Министерство науки и образования РФ

Федеральное агентство по образованию

ФГОУ СПО Уральский политехнический колледж.

Тема: Поверочный расчет котельного агрегата ПК–19

Курсовой проект

Дисциплина: Котельные установки

КП 140102 01.02.07.

Выполнил студент:

Будаев Захар Юрьевич.

Руководитель:

Барыхина Наталья

Васильевна.

Верхний Тагил

Содержание

Введение

1. Топливо

2. Объёмы и теплосодержание воздуха и продуктов сгорания топлива

2.1 Избыток воздуха и присосы по газоходам

2.2 Объёмы газов при полном сгорании и α>1

2.3 Энтальпия дымовых газов

3. Расход топлива

3.1 Тепловой баланс котла

3.2 Определение тепловых потерь котла

3.3 Полное количество теплоты, полезно отданное в котел

3.4 Расход топлива, подаваемого в топку

4. Топочная камера

4.1 Расчет конструктивных размеров топки

4.2 Полезное тепловыделение в топке и теоретическая температура горения

4.3 Температура газов на выходе из топки

5. Конвективные поверхности нагрева

5.1 Расчёт фестона

5.2 Расчёт пароперегревателя

5.3 Расчёт второй ступени пароперегревателя

5.4 Расчёт первой ступени пароперегревателя

6. Хвостовые поверхности нагрева

6.1 Распределение тепла при компоновке в «рассечку»

6.2 Расчёт воздухоподогревателя

6.3 Расчёт водяного экономайзера.

Заключение

Используемая литература

Министерство энергетики России

Екатеринбургский энергетический техникум

3АДАНИЕ

на курсовой проект по котельным установкам

Студента Будаев Захар Юрьевич группы ВТЗ Т -402

Специальности Теплотехник

Тема проекта: «ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОТЛОАГРЕГЕТА» ПК-19

I. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Номинальная часовая производительность ПК – 19 118 т/час

2. Параметры пара за парозапорной задвижкой: давление 9,8 МПа, температура 510^оС

3. Продувка к.а. в % Л

4. Вид топлива Каменный уголь 69 марки (ГР)

5.Содержание в топливе балласта: —

Золы А^р 29,6%

Влаги W^Р 7.5%

6.Метод сжигания топлива Камерный

7.Температура окружающей среды 30°С

8. Температура уходящих газов 142 °С

9. Температура питательной воды 145 °С

10.Температура горячего воздуха 375 °С

П. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1. Вспомогательные расчеты по топливу, воздуху и продуктам сгорания:

а) выбор коэффициентов избытка воздуха в основных точках газового тракта;

б) расчет в объемах трехатомных, двухатомных газов, водяных паров и полного объема продуктов сгорания;

в) расчет теплоснабжения продуктов сгорания топлива с учетом потерь от механического недожога.

Построение диаграммы Ы в масштабе с последующим нанесением расчетных точек

2. Составление теплового баланса котлоагрегата. Выявление потерь от механического и химического недожога с уходящими газами и вследствие теплообмена с окружающей средой. Определение КПД брутто котлоагрегата и часового расхода натурального топлива.

3. Расчет топки:

а) расчет размеров топки;

б) расчет теплопередачи в топке с выявлением температуры газов на выходе из топки.

4. Расчет конвективной поверхности нагрева. Расчет живых сечений газоходов и фактических скоростей газов. Расчет коэффициента теплопередачи. Определение температуры дымовых газов. Расчет коэффициента теплопередачи. Определение температуры дымовых газов на выходе из соответствующего пучка кипятильных труб.

1. Расчет пароперегревателя. Определение температуры газов за пароперегревателями. Расчет скоростей газов и пара. Определение коэффициента теплопередачи. Проверка поверхности нагрева пароперегревателя.

2. Расчет воздухоподогревателя. Тепловой баланс газохода. Расчет температуры газов перед воздухоподогревателем и скоростей газов и воздуха. Определение коэффициента теплопередачи и проверка поверхности нагрева.

3. Расчет водяного экономайзера. Тепловой баланс газохода. Расчет температуры воды за экономайзером. Нахождение скоростей газов и воды. Определение коэффициентов теплопередачи. Проверка поверхности нагрева.

4. Составление теплового баланса по пароводяному и по газовому тракту.

5. Общий анализ полученных в расчете показателей.

III. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Продольный разрез котлоагрегата в масштабе 1:50 со всеми хвостовыми поверхностями нагрева

2. Поперечный разрез котлоагрегата по топке и хвостовым поверхностям нагрева в масштабе _1;:50. Левая и правая половины составлены из разрезов по различным плоскостям.

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. На чертежах ,должны быть показаны основные части котла, экрана, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, топочная камера, колосниковая решетка или амбразуры и отверствия для горелок, обмуровка, изоляция, каркас, фундамент под основные несущие колонны, арматура, гарнитура, сепарационные устройства и трубопроводы, соединяющиеся узлы котлоагрегата (в пределах котла), а также, основные конструктивные размеры, используемые и полученные учащимися в расчете.

2. Отдельные элементы (например: топка, экраны, пароперегреватель и хвостовые поверхности нагрева) должны быть реконструированы только в том случае, если они не удовлетворяют своему назначению (необходимость реконструкции должна быть обоснована).

3. Объем текстовой части 30-40 страниц нормального формата. В пояснительной записке должно быть краткое описание заданного парогенератора и его конструктивные характеристики. Расчеты по топливу и газам приводят в виде таблиц. Тепловой расчет оформляется в виде таблицы, в которой должно указываться наименование расчетной величины ее размерность, расчетная формула (или указывается, где взята эта величина) и расчет. Все расчеты должны производиться в системе «СИ». Расчеты отдельных узлов должны сопровождаться эскизами с указанием всех конструктивных размеров, используемых в расчете. В конце расчета должна быть приведена сводная таблица результатов теплового расчета и на основании ее сделан подробный анализ результатов расчета.

К ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ПРИЛОЖЕНЫ ГРАФИКИ, ВЫПОЛНЕННЫЕ НА МИЛЛИМЕТРОВОЙ БУМАГЕ.

Дата выдачи курсового проекта 22. 10. 2008.

Срок сдачи__________ 2008-года. Задание составил преподаватель

Рассмотрено и утверждено на заседании технологической комиссии.

ПРЕДСЕДАТЕЛЬ ПРЕДМЕТНОЙ КОМИССИИ:

Введение

Котельный агрегат ПК – 19 имеет технические характеристики: давление перегретого пара 9,8 МПа, температура перегретого пара 510 ^°С. В зависимости от вида используемого твердого топлива изменяются поверхности нагрева конвективного пароперегревателя, второй ступени экономайзера и воздухоподогревателя.

Пароперегреватель котла состоит из поверхности нагрева, расположенной на потолке топки и конвективной опускной шахты, ширмового пакета, размещенного за фестоном, и конвективного пакета, устанавливаемого за ширмовым пакетом. Регулирование температуры пара осуществляется впрыском конденсата в трубопровод, соединяющий ширмовой и конвективные пакеты пароперегревателя.

Экономайзер и воздухоподогреватель двухступенчатые. Экономайзер выполнен из змеевиков горизонтальных труб малого диаметра. Конвективная шахта начиная со второй ступени воздухоподогревателя, разделена по глубине шахты на две половины для лучшей организации теплообмена в воздухоподогревателе и облегчения блочного изготовления. Топка имеет натрубную обмуровку. Котел скомпонован по П-образной схеме. Топка образует подъемную шахту, пароперегреватель расположен в горизонтальном газоводе, а конвективные поверхности нагрева в опускной шахте.

Котлоагрегат снабжен всей необходимой регулирующей и запорной арматурой. Для обслуживания котлоагрегата комплексно поставляются мосты и лестницы.

1.Топливо

Твердое топливо - каменный уголь марки Г Уральского месторождения

Химический состав заданного вида топлива.

Состав рабочей массы топлива , в %

W^р=7,5 - влажность

А^р= 29,6 – зольность

S^р_ор+к =0,4 – сера органическая и колчеданная

Ѕ^р_к=0.4 сера органическая и колчеданная

C^р=50,9 - углерод

H^р=3,6 -водород

N^р=0,6 - азот

О^р=7,4 - кислород

Q_н^р=4790 ккал/кг – низшая теплота сгорания топлива

W^п = 1,57%×10³ кг/ккал – влажность приведенная

А^п=6,18%×10³ кг/ккал - зольность приведенная

а_ун=0.95

2. Объемы и теплосодержание воздуха и продуктов сгорания топлива

2.1 Избыток воздуха и присосы по газоходам

Коэффициент избытка воздуха за газоходами определяется нарастающим итогом, путем суммирования избытка воздуха за предшествующим газоходом с присосом очередного по ходу газов и т. д.

α’’_пе=α’’_т+∆α_пе (2.1)

α’’_эк2 =α’’_пе +∆α_эк2 (2.2)

Средний избыток воздуха в газоходе определяется по формуле:

α= (α’+α’’0/2= (α' +∆α)/2 (2.3)

где α - избыток воздуха перед газоходом, равный избытку воздуха за предыдущим газоходом.

Таблица 2.1- Избыток воздуха и присосы по газоходам:

Наименование газохода	Избыток возд.за газоходом	Присос воздуха в газоходе	Средний избыток возд.в газоходе
Топка и Фестон Пароперегрев. Водян. эк-р 2 Воздухопод.2 Водян. эк-р 1 Воздухопод. 1	α”т=1,2 α”пе=1,23 α”эк2=1,25 α”взп2=1,28 α”эк1=1,3 α”взп1=1,33 «;„2 -1.» «1×1 = 1Д5 <×"„,„ г = 1,2В	∆αт=0,07 ∆αпе =0,03 ∆αэк2=0,02 ∆αвзп2 = 0,03 ∆αэк1=0,02 ∆αвзп1=0,03	αт=1.165 αпе=1.215 αэк2=1.24 αвзп2=1.265 αэк1=1.29 αвзп1=1.315

2.2 Объемы газов при полном сгорании и α>1

2.2.1 Твердое топливо

Объем водяных паров:

V_H2O=V^O_H2O+0.0161 (α-1) V^O нм³/кг (2.4)

Объем газов:

V_Г=V_RO2+V^O_N2+V_H2O+(α-1) V^O нм³/кг (2.5)

Вес дымовых газов G_Г определяем по формуле:

G_Г=1-А_р +1,306αV^o кг/кг (2.6)

100

Объемные доли трехатомных газов и водяных паров, численно равные парциальным давлениям газов при общем давлении кгс/см² ,определяем по формулам Трехатомные газы:

Водяные пары:

ح_н2о= V_H2O /V_Г (2.8)

Концентрация золы в дымовых газах определяем по формуле:

кг/кг (2.9)

где α_УН-доля золы топлива, уносимая газами. Определяем по таблице XVII.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.2

Таблица 2.2 - Объем и вес дымовых газов, объемные доли трехатомных газов и водяных паров, концентрация золы:

	Размерность		Vо=5,25 VоN2=4,14 VRO2=0.95 VоH2O=0.56
			Топка и фестон								Воздухоподогр 1 ст
1	2	3	4		5	6	7			8	9
Коэфф-нт избытка воздуха за газоходом , α’’	—		1,2		1,23	1,25	1,28			1,3	1,33
Коэфф-нт избытка воздуха средний для газохода, αср	—		1,165		1,215	1,24	1,265			1.29	1,315
VH2O=VoH2O+ 0.016(α-1)×Vо	нм3 ____ кг	за	0,576
		средн			0,578	0,58	0,582			0,584	0,586
VГ=VRO2+VON2+VH2O+(α-1)VO	нм3 кг	за	6,716
		средн			6,796	6,93	7.063			7.196	7.329
حRO2= VRO2

