Курсовая работа: Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1

по курсу “Котельные установки промышленных предприятий”

Тема: Тепловой расчёт промышленного парогенератора ГМ-50-1

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к курсовому проекту: 46 с., 5 рис., 23 табл.Графическая часть содержит 1 лист формата А0 и А1.

Объектом исследования является парогенератор К-50-40-1. Тепловой расчет парового котла может быть конструктивным и поверочным. Задача конструктивного теплового расчета котла заключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла, определении размеров радиационных и конвективных поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных номинальных параметрах пара, надежность и экономичность его работы. При этом обеспечение надежности работы поверхностей нагрева предполагает получение расчетных тепловых характеристик, исключающих увеличение максимальной температуры стенки сверх допустимого значения по условиям прочности, а на экономичность работы котла определяющее влияние оказывают температура уходящих газов и присосы холодного воздуха в газовый тракт.

Выполнение конструктивного теплового расчета производится на основании исходных данных: тип парового котла (барабанный или прямоточный, его заводская маркировка), номинальную паропроизводительность и параметры перегретого пара, месторождение и марку энергетического топлива, способ сжигания твердого топлива (с твердым или жидким удалением шлаков), температуру питательной воды, поступающей в котел после регенеративного подогрева. Кроме указанных могут быть заданы и другие характеристики, например непрерывная продувка, доля рециркуляции газов в топку, работа котла под наддувом или при разряжении в газовом тракте и др.

Задание не поверочный расчет включает в себя практически те же исходные данные, что и при конструктивном расчете, и дополнительно – конструктивные данные поверхностей котла. Поэтому расчету предшествует определение по чертежам геометрических характеристик поверхностей (диаметров и шагов труб, числа рядов труб, размеров проходных сечений для газов и рабочей среды, габаритных размеров газоходов и поверхностей нагрева и т.д.).

При поверочном расчете котла, так же как при конструктивном, вначале определяют объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания, КПД и расход топлива, а затем выполняют расчет теплообмена в топочной камере и других поверхностях в последовательности, соответствующей их расположению по ходу газов.

КОТЕЛ, ПАР, ТОПЛИВО, ТЕПЛОТА, КПД, ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, ЭКОНОМАЙЗЕР, ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования

2. Расчет топлива

2.1 Характеристики топлива

2.2 Теплота сгорания смеси топлив.

2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания

2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

3. Расчет теплового баланса парогенератора и расход топлива

4. Расчет теплообмена в топке

5. Расчет фестона

6. Расчет пароперегревателя

7. Расчет хвостовых поверхностей нагрева

8. Расчет невязки теплового баланса парогенератора

Выводы

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Паровой котел – это основной агрегат тепловой электростанции (ТЭС). Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива.

Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котел должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и питательной воды с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.

Номинальное давление пара – наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.

Номинальные температуры пара высокого давления (свежего пара) и пара промежуточного перегрева (вторично-перегретого пара) – температуры пара, которые должны обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.

Номинальная температура питательной воды – температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечения номинальной паропроизводительности.

При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры будут изменяться.

Оборудование котельной установки условно разделяют на основное (собственно котел) и вспомогательное. Вспомогательными называют оборудование и устройства для подачи топлива, питательной воды и воздуха, для удаления продуктов сгорания, очистки дымовых газов, удаления золы и шлака, паропроводы, водопроводы и др.

Современный котел оснащается системами автоматизации, обеспечивающими надежность и безопасность его работы, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, защиту окружающей среды от вредных выбросов.

1. Общее описание котлоагрегата и вспомогательного оборудования

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 Ш 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.

Исходные данные представлены в таблице 1и 1.1

Таблица 1. Исходные данные.

Таблица 1.1

2. Расчёт топлива

2.1 Характеристики топлива

Расчётные характеристики для заданных видов топлива предоставлены в таблицах 2.1 и 2.2

Таблица 2.1 Характеристики твёрдого топлива.

Таблица 2.2 Характеристики газа.

2.2 Теплота сгорания смеси топлив

При сжигании смеси жидкого и газообразного топлив расчёт с целью упрощения условно ведется на 1 кг жидкого топлива с учётом количества газа (м³), приходящегося на 1 кг жидкого топлива. Поскольку доля жидкого топлива в смеси задана по теплу, то теплота сгорания жидкого топлива и является этой долей.

Следовательно, удельная теплота сгорания смеси определиться как

где – теплота сгорания твёрдого топлива, кДж/кг;

 – доля твёрдого топлива по теплу, %;

Количество теплоты, вносимое в топку с газом:

Тогда расход газа (в м³) на 1 кг твёрдого топлива будет равен:

где  – теплота сгорания газа, кДж/м.

