогрев воздуха				1,17(282,5-169,5) = 132,21
7	Температура воздуха на входе в ВП(после калорифера)			Таблица 1	50
8	Энтальпия воздуха на входе ВЗП			Таблица 2	282,5
9	Температура холодного воздуха			Таблица 1	30
10	Энтальпия холодного воздуха			Таблица 2	169,5
11	Температура уходящих газов			Таблица 1	146

Продолжение таблицы 3

1	2	3	4	5	6
12	Энтальпия уходящих газов			Таблица 2	1325
13	Относительное количество воздуха на входе в котельный агрегат к теоретически необходимому		—		(1,2-0,05-0,04) + 0,06 = 1,17
14	Потери теплоты от химического недожога		%	Расчетные характеристики топки
15	Потери теплоты от механического недожога		%	Расчетные характеристики топки	0,5
16	Потери теплоты в окружающую среду		%	Рисунок 5.1 [3]	0,4
17	Доля золы в шлаке		—		1-0,95=0,05
18	Температура сухого шлака			Принята	600
19	Энтальпия шлака				560
20	Потери теплоты с физической теплотой шлаков		%
21	Потери теплоты с уходящими газами		%		6,72

Окончание таблицы 3

1	2	3	4	5	6
22	Сумма тепловых потерь		%		6,72 + 0 + 0,5 + 0,6 + 0,0285 = = 7,8485
23	КПД котельного агрегата (брутто)		%		100 − ⁽6,72 + 0 + 0,5 + 0,4 + 0,0285⁾= 92,3515
24	Коэффициент сохранения теплоты	φ	—
25	Давление перегретого пара за котлом		МПа	Таблица 1
26	Температура перегретого пара			Таблица 1
27	Энтальпия перегретого пара			Таблица XXV [3]	3456
28	Температура питательной воды			Таблица 1	215
29	Энтальпия питательной воды			Таблица XXIV [3]	996
30	Теплота, полезно используемая в котле
31	Полный расход топлива				9,67
32	Расчетный расход топлива

Таблица 4 – Показатели работы котла БКЗ-210-140 в зависимости от нагрузки

№ пп	Показатели	Формула или обоснование	Размер-ность
1	2	3	4	5	6	7
1	Фактическая паропроизво-дительность котлоагрегата		т/ч	210	157,5	105
2	Фактическое количество теплоты, по-лезно исполь-зованное в котле	= где = 3500,4 кДж/кг и = 923,35 кДж/кг – энтальпии перегретого пара и питательной воды	МВт	143,5	107,625	71,75
3	Коэффициент избытка воздуха на выходе из котла	при : = при : + где = = – при : + где =	–	1,36	1,385	1,43
4	Температура уходящих газов	при : = при : при :		146	132,65	115,9

Продолжение таблицы 4

1	2	3	4	5	6	7
5	Потери теплоты от химического недожога		%	0	0	0
6	Потери теплоты от механи-ческого недожога	при и : при :	%	0,5	0,5	0,75
7	Потери теплоты с уходящими газами	при : при : + Δ Δ = ( = – = при : + Δ Δ = ( = – =	%	6,72		8,794
8	Потери теплоты в окружающую среду	при : при : при :	%	0,4	0,533	0,8
9	Потери теплоты с физической теплотой шлака	при ,, :	%	0,025	0,025	0,025

Окончание таблицы 4

1	2	3	4	5	6	7
10	КПД котла по обратному балансу	при : при : при : =	%	92,3515	91,061	89,2275
11	Расход топлива	при : B = = при : B = = при : B =	кг/с	9,67	7,296
12	Подведенная теплота в котле	при : = В при : = В при : = В	МВт	159,630	118,178	80,34

В ходе построения энергетических характеристик полагаем, что КПД котла по прямому и обратному балансам равны

. Для построения энергетической характеристики котла используем представленные на рисунке 2 исходные и рассчитанные характеристики режимов работы котла БКЗ-210-140 при нагрузках

;

из таблицы 4.

а)

б)

а) – КПД котла брутто; б) – тепловая характеристика.

Рисунок 2 – Энергетические характеристики котла БКЗ-160-100

Заключение

В настоящей расчетно-графической работе представлено краткое описание котла БКЗ-160-100, произведен расчет и построение графиков его энергетических характеристик с учетом сжигания в котле угля Мугунского месторождения.

На графике 2,а представлена зависимость КПД котла брутто от его нагрузки, при анализе которого можно сделать вывод, что с понижением нагрузки с

до

, увеличиваются потери теплоты с уходящими газами, с механическим недожогом и в окружающую среду,

соответственно, и снижается КПД котла

.

Из графика 2,б, на котором показана зависимость подведенной к котлу теплоты

от его нагрузки, видно, что при уменьшении нагрузки котла, подвод теплоты тоже снижается.

Список использованных источников

Картавская В.М., Коваль Т.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Энергетические характеристики теплоэнергетического оборудования: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. – 196 с.
Коваль Т.В., Кудряшов А.Н., Елизаров В.В. Котельные установки: учебное пособие. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2021. – 316с.
Тепловой расчет котлов (нормативный метод). – СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. – 256 с.