VГ

за

0,142

средн

0,165

0,137

0,134

0,132

0,129

حн2о= VH2O

VГ

за

0,083

средн

0,097

0,08

0,079

0,077

0,076

1

2

3

4

5

6

7

8

9

µ=Ар×αун

_------

100×Gг

кг/кг

за

0,031

кг/кг

средн

0,031

0,03

0,029

0,029

0,028

ح п = ح RO2 + حH2O

за

0,225

средн

0,262

0,217

0,213

0,209

0,205

Gг=1-Ар+

100

1,306αVo

кг/кг

за

8,932

кг/кг

средн

9.034

9.206

9,377

9,548

9,720

Удельный вес дымовых газов

СРЕДНИЙ YГ=GГ VГ

КГ НМ3

1,329

1,329

1,328

1,327

1,326

1,326

2.3 Энтальпия дымовых газов

Теоретическое количество воздуха:

V^о=0,0889(С^р+0,375S^р_ор+к)+0,265Н^р- 0,0333О^р (2.10)

V^o=0.0889 (50.9+.3750.4)+0.2653.6-0.03337.4

V^o=5.25м³/кг

Теоретический объем азота:

V^o_N2=0.79V^o+0.8N^р/100 (2.11)

V^о_N2=0.795.25+0.80.6/100

V^o_N2= 4.14м³/кг

Объем трехатомных газов:

V_RO2=1.866(C^р+0,375S^р_ор+к)/100 (2.12)

V_RO2=1.866(50.9+.3750.4)/100

V_RO2=0.95м³/кг

Объем водяных паров:

V^o_H2O=0.111H^р+,0124W^р+0,0161V^o (2.13)

V^o_H2O=0.1113.6+.01247.5+0.01615.25

V^o_H2O=0.56 м³/кг

Энтальпия дымовых газов на 1кг сжигаемого топлива подсчитывается по формуле:

H_г=H ^о_Г +(α -1) H^о_B+H_ЗЛ ,кДж/кг (2.14)

Где H^о_Г- энтальпия газов при α=1 и температуре газов ^о С ;

H^о_В - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре ^о С;

H^о_Г – вычесляем по формуле:

H^о_Г = V_RO2(C)_CO2+V^o_N2(C)_N2+V^o_H2O(C)_H2O ,кДж/кг (2.15)

Где С - энтальпия 1 нм³ газа, входящего в состав дымовых газов, при данной температуре оС, определяем по таблице XIII.

H^О_В- вычесляем по формуле:

H^о_В=V^o(C)_В ,кДж/кг (2.16)

Где (С)_В –энтальпия воздуха при температуре ^оС, определяем по таблице XIII.

H_ЗЛ -энтальпия золы, содержащейся в дымовых газах.

H_ЗЛ – вычесляем по формуле:

H_зл=(C)_злАр α_ун /100,кДж/кг (2.17)

Где (С)_ЗЛ – энтальпия 1 кг золы, определяем по таблице XIII.

а_УН – доля золы топлива, уносимой газами, определена выше.

Результаты подсчета теплосодержаний сводятся в таблицу 2.3

3. Расход топлива

3.1 Тепловой баланс котла

Устанавливаем равенство между поступившим в котел количеством теплоты Q^Р_Р и низшей теплотой сгорания топлива Q^Р_н.

Q^Р_Р = Q ^Р_Н -для каменных углей.

Q^Р_Н =4790кКал/кг×4,19

Q^Р_Н=20070,1 кДж/кг

3.2 Определение тепловых потерь котла

Потери тепла от механического недожога q₄ = 1.5 % (каменный уголь) определяем по таблице XVII. Потери тепла от химического недожога q₃ = 0 % определяем по таблице XVII. Потери тепла со шлаками q₆ =0 %. Потери тепла в окружающую среду через обшивку котла q₅=0.87% определяем по, [таблица 3.3с17]. Потеря тепла с уходящими газами q₂ определяется по формуле:

q₂= Q_2×100/Q^р_н×4.19 (3.1)

Н^О_ХВ - энтальпия холодного воздуха, находится по формуле:

Н^О_ХВ=30×V^О (3.2)

Н^О_ХВ=30×5.25

Н^О_ХВ=204,2 кДж/кг

V^О- теоретический, объём воздуха, найден ранее.

Н⁰_УХ - энтальпия уходящих газов, находим по таблице2.3 для заданной температуры _УХ=142^оС, путем интерполяции Н_Г.

Н⁰_УХ =1064.196 ×42+1038.37/100

Н⁰_УХ=1485,3 кДж/кг

α_УХ –по таблице 2.3

Q^Р_Р = Q ^Р_Н =20070.1кДж/кг

Q₂=(Н_ух – α_ух×Н_хв)×100-q₄ /100

Q₂= (1485.3 -1.33×204,2 )×100-1.5/100

Q₂= 1195,51 кДж/кг

q₂= Q_{2 ×}100 / Q^р_н×4.19= 4790×4,19 /1195,51 ×100 = 5,95 %.

Коэффициент полезного действия (брутто) котельного агрегата -η_КА находим по формуле:

η_КА =100 –(q₂+q3+q₄+q₅+q₆) (3.3)

η_КА =100 –(5,95+0+1.5+0,87+0)

η_КА =91,68 %.

3.3 Полное количество теплоты, полезно отданное в котле.

Q_КА –полезное количество теплоты, полезно отданное в котле, в кДж/ч.

Q_КА=Д× (h_ПП – h_ПВ) + Д_ПР×(h_КИП - h_ПВ ) (3.4)

Д – паропроизводительность котла в кг/ч (по заданию)

Таблица 2.3- Энтальпии продуктов сгорания по газоходам котла в кДж/кг.

	1	2	3	4	5	6	7	8
Выход из водяного Экономайзера 2 ст.	α˝экΙΙ =1.25	600 500 400	5044.74 4153.56 3273.85	4368 3601.5 2856	1092 900.375 714	157.646 129.015 101.327	6294.386 5182.95 4089.177	1111.436 1093.773
Выход из воздухо- Подогревателя 2ст	α˝взпΙΙ =1.28	500 400 300	4153.56 3273.85 2419.81	3601.5 2856 2121	1008.42 799.68 593.88	129.015 101.327 74.228	5290.995 4174.857 3087.918	1116.138 1086.939
Выход из водяного Экономайзера 1 ст.	α˝экΙ =1.3	400 300 200	3273.85 2419.81 1592.39	2856 2121 1401.75	856.8 636.3 420.525	101.327 74.228 47.6	4231.977 3130.338 2060.515	1101.639 1069.823
Выход из воздухо- Подогревателя 1ст	αух =1.33	300 200 100	2419.81 1592.39 785.21	2121 1401.75 698.25	699.93 462.577 230.422	74.228 47.6 22.739	3193.968 2102.567 1038.371	1091.401 1064.196

По данным таблицы 2.3 строится диаграмма. Н-

Д=118×10³ кг/ч

Д_ПР-количество продувочной воды, принимается в размере 2% от производительности:

Д_ПР=0,02Д (3.5)

Д_ПР=0,02×118×10³

h_ПВ- энтальпия питательной воды,

h_ПВ=(638.7-595.9)/10 ×8+595.7 4-последняя цифра заданной t

h_ПВ=629,94 кДж/кг.

h_ПП –энтальпия перегретого пара, определяем по таблице ll –lll [ 4,с ] в зависимости от начальных параметров пара, Р_пп=9,8МПа и t_ПП=510^оС ;

h_ПП =3403,14 кДж/кг

h_КИП - энтальпия воды при температуре насыщения и давлении в барабане Р_пп=9,8 МПа.

h_КИП= h’ =1425кДж/кг

Q_КА= 118×10³×(3403,14-629,94 )+ 0,02×118×10³ ×(1425-629,94-=)

Q_КА= 329113,94 ×10³ кДж/ч.

3.4 Расход топлива, подаваемого в топку

В-расход топлива, подаваемого в топку в кг/ч.

В = Q_КА × 100/ Q^Р_Р× η_КА (3.7)

В = 329113,94×10³ ×100/4790×4.19×91.68

В=17.8 т/ч

В_Р- расчетный расход твердого топлива, определяем по формуле:

В_Р= В ×( 1 –q4 )/100 (3.8)

В_Р=17.8×(1 – 1.5 )/100

В_Р=17.53 т /ч.

В дальнейшем весь тепловой расчет котла производим на расчетный расход топлива В_Р.

4. Топочная камера

4.1. Расчет конструктивных размеров топки

Рисунок 4.1.1 - Эскиз топки.

Масштаб 1:50.

Для нахождения площади боковой стенки, разбиваем ее на участки, соответствующие простым геометрическим фигурам.

S=3.6 × V_т / F_ст метры

где V_т – объём топки

F_ст- поверхность стен топочной камеры

V_т= в× F _бок в- ширина топки

в=7170×60×2=7.29

h_т- высота топочной камеры

h_т =323_мм×50=16.15м

F_бок – поверхность боковой стенки

F_бок =F_тр+F_тп1+ F_{тп 2}+ F_прям+ F_тр3

a- глубина топки a =6690+2×60=6.810м

F_прям=h_прям× a h_прям –высота прямоугольника

h_прям =205×50=10.250м

F_прям =10.250×6.81=69.8м²

F_тр =h_тр×L_тр/2

h_тр –высота треугольника

L_тр –основание треугольника

h_тр =45×50=2.25м

L_тр =100×50=5м

F_тр ==5.625м²

F_тп1 =

h_тп1=45×50=2.25м

L_тп2=116×50=5.8м

F_тп1 = =12.15м²

F_{тп 2} =

h_тп2=27×50=1.35м

F_{тп 2} ==8.51м²

F_тп3 =

L_тп3=21×50=1.05м

h_тп3=80×50=4м

F_{тп 3} ==15.72м²

F_бок =5.625+12.15+8.51+69.8+15.72=111.81м³

V_т =111.81×7.29=815.1м³

F_ст= F_фр+2 F_бок + F_зад

F_фр –поверхность фронтальной стенки

F_фр =L_фр×в L_фр – длинна фронтальной стенки

L_фр=95×50×10³+2.25+1.35+10.25+5=23.6м

F_фр =23.6×7.29=172.044м²

F_зад –площадь задней стенки топки

L_зад=1.75+10.25+15=17м²

F_зад =17.7.29=123.93м²

F_ст =172.04+2×111.81+123.93=519.6м²

S=3.6×=5.65м –эффективная толщина стенки

4.2 Полезное тепловыделение в топке и теоретическая температура горения

Полезное тепловыделение в топке Q_T, определяем по формуле:

Q_T= (Q^Р_Р× 100-q3-q4-q6 +Q_B)/100-q4 (4.8)

Q_B- количество теплоты вносимой в топку с воздухом, определяем по формуле:

Q_B=(αт-∆αт-∆αплу)×Н^О_ГВ+(∆αт+∆αплу)×Н^О_ХВ (4.9)

Где Н^О_ГВ- энтальпия горячего воздуха, поступающего в топку, определяем по таблице 2.3 методом интерполяции.

Н^О_ГВ= ×75+2121=2672,25 кДж/кг

Н^О_ГВ=2672.25 кДж/кг

∆αплу- коэффициент присоса в системе пылеприготовления, принимаем ∆αплу=0 [1,c-199]

при транспортировке угольной пыли под давлением, подаваемого в молотковую мельницу.

