Поверочный тепловой расчет топки парового котла

Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов и концентраций золовых частиц в газоходах котла. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива

2.1 Расчетные характеристики топлива

По табл. I [2], определяем состав рабочей массы топлива, %:

− влажность WP
=22,0;

− зольность AP
=13,3;

− сера

− углерод CP
=47,9;

− водород HP
=3,7;

− азот NР
=0,7;

− кислород OP
=11,8.

Низшая теплота сгорания

Приведенные характеристики, %∙кг/МДж:

− влажность WП
=5,14;

− зольность АП
=3,10.

Коэффициент размолоспособностиКло
=1,0.

Выход летучих на горючую массу

Температура начала размягчения золы t2
=1460°С; начала жидкоплавкого состояния золы t3
=1500 °С.

2.2 Теоретический объем воздуха

Теоретический объем воздуха

3

3

2.3 Теоретические объемы продуктов сгорания

Теоретические объемы продуктов сгорания, получаемые при полном сжигании 1кг топлива с теоретическим количеством воздуха, м3
/кг, определяем по формулам (2,2)¸(2,5) [2]:

7eccf7dda4da67fd0a350eaa15bdab24.png

9e46c07715aad6f92b015dd0165c8ece.png

dd4162457c19235a0e26f740df08b679.png

440e8b5c9ee85f59fe986de87d276591.png

2.4 Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для камерной топки с твердым удалением шлака принимаем по таблице, 1.7 [2], aт
=1,2.

Присосы воздуха в газоходах котла (на выходе из газохода) принимаем по табл. табл. 1.8 [2]:

− присосы воздуха в топку

− присосы воздуха в фестон

− присосы воздуха в пароперегреватель I ст.

− присосы воздуха в пароперегреватель II ст.

− присосы воздуха в экономайзер II ст.

− присосы воздуха в воздухоподогреватель II ст.

− присосы воздуха в экономайзер I ст.

− присосы воздуха в воздухоподогреватель I ст.

− присосы воздуха в систему пылеприготовления

2.5 Объемы продуктов сгорания

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц по газоходам котла представлены в табл. 2.1

Таблица 2.1

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц

Величина и

расчетная

формула

Газоход
топка,фес- тон п/п

I ст.

п/п

II ст.

эк.

II ст.

вп.

II ст.

эк.

I ст.

вп.

I ст.

1. Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева

a¢¢=aт+ ΣΔai

1,2 1,215 1,23 1,25 1,28 1,3 1,33
2.Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева

aср=(a¢+a¢¢)/2

1,2 (1,2+

+1,215)/2= 1,2075

(1,215+

+1,23)/2=

=1,2225

(1,23+

+1,25)/2=

=1,24

(1,25+

+1,28)/2=

=1,265

(1,28+

+1,3)/2=

=1,29

(1,3+

+1,33)/2=

=1,315

3.Объём водяных паров, м3/кг

1681448e2ec0da3fa8fab6a0aea2377a.png=
5769016f81e9a33b61369900f474b69e.png + +0,0161(aср-1)∙

0,778 0,778 0,779 0,781 0,783 0,785 0,787
4.Полный объём газов, м3/кг

VГ=

+

+1,0161(aср-1)∙

6,500 6,537 6,612 6,698 6,822 6,945 7,069
Величина и

расчетная

формула

Газоход
топка,фес- тон п/п

I ст.

п/п

II ст.

эк.

II ст.

вп.

II ст.

эк.

I ст.

вп.

I ст.

5. Объёмная доля водяных паров
8be918ea4ecdc3115fe0d79d7df9c2c5.png=
1681448e2ec0da3fa8fab6a0aea2377a.png/VГ
0,120 0,119 0,118 0,117 0,115 0,113 0,111
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП=
76403f947658a72359388a14bca08db3.png +
b2257963da10291a50c72a0ee23029b1.png
0,258 0,257 0,254 0,251 0,247 0,243 0,239
7. Масса дымовых газов при сжигании твёрдого и жидкого топлива

Gг=1-0,01AP +

+1,306∙aср∙

, кг/кг

При сжигании газа:

Gг=

+(dГ/1000)+

+1,306 ∙aср ∙

, кг/м3

8,493 8,540 8,636 8,747 8,906 9,065 9,357
8. Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг

µзл= APaун/(100∙Gг),

где aун– доля уноса золы из топки (см. табл. 4.6[2]),

aун= 0,95.

