Министерство Образования Российской Федерации

Ивановский Государственный Энергетический Университет

Кафедра ТЭС
Курсовой проект
тема: Паровые котлы

Иваново 2003

Введение
Парогенератор ГМ-50-1.

Топочная камера обьемом 144 м  полностью экранирована трубами 60´3мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы фронтового и заднего экранов образуют под топки. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров.

На боковых стенах топочной камеры размещены по три основные газомазутные горелки, с фронта – две дополнительные. В барабане находится чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Вторая ступень вынесена в выносные циклоны Ø 377 мм.

Пароперегреватель – конвективный, горизонтального типа, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Æ 32´3 мм и поперечным шагом 75 мм. Экономайзер – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, кипящего типа, двухблочный, с шахматным расположением труб Æ 28´3 мм. Продольный шаг – 50 мм, поперечный – 70 мм. Воздухоподогреватель - стальной, трубчатый, одноступенчатый, трехходовый, с шахматным расположением труб 40´1,5мм. Поперечный шаг труб - 60 мм, продольный – 42 мм. Технические и основные конструктивные характеристики парогенератора приведены в аннотации.


Аннотация
В данном курсовом проекте производится расчет парогенератора ГМ-50-1, исходя из следующих данных:

1. Тип котла ГМ-50-1_

2. Номинальная паропроизводительность Д_К = 50 т/ч

3. Рабочее давление в барабане котла Р_К = 45 кгс/см²

4. Рабочее давление на выходе из пароперегревателя Р_ПЕ = 40 кгс/см²

5. Температура перегретого пара t_ПЕ = 440 °С

6. Температура питательной воды t_ПВ = 140 °С

7. Температура уходящих газов t_УХ = 150 °С

8. Температура горячего воздуха t_ГВ = 220 °С

9. Вид и марка топлива мазут м/с (№ 96)

10. Тип топочного устройства: камерная.

В результате произведенного расчета в конструкцию парового котла внесены следующие изменения:

В пароперегревателе добавлены две петли.

Расчётная поверхность пароперегревателя – 296,26 м.

В экономайзере убрана одна петля во втором пакете.

Расчётная поверхность экономайзера – 412,65 м.

Высота газохода для размещения экономайзера – 2,425 м.

Расчётная поверхность ВЗП - 1862,88 м.

Число ходов по воздуху n = 3.

Высота хода по воздуху h = 2,161 м.


Последовательность пуска котла
1.                 Внешний осмотр (исправность горелок, вентиляторов, дымососов; топка, газоходы, арматура (запорная, регулирующая); КИП; автоматика, подвод напряжения ).

2.                 Открывают воздушники, линию рециркуляции ЭКО, линию продувки пароперегревателя, закрывают дренажи, клапан непрерывной продувки, главные паровые задвижки 1 и 2.

3.                 Котел заполняют деаэрированной водой с температурой 60-70 и контролируют разность температур

Время заполнения водой 1-1,5ч. Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы.

4.                 Включают дымосос и вентилируют топку и газоходы 10-15 мин.

5.                 Устанавливают разряжение
 
и включают мазутные растопочные форсунки
,
чтобы при отсутствии пара

6.                 При появлении пара из воздушников-2, их закрывают.

7.                 Растопочный пар, расхолаживая пароперегреватель, выводиться через линии продувки пароперегревателя.

8.                 Продувают воздухоуказательные колонки и экранную систему.

9.                 При открывают ГПЗ–1, закрывают линии продувки пароперегревателя, прогревают соединительный паропровод, выпуская пар через растопочный расширитель.

10.             Периодически подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.

11.             Увеличивают расход топлива до

При включают непрерывную продувку. При открывают растопочные РОУ, закрывают растопочный расширитель.

При  и увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают котел в магистраль.

Переходят на основное топливо и увеличивают нагрузку до номинальной. Включают автоматику.
Плановый останов котла
1.                 Предупреждают турбинное отделение о снижении нагрузки

2.                 Плавно снижают нагрузку до 40%.

3.                 Прекращают подачу топлива и гасят топку.