Q_B =(1.165-0.07-0)×2672,25+(0,07+0)×204,2;

Q_B =2940,4 кДж/кг;

Q_T =4790×4.19×;

Q_T =22916.1кДж/кг.

По полученному значению Q_T, которое принимается за энтальпию при условной теоретической температуре горения, определяем по таблице 2.3,условную теоретическую температуру горения _а , методом обратной интерполяции.

×Х+22805.68=22916.1

Х =

Х=8

а=2000+8

а=2008^ОС

4.2 Температура газов на выходе из топки

’’_Т- температура газов на выходе из топки, определяем

по номограмме 7, для этого находим вспомогательные величины:

Где М- параметр определяющийся в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки Х_т

М =0,59-0,5× Х_т (4.10)

Для топок с горизонтальным расположением осей горелок и c верхним отводом газов:

Х_Т =+∆Х

Где - относительная высота расположения осей горелок- h_Г , к

высоте h_т - от середины холодной воронки до середины выходного окна из топки по чертежу.

∆Х –поправка при установке рассекателей

∆Х =-0.15

h_г=83×50=4.15м

h_т =323мм×50=16.15м

Х_Т =+(-0.15)

Х_Т=0,106

М =0,59-0,5×0,106

М =0,54

ψ – угловой коэффициент тепловой эффективности экранов:

ψ= (4.12)

Где - среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов, определяем по номограмме 1(а)

Трубы d =76 х 6 - по конструктивным характеристикам по чертежу

е-расстояние от оси крайних труб до обмуровки по конструктивным характеристикам е =60 S-шаг(расстояние между осями труб)

S =90- по конструктивным характеристикам при этом =0,99 [1,c 240]

– коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения

=0,45;

=1.18

ψ = 0,99×0,45

ψ =0,45

α_Ф- эффективная степень черноты факела (топочной среды) рассчитываем по формуле:

α_Ф =1-е^-КРS (4.13)

Р –давление в топке

Р =1 кг/см²;

S – эффективная толщина излучающего слоя,

Для определения α_Ф служит номограмма 2, для пользования которой необходимо определить произведение КРS –(оптическая толщина),так как Р и S известны, определяем величину КРS :

КРS =( К_Г×ح_П+К_ЗЛ×µ_ЗЛ+К_КОКС×Х₁×Х₂ )× Р×S (4.14)

Кг – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяем по номограмме 3 ( 4.15)

РпS –вспомогательная величина

РпS =Р×ح_п×S (4.16)

РпS =1×0.225×5.56

РпS =1.25 кгс/см²

Кг =0.15

К_ЗЛ – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяем по номограмме 4 для температуры на выходе из топки;

К_ЗЛ =5[1,c 243]

К_КОКС =1[1,c 28]

Безразмерные величины Х₁ и Х₂, учитывающие влияние

концентрации коксовых частиц в факеле,зависят от рода топлива и способа его сжигания

Х₁ =0.5(бурые угли) и Х₂=0,1(для камерных топок)

Находим оптическую толщину КРS по формуле:

КРS =( К_Г×ح_П+К_ЗЛ×µ_ЗЛ+К_КОКС×Х₁×Х₂)×Р×S (4.17)

КРS =(0.15×0.225+5×0.031+1×0.5×0.1)×1×5.65

КРS =1.34

По номограмме 2 находим степень черноты факела α_Ф:

α_Ф =0,73[1,c 241]

По найденным данным определяем температуру на выходе из топки ˝_т , по номограмме 7, для чего необходимо найти q_F, которая находится по формуле:

q_F = Вр×Qт

Fст×4,19 (4.18)

q_F =

q_F =184,518×10³кКал/м²×ч

˝_т =970^оС

5.Конвективные поверхности нагрева

5.1 Расчет фестона

5.1.1 Конструктивный расчет

Рисунок 5.1 - Эскиз фестона.

Фактическая конструкция фестона берется по чертежу котла. Фестон рассчитывается как обычный шахматный пучок.

Эффективная толщина излучающего слоя S определяется по формуле:

S = (5.1)

где S₁- поперечный шаг трубы S₁ =270 мм по чертеж

S₂- продольный шаг трубы S₂ =300мм по чертежу

d - наружный диаметр труб d =76×6 мм.

S =

S =1,15м

Принимаем температуру дымовых газов за фестоном на 50 градусов ниже, чем на выходе из топки

_ф˝=_т˝-50=970-50=920;

Средняя температура дымовых газов в фестоне

Средне секундный объём газов

V_сек==

V_сек=148,15 м³/с;

ω_г= F_ср-среднее сечение для прохода газов

F_ср =В_ок×L_ок-Z_рд× L_ок ×d

где:

В –ширина выходного окна из топки

L_ок -длинна выходного окна

Z_рд-количество труб в одном ряду

В_ок =В=7.29м

L_ок=4.5м по конструктивным характеристикам

Z_рд=

Z- количество труб по задней стенке котла

Z =7.17/0.09=80 Z_рд =80/3=27 штук.

F_ср=7.29×4.5-27×7.29×0.076=23.57м²

ω_г==6.24;

Количество тепла переданного в фестоне по Ур.теплового баланса

Q^б_ф=φ(Н˝_т- Н˝_ф)

φ – коэффициент сохранения тепла

φ =1- = 1-= 0,991;

Н˝_т –энтальпия дымовых газов на выходе из топки

Н˝_ф - энтальпия дымовых газов за фестоном

Н˝_т = кДж/кг

Н˝_ф = кДж/кг

Q^б_ф = 0.99×(10355,2-9943,73)= 510,9кдж/кг;

Q^т_ф = кдж/кг

Q^т_ф –количество теплоты полезной отданной газами и воспринятой расчетной поверхностью нагрева фестона

∆t_ср-средний температурный напор в фестоне

∆t_ср =- t_кип (C°)

t_кип - температура кипения воды при давлении в барабане котла

t_кип = 313.9[2;c 30]

∆t_ср = 945-314=631C°;