0,0149 0,0148 0,0146 0,0144 0,0142 0,0139 0,0135

2.6 Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания

Расчет пароперегревателя

Расчет
котла-утилизатора, имеющего
пароперегреватель, начинается с расчета
последнего, затем следует расчет
испарительной поверхности. Теплота,
идущая на перегрев пара, кВт,

Qпп
=
Dпп(iпп
i). (9)

С учетом затрат теплоты на подогрев
пара в пароперегревателе рассчитывают
энтальпию газов за ним

229456c692cb91e03be7e130cc6d6267.png(10)

и по i-S
диаграмме определяют температуру газов
за пароперегревателем.

Температурный
напор определяется как среднелогарифмическая
разность температур по формуле

0e96732d1269cf63f3fee12ed4f2bf59.png(11)

где
298a30859cba1d6b409cc7afbcd75b1c.pngразность
температур сред в том конце поверхности
нагрева, где она больше, °С;
bcf80608587dc88bfdd6d7cfd6ac3780.png
разность температур
в другом конце поверхности, °С.

Когда
ac152dc1fe8871d48c95e5e46ab9bdcc.png/2d56a005eb292015a5fca66c178ee85c.png
1,7, температурный
напор можно с достаточной степенью
точности определять как среднеарифметическую
разность температур, °С:

576e4291354db8f5e47f1f7eceb917f6.png(12)

Средняя
температура потока дымовых газов
определяется как полусумма температур
газов на входе в поверхность нагрева
a7ea1fe9963addcc31fc884c182c778b.pngи выходе из нее:

37ccb3574ac1f354d6d2b0b6217a5e3e.png(13)

Скорость движения дымовых газов
определяется по формуле

6f7b1bcc960f87ad7ef12e8153b73b5e.png(14)

где G0
— объем дымовых газов при нормальных
условиях на входе в котел, м3/ч;
fг
живое сечение для
прохода дымовыхгазов,
м2
(принимается по конструктивной
характеристике). При течении в круглой
трубе ее эквивалентный диаметр dэравен внутреннему.
При течении в трубе некруглого сечения,
в кольцевом канале и при продольном
омывании пучков

96b360fb997097790133d27c0772aa45.png(15)

где U
полный омываемый
периметр, м. Для
газохода прямоугольного сечения,
заполненного трубами конвективных
пучков,

b69ad4ff6a1cff8f09a28073d5af3509.png(16)

где
a
и
b
поперечные размеры
газохода в свету, м;
z
— количество труб вгазоходе;
d
наружный диаметр
труб, м. Средняя
температура пара определяется как
полусумма температур насыщенного и
перегретого пара:

013df1d82d9a5d6a44b08310ae0d288f.png(17)

Средняя скорость перегретого пара
находится по формуле

64c4a1556d6c6701f3416a99a60550c5.png(18)

где vпп
удельный объем
перегретого пара при средней его
температуре

tср,
м3/кг
(определяется по табл. 7 либо по i-S
диаграмме (рис. 6)); fп
— живое сечение для прохода пара, м2
(определяется по конструктивным
характеристикам).

Коэффициент
теплопередачи определяется по формуле

5eb21ab6ee337c93a16ee7a99c4c1ce3.png(19)

где 1
и 2— коэффициенты
теплоотдачи от греющей среды к стенке
и от стенки к обогреваемой среде
соответственно, Вт/(м2·К);

-коэффициент тепловой эффективности.
Коэффициент
теплоотдачи конвекцией 1определяется по
номограммам 12, 13 или 14 из [1]
или по рис. 2,3,4 в
зависимости от типа пучка (коридорный
или шахматный) и характера омывания его
газами (продольное или поперечное). Для
газотрубных котлов-утилизаторов
характерны высокие скорости движения
газов и, как правило, диапазона диаграммы
(рис.4) по скоростям недостаточно для
определения коэффициента теплоотдачи.
В этом случае коэффициент теплоотдачи
от газа к стенке необходимо рассчитывать
по формуле

33c30c1791b11d13f94a8f2a10a4aac0.png(20)

где 
— теплопроводность газов, Вт/(мК);
-
вязкость газов, м2/с;
Pr
– критерий Прандтля; Сt
– поправка, учитывающая влияние
температуры; Сd
– поправка на форму канала; Сl
– поправка на относительную длину.
Данные поправки могут быть приняты по
рис.4а. Коэффициент теплоотдачи от стенки
трубы к обогреваемой среде 2
определяется по номограмме 15 [1]
либо по рис.5 по
средним значениям давления, температуры,
скорости пара и внутреннему диаметру
труб. Теплоотдачу излучением лне учитывают ввиду
обычно невысокой температуры газов на
входе в котел и небольшой толщины
излучающего слоя. Коэффициент тепловой
эффективности принимают равным 
= 0,61.

