Поверочный тепловой расчет топки парового котла

 

 Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Самарский государственный  технический университет»

____________________________________________________________________

 

К а ф е  д р а «Тепловые электрические станции»

 

 

 

 

 

Поверочный тепловой расчет топки

парового котла

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 1

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Баранов А.А. III-ТЭФ-2

Проверил:

Кудинов А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2011

 

 

 

 

Введение

 

Тепловой  расчет парового котла может быть конструктивным и поверочным. Поверочный расчет котла или отдельных его элементов выполняется для существующей конструкции с целью определения показателей его работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузки или параметров пара, а также после проведенной реконструкции поверхностей нагрева. В результате поверочного расчета котла определяют: коэффициент полезного действия котла, расход топлива, температуру уходящих газов, температуру рабочей среды за каждой поверхностью нагрева.

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

 Задание

 

Произвести поверочный тепловой расчет отдельных поверхностей нагрева и свести тепловой баланс котла ТП-230:

Характеристика котла  ТП-230

1. Номинальная паропроизводительность

 D_ном=221 т/ч= 63,9 кг/с;

2. Температура перегретого пара t_пп=501 °С;
3. Давление перегретого пара р_пп=10 МПа;
4. Давление в барабане  котла р_бар=11 МПа;
5. Температура питательной воды t_пв=211 °С;
6. Давление питательной воды р_пв=11,5 МПа;
7. Вид топлива: каменный уголь, Донецкий бассейн. Марка Д. Класс Р.
8. Топка имеет металлическую наружную обшивку.

 

1. 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.

2. 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 [1], П4.1 [2] определяем состав рабочей массы топлива, %:

− влажность W^P= 13,0;

− зольность A^P=27,8;

− сера колчеданная  =1,7;

− сера органическая =1,2;

− углерод C^P=44,1;

− водород H^P=3,3;

− азот N^Р=0,9;

− кислород O^P=8,0.

Низшая теплота сгорания =17,25 МДж/кг. 

Приведенные характеристики, %∙кг/МДж:

             − влажность W^П=3,16;

− зольность А^П=6,75.

Коэффициент  размолоспособности К_ло=1,0.

Выход летучих на горючую  массу  =43,0 %.

Температура начала размягчения золы t₂=1220 °С; начала жидкоплавкого состояния золы t₃=1360 °С.

 

  2.2. Теоретический объем воздуха

Теоретический объем  воздуха  , м³ возд/кг, необходимый для сжигания 1 кг топлива при a=1 и нормальных физических условиях (t=0 °С, р=101325 Па), определяем по формуле (4-02) [1], (2.1) [2]:

 

 

м³/кг.

 

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 (4–04)¸(4–08) [1], (2,2)¸(2,5) [2].

 

/кг.

/кг.

 

2.4. Коэффициент  избытка воздуха 

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

Присосы воздуха в  газоходах котла (на выходе из газохода) принимаем по табл. XVII [1], табл. 1.8 [2]:

 − присосы воздуха в топку Da_т=0,08;

 − присосы воздуха в фестон Da_Ф=0;

 − присосы воздуха  в пароперегреватель I ст. Da_ппI=0,015;

 − присосы воздуха в пароперегреватель II ст. Da_ппII=0,015;

 − присосы воздуха в экономайзер II ст.  Da_экII=0,02;

 − присосы воздуха в воздухоподогреватель II ст. Da _впI =0,03;

 − присосы воздуха в экономайзер I ст.  Da _экI=0,02;

 − присосы воздуха в воздухоподогреватель I ст. Da_впI=0,03;

 − присосы воздуха в систему пылеприготовления Da_пл=0,1.

 

2.5. Объемы продуктов  сгорания

 

Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов  и концентрации золовых частиц по газоходам котла представлены в табл. 2.1 (см. табл.4.1 [1], табл. 2.1 [2]).

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

                                            Таблица 2.1

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	2		3	4		5	6	7	8
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		1,2075	1,2225		1,24	1,265	1,29	1,315
3. Объём водяных паров, м3/кг = +     +0,0161(aср-1)∙	0,911		0,911	0,912		0,913	0,914	0,915	0,917
4. Полный объём  газов, м3/кг        VГ= +     +1,0161(aср-1)∙	6,048		6,083	6,154		6,236	6,354	6,471	6,589
5. Объёмная доля водяных паров = /VГ	0,151	0,150			0,148	0,146	0,144	0,141	0,139
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП= +	0,290	0,289			0,285	0,282	0,277	0,272	0,267
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	8,181	8,227			8,317	8,423	8,574	8,725	8,876
8. Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг µ зл= APaун /(100∙Gг), где aун – доля уноса золы из топки (см. табл. 4.6 [2]), aун = 0,95.	0,0078	0,0078			0,0077	0,0076	0,0075	0,0074	0,0072

 

 

2.6. Энтальпии  теоретических объемов воздуха  и продуктов сгорания

 

Энтальпии теоретических  объемов воздуха и продуктов  сгорания и , определяем по табл. XV [1], табл. п. 4.2 [2]. Энтальпию продуктов сгорания Н_Г, кДж/кг, при коэффициенте  избытка воздуха a > 1 определяем по формуле (4-21) [1], (2.18) [2].

Энтальпию золы Н_зл, кДж/кг, определяем по формуле (4-24) [1].

,

где (c )_зл  − энтальпия 1 кг золы, кДж/кг, определяется по табл. XIV [1].

Н_зл можно рассчитать по формуле (2.19) [2].

Результаты расчета  энтальпий продуктов сгорания при  действительных избытках воздуха в газоходах приведены в таблице 2.2 (см. табл. 4.2 [1];  табл. 2.3 [2]).

 

Энтальпии продуктов  сгорания, кДж/кг (H-

- таблица)                              

                                                                                                                   Таблица 2.2

Поверхность нагрева		",°С						НГВ=(a− − 1)		НГ= + +(a−1) + +Нзл		Нзл
Топочная камера, фестон =1,2		2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800		19241 17301 15383 13492 11630 9813 8022 6264		15724    14175 12626    11116      9605      8114      6662      5229		3144,8 2835 2525,2 2223,2 1921 1622,8 1332,4 1045,8		22385,8 20799,44 18485,39 16210,57 13968,97 11754,25 9614,247 7512,37		663,44 577,19 495,37 417,97 318,45 259,85 202,57
Пароперегреватель  I ст. =1,215		1000 800		8022 6264		6662 5229		1432,33 1124,235		9714,177 7590,805		259,84 202,57
Пароперегреватель  II ст. =1,23	1000 800 600 400		8022 6264 4577 2968		6662 5229 3840 2508		1532,33 1202,67 883,2 576,84		9814,17 7669,24 5608,15 3639,93		259,85 202,57 147,95 95,09
Экономайзер II ст. =1,25	800 600 400 200		6264 4577 2968 1444		5229 3840 2508 1234		1307,25 960 627 308,5		7773,82 5684,95 3690,93 1797,17		202,57 147,95 95,09 44,67
Воздухоподогреватель II ст. =1,28	600 400 200		4577 2968 1444		3840 2508 1234		1075,2 702,24 345,52		6003,801 3896,632 1898,05		147,95 95,09 44,67
Экономайзер I ст. =1,3	600 400 200 100		4577 2968 1444 712		3840 2508 1234 614		1152 752,4 370,2 184,2		6003,801 3896,632 1898,05 936,825		147,95 95,09 44,67 21,34
Воздухоподогреватель I ст. =1,33	400 200 100		2968 1444 712		2508 1234 614		827,64 407,22 202,62		3896,632 1898,05 936,825		95,09 44,67 21,34