Курсовая работа: Расчет котельного агрегата

м

Коэффициент ослабления лучей:

Коэффициент излучения газовой среды:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания:

Ошибка в расчетах менее 5%, что допустимо.

Расчёт конвективного пароперегревателя

Схема конвективного пароперегревателя - противоток с коридорным расположением труб.

1 ступень:

S₁ = 105 мм - поперечный шаг трубы;

S₂ = 65 мм - продольный шаг трубы;

d_н = 0,042 м - наружный диаметр труб;

= 0,005 м - толщина стенки трубы;

d_вн = 0,032 м - внутренний диаметр трубы;

- относительный поперечный шаг трубы;

- относительный продольный шаг трубы.

2 ступень:

S₁ = 80 мм - поперечный шаг трубы;

S₂ = 56 мм - продольный шаг трубы;

d_н = 0,040 м - наружный диаметр труб;

= 0,0045 м - толщина стенки трубы;

d_вн = 0,031 м - внутренний диаметр трубы;

- относительный поперечный шаг трубы;

- относительный продольный шаг трубы.

Тепловосприятие конвективного пароперегревателя составляет 70% от общего тепловосприятия пароперегревателя и определяется разностью между полным тепловосприятием пароперегревателя и тепловосприятием ширмы:

Q_{1, 2} = 12960-3178,3 = 9781,7 кДж/кг.

Тепловосприятия ступеней разделим так: 75% на вторую по пару ступень и 25% - на первую.

Q_б2 =7336,5 кДж/кг, Q_б1 =2445,5 кДж/кг.

Энтальпия газов на выходе из второй ступени по пару конвективного пароперегревателя определяется из уравнения теплового баланса:

;

где - присосы в пароперегревателе.

кДж/кг.

Температура газов на выходе из второй ступени пароперегревателя определяется по таблице -=653 ^оС.

Средняя температура газов в ступени =(1040+653)/2=846,5 ^оС.

После ширмы температура пара регулируется впрыском «собственного» конденсата. Температура пара на входе во вторую ступень пароперегревателя = 403,5 ^оС.

Температура пара на выходе из ступени =568,5 ^оС.

Средняя температура пара t_cр=(403,5+568,5)/2=486 ^оС.

Энтальпия газов на входе в первую ступень конвективного пароперегревателя определяется из уравнения теплового баланса:

,

где - присосы в пароперегревателе.

кДж/кг.

Температура газов на выходе из первой по пару ступени пароперегревателя определяется по таблице -=522 ^оС.

Средняя температура газов в ступени =(653+522)/2=587,5 ^оС.

После ширмы температура пара регулируется впрыском «собственного» конденсата. Температура пара на входе в первую ступень пароперегревателя = 372,3 ^оС.

Температура пара на выходе из ступени =409,2 ^оС.

Средняя температура пара t_cр=(372,3+409,2)/2=390,8 ^оС.

Вторая ступень пароперегревателя

Рис. График изменения температур сред во второй ступени пароперегревателя

Движение - противоток.

Температурный напор:

t_б = 1040-568,5 =471,5 ⁰С ;

t_м = 653-403,5= 249,5 ⁰C - разности температуры продуктов сгорания и температуры пара.

Число труб пароперегревателя в ряду: z=.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

мІ

Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе пароперегревателя:

м/с

В крупных к/а используют двухходовые пароперегреватели. Примем число рядов змеевиков = 2.

Тогда число параллельно включенных труб n =.

Массовая скорость пара:

кг/м²•с

Полученное значение удовлетворяет допустимым значениям.

Расчетная скорость пара в змеевиках:

Давление пара на входе и выходе из второй ступени пароперегревателя

тогда Р_ср=14,1 МПа.

V_ср = 0,0217 м³/кг - средний удельный объем пара определяется по таблицам воды и водяного пара при t_ср = 486 ⁰C и P_ср = 14,1 МПа или по I-S диаграмме.

f =0,785?d²_вн?z = 0,7850,031²121=0,0913 м² - площадь живого сечения (z - число параллельно включённых труб).

Определим степень черноты газового потока.

