Учебная работа. Котельні установки промислових підприємств

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Котельні установки промислових підприємств

ЗМІСТ

Вступ

Опис конструкції парового котла Е-72-4,2-440 КТ( БКЗ — 75- 39ФБ)6

. Тепловий розрахунок парового котла

.1 Газовий розрахунок котла

.1.1 Елементарний склад палива

.2 Визначення теоретичних обємів повітря та димових газів

.2.1 Присмоки повітря в котлах та пилосистемі

.2.2 Ентальпії димових газів

.3 Розрахунок теплового балансу котла та визначення витрати палива

.4 Розрахунок топки (повірковий)

.4.1 Конструктивні характеристики

.4.2 Розрахунок теплообміну в топці

.5 Теплосприйняття фестону

.6 Розрахунок пароперегрівника (ПП)

.6.1 Розрахунок 1 ступеню пароперегрівника по ходу димових газів

.6.2 Температурний напір пароперегрівника (паралельно-змішанний потік)

.6.3 Конструктивні характеристики 2 ступеню пароперегрівача

.6.4 Коефіцієнт теплопередачі пароперегрівача

.7 Розрахунок повітропідігрівника

.7.1 Конструктивні характеристики повітропідігрівника

.7.2 Коефіцієнт теплопередачі повітропідігрівника

.8 Розрахунок водяного економайзера

.8.1 Конструктивні характеристики ВЕ

.8.2 Коефіцієнт теплопередачі водяного економайзера

.9 Неузгодження теплового балансу парового котла

. Аеродинамічний розрахунок газового тракту в межах парового котла

.1 Вихідні дані для аеродинамічного розрахунку

.2 Аеродинамічний опір газоходів конвективних поверхонь нагріву.

.3 Cамотяга котла в межах газового тракту

. Розрахунок на міцність

.1 Розрахунок товщини стінки барабану

.1.2 Коефіцієнт міцності барабану.

.1.3 Розрахункова товщина стінки без прибавки С

.2 Розрахунок товщини стінки екранної трубки

Висновок

список використаної літератури

Вступ

Енергетика всієї країни — це величезне господарство, яке включає підприємства з видобутку та транспорту енергетичних ресурсів, з перетворення одних видів енергії в інші, по транспортуванню енергії, ремонтні підприємства, наукові та проектні інститути та багато іншого. Усі разом вони утворюють велику енергетичну систему, яка включає пять систем енергетики: електроенергетичну, ядерно-енергетичну, нафто постачальну, газопостачальну, вуглепостачальну.

На даний момент енергетична промисловість України знаходиться у скрутному становищі. На даний момент більша частина енергетичного устаткування електростанцій України технічно застаріло і потребує модернізації або заміни. Але введення нових енергетичних потужностей ведеться повільними темпами, так як великих коштів, потрібних для цього, енергетичні компанії не мають, а державні дотації невеликі.

В цих умовах актуальною являється задача підтримання у робото спроможному стані та модернізації вже існуючого енергетичного устаткування, у тому числі і тих котлів, що є на електростанціях України.

Курсовий проект включає два основні розділи: розрахунковий та графічний. Розрахунковий складається з наступних частин: визначення обємів та ентальпій повітря і продуктів згорання палива; зведення теплового балансу і визначення коефіцієнта корисної дії та витрати палива; теплового розрахунку топки та конвективних поверхонь нагріву (фестона, пароперегрівника, водяного економайзера, повітропідігрівника), а також визначення аеродинамічних опорів газового тракту; визначення характеристик на міцність поверхонь нагріву та елементів парового котла.

Графічний розділ включає два аркуші креслень, на яких накреслено поздовжній та поперечний розрізи котла.

ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ПАРОВОГО КОТЛА Е-72-4,2-440 КТ (БКЗ-75-39 ФБ)

Паровий котел Барнаульського котлобудівельного заводу барабанного типу з природною циркуляцією, призначений для виробництва 72 т/год пари при тиску 4,2 МПа, температурі 440.

компоновка парового котла — П-подібна. Горизонтальний газохід зєднує вертикально розташовану топку та конвективну шахту.

