Теоретическая часть. 1 Конструкция теплового агрегата
 Скачать 1.03 Mb.
|
  СОДЕРЖАНИЕ Введение. Теоретическая часть. 2.1 Конструкция теплового агрегата. 2.2 Характеристики. Практическая. 3.1 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания 3.2 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания 3.3 Расчет теплового баланса и расхода топлива. 3.4 Тепловой расчет парогенератора. Вывод. Список использованной литературы. Приложения.  1.ВВЕДЕНИЕ Первые паровые котлы в начале XIX в. вырабатывали пар давлением 0,5 --0,6 МПа и имели производительность сотни килограммов в час. В настоящее время для производства пара применяются котлы, вырабатывающие пар с давлением до 25 МПа (и даже до 31 МПа) и температурой до 560 °С и производительностью до 4000 т/ч. Интенсивное развитие котельной техники было вызвано ростом промышленного производства и концентрацией выработки электроэнергии в основном на паротурбинных электростанциях. Созданная за годы советской власти котлостроительная промышленность, имеющая котельные заводы, специализированные научно-исследовательские институты и другие организации, обеспечивает производство современных котлов, необходимых для страны и для экспорта их за рубеж. Современная котельная установка является сложным сооружением, состоящим из большого количества различного оборудования и строительных конструкций, связанных в единое целое общей технологической схемой производства пара. Технологическая схема котельной установки видоизменяется в зависимости от ее назначения, производительности, параметров пара, вида топлива, способа его сжигания и местных условий. В котельных установках, использующих жидкое и газообразное топлива, отсутствуют золоулавливающие устройства, оборудование для удаления шлака и золы, значительно упрощаются устройства для хранения (при газообразном топливе -- отпадают), транспорта и подготовки топлива к сжиганию. На промышленных предприятиях имеются котельные установки, дополняющие технологические агрегаты, в которых пар вырабатывается за счет теплоты отходящих газов или теплоты, передаваемой их охлаждаемым элементам. В последние годы нашли применение энерготехнологические установки, в которых котел является неотъемлемой частью технологического агрегата. Здание, в котором располагаются котлы, называют котельной. В зависимости от вида сжигаемого топлива и других условий некоторые из указанных элементов вспомогательного оборудования могут отсутствовать. Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей и отопления зданий в ряде случаев создают специальные производственные и отопительные котельные установки. В качестве источников теплоты для котельных установок используются природные и искусственные топлива (каменный уголь, жидкие и газообразные продукты нефтехимической переработки, природный и доменный газы и др.), отходящие газы промышленных печей и других устройств, солнечная энергия, энергия деления ядер тяжелых элементов (урана и плутония) и т.д. Котлы типа Е - вертикально-водотрубный, однобарабанный с естественной циркуляцией, однокорпусный, сомкнутой П-образной компоновки, в газоплотном исполнении закрытой компоновки, рассчитанный на высокие параметры пара, предназначен для работы под наддувом. Паропроизводительность: D=116,7 кг/с Давление пара на выходе:Рпп = 13,8 кг/см T перегретого пара:tп.п= 560 градуса Температура питательной воды:tп.в= 230 градусов Основное топливо у котла - это мазут. Цель курсового проекта - проведение поверочного теплового расчета котельного агрегата, обеспечивающего высокую надежность и экономичность эксплуатации котла при заданных условиях. Задачи Описать конструкцию теплового агрегата Определить основные технические характеристики Произвести поверочный расчёт Сделать чертёж котлового агрегата 2. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1 КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОГО АГРЕГАТА Котел Е-420-13,8-560 - предназначен для работы на природном газе и мазуте с теплофикационными турбинами на высокие параметры пара. Котел вертикально-водотрубный, однобарабанный с естественной циркуляцией, однокорпусный, сомкнутой П-образной компоновки, в газоплотном исполнении закрытой компоновки, рассчитанный на высокие параметры пара, предназначен для работы под наддувом Топочная камера призматической формы открытого типа, с размерами в плане по осям труб 5,93х13,18 м, имеет объем 1427 м2. Топочная камера и конвективная шахта экранированы мембранными панелями из гладких труб 0 60х6 мм (сталь 20 и 15ХМ) с вваркой полосы (сталь 20) и шагом труб 80 мм. Под топки образован фронтовым и задним экранами, имеет наклон 15° к горизонтали. Фронтовой экран вверху образует наклонный потолок топки; задний экран переходит в трехрядный фестон. Блоки топочной камеры и конвективного газохода подвешены на тягах к потолочному перекрытию каркаса котла и свободно расширяются вниз. Жесткость и прочность стен топочной камеры обеспечиваются поясами жесткости. Топка оборудована восемью комбинированными газомазутными горелками, расположенными в два яруса (по четыре в каждом ярусе). Барабан котла сварной конструкции, имеет внутренний диаметр 1600 мм с толщиной стенки 112 мм (сталь 16ГНМА). Вода из барабана к испарительным экранам подается по стоякам диаметром 219 мм с толщиной стенки 20 мм (сталь 20). Пароводяная смесь из экранов в барабан отводится по трубам 0 159х15 мм (сталь 20). Схема испарения двухступенчатая с промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан котла и представляет собой сочетание внутрибарабанных циклонов и промывочных устройств. Вторая ступень испарения включена в выносные сепарационные циклоны, имеющие наружный диаметр 426 мм. Экраны топочной камеры разделены на 15 самостоятельных контуров циркуляции. Пароперегреватель радиационно-конвективного типа: радиационная часть выполнена в виде ширмовых поверхностей нагрева из труб 0 32х5 мм (сталь 12Х1МФ) и расположена в верхней части топочной камеры. Конвективная часть пароперегревателя состоит из змеевиковых поверхностей, расположенных в опускном газоходе конвективной шахты, выполненных из труб диаметром 32х4 и 38х5 мм и 0 32х5 мм (сталь 12Х1МФ), (сталь 20, 12Х1МФ). Выходные ступени конвективного пароперегревателя третья и четвертая ступени выполнены из труб 0 32х4,5 мм (сталь 12Х18Н12Т). Радиационно-конвективной частью пароперегревателя являются ограждающие поверхности потолка, боковых и задней стен конвективного газохода, выполненные из труб диаметром 60 мм с толщиной стенки 6 мм (сталь 20). За пароперегревателем четвертой ступени в конвективном газоходе (по ходу газов) расположены блоки первой ступени пароперегревателя из труб 0 32х4 мм (сталь 20 и 12Х1МФ). Ниже первой ступени пароперегревателя расположены две секции водяного экономайзера кипящего типа, гладкотрубный, змеевиковый, выполненный из труб 0 32х4 мм (сталь 20). Коллекторы экономайзера размещены в газоходе. Для подогрева воздуха котел оборудован двумя вращающимися регенеративными воздухоподогревателями с диаметром ротора 5,4 м. Тракт пара пароперегревателя состоит из двух независимых потоков. Температура перегретого пара регулируется впрыском собственного конденсата и рециркуляцией дымовых газов в воздушный тракт горелок. ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА Вид топлива природный газ/ мазут Паропроизводительность, 420 т/ч Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на выходе, МПа (кгс/см2) 1.38 (13,8) Температура пара на выходе, °С насыщ. 560 Температура питательной воды, °С 230 Расчетный КПД, % 93,52 Габариты компоновки, LхВхH, мм 21,100x20,500x32,500  Общий вид котла Е-420-13,8-560 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Для выполнения поверочного теплового расчёта котлоагрегата необходимы следующие исходные данные: Номинальная паропроизводительность: Dп = 420 т/ч Давление пара на выходе: Tемпература перегретого пара: tпп = 560 градуса Температура питательной воды: tпв = 230 градусов температура холодного воздуха tхв = 30 0С Месторождение топлива – Мазут малосернистый 40 Поверочный тепловой расчёт конвективного пучка сводится к определению количества тепла, воспринимаемого пучком. Количество теплоты, воспринимаемое конвективным пучком, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает 5 %, то расчёт считается выполненным. При поверочном расчете чугунного водяного экономайзера температура газов на входе принимается из теплового расчета второго конвективного пучка энтальпия продуктов сгорани Тепловой баланс котельного агрегата. Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым располагаемым теплом, и суммой полезно использованного тепла и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива. 3.1 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания При тепловом расчёте паровых и водогрейных котлов определяются теоретические и действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания. Из приложения выписываются расчетные характеристики топлива и заносятся в табл. 3.1 Таблица 3.1- Характеристика топлива котла  1. Определить теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания:  =0,0889*(Ср+0,375Sop)+0,265*Hp-0,0333*O2 = 0,0889*(85+0,375*(0,5/2))+0,265*10,9*15-0,0333*0=10,4532. Определить теоретические объёмы продуктов сгорания. Объём двухатомных газов:  ; (3.2)  = 0,79*10,453+ 0/100 = 8,26 Объём трёхатомных газов:  1,866*CP+0,375*SPop (3.3)  = 1,866*(85+0,375*(0,5/2))/100=1,588Объём водяных паров:  = 0,111*HP+0,0124*WP+0,0161 (3.4) (3.4) = =0,111*10,9+0,0124*1,5+0,0161*10,453=1,397Объём сухих газов: (3.5)  ;  =1,588+8,26= 9,848По данным расчетных характеристик камерных топок и нормативных значений присосов воздуха в газоходах выбираем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки αТ и присосы воздуха по газоходам Δα и находим расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах α. Результаты сводим в таблицу 3.2 Таблица 3.2 – Присосы воздуха по газоходам Δα и расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах α//  По формулам 3.6 – 3.11 рассчитываем объемы газов по газоходам, объемные доли газов r и полученные результаты сводим в таблицу 3.3. Объём двухатомных газов  (3.6)Объём водяных паров  (3.7)Суммарный объём дымовых газов  (3.8)Объёмная доля трехатомных газов  (3.9)Объёмная доля водяных паров  (3.10)Суммарная объемная доля газов  (3.11) 3.2 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания В расчетах продуктов сгорания их энтальпию относят к единице массы или единице объема исходного топлива. Для того чтобы отличить эту величину от удельной энтальпии, отнесенной к единице массы или единицы объема самих продуктов сгорания, для удобства следует называть её просто энтальпией и выражать в джоулях на 1 кг твердого или жидкого топлива (Дж/кг) или на 1м3 газового топлива (Дж/м3). Энтальпию теоретического объема отдельных составляющих продуктов сгорания записывают в следующем виде: трёхатомных газов –  (3.12)двухатомных газов –  (3.13)водяных паров –  (3.14)где    – энтальпия теоретического объема трехатомных и двухатомных продуктов сгорания и водяных паров, МДж/кг или МДж/м3; , , – теоретический объем соответствующего продукта сгорания, м3/кг, м3/м3; – температура продуктов сгорания оС; с – объемная теплоемкость продуктов сгорания при данной температуре, МДж/(м3*К). Суммарная энтальпия теоретического объема продуктов сгорания составит: 𝐼г𝑜= 𝑉𝑅𝑂2 (𝑐𝜗)𝑅𝑂2+ 𝑉𝑁2𝑜 (𝑐𝜗)𝑁2+ 𝑉𝐻2𝑂𝑜 (𝑐𝜗)𝐻2𝑂 (3.15) Справочные данные берем из приложения П6. Полученные результаты сводятся в таблицу 3.4.  ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ГАЗА Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания (ɑ =1) зависит от их температуры. Энтальпия действительного объема продуктов сгорания (ɑ ˃1) зависит, кроме того, и от коэффициента избытка воздуха. Энтальпию продуктов сгорания топлива IГ при α>1 рассчитываем по формуле:  (3.16) Полученные результаты сводим в таблицу 3.5 РАСЧЁТ ТЕПЛОГО БАЛАНСА И РАСХОДА ТОПЛИВА Тепловой баланс парогенератора выражает количественное соотношение между поступившей в агрегат теплотой, называемой располагаемой теплотой топлива  , и суммой полезно использованной теплоты Q1 и тепловых потерь Q2, Q3, Q4, Q5 и Q6шл.Располагаемую теплоту к 1 м3 газообразного топлива (кДж/м3) по формуле  Количество теплоты, внесенное воздухом при подогреве его вне парогенератора, кДж/кг (кДж/м3), например, в паровом калорифере перед воздухоподогревателем, рассчитывается по формуле:  ], (3.17) где  – отношение количества воздуха на входе в воздухоподогреватель к теоретически необходимому; и  – энтальпии теоретически необходимого количества воздуха после его подогрева в паровом калорифере и холодного воздуха, кДж/кг (кДж/м3).