Тепловосприятие
пароперегревателя определяется из
уравнения теплопередачи (8). Если
полученное из уравнения теплообмена
значение тепловосприятия Qтотличается от
определенного по уравнению теплового
баланса Qпп
не более чем на 2%, расчет поверхности
не уточняется. Окончательными считаются
температура и тепловосприятие, вошедшие
в уравнение теплового баланса.
При расхождении
более чем на 2% принимают новое значение
конечной температуры и расчет повторяют.
Для второго приближения
целесообразно принимать температуру,
отличающуюся от принятой при первом
приближении не более чем на 50°С. В этом
случае следует пересчитать только
температурный напор и заново решить
уравнение теплового баланса и
теплопередачи.

Таблица14 — Определение объемов воздуха и продуктов сгорания

Величина Формула или обоснование Числовое значение
Марка топлива Задано Дизельное топливо
Состав горючей массы, %:
углерод CГ табл. 2.2 [1] 86,3
водород HГ табл. 2.2 [1] 13,3
азот + кислород NГ + OГ табл. 2.2 [1] 0,1
летучая сера табл. 2.2 [1] 0,3
Состав рабочей массы, %:
зола АР табл. 2.2 [1] 0,01
влага WР табл. 2.2 [1] 0
углерод СР 86,29
водород НР 13,30
азот + кислород NР + ОР 0,10
летучая сера 0,30
Влагосодержание атмосферного воздуха d, кг/кг Принимаем 0,01
Объем теоретически необходимого количества воздуха V0, м3/кг 11,23
Объем водяных паров VH2O, м3/кг 1,85
Суммарный объем газов газов CO2 и SO2

VRO2, м3/кг

1,63
Объем при , м3/кг:
водяных паров , 1,66
азота при, 8,87
газов (продуктов сгорания), 12,16
Действительный объем газов VГ, м3/кг 12,37

Расход газов в газовыхлопной трубе равен:

где, B = 29,41 кг/ч — номинальный массовый расход топлива.

10.2 Подбор газовыхлопных труб

Средняя скорость движения газов в трубе лежит в интервале х = 12 — 18 м/с. Для дальнейших расчетов принимаем х = 15 м/с.

Диаметр выхлопных труб определим по формуле:

В качестве газовыхлопной трубы принимаем: труба

Скорость движения воды в выбранной трубе будет равна:

где, dвн = 108 мм — внутренний диаметр трубопровода.

10.3 Расчет общего сопротивления газовыхлопного тракта

Расчетная схема газовыхлопного тракта приведена на рисунке 17.

Рисунок 17 — Расчетная схема газовыхлопного тракта

Потери на трение по длине газовыхлопной трубы вычисляется по формуле:

где, л = 0,035 — шероховатость стенок трубы;

l= 22,6 — расчетная длина трубопровода;

d = 0,108 — внутренний диаметр трубопровода;

р = 1,293 кг/м3 — плотность воды в трубопроводе;

v= 15 м/с — расчетная скорость воды в трубопроводе.

Сумма местных потерь равна:

где, — гидравлическое сопротивление отвода, Па;

гидравлическое сопротивления выхода из канала, Па;

Гидравлическое сопротивление отвода:

где, коэффициент местного сопротивления отвода.

где, коэффициент учитывающий влияние шероховатости стенок;

исходный коэффициент поворота, зависящий от формы и относительной кривизны его;

В=1 — коэффициент, учитывающий угол поворота

C=1 — коэффициент, определяемый для колен и отводов с закруглением кромок.

Произведение для отводов и колен с закругленными срезанными кромками определяется по графику на рис.7.4 [1]. Из графика видно, что для произведение .

Гидравлическое сопротивление выхода из канала:

где, коэффициент местного сопротивления выхода из канала.