Топка — камерна, призначена для факельного спалювання пиловидного палива. На внутрішніх сторонах стін топки розташовані екрани, виконані з труб Ø603 мм. У вихідному вікні розташований 4-х рядний фестон, утворений шляхом просторового розводу труб заднього екрану. Нижня частина топки утворює „холодну воронку, по нахиленим стінкам якої шлак у вигляді твердих кусків скачується в шлакову шахту, потім у систему гідро-золовидалення.

На фронтовій стіні топки розташовані два двохулиточні вихрові пальники.

У конвективній шахті розташовані повітропідігрівник та водяний економайзер.

Повітропідігрівник — рекуперативного типу, одноступеневий, трьохходовий, виконаний з труб Ø401,5 мм. Верхній пакет виконаний двоходовим, нижній пакет — одноходовим. Таке розподілення спрощує демонтаж нижньої частини, яка у більш значній мірі піддається дії низькотемпературної сірчаної корозії. Секції повітропідігрівника встановлені на поперечних балках каркаса та жорстко закріплені. Розширення секцій відбувається вверх. Свобода розширення та герметичність забезпечується компенсаторами теплових розширень, які змонтовані у верхній частині секцій та на перепускних повітроводах.

Водяний економайзер — сталевий, гладкотрубний, змійовики з шаховим розташуванням труб Ø323 мм. Кінці труб водяного економайзера вварені в колектор: верхній та нижній. Змійовики водяного економайзера кріпляться до стійок, які спираються на поперечні балки каркаса. Для зниження температури балок зовнішня їх сторона вкрита теплоізоляцією, а з середини балки охолоджуються повітрям.

У горизонтальному газоході розташований 2-х ступеневий пароперегрівник, виконаний з труб Ø383 мм. Перша (по ходу газів) ступінь розташована безпосередньо за фестоном. Для запобігання шлакування перший ряд цієї ступені розведений з більшим кроком. Друга (по ходу газів) складається з 4-х пакетів, зєднаних між собою системою колекторів та перепускних труб. Між першою та другою ступенями встановлений поверхневий пароохолоджувач, який призначений для регулювання температури перегрітої пари.

Циркуляційна система парового котла складається з барабана, колекторів, підємних обігрівних екранних труб, опускних не обігрівних труб та вертикального виносного циклона. Барабан спирається на поперечні балки каркаса у двох точках. Передня опора — рухлива, забезпечує розширення барабана при зміні температури, задня — нерухлива. У середині барабана встановлені сепараційні пристрої, призначені для видалення з пари краплин котлової води. Покращення якості пари досягається також застосуванням виносних циклонів, розташованих на бічних стінках топочної камери.

Нижні колектори топочних екранів закріплені рухливо, що забезпечує термічне розширення екранної системи труб зверху вниз. Для запобігання випинання екранних труб в топку при їх нагріванні передбачена система кріплення труб до каркасу.

Конструкція кріплення передбачає безперешкодне переміщення екранних труб по довжині.

Обмуровка топки — трьохшарова. Перший (зі сторони топки) шар виконаний з вогнестійкої цегли, другий — з діатоміта, третій — совелітовий шар. Поверх обмазки обмуровка закрита сталевими листами. Обмуровка горизонтального та поворотного газоходів також трьохшарова з подальшою обшивкою сталевими листами. Газохід повітропідігрівника та газоходи гарячого повітря — теплоізольовані асбозуритом.

Для обслуговування парового котла в стінах топки та газоходів встановлені віконця, люки та лази. У верхній частині топки та горизонтального газоходу встановлені вибухові клапани, що захищають обмуровку від руйнування при вибухоподібному горінні палива у топці. Паровий котел забезпечений запобіжною, контрольною, регулюючою та запірною арматурою. На барабані парового котла встановлені два запобіжні клапани: один робочий, другий — резервний. Паровий котел має контрольно-вимірювальні прилади та систему автоматичного регулювання.

В паровому котлі застосована урівноважена схема тяги та дуття. Повітряний та газовий тракт зєднані між собою послідовно. Перехід від одного до другого здійснюється в обємі топочної камери. Повітря транспортують дуттєвим вентилятором, і повітряний тракт на ділянці „вентилятор-топка знаходиться під тиском вище атмосферного. Продукти згорання транспортуються димососом, що розташований після котла, в звязку з чим топка та всі газоходи знаходяться під розрідженням.