Проверка:

2.3 Объёмы воздуха и продуктов сгорания

Необходимое для полного сгорания топлива количество кислорода, объёмы и массовые количества продуктов сгорания определяются из нижеследующих стехиометрических уравнений:

·  Для твёрдого топлива:

·  Для газообразного топлива:

V°вII=0.0476∙[0.5∙СО+0.5∙Н2+1.5∙Н2S+∑(m+0.25∙n)∙СmНn–О2]=

=0.0476∙(0+(1+0,25*4)*93,9+(2+0,25*6)*3,1+(3+0,25*8)*1,1+(4+0,25*10)*0,3+(5+0,25*12)*0,1)=9,84844 м/м;

V°N2II=0.79∙V°вII+0.01∙N2=0.79∙9.84844+0.01∙1,3=7.8 м/м;

V°RO2II=0.01∙(СО2+СО+Н2S+∑m∙СmНn)=0.01∙(0.2+1∙93.2+2∙3,1+3∙1.1+4∙0.3+5Ч0,1)=1.053 м/м;

V°Н2OII=0.01∙(Н2S+Н2+∑0.5∙n∙СmНn+0.124∙dr)+0.0161∙V°в=0.01∙(0.5∙4∙93.9+6·3,1·0,5+0.5∙8∙1.1+0.5∙10∙0.3+0.5∙12·0,1+0,124·)+0.0161∙9.84844=2.2 м/м;

·  Для смеси топлив:

V°в=V°вI+Х∙V°вII=10,6+1,9∙9,84844=29,22 м/кг;

V°N2=V°N2I+Х∙V°N2II=8,378+1,9∙7.8=23,198 м/кг;

VRO2=V°RO2I+Х∙V°RO2II=1,6+1,9∙1.053=3,6 м/кг;

V°Н2O=V°Н2OI+Х∙V°Н2OII=1,45+1,9∙2,2=5,63м/кг;

Расчёт действительных объёмов.

VN2=V°N2+(a–1)∙V°в=23,198+(1.1–1)∙29,22=26,12 м/кг;

VН2O=V°Н2O+0.0161∙(a–1)∙V°в=5,63+0.0161∙(1.1–1)∙29,22=5,68м/кг;

Vr=VRO2+VN2+VН2O=3,6+26,12+5,68=35,4 м/кг;

Объёмные доли трёхатомных газов.

rRO2=VRO2/Vr=3,6/35,4=0.102

rН2O=VН2O/Vr=5,68/35,4=0.16

rn=rRO2+rН2O=0.102+0.16=0.3

Концентрация золы в продуктах сгорания

m=А ∙aун/(100·Gr)=0,1∙0.95/(100·42,98)=0,000022 кг/кг;

Gr=1-A/100+1.306∙a· V°в=1-0,1/100+1.306·1.1·29,22=42,98кг/кг;

2.4 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

I°в=V°в∙(сt)в=29.22∙1436=41959,92 кДж/кг;

I°r=VRO2∙(сJ)RO2+V°N2∙(сJ)N2+V°Н2О∙(сJ)Н2О=3,6∙2202+23,198∙1394+5,63∙1725=49826,41кДж/кг;

Ir=I°r+(a–1)∙I°в+Iзл;

т.к. (А ∙aун/Qн)∙10=(0,1∙0.95/110368,7)∙10=0,0008<1.5,

то Iзл – не учитывается;

Ir=I°r+(a–1)∙I°в=49826,41+(1.1–1)∙41959,92=54023,34 кДж/кг.

Полученные результаты после проверки на компьютере и уточнения офор- мим в виде даблицы 2.3

Таблица 2.3 Результаты расчёта топлива.

При aт=1.1, t=1000°С.

Значение коэффициентов избытка воздуха на выходе из топки и присосов воздуха в элементах и газоходах котельной установки принимаем по таблице 5.

Таблица 2.4 Присосы воздуха по газовому тракту.

Данные расчётов энтальпии продуктов сгорания топлива при различных температурах газов в различных газоходах сведены в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 Энтальпии продуктов сгорания в газоходах.

Таблица 2.6. Характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева.

На рис.1 представлена схема котла ГМ-50-1

Рис. 1 Схема котла ГМ-50-1.

1-Топочная камера

2-Барабан

3-Фестон

4-Пароперегреватель

5-Экономайзер

6-Воздухоподогреватель

3. Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива

Расчёт теплового баланса парогенератора и расход топлива преждставлен в таблице 3

ТАБЛИЦА 3.