Н_ф=Z×L_ср×π×d

L_ср –средняя длинна труб в фестоне

L_ср =4.5м-по конструктивным особенностям

Н_ф=80×4.5×3.14×0.076=85.91м²

К- коэффициент теплоотдачи, от газов, к обогреваемой среде

К =ψ×α₁

ψ =0.65 α₁ - коэффициент теплопередачи от газов к стенке

α₁ =ξ×( α_к+ α_л)

где- ξ коэффициент использования тепловосприятия

ξ =1 α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцей

α_к =α^к_н×C_z×C_s×C_ф

σ₁=S₁/d = 270/76 = 3/55

- относительные поперечный и

продольный шаги

σ₂=300/76=3.95=4 труб

C_z = 0.9 C_s = 0.91 C_ф = 0.95 – поправочный коэффициент учитывающий конструктивные особенности фестона

α^к_н =44 коэффициент теплоотдачи найденный по номограмме 13

α_к =44×0,89*0,91*0,96=34,21кКал/м²*ч*^оС;

α_л= α^к_н× а - для запылённого потока

Z=3 ряда.

α_л - коэффициент теплоотдачи излучением;

а –степень черноты:

РпS =Р×ح_п×S =1×0.225×1.15=0.25;

К_г=1м×кг×с/м² ;

К_зл=7.4 м×кг×с/м² (по номограмме) ;

KPS=(1×0.225+7.4×0.031)×1.15=0.52;

а=0.41;

t_з- емпература загрязнённой стенки:

t_з = t_кип+ ∆t;

t_з =314+80=394ºС;

∆t =80 ºС ;

α^н_л=130*0,41=53,3 кКал./ч * м* ºС ².

α₁=ξ×(34.24+ 53,3) =68,8 кКал/ ч * м².* ºС;

К=0.65×68,8=44,72 кКал/ ч * м².* ºС;;

Q^т_ф= ==572.55 кдж/кг; (5,6)

Так как расхождение между количеством тепла подсчитанного по уравнениям теплового баланса и теплопередачи более 5% произвожу перерасчёт и принимаю температуру дымовых газов за фестоном

˝_ф=920 ºС

Н˝_ф = кдж/кг;

Q^б_ф = 0.99×(9943,73-9708,6)=232,7кдж/кг

ºС

∆t_ср=930-314=616 ºС

Q^т_ф == =565,6 кдж/кг

×100 ×100=1.21%

Вывод так как расхождение между количеством теплоты равняется 1,21% расчет фестона закончен.

5.2 Расчет пароперегревателя

Рисунок 5.2.1 Эскиз пароперегревателя.

1. Барабан

2. Выходной коллектор

3. Промежуточны и коллектор 4.1 ступень пароперегревателя 5.2 ступень пароперегревателя

5.2.1 Определение расчётных характеристик пароперегревателя

Количество тепла, необходимое для перегрева пара, воспринимается пароперегревателем путем конвективного теплообмена с газовым потоком и за счет лучистого теплообмена с топочной камерой через фестон.

Q_ЛПЕ – теплота переданная пароперегревателю излучением из топки,

Q_КПЕ - теплота переданная пароперегревателю конвекцией газового потока,

Q_ЛПЕ = η_в× (5.15)

где η_В - коэффициент распределения топочного излучения, находится по номограмме11,

η_В=1,15

Q_Л- количество теплоты передаваемое лучевоспринимающими поверхностями в топке,

Q_Л=φ×(Q_T-H’’_T) (5.16)

φ=0,99;

Q_T=20070.1 кДж/кг ;

H’’_T=Н’_Ф =10002,52 кДж/кг;

Q_Л=0,99×(22916.1 -10002,52)

Q_Л=13013,6кДж/кг

Н_Л- луче- воспринимающая поверхность топки, определяем по формуле

Н_Л= Н^э_л+ Н_{ЛОК (5,17)}

Н^э_л =F_ст×Х

Н_ЛОК=в_ОК×L_ОК

Х- угловой коэффициент поверхностей расположенных в выходном окне топки

Х=1[1 c 22]

Н^э_л =519.6×1=519.6 м² ;

Н_ЛОК=7.29×4,5;

Н_ЛОК=32.8м^2;

Н_л= Н^э_л+ Н_ЛОК =552.4 м² ;

Н_ЛПЕ- луче- воспринимающая поверхность пароперегревателя, определяем по формуле:

Н_ЛПЕ=Н_ЛОК×(1-Х_ПУЧ) (5.17)

Х_пуч- угловой коэффициент фестона

Х_пуч- при шахматном расположении труб фестона

Х_пуч=0.77 [1c 240]

Н_ЛПЕ=32.8×(1-0,77)

Н_ЛПЕ=7.54м²

Q_ЛПЕ=1.15×

Q_ЛПЕ=177,62кДж/кг

Q_КПЕ = ×(h_ПП-h_НП+∆h_ПО) - Q_ЛПЕ (5.19)

Где h_ПП=3403,14 кДж/кг

h_НП=h’’=2718 кДж/кг –[2c 30]

∆h_ПО=62,9 кДж/кг

Q_КПЕ =×(3403.14-2718+62,9*4,19)-177,62 кДж/кг;

Q_КПЕ =5189,98 кДж/кг

Находим энтальпию газов за пароперегревателем Н’’_ПЕ, по формуле:

Н’’_ПЕ= Н’’_Ф- +∆α_ПЕ×Н^О_ХВ (5.20)

Н’’_ПЕ=9708,6-+0.03×208,95

Н’’_ПЕ=4459,932Дж/кг

По полученному значению Н’’_ПЕ нахожу по таблице 2.3 значение температуру дымовых газов за 1ступенью пароперегревателя

˝_1пе=400+х

×Х+4032,057=4459,932;

Х=;

Х=39,65;

˝_1пе =400+39,65=439,65ºС;

5.3 Расчет второй ступени пароперегревателя

Принимаем температуру газов на выходе из 2 ступени

^˝_2пе=677

Н˝_2стПЕ=×77+7339,485=8211,478 кДж/кг;

Н˝_2стПЕ= 8211,478 кДж/кг

Определяем количество теплоты, переданной 2 ступени пароперегревателя Q^Б_2стПЕ ,по формуле:

Q^Б_2стПЕ=φ×( Н˝_ф- Н˝_2стПЕ+ ×Н^О_ХВ) ; (5.21)

Q^Б_2стПЕ=0,99×(9943,73- 8211,478 +×208.95);

Q^Б_2стПЕ=1718,032 кДж/кг;

Определяем количество теплоты воспринятой 2 ступенью пароперегревателя Q^т_2стПЕ, по формуле:

Q^т_2стПЕ=;

Н_2стпе-поверхность нагрева второй ступени;

Н_2пе=n×z×L_ср × π × d ;

n - количество рядов второй ;

n =8;

d-диаметр труб ;

d =42Х5;

z-количество труб в ряду:

+1=+1=82;

S₁=90 S₂=135

L_ср =85×50=4.25м по конструктивным особенностям

Н_2пе= 8×82×4.25×3.14×0.042

Н_2пе= 367.68 м²

;∆t _ср= ψ× ∆t _прт

ψ - коэффициент перехода к действительной схеме

ψ =0.99 [1c271]

∆t_прт температурный напор при противоточной схеме

∆t_прт=

Энтальпия пара на входе во вторую ступень

h_2пп= h_пп –(Q_лпе+Q^б_2пе)×кДж/кг

h_2пп= 3403.14-(177,62+1718,032)×

h_2пп= 3121,53=3067 кДж/кг

t˝_1пе=t΄_2пе=372°С

=920-372=548°С;

∆t_м=˝_2пе- t_пп=713-510=203°С;

∆t_прт==279,18°С

∆t_{с р}=0.99×279,18=276,38;

К- коэффициент теплопередачи

К=ψ× ψ=0.65

α₁ - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке кДж/м²ч*°С;

α₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к пару

α₁ =ξ×( α_к+ α_л )

α_к- коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется пономограмме 12

_ср===1276,5;

t_{с р}= ==441

h_{с р}=4.75-средняя высота газохода

F_г= h_{с р} ×b-Z_р×L_{с р}×d_н

d_н =42 b =7.29 по конструктивным особенностям

b - ширина газохода

F_г =4.75×7.29-82×4.25×0.042=19.99=20

f_п= Z_р ×

f_п= 82×=0.066м²

V_г.сек= м³/с

V_г.сек= =187,82 м³/с

W_г= м/с W_г= =9,3 м/с

V_пп= м³/с

υ = 0.0343 м³/кг [2 c 58]

V_пп= =1.124

W_пп== =17,03м/с

коэффициент теплоотдачи

К- коэффициент теплопередачи

К=ψ× кДж/м²ч°С ψ=0.65

α₁ - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке кДж/м²ч

α₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к пару

α₁ =ξ×( α_к+ α_л ) ξ=1

α_к- коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется пономограмме 12

α_к =C_z×C_s×C_ф× α^к_н

α^к_н =88ккал С_ф=0.98

σ₁===2.1

σ₂===3.2

C_s =1 C_z =0.98

α_к =0.98×1×0.98×88=84.5

α_л= α^л_н×а

t_з-температура загрязнённой стенки

t_з= t_ср+(ε+)××(Q^б_2пе+Q_лпе) °С

Для коридорных пароперегревателей

ε =0.0012м²ч°С /кДж

α^н₂=2250 С_d=0.98

α₂= С_d × α^н₂ ккал/м²ч°С

α₂= 0.98×2250=2205;

Н_ΙΙпе-поверхность ΙΙ ступени пароперегревателя

Н_ΙΙпе=Z×n×L_ср×π×d

Н_ΙΙпе= 82×8×4.25×3.14×0.042=367.7м²

t_з= 441+(0.0012+)××(2723,314+177,62)

t_з= 590,7

α^л_н =168 ккал/м²ч°С по номограмме19[1c 261]

Ѕ=0.9×d_н×(×-1)

Ѕ=0.9×0.042×( ×-1)

Ѕ= 0.29м

Р=1

KPS=(К_г×ﺡ_п+К_зл×μ)×P×S

P_п S= P× ﺡ_п ×S

P_п S= 1×0,262×0/29

P_п S= 0,075

К_г =3;

номограмма 3;

К_з=10;

номограмма 4

KPS=( 3×0.262+10×0.031)×1×0.29

KPS=0.31

а=0.18;

α_л=188×0.18=33,84;

α₁=1×(84.5+33,84)=118,34;

К=0.65×=77,38;

Q^т_2ПЕ=кДж/кг

Q^т_2ПЕ=

Q^т_2ПЕ= 1879,58 кДж/кг

Нахожу отношение, которое должно быть100+ 2%;l

Так как расхождение между количеством теплоты больше 2% произвожу перерасчет и принимаю температуру дымовых газов на выходе из 2 ступени пароперегревателя _2ПЕ=730 ^оС

Перерасчёт

Н˝_2пе=×30+7339.485=7686,43;

Q_2ПЕ=0.99×(9708,6-7686,43+×208.95)=2005,5;

∆t_м= 730-510=220°С

∆t_прт==308,43°С

∆t_ср=0.99×308,43=305,34°С

Q^т_2ПЕ= =2036,5;

Нахожу отношение которое должно быть100+ 2%;l

=101,54% =1,54%

Так как расхождение между количеством теплоты меньше2%, расчёт второй ступени закончен.

5.3 Конструктивный расчет первой ступени пароперегревателя

Рисунок 5.3 Эскиз 1 ступени пароперегревателя.

d_н=38Х4

Ѕ₁=90

Ѕ₂=150

L_ср =2.6м

h_{с р}=3м

n=10

n_нит=2

Нахожу расчетную поверхность 1-ой ступени пароперегревателя.