каркас парового котла виконаний з сталевих колон, балок, зєднань. каркас утворює просторову конструкцію, до якої кріпляться усі елементи парового котла.

рисунок 1 — Паровий котел БКЗ-75-39 ФБ

1. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПАРОВОГО КОТЛА

.1 Газовий розрахунок котла

.1.1 Елементарний склад палива

Таблиця 1.1 Розрахункові характеристики палива (табл. № 1 стор.129 [1])

Вид, родовище, марка паливаРобоча маса паливаДонецький басейн, марка АWpApSpCpHpNpOpS8,534,81,552,21,00,51,5100температура початку плавлення золи t1,°С1100Нижча теплота згоряння палива 18,23Вихід летючих речовин4

1.2 Визначення теоретичних обємів повітря та димових газів (a=1)

Теоретичний обєм повітря

трьохатомних газів:

двохатомних газів:

водяної пари:

1.2.1 Присмоки повітря в котлах та пилосистемі

Таблиця 1.2 Розрахунок надлишків повітря та присмоків у газоходах котла (табл. XVII стор.171-172 [1])

Найменування газоходуПрисмок повітря в газоходіНадлишок повітря за поверхнею нагрівуТопка, фестонDaт=0,1 Daф=0aт=aг+Daт =1,2; aф=aг+Daф =1,2;Пароперегрівник (ПП)Daпп=0,03aпп=aф+Daпп=1,23;Водяний економайзер (ВЕ)Daве=0,02aве=aпп+Daве=1,25Повітропідігрівник (Пов. П)Daпов.п=0,03aпов.п=aве+Daпов.п=1,28Пилосистема, млин (ПС)Daпс=0,04

Таблиця 1.3 Розрахунок дійсних обємів повітря та димових газів

Величина та розрахункова формулаРозмірність ; ;

; ;ГазохідТопкаППВЕПов.П.-aтaппaвеaпов.пКоефіцієнт надлишку повітря в кінці поверхні нагріву aI-1,21,231,251,28Середній коефіцієнт надлишку повітря -1,21,2151,241,265Дійсний обєм двохатомних газів (N2) м3/кг4,8624,9365,0585,181Дійсний обєм водяної пари м3/кг0,31580,3170,3180,321Дійсний обєм газів м3/кг6,15786,2336,3566,482Обємна доля трьохатомних газів -0,1590,1570,1540,151Обємна доля водяної пари -0,0510,05090,0500,0495Сумарна обємна доля RO2 та H2O -0,210,220790,2040,2005Маса димових газів кг/кг8,3478,4438,6038,764доля уносу золи aун (табл. XVIII с. 173 [1])-0,9500,9500,9500,950Концентрація золи у димових газах кг/кг0,040,0390,0380,0377

1.2.2 Ентальпії димових газів та повiтря

Таблиця 1.4 таблиця (табл. XV, стор.154 [1])

Iзл, де ,

при °Сaт, фaппaвеaпов.пIгDIгIгDIгIгDIгIгDIг10071965180,890192520014581308169,118249613002229,519842642726278594040030012660360366699250038163366,545845904658978991600463140735605568564910217005483,548096626589102380063365546767761210629007223,5630587584848674104010008111706598495241056110090137835109710580105612009915860612061163610721300108299396136112708107214001174310187158313780109415001267710988175914874109516001361111789187615969110917001455912590206417078110818001550813391218618186112419001646814212238719310112620001742915034251220036

Приведена зольність

.

Так як приведена зольність більше шести теплоємкість золи враховуємо.

