Поверочный тепловой расчет топки парового котла

Содержание

1. Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов и концентраций золовых частиц в газоходах котла. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива
2. Расчет пароперегревателя
3. Таблица14 — Определение объемов воздуха и продуктов сгорания
4. Таблица 15 — Нормы качества питательной и котловой воды для ПК морских судов
5. Растворенный кислород, мг/кг
6. Не нормируется
7. Описание конструкции 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 размолоспособностиК_ло
=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]:

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], a_т
=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 = + +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 = /VГ	0,120	0,119	0,118	0,117	0,115	0,113	0,111
6. Доля трёхатомных газов и доля водяных паров rП= +	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,

Q_пп
= D_пп(i_пп—
i). (9)

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

(10)

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

Температурный
напор определяется как среднелогарифмическая
разность температур по формуле

(11)

где
— разность
температур сред в том конце поверхности
нагрева, где она больше, °С;
—
разность температур
в другом конце поверхности, °С.

Когда
/
1,7, температурный
напор можно с достаточной степенью
точности определять как среднеарифметическую
разность температур, °С:

(12)

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

(13)

Скорость движения дымовых газов
определяется по формуле

(14)

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

(15)

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

(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:

(17)

Средняя скорость перегретого пара
находится по формуле

(18)

где v_пп
— удельный объем
перегретого пара при средней его
температуре

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

Коэффициент
теплопередачи определяется по формуле

(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

(20)

где 
— теплопроводность газов, Вт/(мК);
-
вязкость газов, м2/с;
Pr
– критерий Прандтля; С_t
– поправка, учитывающая влияние
температуры; С_d
– поправка на форму канала; С_l
– 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 Q_тотличается от
определенного по уравнению теплового
баланса Q_пп
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, d_вн = 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;

T_Г = 448 К — температура выхлопных газов;

Т_В = 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
Содержание масла, нефтепродуктов, мг/кг	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.