4.                 Вентилируют топку и газоходы 15 мин.

5.                 Продувают трубную систему через дренажи. Через 8-14 часов продувку повторяют.

6.                 Продувку пара осуществляют сначала через растопочное РОУ, потом через растопочный расширитель, а затем через линию продувки парогенератора.

7. Переодически подпитывая котел, следят за уровнем, чтобы T_{cт(верх)} - Т_ст(ниж) < 40 ^оС.

8. Скорость расхолаживания < 0,3 (^оС/мин)

9. При температуре воды t_в =50 ^оС и Р = 1 атм открывают дренажи и котел опорожняют, после чего выводят в ремонт.

Элементы парового котла	Газоходы	Величина присоса a
Топочная камера	Топки паровых котлов для жидкого топлива	0,05
Котельные пучки	Фестон	0
Пароперегреватели	Первичный пароперегреватель	0,03
Экономайзеры	Для котлов D£50т/ч	0,08
Воздухоподогреватели(трубчатые)	Для котлов D£50т/ч	0,06

Коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом, а также их средние значения:

№	Газоходы	Коэффициент избытка воздуха за газоходом a’’	Величина присоса Da	Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе a
1	Топка и фестон
2	Пароперегре-ватель	=1,13
3	Экономайзер	=1,21
4	Воздухоподо-греватели	+0,06=1,27

2. Топливо и продукты горения
Вид топлива: Мазут малосернистый
(
№96
)



Объёмы воздуха и продуктов горения при a=1,0 и 760 мм.рт.ст.:

Расчитываем приведённую влажность W^П и зольность А^П

Для контроля проверим баланс элементарного состава:
C^P+ H^P+ S^P+ N^P+ O^P+ A^P+ W^P=100%

84,65%+11,7%+0,3%+0,3%+0,05%+3,0%=100%
При a>1 объёмы продуктов горения, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, безразмерную концентрацию золы, массу газов, их плотность расчитывают по всем газоходам для средних и конечных значений a.
Объёмы и массы продуктов горения, доли трёхатомных газов и водяных паров

№	Величина	Единицы		АР=0,05%
				Газоходы
				Топка и фестон	Паропере-греватель	Экономай- зер	Воздухопо- догреватель
1	Коэф избытка воздуха за газоходом a’’	-		1,1	1,13	1,21	1,27
2	Средний коэф избытка воздуха в газоходе a	-		1,1	1,115	1,17	1,24
3		м3/кг	за	1,5271	-	-	1,5562
			ср	-	1,5297	1,5391	1,5510
4		м3/кг	за	12,5591	-	-	14,3936
			ср	-	12,7210	13,3145	14,0698
5		--	за	0,1258	-	-	0,1098
			ср	-	0,1242	0,1187	0,1123
6		--	за	0,1216	-	-	0,1081
			ср	-	0,1202	0,1156	0,1102
7		--	за	0,2474	-	-	0,2179
			ср	-	0,2445	0,2343	0,2225
8		кг/кг	За	16,2562	-	-	18,6140
			Ср	-	16,4642	17,2271	18,1980
9		кг/м3	За	1,2944	-	-	1,2932
			Ср	-	1,2943	1,2939	1,2934

Энтальпию золы учитывают только в том случае, если приведённая зольность уноса золы из топки удовлетворяет условию (долю золы уносимую газами принимаем
а_ун=0,95=95%):




Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам парового котла (ккал/кг)