1.3 Розрахунок теплового балансу котла та визначення витрати палива

Таблиця 1.5

Найменування величиниПоказ-никРозмір- ністьФормула, або визначенняРезультатПовна кількість тепла, що внесена у котел (розподільне тепло)16,23Тепло, внесене в котел повітрям, підігрітим зовнішнім джерелом тепла;0Коефіцієнт надлишку повітря на вході у повітронагрівник;1,09Ентальпія повітря на вході в повітропідігрівникf(повітря,), таблиця 1.4;Ентальпія холодного повітряf(повітря,), таблиця 1.4;163Фізичне тепло палива;0Тепло форсункової париВраховується при спалюванні мазуту;0Тепло, витрачене на розклад карбонатівВраховується при спалюванні сланців;0ККД котла брутто%100-q2-q3-q4-q5-q6 ;87,5Витрати палива: з хімічним недопаломq3%f (паливо, Dпп), табл.. XVIII, с.173[1];00з механічним недопаломq4%f(паливо, Dпп), табл.. XVIII, стор.173 [1];5від зовнішнього охолодженняq5%f(Dпп), рис. 5.1 стор. 30 [1] ;0,8з фізичним теплом шлаківq6%, табл.XIV стор. 153 [1];0з газами, що відходятьq2%6,7Ентальпія відходячих газівIвідтабл.1.4;1499,2Витрата паливаBкг/с3,43Кількість тепла, корисно використана в котліQкакВтDпп(іпп-іжв)+Dнп(інп-іжв)+Dпр(ікип-іжв)54686,2Ентальпії: перегрітої париппf(рпп,tпп), табл. XXV стор. 184 [1];3301,9живильної водиіжвf(ржв=1,2рпп;tжв),

табл. XXIV стор.181 [1];656,93насиченої париінпf(рб=1,1рпп), табл. XXIII стор.179 [1];2795,2киплячої водиікипf(рб), табл.XXIII, стор. 179 [1];

1142Розрахункова витрата паливаBркг/с3,26Коефіцієнт збереження теплаj0,99

1.4 Розрахунок топки (повірковий)

.4.1 Конструктивні характеристики

Таблиця 1.6

Ширина топки по фронтуbмПриймаємо 5,5 — 8м (b>a);6,65Глибина топкиамПриймаємо 4,5 — 6м;5,6максимально допустима теплова напруга топкового обємуqдVf(паливо, тип топки, Dпп),

табл. XXVIII стор.173 [1];175Мінімальна висота топкиhтminм9,6Площа поверхні бічної стіни топкиFбм2F1+F2+F3+F4, де

64,56

,3

,2

,85

2,21Площа поверхні фронтової стіни топкиFфрм2(l1+l2+l3+l4)b 117,2Площа поверхні задньої стіни топкиFЗм2(h2+l3+l4+l5)b 82,3Площа поверхні вікна фестонуFвфм2cb=26,6Загальна площа поверхні котлаFстм2Fфр+FЗ+Fвф+2Fб=355,2Діаметр труб екрануdммСортамент труб;60Товщина стінкиδммСортамент труб;3Відстань від протилежної стінки до осі крайньої трубиmмПриймаємо0,2Відстань від осі екранних труб до стіниeм0,048Обєм топкиVтм 3Fбb=429,3Висота топкиhтм11,53Крок труб: — фронтової стіни; — задньої стіни; — бічної стіни Sфр Sз Sб мм мм мм d σфр = 1,3d; d σз = 1,25d; d σб = 1,3d; 78 75 78Кількість труб екранованої стіни: — фронтової стіни; — задньої стіни; — бічної стіни Zфр Zз Zб

81

68Ефективна товщина випромінюючого шаруSм4,35Заекранована площа поверхні : — фронтової стіни — задньої стіни — бічної стіни — вікна фестонуз

м2

м2

м2

м2Fфр-2m(l1+ l2+ l3+ l4);з-2m (h2+ l3+ l4-l5)б-m(l2+ h2);вф

,2

,4

,2

26,6Променесприймаюча поверхня нагріву екранів Таблиця 1.7Кутовий коефіцієнт екрану: (номограма 1а, стор.214 [1]) фронтовий заднього бічного вікна фестону Променесприймаюча поверхня екранівχфр χз χб χвф(пп.6.06, стор. 37 [1]); f(l/d = 0,8; σфр); f(l/d = 0,8; σз); f(l/d = 0,8; σвф);0,96 0,98 0,96 1м2105,8м275,8м2;58,8м2;26,6Загальна променесприймаюча поверхня топким2325,8Ступінь екранування топкиχHп / Fст=0,92Коефіцієнт зниження тепловосприйняття при забрудненні труб стінок табл. 6.3 , стор. 42[1]; 0,45Середнє значення теплової ефективності екранів Ψср.