Н_1пе=м²

Н_1пе= =566,48 м²

Находим поверхность нагрева одного ряда:

Н_р=π× d_н ×L_ср×Z_р

Н_р= 3.14×0.038×2.6×82

Н_р= 25.44

Определяем количество рядов:

n^р_ряд===22.30=23;

Определяем количество петель:

n_пет===5.75=6;

Определяем глубину пакета 1-й ступени пароперегревателя по ходу газов:

В_пак= n_пет × Ѕ₂ ×2 м

В_пак =6×0.15×2=1.8м

Н1пе=7686,43 кДж/кг;

Н1пе=Нпе= 4459,932 кДж/кг;

Q1пе= 0,99* (7686,43- 4459,932+0,03/2 *204,2 );

Q1пе=3197,26 кДж/кг;

Средняя температура газов:

₌ ;

tср.г=584*С;

Средняя температура пара:

;

tср.п=;

tср.п=442,5;

Число труб в ряду:

Zp=82 штуки;

Средняя высота газохода:

h= 3м ( по конструктивным особенностям);

Средняя длина труб:

L= 2,6м ( по конструктивным особенностям.) ;

Сечение для прохода газов:

F_Г = h_ср*В - Z_Р* L_ср*d_н

F_Г =3*7,29-82*2,6*0,03

F_Г=5,24 м²

Сечение для прохода пара:

(5.57)

где n_Р – количество рядов, определяем по формуле:

n_Р=Z_Р*n_НИТ (5.59)

n_Р=82*2

n_Р=164;

f_п=0,116 м²

Средний секундный расход газа:

(5.60)

Vг.сек.= 111,4 м³/с

Средняя скорость газа:

Wг=Vг.сек (5.61)

F_Г

Wг=111,4

20.7

Wг=5.38м/с

6. Хвостовые поверхности нагрева

Рисунок 6.1 Эскиз опускной шахты.

t²_взп= t_пв+40+0.7×( t_ух-120) где - t_пв температура питательной воды

t²_взп= 145+40+0.7×(142-120)

t²_взп= 200,4°С

(Н^о_в)²_взп1=1401.75 кДж/кг

Q^б_взп1=(α_т-Δα_т- Δα_плу+ Δα_взп2+ )×[ (Н^о_в)²_взп1-(Н^о_в)'] кДж/кг

где Δα_взп2 и Δα_взп1присос воздуха в 1 и 2ступени воздухоподогревателя

Q^б_взп1=(1.165-0.07-0+0.03+ )×(1401.75-208.95)

Q^б_взп1=1359.8 кДж/кг

Н'_взп1=Н_ух+- Δα_взп1 ×Н⁰_прс1

где - Н⁰_прс1энтальпия воздуха присасываемого в 1^юступень воздухоподогревателя при средней температуре воздуха в ней

t_прс1=

t_прс1==115,2°С

Н⁰_прс1=×15+698.25

Н⁰_прс1= 803.77

Н'_взп1=1495.97+-0.03×803.77

Н'_взп1= 2845.14

Н'_взп1= Н²_взп1

Тепловосприятие второй ступени ВЗП

Q^б_взп2=(α_т-Δα_т- Δα_плу+ )×[H^о_гв- (Н^о_в)'_взп2] кДж/кг

Q^б_взп2=( 1.165-0.07-0+)×(2672,25-1401.75)

Q^б_взп2=1410,525кДж/кг

Принимаем J²_2взп=410°С

Н'_взп2=×10+4089.177=4198.6

Н²_взп2= Н'_взп2 - + Δα_взп ×Н⁰_прс2

Н⁰_прс2 - энтальпия воздуха присасываемого во 2^юступень ВЗП при t_прс2

t_прс2 =

t_прс2 = =287,7

Н⁰_прс2 - интерполируем

Н⁰_прс2 =×85+1401.75=2013.1

Н²_взп2= 4198.6-+0.03×2013.1=2846.9

Н²_взп2= 2846.9

Q^б_вэ1=φ×( Н²_взп2- Н'_взп1+ Δα_вэ1× H^о_хв) кДж/кг

Q^б_вэ1= 0.99×(2846.9-2845.14+0.02×208.95)=-5.87

Q^б_вэ1= -5.87

Q^б_вэ2=φ×( Н²_пе- Н'_взп2+ Δα_вэ2× H^о _хв)

Q^б_вэ2= 0.99×(4455.932 - 4198.6 + 0.02×208.95)=297.63

Q^б_вэ2=297.63

ΔQ=Q^р_р× η_ка-(Q_л+Q^б_ф+Q^б_пп2+ Q^б_пп1+Q^б_вэ2+Q^б_вэ1)×()

Q^б_пп1 = φ×( Н²_2пе- Н²_1пе+× H^о _хв)

Q^б_пп1 = 0.99×(7455.1-4495.06+×208.95)=2933.5

ΔQ= 4790×4.19×0.916-(12493.47+883.4+1932.6+2933.5+297.63+5.87)×

х()

ΔQ= -115.9 кДж/кг

При переходе на заданный вид топлива необходимости в установке ЭК 1^йступени н

Заключение

В данном курсовом проекте был проведён поверочный расчет котельного агрегата ПК -19 при камерном сжигании каменного угля с низшей теплотой сгорания равной 18394.1кДж/кг и с температурой дымовых газов после котла равной 140^оС.

В ходе проектирования были найдены промежуточные температуры дымовых газов между поверхностями нагрева котла и определены их основные конструктивные характеристики.

Используемая литература

1.Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Котельные установки ТЭС»

2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. «Энергия»,1973.

З. М.И.Резников. Ю.М. Липов. Котельные установки электростанций. Москва «Энергоатомиздат.» 1987г.

4. А.А.Александров. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. Москва 1999 г.