Эффективная толщина излучающего слоя:

м

Коэффициент ослабления лучей:

Коэффициент излучения газовой среды

Температура стенки трубы пароперегревателя, принимаемая равной при сжигании мазута на 25?С выше средней температуры проходящей среды.

^оС

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

_к = _нС_zC_sC_ф ;

где С_z = 1; C_s =0,95; С_ф = 1; _н =103 Вт/м²К [1];

_к = 10310,951 = 97,9 Вт/м²К.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1]:

[1, c.132]

где С_d - поправочный коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи излучением по средней т-ре газов T_ср=846,5°С и t_з=511?С

Вт/м²•К

где о - коэффициент излучения факела.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания стенке:

, =1.

Вт/м²•К;

где о - коэффициент использования, для пароперегревателя равен 1 [1].

Коэффициент теплопередачи:

,

где = 0,65 - коэффициент тепловой эффективности [1, с.145].

.

Поверхность нагрева пароперегревателя:

Общее число труб:

Количество пар труб в секции по ходу пара:

z₂= Z/z₁= 3626/121=30.

Проверка производиться путем конструктивного расчета: подсчитываем количество рядов труб пароперегревателя: z=30, площадь поверхности теплообмена можно определить по формуле:

F = =мІ.

Длина одного змеевика:

число петель:

Число петель принимаем равным 8.

Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов

м

Определим погрешность расчета:

кДж/кг

Первая ступень пароперегревателя

Рис График изменения температур сред в первой ступени пароперегревателя

Движение - противоток.

Температурный напор:

где t_б = 653-409,2 =243,8 ^?С ;

t_м = 522-372,3= 149,7 ⁰C - разности температуры продуктов сгорания и температуры пара.

Число труб пароперегревателя в ряду: z=.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

мІ

Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе пароперегревателя:

,

_г = (413,058(587,5 +273))/(15,75273) = 11,2 м/с.

В крупных к/а используют двухходовые пароперегреватели. Примем число рядов змеевиков = 2.

Тогда число параллельно включенных труб n =.

Массовая скорость пара:

кг/м²•с.

Полученное значение удовлетворяет допустимым значениям.

Расчетная скорость пара в змеевиках:

Давление пара на входе и выходе из второй ступени пароперегревателя

тогда Р_ср=14,3 МПа.

V_ср = 0,01647 м³/кг - средний удельный объем пара по таблицам воды и водяного пара при t_ср = 391 ⁰C и P_ср = 14,3 МПа или по I-S диаграмме.

f=0,785?d²_вн?n = 0,7850,032²92=0,074 м² - площадь живого сечения (n - число параллельно включённых труб).

Степень черноты газового потока:

Эффективная толщина излучающего слоя:

м.

Коэффициент ослабления лучей

Коэффициент излучения газовой среды .

Температура стенки трубы пароперегревателя, принимаемая равной при сжигании мазута на 25?С выше средней температуры проходящей среды.

^оС.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

_к = _нС_zC_sC_ф

где С_z = 1; C_s =0,96; С_ф = 1; _н =78 Вт/м²К [1];

_к = 7810,961 = 74,9 Вт/м²К. [1, c.122]

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1]:

[1, c.132]

где С_d - поправочный коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи излучением по средней т-ре газов T_ср=587,5°С и t_з=416?C:

Вт/м²•К

где о - коэффициент излучения факела.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания стенке:

, =1.

Вт/м²•К;

где о - коэффициент использования, для пароперегревателя равен 1 [1].

Коэффициент теплопередачи:

,

где = 0,65 - коэффициент тепловой эффективности [1, с.145].

.

Поверхность нагрева пароперегревателя:

Общее число труб:

Количество пар труб в секции по ходу пара:

z₂= Z/z₁= 2784/92=30.

Проверка производиться путем конструктивного расчета: подсчитываем количество рядов труб пароперегревателя: z=30, площадь поверхности теплообмена можно определить по формуле:

F = =мІ.

Длина одного змеевика:

число петель:

Принимаем число петель равное 8.

Глубина пакета пароперегревателя по ходу газов

м

Определим погрешность расчета:

кДж/кг

Расчет водяного экономайзера

Водяной экономайзер изготовлен из труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3,5 мм (сталь 20).