газоход	Тем-ра газов
Топка и фестон (при aт’’)	2200	10218	8628	862,8	11080,80	-
	2100	9701	8203	820,3	10521,30	559,50
	2000	9187	7778	777,8	9964,80	556,50
	1900	8676	7353	735,3	9411,30	553,50
	1800	8168	6928	692,8	8860,80	550,50
	1700	7665	6514	651,4	8316,40	544,40
	1600	7163	6099	609,9	7772,90	543,50
	1500	6664	5684	568,4	7232,40	540,50
	1400	6170	5270	527	6697,00	535,40
	1300	5679	4856	485,6	6164,60	532,40
	1200	5193	4452	445,2	5638,20	526,40
	1100	4719	4048	404,8	5123,80	514,40
	1000	4248	3645	364,5	4612,50	511,30
	900	3779	3252	325,2	4104,20	508,30
Паропе-регреватель при aпе’’	700	2862	2486	323,18	3185,18	-
	600	2421	2106	273,78	2694,78	490,40
	500	1994	1736	225,68	2219,68	475,10
	400	1573	1375	178,75	1751,75	467,93
Эконо-майзер при aэк’’	500	1994	1736	364,56	2358,56	-
	400	1573	1375	288,75	1861,75	496,81
	300	1163	1022	214,62	1377,62	484,13
Воздухо-ль при aвп’’=aух	300	1163	1022	275,94	1438,94	-
	200	766	676	182,52	948,52	490,42
	100	379	336	90,72	469,72	478,80

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Ряды фестона			Для всего фестона
			1	2	3
Наружный диаметр труб	d	м	0,06
Количество труб в ряду	z1	--	23	23	24	-
Длина трубы в ряду	lI	м	2,3	2	1,275	-
Шаг труб: поперечный	S1	м	0,21	0,21	0,21	0,21
продольный	S2	м	-	0,35	0,775	0,5197
Угловой коэф фестона	xф	-	-	-	-	1
Расположение труб	-	-	шахматное
Расчётная пов-ть нагрева	H	м2	9,966	8,666	5,765	24,3977
Размеры газохода: высота	aI	м	2,25	2,05	1,275	-
ширина	b	м	5	5	5	-
Площадь живого сечения	F	м2	8,283	7,611	4,539	6,7646
Относительный шаг труб: поперечный	S1/d	-	3,5	3,5	3,5	3,5
продольный	S2/d	-	-	5,833	12,92	8,6616

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

где I_ух – энтальпия уходящих газов, которую находим по t_ух=150^oC Þ I_ух=709,135 ккал/кг;

 I^о_ух – энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при


t_прс=( t_гв + t^’_в)/2=(220+30)/2=125 ^oC Þ I_прс=421 ккал/кг;
Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²_эк=301,87⁰С;

Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

Определяем невязку теплового баланса парового котла:







8. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя
Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя



Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z₁. В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) F_ст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S₁/d и е/d причём е/d @ r/d =0,5 Þ х=0,75. Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:
Н = p×d×z₁× l + F_ст ×х.
Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу.

По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя:

Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:


F = a ·b – d·z₁· l_пр = 1,68·5,2 – 68·0,032·1,55 = 5,363 (м²);
Площадь живого сечения для прохода пара:

Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:

Наименование величин	Обознение	Размерность	Величина
Температура газов до пароперегревателя	uф²	0С	998,4
Температура газов за пароперегревателя	uпе²	0С	601,52
Температура в состояния насыщения	tн	0С	256,23
Температура перегретого пара	tпе	0С	440
Средний удельный объём пара	uср	м3/кг	0,062615
Конвективное восприятие	Qkпе	ккал/кг	1886,41
Объёмы газов на выходе из топки при aсрпе	Vг	м3/кг	12,721
Объёмная доля водяных паров	rH2O	-	0,1202
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	-	0,2445

Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины определены ранее.

Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Для определения a_к - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:



При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме: a_н=80 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты:
С_z=1; С_ф=0,98; С_s=1; Þ a_к = a_н×С_z×С_ф×С_s = =80×1×0,98×1 = 78,4 ккал/м²×ч×^оС;
Для нахождения a_л используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности
k×p×S = k_г×r_n×S×p, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2445;

р_n×S = r_n×S = 0,2445×0,119 = 0,0291.
Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:      
t_з = t_пе^ср + (80¸100) = 348,12 + 90 = 438,12 ^оС;
По номограмме находим
С_г = 0,95; a_н = 130 ккал/м²×ч×^оС; Þ a_л = a_н×а×С_г = 130×0,95×0,0926 = 11,437 ккал/м²×ч×^оС;
При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину a_л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма,
свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