4 Расчет теплообмена в топке

Расчёт полной площади стен топочной камеры и сумарной лучевоспринимающей поверхности топки представлен в таблицах 4.1 ,4.2, 4.3

На рис.2 представлена схема топочной камеры

ТАБЛИЦА 4.1 Расчет полной площади стен топочной камеры (Fст) и суммарной лучевоспринимающей поверхности топки (Hл)

ТАБЛИЦА 4.2 Расчёт конструктивных характеристик топки

Рис.2 Топочная камера

ТАБЛИЦА 4.3 Поверочный расчёт теплообмена в топке

5. Расчёт фестона

Конструктивные размеры и поверочный расчёт фестона представлен в таблицах 5.1 и 5.2

На рис 3 представлена схема фестона

Рис. 3 Схема фестона

ТАБЛИЦА 5.1

ТАБЛИЦА 5.2 Поверочный расчёт фестона

6. Расчёт пароперегревателя

Конструктивные размеры конструктивный расчёт перегревателя представлен в таблицах 6.1 и 6.2

На рис. 4 представлена схема пароперегревателя

Рис.4 Схема пароперегревателя

ТАБЛИЦА 6.1 Конструктивные размеры и характеристики перегревателя

ТАБЛИЦА 6.2 Конструктивный расчёт перегревателя.

Т.к. невязка составляет больше 2% то добавляем дополнительную площадь к перегревателю =38 м²

7 Расчёт хвостовых поверхностей нагрева

Конструктивные размеры а также расчёты ступеней хвостовых поверхностей нагрева представлены в таблицах 7.1 – 7.4

На рис. 5 прежставлена схема хвостовых поверхностей нагрева

Рис. 5 схема хвостовых поверхностей нагрева

ТАБЛИЦА 7.1 Конструктивные размеры и характеристики стального трубчатого экономайзера

ТАБЛИЦА 7.2 Конструктивный расчёт экономайзера

Т.к. невязка составляет меньше 2% то внесение конструктивных изменений не требуется

ТАБЛИЦА 7.3 Воздухоподогреватель

ТАБЛИЦА 7.4 Конструктивный расчёт воздухоподогревателя

Т.к. невязка составляет более 2% то вносим конструктивные ихменения. Добавляем к воздухоподогревателю дополнительно 498 м²

8 Расчёт невязки теплового баланса парогенератора

Расчёт невязки теплового баланса представлен в таблице 8

ТАБЛИЦА 8

ВЫВОДЫ

В ходе выполнения курсового проекта был проведен тепловой расчет промышленного парогенератора ГМ-50-1 при совестном сжигании жидкого и газообразного топлива.

Расчет проводился по жидкому топливу, с учетом тепла, вносимого в топку, за счет сжигания газообразного топлива.

Последовательно был проведен поверочный расчет всех поверхностей нагрева котла: экранов топки, фестона, пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя. С учетом того, что парогенератор спроектирован на сжигание другого вида топлива, возникла необходимость в проведении поверочно-конструктивного расчета.

При поверочном расчете поверхности нагрева приходится задаваться изменением температуры одной из теплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этим определяется тепловосприятие поверхности в первом приближении. Далее можно вычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, температурный напор, скорости газового потока и рабочей среды и все другие величины, необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении. При расхождении принятого и расчетного тепловосприятий выше допустимого повторяют расчет для нового принятого тепловосприятия. Таким образом, поверочный расчет поверхности нагрева выполняется методом последовательных приближений.

Тепловой расчет парогенератора заканчивается определением невязки теплового баланса. В курсовом проекте величина невязки составляет 0,95 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тепловой расчет промышленных парогенераторов. / Под ред. В.И. Частухина. – Киев: Вища шк., 1980. – 184 с.

2. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.

3. Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 208 с.

4. Расчет паровых котлов в примерах и задачах: Учеб. пособие для вузов/ А.Н. Безгрешнов, Ю.М. Липов, Б.М. Шлейфер; Под общ. ред. Ю.М. Липова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.

5.  Методические указания "Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания для смеси топлив с применением ЭВМ" по курсу "Котельные установки промышленных предприятий". / Сост.: А.А. Соловьев, В.Н. Евченко. – Мариуполь: ММИ, 1991. – 17 с.

6. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу "Котельные установки промышленных предприятий" для студентов специальности (7.090510)/ Сост.: А.А. Соловьев, В.М. Житаренко – Мариуполь: ПГТУ, 1998. – 40 с.