Исходя из теплового баланса, чтобы на выходе из котла получить нужную температуру дымовых газов, необходимо передать в экономайзере 4000 кДж тепла.

Температура дымовых газов: '=522 ^oC, ''=313^оС.

Температура воды: t'= 230^oC, t''=290^оС.

Температурный напор для противоточной схемы:

где t_б = 522-290 =232 ⁰С ;

t_м = 313-230= 83 ⁰C - разности температуры продуктов сгорания и температуры пара.

Рис График изменения температур сред в экономайзере

Рис Конструктивные характеристики экономайзера

Схема - противоточная с шахматным расположением труб. Принимаем стальной змеевиковый экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков.

S₁=76 мм - поперечный шаг,

S₂=48 мм - продольный шаг,

d_н=32 мм - наружный диаметр.

,

=3,5 мм - толщина стенки трубы,

z₁= - число труб в ряду,

а и b - размеры газохода, соответственно 9,79м и 5,8м.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

мІ

Действительная скорость продуктов сгорания:

м/с

где

Скорость воды:

м/с,

где D - расход среды с учётом продувки;

- средний удельный объём воды при среднем давлении 16,1 МПа;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности при поперечном омывании шахматных пучков:

[1, c.124-125]

где С_l - поправка на относительную длину;

С_ф - поправка на изменение физических характеристик;

С_z - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газа.

Эффективная толщина излучающего слоя:

м

Коэффициент ослабления лучей

.

Коэффициент излучения газовой среды .

Вт/м²•К

где о - коэффициент излучения факела.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания стенке:

, =1.

Вт/м²•К;

где о - коэффициент использования, для экономайзера равен 1 [1].

Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

Вт/м²•К;

где =0,7 коэффициент тепловой эффективности

Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера:

Общее число труб:

z₂= Z/z₁=4915/127=39.

Проверка производиться путем конструктивного расчета:

F = =мІ.

Длина одного змеевика:

Число петель:

Глубина пакета экономайзера по ходу газов:

м

Определим погрешность расчета:

кДж/кг

Относительная погрешность составляет не более 5%, поэтому расчет можем считать законченным,

Расчёт воздухоподогревателя

Рис. Конструктивные характеристики воздухоподогревателя

Тип воздухоподогревателя -рекуперативный.

S₁=60 мм,

S₂=40 мм,

z₁ - число рядов труб,

z₂ - число труб в ряду,

d_н= 40 мм, = 1,5 мм.

Размеры газохода a = 9,79 м, b = 5,8 м.

z₁=, z₂=.

Тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе (воздух подогреваем до 250 ^оС): кДж/кг.

Температура дымовых газов на входе и выходе из в/п: '=313 ^oC, ''=163 ^oC.

Температура воздуха на входе и выходе из в/п: t'=70 ^oC, t''=250 ^oC (движение воздуха противоположно движению газов).

Температурный напор:

Рис График изменения температур сред в воздухоподогревателе

Скорость продуктов сгорания:

м/с,

где

Скорость воздуха в воздухоподогревателе:

;

z_x= 4-число ходов воздуха.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания стенке:

[1, с.130-131]

, так как воздухоподогреватель одноступенчатый

Коэффициент теплоотдачи от стенки воздуху при поперечном омывании шахматных пучков:

[1, c.124-125]

Коэффициент теплоотдачи:

k= Вт/м²К.

где о =0,85- коэффициент использования. [1, c.147]

Площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя:

Высота трубной поверхности

м.

Высота хода воздухоподогревателя:

h_ход = h_вп / z_xoд =4,65/4=1,12 м.

Высота воздухоподогревателя полная:

h_вп =h_x • z_{х од} +? h_об = 1,12•4+1,2=5,68 м.

Проверим площадь воздухоподогревателя конструкторским методом:

Относительная погрешность составляет менее 5%, поэтому расчет можем считать законченным,

Тепловой баланс котла

Температура уходящих газов на выходе из котельного агрегата равна 163 C. Принятая ранее температура на выходе из котла, равная 160С отличается ненамного, что говорит о погрешностях в расчете. По [1]:

,

.

Рис. Тепловая схема котельного агрегата Е-210-140

Список используемой литературы