При этой скорости пара
С_d = 1,02; a_н = 1300 ккал/м²×ч×^оС;Þ a_л = a_н×С_d = 1300×1,02 = 1326 ккал/м²×ч×^оС;

Определим расчётную поверхность:





9. Поверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева
9.1 Расчёт водного экономайзера
С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта экономайзера составляют таблицу исходных данных:

Наименование величин	Обознение	Размерность	Величина
Температура газов до экономайзера	uпе²	0С	601,52
Температура газов за экономайзером	uэк²	0С	301,865
Температура питательной воды	Tпв	0С	140
Давление пит. воды перед экономайзером	Р¢эк	кгс/см2	48,6
Энтальпия питательной воды	iпв	ккал/кг	141,3
Тепловосприятие по балансу	Qбэк	ккал/кг	1310,63
Объёмы газов при среднем избытке воздуха	Vг	м3/кг	13,3145
Объёмная доля водяных паров	rH2O	-	0,1156
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	-	0,2343

Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимают Р¢_эк = 1,08×Р_б.

Предварительно определяют тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером:

Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):

Где D_эк – пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях D_эк = D_пе =D;

i²_эк – энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; i¢_эк – энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.

По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указываем все конструктивные размеры.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу.
Конструктивные размеры и характеристики экономайзера



Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин.

Для определения a_к - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13: a_н=60 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты:
С_z=1; С_ф=1; С_s=1; Þ a_к = a_н×С_z×С_ф×С_s = 63×1×1×1 = 60 ккал/м²×ч×^оС;
Для нахождения a_л используем номограмму 19 и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности k×p×S = k_г×r_n×S×p, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2343.


р_n×S = r_n×S = 0,2343×0,118 = 0,02765;
По номограмме находим k_г = 3,4; Þ

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:      
t_з = 0,5×(t¢_эк + t²_эк ) + (40¸60) = 0,5×(154,56+242,96) + 50 = 248,76 ^оС;


По номограмме находим
С_г=0,97; a_н=100 ккал/м²×ч×^оС; Þ a_л = a_н×а×С_г =100×0,0897×0,97= 8,7 ккал/м²×ч×^оС;
При расчёте экономайзера на величину a_л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:
9.2 Расчёт воздушного подогревателя
По чертежам парового котла составляем эскиз воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указывают все конструктивные размеры.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу:
Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя


Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное; взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха не меньше двух. Расчётно определим число труб, включенных параллельно по газам:

Площадь живого сечения для прохода газа:

Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной заводской конструкции):

Поверхность нагрева ВЗП:

С использованием ранее выполненых расчётов для теплового расчёта ВП составляют таблицу исходных данных:





Находим скорости газов и воздуха:



Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик зол. В курсовом проекте допустимая скорость газов составляет: W_г=12±3 м/с, а W_в = (0,5¸0,6)×W_г = 5,07¸6,08 м/с, однако полученная скорость воздуха больше допустимой Þ принимаем W_в^’=6,08 м/c.

Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин. где x = 0,7

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяют по формуле:

При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 14: a_н=29 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты:


С_ф=1,1; С_l=1; Þa_к = a_н×С_ф×С_l = 29×1,1×1 = 31,9 ккал/м²×ч×^оС;
При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме 13:

a_н= 56 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты:
С_z=1; С_ф=0,98; С_s=1; Þa_к = a_н×С_z×С_ф×С_s = 56×1×0,98×1 = 54,88 ккал/м²×ч×^оС;


Температурный напор:





Þ температурный напор можно найти как:



Список литературы
1)  Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод)/Под редакцией Н.В. Кузнецова. – М.: Энергия, 1973. –296с.

2)  Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. – М.: Энергия, 1974. –360с.

3)  Методические указантя по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново, 1987. –36с.

4)  Методические указантя по определению коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей нагрева паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1987.

5)  Методические указантя по поверочному расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1987.

6)  Методические указантя по конструкторскому расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. – Иваново; ИЭИ, 1991. –36с.

7)  Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. –Л.: Энергия, 1972.—200с.

8)  Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. –М.: Энерго- атомиздат, 1985. –376с.