Самотяга выхлопной трубы:

где, H = 10,4 м — высота выхлопной трубы;

TГ = 448 К — температура выхлопных газов;

ТВ = 293 К — температура воздуха.

Общее сопротивление газовыхлопного тракта вспомогательного котла:

где, — аэродинамическое сопротивление газовыхлопного тракта вспомогательного котла.

Применяем горелку Ecoflam Maior P 60 AB, которая обеспечивает необходимое противодавление, для удаления продуктов сгорания. При этом имеется небольшой запас давления для возможных кратковременных перегрузок.

11. Водный режим и водоподготовка

Для экономичной организации водного режима ПК необходимо такое качество питательной и котловой воды, которое позволит предотвратить опасную коррозию, образование отложений на пароводяной стороне и получить пар требуемой чистоты. Нормы качества питательной и котловой воды устанавливаются дифференцированно в зависимости от типа ПК и параметров пара и регламентируются Правилами технической эксплуатации (ПТЭ). В табл. 15 приведены эксплуатационные нормы на качество питательной и котловой воды для вспомогательных котлов.

Таблица 15 — Нормы качества питательной и котловой воды для ПК морских судов

Показатель качества воды Значение
Питательная вода
Общая жесткость, мг.экв/кг 0,04

Растворенный кислород, мг/кг

Содержание масла, нефтепродуктов, мг/кг

Не нормируется

3

Котловая вода
Общее солесодержание, мг/кг 3500
Щелочное число по NaOH, мг/кг 150-200
Содержание фосфат-ионов PO4-3, мг/кг 10-30
Нитратное число по NaNO3, мг/кг 75-100

Описание конструкции котла

По характеру движения рабочей среды парогенератор ТП-230 относится к агрегатам с естественной циркуляцией. Рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, состоящему из обогреваемых и не обогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами — коллекторами и барабанами. В обогреваемой части контура вода частично испаряется, образовавшийся пар отделяется от воды в барабанах и, пройдя через пароперегреватель, подается на турбину. Испарившаяся часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан.

Парогенератор ТП-230 выполнен по П-образной схеме. В одной его вертикальной шахте расположена топочная камера, в другой экономайзер и воздухоподогреватель, вверху в поворотном горизонтальном газоходе размещается конвективный пароперегреватель.

Характерной особенностью парогенераторов этой серии является наличие двух барабанов, соединенных по пару и воде между собой пароперепускными трубами. Начальная стадия отделения пара от воды происходит в основном в разделительном барабане меньшего диаметра. Последующее осушение пара происходит в основном барабане большего диаметра. Водоопускные трубы включены в основной барабан около его нижней образующей.

Размещение над топочной камерой двух барабанов хорошо компонуется с конструкцией топочных экранов. Сверху топка ограничивается потолочными трубами, которые являются продолжением труб фронтального экрана и включаются верхними концами непосредственно в разделительный барабан.

Дымовые газы выходят из топочной камеры через разведенные (фестонированные) в 4 ряда трубы заднего экрана, также включенные верхними концами в разделительный барабан.

Подъемные трубы работают друг с другом параллельно, однако их конфигурация, длина, освещенность факелом различна. Для обеспечения надежной циркуляции их группируют в отдельные контуры. В контур циркуляции включают подъемные трубы, идентичные по своему гидравлическому сопротивлению и тепловой нагрузке. Каждый отдельный контур имеет свои опускные трубы. В котле ТП-230 16 контуров циркуляции: по 3 контура на боковых экранах и по 5 на фронтовом и заднем экранах.

Пароперегреватель чисто конвективного типа. Регулирование температуры перегретого пара производится двумя пароохладителями поверхностного типа. Охлаждение и частичная конденсация пара осуществляется за счет нагрева части питательной воды, отводимой с этой целью из питательной линии в пароохладитель.

Двухступенчатый экономайзер, служащий для подогрева питательной воды уходящими газами, состоит из отдельных пакетов змеевиков.

Трубчатый воздухоподогреватель, предназначенный для нагрева дутьевого воздуха, транспортирующего угольную пыль при сжигании твёрдого топлива и подаваемого в зону горения топлива, состоит из двух ступеней, между которыми размещается нижняя часть (ступень) экономайзера.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Константин Корепов
Константин Корепов / автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: