Программы. Поверочный расчёт парового котла

Проверочный расчет выполняют для существующих параметров. По имеющимся конструктивным характеристикам при заданной загрузке и топливе определяют температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах между поверхностями нагрева, КПД агрегата, расхода топлива. В результате поверочного расчета получают исходные данные, необходимые для выбора вспомогательного оборудования и выполнения гидравлических, аэродинамических и прочностных расчетов.

При разработке проекта реконструкции парогенератора, например, в связи с увеличением его производительности, изменением параметров пара или с перевозом на другое топливо, может требоваться изменение целого ряда элементов, которые необходимо изменить, выполняют так, чтобы по возможности сохранялись основные узлы и детали типового парогенератора.

Расчет выполняется методом последовательного проведения расчетных операций с пояснением производимых действий. Расчетные формулы сначала записываются в общем виде, затем подставляются числовые значения всех входящих в них величин, после чего производится окончательный результат.

1 Технологический раздел

1.1 Краткое описание конструкции котла.

Котлы типа Е (ДЕ) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара при работе на газе и мазуте. Изготовитель: Бийский котельный завод.

Котел Е (ДЕ)-6,5-14-225ГМ имеет два барабана одинаковой длины диаметром около 1000 мм и выполнены по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры. Топочная камера расположена справа от конвективного пучка по всей длине котла в виде вытянутой пространственной трапеции. Основными составными частями котла являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтовой стенки топки и задний экран. Межцентровое расстояние установки барабанов 2750 мм. Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы. Конвективный пучок образован коридорно расположенными вертикальными трубами диаметром 51x2,5 мм, присоединяемыми к верхнему и нижнему барабанам.

В конвективном пучке котла для поддержания необходимого уровня скоростей газов устанавливаются ступенчатые стальные перегородки.

Конвективный пучок от топки отделен газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для выхода газов в конвективный газоход. Газоплотная перегородка выполняется из труб, установленных с шагом 55 мм. Вертикальная часть перегородки уплотняется вваренными между трубами металлическими проставками.

Поперечное сечение топочной камеры для всех котлов одинаково. Средняя высота составляет 2400 мм, ширина – 1790 мм.

Основная часть труб конвективного пучка и правого топочного экрана, а также трубы экранирования фронтовой стенки топки присоединяются к барабанам вальцовкой. Трубы газоплотной перегородки, а также часть труб правого топочного экрана и наружного ряда конвективного пучка, которые устанавливаются в отверстиях, расположенных в сварных швах или околошовной зоне, привариваются к барабанам электросваркой.

Трубы правого бокового экрана ввальцованы одним концом в верхний барабан, а другим – в нижний, образуя таким образом потолочный и подовый экраны. Под топки закрыт слоем огнеупорного кирпича. Задний экран имеет два коллектора (диаметром 159x6 мм) – верхний и нижний, которые связаны между собой трубами заднего экрана на сварке и необогреваемой рециркуляционной трубой (диаметром 76x3,5 мм). Сами коллекторы одним концом присоединяются к верхнему и нижнему барабанам на сварке. Фронтовой экран образован четырьмя трубами, развальцованными в барабанах. В середине фронтового экрана размещена амбразура горелки типа ГМ. Температура дутьевого воздуха перед горелкой не менее 10 °С.

Выступающие в топку части барабанов защищены от излучения фасонным шамотным кирпичом или шамотно-бетонной обмазкой.

Обмуровка натрубная снаружи обшита металлическим листом для уменьшения присосов воздуха. Обдувочные устройства расположены с левой стороны на боковой стенке котла. Обдувочный аппарат имеет трубу с соплами, которую необходимо вращать при проведении обдувки. Вращение обдувочной трубы производится вручную при помощи маховика и цепи. Для обдувки используется насыщенный или перегретый пар при давлении не менее 7 кгс/см 2 .

Выход дымовых газов из котла осуществляется через окно, расположенное на задней стенке котла в экономайзер.

На фронте топочной камеры котлов имеется лаз в топку, расположенный ниже топочного устройства, и три лючка-гляделки – два на правой боковой и один на задней стенках топочной камеры.

Взрывной клапан на котле располагается на фронте топочной камеры над горелочным устройством.

Котел выполнен с одноступенчатой схемой испарения. Опускным звеном циркуляционных контуров котла являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка.

На котле предусмотрена непрерывная продувка из нижнего барабана и периодическая из нижнего коллектора заднего экрана.

В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательные трубы и направляющие щиты, в паровом объеме – сепарационные устройства. В нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды. В качестве первичных сепарационных устройств используются установленные в верхнем барабане направляющие шиты и козырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичных сепарационных устройств применяются дырчатый лист и жалюзийный сепаратор. Отбойные щиты, направляющие козырьки, жалюзийные сепараторы и дырчатые листы выполняются съемными для возможности полного контроля и ремонта вальцовочных соединений труб с барабаном. Температура питательной воды должна быть не менее 100 °С. Котлы изготавливаются в виде единого блока, смонтированного на опорной раме, на которую передается масса элементов котла, котловой воды, каркаса, обмуровки. Нижний барабан имеет две опоры: передняя неподвижная, а задняя – подвижная, и на ней установлен репер. На верхнем барабане котла установлены два пружинных предохранительных клапана, а также котловой манометр и водоуказательные приборы.

Котел имеет четыре циркуляционных контура: 1-й – контур конвективного пучка; 2-й – правого бокового экрана; 3-й – заднего экрана; 4-й – фронтового экрана.

Основные характеристики котла Е (ДЕ)-6,5-14-225ГМ

2 Тепловой расчет парового котла

2.1 Характеристика топлива

Топливом для проектируемого котла является попутный газ, газопровода «Кумертау – Ишимбай – Магнитогорск». Расчетные характеристики газа на сухую массу принимаются по таблице 1.

Таблица 1 – Расчетные характеристики газообразного топлива

2.2 Расчет и составление таблиц объемов воздуха и продуктов сгорания

Все котлы типа Е, кроме котла Е-25 имеют один конвективный пучок.

Присосы воздуха по газовому тракту принимаем по таблице 2.

Таблица 2 – Коэффициент избытка воздуха и присосы в газоходах котла.

Присосы в газоходах за котлом оцениваем по ориентировочной длине газохода – 5 м.

При тепловом расчете парогенератора или водогрейного котла тепловой баланс составляется для определения КПД брутто и расчетного расхода топлива.

Расчет производится в следующем порядке:

1. Определяется располагаемая теплота. Тепловой расчет котла для твердого и жидкого топлива (кДж/кг)

Тепловой расчет котла для газообразного топлива (кДж/м3)

где Q н р - низшая теплота сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива, кДж/кг, принимается по данным табл. 2-7, а при отсутствии данных - на основании анализа проб топлива; Q н с - низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м 3 , принимается по данным табл. 2-8, а при отсутствии данных - на основании анализа проб газа; Q в.вн - теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата отборным паром, отработанным паром пли другим теплоносителем в калорифере, устанавливаемом перед воздухоподогревателем, кДж/кг или кДж/м 3 ; i тл - физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг или кДж/м 3 ; Q ф - теплота, вносимая в агрегат при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг; QK - теплота, затраченная на разложение карбонатов (учитывается только при сжигании сланцев).

В случае предварительного подогрева воздуха в калорифере теплота, внесенная воздухом, кДж/кг или кДж/м 3 ,

где I° вп - энтальпия теоретического объема воздуха при входе в воздухоподогреватель после предварительного подогрева в калорифере; определяется по температуре воздуха после калорифера t вп линейной интерполяцией значений I° в из табл. 3-7; I° хв - энтальпия теоретического объема холодного воздуха при его расчетной температуре.

Энтальпия холодного воздуха подсчитывается по формуле

где (сƟ)в находится по температуре воздуха из табл. 3-4; при обычно принимаемой температуре холодного воздуха t х.n = 30 °С формула (4-17) принимает вид I° х. n = 39,8 \/°.

Отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому, входящее в формулу (4-16),

где ∆α т, ∆α пл, ∆α вп - присос воздуха в топку, систему пылеприготовления и воздухоподогреватель; принимается по данным табл. 3-5 и 5-9.

Физическая теплота топлива, кДж/кг или кДж/м 3 ,

Где t тл - температура топлива, °С (для твердого топлива принимается 20 °С, для мазута в зависимости от его вязкости 90— 130 °С): с тл - удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг*К).Удельная теплоемкость твердого топлива

Удельная теплоемкость мазута

Здесь W p - содержание влаги в рабочей массе топлива, %; с стл - удельная теплоемкость сухой массы топлива, кДж/ (кг *К), принимается для бурых углей 1, 1,3; каменных 1,09; углей типов А, ПА, Т — 0,92.

Физическую теплоту топлива следует учитывать при его предварительном подогреве от постороннего источника теплоты (паровой подогрев мазута, паровые сушилки для твердого топлива и т. д.).

Теплота, вносимая в агрегат через форсунку при паровом распыливании жидкого топлива, кДж/кг,

Где i ф - энтальпия пара, расходуемого на распыливание топлива, определяется из таблиц для водяного пара по его параметрам, кДж/кг.

Теплота, затраченная на разложение карбонатов, кДж/кг

где k - коэффициент разложения карбонатов (при слоевом сжигании 0,7; при камерном 1,0); (С0 2)рк - содержание диоксида углерода в карбонатах в рабочей массе, %.

Для промышленных парогенераторов и водогрейных котлов при сжигании твердого топлива можно принимать Q P p = = Q H p , а при сжигании газа Q p p =Q H c . При сжигании мазута Q P P = Q H P + i тл.

2. Определяется (только при сжигании твердого топлива) потеря теплоты от механической неполноты горения. Значения потери от механической неполноты горения для различных топок и топлив приведены в табл. 5-1 - 5-4.

3.Определяется потеря теплоты с уходящими газами (%)

где I ух - энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 3-7 при соответствующих значениях аух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м 3 ; Iв° - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при /„ = 30 °С по формуле (4-17); а ух коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, определяется по формуле (3-29).Для определения потери теплоты с уходящими газами необходимо произвести выбор температуры уходящих газов (I ух). Выбор производится на основе технико-экономического расчета по условию оптимального использования топлива и расхода металла на хвостовые поверхности нагрева. Однако во избежание низкотемпературной коррозии при температурах металла, меньших температуры точки росы, приходится выбирать повышенные температуры уходящих газов по сравнению с экономически выгодной или принимать специальные меры по защите воздухоподогревателя.

Избежать коррозии поверхности нагрева воздухоподогревателя (без специальных мер защиты) можно, если температура его металлической стенки будет примерно на 10 К выше температуры точки росы.

Для парогенераторов производительностью свыше 75 т/ч среднего и высокого давления обычно принимают меньшие температуры уходящих газов, чем для парогенераторов низкого давления. Для парогенераторов низкого давления с хвостовыми поверхностями нагрева температуру уходящих газов рекомендуется принимать не менее следующих значений (°С):

При сжигании сернистых топлив в качестве специальных мер защиты от коррозии может применяться покрытие поверхности нагрева воздухоподогревателя кислотостойкой эмалью, изготовление воздухоподогревателя из неметаллических материалов (керамика, стекло и др.).

4. Определяется потеря теплоты от химической неполноты горения. Значения этих потерь для различных топок и топлив приведены в табл. 5-1 - 5-4.

5. Определяется потеря теплоты от наружного охлаждения (%) по формулам:

где q ном и q вк 5ном - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парогенератора и водогрейного котла, определяются по табл. 4-1 и 4-2 соответственно; D ном -номинальная нагрузка парогенератора, т/ч; D - расчетная нагрузка парогенератора, т/ч; Nном -номинальная мощность водогрейного котла, МВт; N - расчетная мощность водогрейного котла, МВт.

6.Определяется потеря в виде физической теплоты шлаков и потеря от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла, %,

где α шл =1 - α уп - доля золы в топливе, перешедшей в шлак; α уп принимается из табл. 5-1, 5-2 и 5-4 в зависимости от способа сжигания топлива; (сƟ) зл - энтальпия золы, кДж/кг; определяется из табл. 3-4 для температуры золы (шлака) 600 °С при сухом шлакозолоудалении; Нохл - лучевоспринимающая поверхность балок и панелей, м2 (для панелей в расчет принимается только боковая, обращенная в топку поверхность); Q пг и Q в. к - полезная мощность парогенератора водогрейного котла (см. ниже).

При камерном сжигании с твердым шлакоудалением q6шл может не учитываться при А ȵ ,>2,5Q нр *10 -3 . Учитывая, что промышленные паровые и водогрейные котлы, оборудованные слоевыми топками, работают на малозольных топливах, потерей теплоты н в этом случае можно пренебречь.

Определяется КПД брутто парогенератора или водогрейного котла (%) из уравнения обратного теплового баланса

8.Определяется полезная мощность парогенератора или водогрейного котла (кВт) по формулам:

где D пе - расход выработанного перегретого пара, кг/с; D н.п - расход выработанного насыщенного пара и пара, отданного потребителям помимо пароперегревателя, кг/с; i п.п, i в.в, i н.п, i кпп - энтальпия перегретого пара, питательной воды на входе в индивидуальный водяной экономайзер, насыщенного пара и кипящей воды в барабане парогенератора, кДж/кг; D пр - расход продувочной воды, кг/с; Gв - расход воды через водогрейный котел, кг/с; г х. в, К в - энтальпии холодной и горячей воды (на входе и выходе водогрейного котла), кДж/кг;

(здесь р - непрерывная продувка парогенератора, %, учитывается только при р≥2 %).

9.Определяется расход топлива (кг/с или м3/с), подаваемого в топку парогенератора или водогрейного котла;

10.При сжигании твердого топлива определяется расчетный расход топлива (кг/с) с учетом потери тепла от механической неполноты горения

Расчетный расход топлива вносится во все формулы, по которым подсчитывается суммарный объем продуктов сгорания и количество теплоты. При подсчете удельных объемов продуктов сгорания (см. табл. 3-6) и энтальпий (табл. 3-7) поправка на потерю теплоты от механической неполноты горения не вносится.

11.Для последующих расчетов определяется коэффициент сохранения теплоты

Так производится тепловой расчет котла.