Тепловой баланс составляем в расчете на 1 кг располагаемой теплоты топлива  , определяемой по формуле 3.22. Считая, что предварительный подогрев воздуха за счет внешнего источника теплоты отсутствует, имеем:  Потерю теплоты с уходящими газами находят по разности энтальпий дымовых газов, уходящих из парогенератора, и холодного воздуха: q2 = (Iух – αух*  )*(100 - q4) / (3.18)Iух – энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха αух и температуре ϑух, кДж/кг (кДж/м3). Значения Iух находят из таблицы №4. – энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха, кДж/кг (кДж/м3). Значения находят из таблицы №5.Расчеты заносим в таблицу 3.6   3.4 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ПАРОГЕНЕРАТОРА В результате теплового расчета парогенератора определяют температуру уходящих газов, а при наличии пароподогревателя – и температуру горячего воздуха. Если расчетная температура уходящих газов отличается от принятой в начале расчета не более чем на  10 оС, а температура горячего воздуха – не более чем 40 оС, то расчет теплообмена в парогенераторе считается законченным и найденные температуры будут окончательными.По расчетной температуре уходящих газов уточняют потерю теплоты с уходящими газами ϑух, КПД парогенератора ƞпг и расход топлива Вр. Далее по расчетному значению температуры горячего воздуха уточняют полезное тепловыделение в топке Qт  и тепловосприятие луче воспринимающих поверхностей топки  .  .После уточнения балансовых величин составляют сводную таблицу теплового расчета парогенератора, куда заносят те значения параметров газов и тепловосприятий конвективных поверхностей нагрева, которые вошли в уравнение  , где  – коэф. сохр. теплоты; и  - энтальпии газов на входе в поверхность нагрева и выходе из нее, – присос воздуха на рассчитываемом участке газохода, – энтальпия теоретически необходимого количество воздуха при температуре присасываемого воздуха (из таблицы), определяющее количество теплоты, отданное газами. Расчеты заносим в таблицу 3.7   По данным сводной таблицы находят расчетную невязку теплового баланса парогенератора кДж/кг; кДж/м3,  ,где ,  ,  ,  – количества теплоты, воспринимаемые поверхностями нагрева топки, фестона и испарительных пучков, а также перегревателя и экономайзера, кДж/кг; кДж/м3.Значение невязки при правильно выполненном расчете не должно превышать 0,5% от .Расчеты заносим в таблицу 3.8  4. ВЫВОД В результате теплового расчета котельного агрегата типа по E-420-13.8-560 имеющимся конструктивным характеристикам при заданной нагрузке и топливе были определены температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах между поверхностями нагрева, КПД агрегата, расход топлива, а также невязка теплового баланса составила 0,42%. Кроме того, проведение расчета позволило ознакомиться с особенностями расчета составных частей парогенератора и углубить знания о конструкции и компоновке котельного агрегата. 5.Список использованной литературы Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания при сжигании двух видов топлива [Электронный ресурс]: сайт-режим доступа: https://studbooks.net/1824014/matematika_himiya_fizika/raschet_obemov_vozduha_produktov_sgoraniya_szhiganii_dvuh_vidov_topliva Энтальпия воздуха и продуктов сгорания [Электронный ресурс]: сайт-режим доступа: http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Projects/Boiler/ENTALIPIYA_AIR.htm Что такое баланс котла [Электронный ресурс]: сайт-режим доступа: https://www.kakprosto.ru/kak-829595-chto-takoe-teplovoy-balans-kotla Расход топлива для котлов [Электронный ресурс]: сайт-режим доступа:http://sibheat.ru/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%85%D0%BE%D0%B4- %D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D0%BA%D0%BE%D1%82%D0%BB%D0%BE%D0%B2/Котел Е-420-13,8-560 [Электронный ресурс]: сайт-режим доступа:scbist.com/scb/uploaded/kotly/6-4-kotel-e420.htm приЛОЖЕНИЯ     |