0,414

1.4.2 Розрахунок теплообміну в топці

Таблиця 1.8

Приймаємо температуру на виході з топки°СВугілля Донецького басейну

все інше1000Ентальпія димових газів на виході з топки;9849,3Корисне тепловиділення в топці20141Теплота, що надходить до топки з повітрямпов1910,9Ентальпія на виході з повітропідігрівника;1781,2Теплота, яке надходить з повітрям, підігрітим стороннім джереломп.зовндив. п.1.3;0Теплота рециркуляціїрец0Адіабатична температураа°Кυа +273 ; υа = f (Qт, αт), табл.№1.4;

2177Середня сумарна теплоємкість димових газів(VC)ср8,7Сумарний коефіцієнт послаблення промінівkkгrп + kзлμзл + kкоксμкокс2,13Коефіцієнт поглинання променів газовою фазою продуктів згоранняkгrп ном. 2; стор. 215 [1]; або

де ;1,2Коефіцієнт поглинання променів золовими часткамиkзлμзлде Aзл по табл.6-1 стор. 38 [1], де: камяне вугілля

,78

0,8Коефіцієнт поглинання променів коксовими часткамиkкоксμкокскамяне вугілля

по табл.6-2 стор. 38 [1];0,2Параметр, що визначає розміщення максимального тепловиділення в топціМ-

де М0 = 0,42 п.6.18 стор. 40 [1];

0,4Параметр забаластованості димових газівrv-,

де r- коефіцієнт рециркуляції;1,085Критерій Бугера-0,93Ефективне значення критерія Бугера-

або ном.3, стор. 216 [1];0,97Дійсна температура на виході з топки°С1028Перевірка. Розрахована температура на виході з топки знаходиться в проміжку 100°С

=±100°СЕнтальпія димових газів на виході з топки;9872Теплосприйняття топки=10166,3

1.5 Теплосприйняття фестону

Таблиця 1.9

Крок труб у фестоні: — поперечний -поздовжній

м м

приймаємо = 200 мм0,2Перепад температур на фестоні°С80 — 100°С;80температура газів на виході з фестону°С;948Ентальпія газів за фестоном;8930Теплосприйняття фестонуф.831

1.6 Розрахунок пароперегрівника (ПП)

— пароохолоджувач; 2 — змішуючий колектор; 3 — вихідний колектор пароперегрівника; 4 — вхідні колектори правого та лівого пакетів; 5 — фестон; 6 — барабан

рисунок 3 — Схема двоступеневого трубного пароперегрівника

Таблиця 1.10 — Розрахунок пароперегрівника (ПП)

Теплосприйняття пароперегрівника в цілому2772,7Теплосприйняття пароохолоджувача50 — 8050Теплосприйняття ПП з топки крізь фестон (променева теплота)198Коефіцієнт нерівномірності по висоті топкиhвf(h/hт=1) h-висота розташування фестону, табл.. 8.3, стор. 81 [1];1Кутовий коефіцієнт фестонуном. 1г, шаховий трубний пучок, стор. 214 [1];0.72Ентальпія димових газів на виході ПП6074температура димових газів на виході з ПП˚С, табл. 2.5;660

— пароохолоджувач; 2 — змішуючий колектор; 3 — вихідний колектор пароперегрівника; 4 — вхідні колектори правого та лівого пакетів;

рисунок 4 — Схема руху пари в пароперегрівнику

1.6.1 Розрахунок І ступені пароперегрівника по ходу димових газів (перевірочний, скорочений)

Таблиця 1.11 — Розрахунок I ступені пароперегрівника по ходу димових газів

Теплосприйняття 1 ступеня ПП1386,4Ентальпія продуктів згорання між 1 та 2 ступінню ПП Іпр7511температура проміжковапроСf(Іпр; aпп), табл. 2.5;801Ентальпія пари на виході з 1 ступені ПП3069Ентальпія пари на вході в 2 ступень ПП3019,1температура пари на вході в 2 ступень ППоСf(; Р=0.5(Pбар+Pnn)), табл. XXV стор.184[1].329

1.6.2 Температурний напір пароперегрівника (паралельно — змішаний ток)

Таблиця 1.12 — Температурний напір пароперегрівника

Різниця температур у випадку протитоку:найбільшаDtбоС361найменшаDtмоС331Температурний напір у випадку протитокуDtпротоС396,8Різниця температур у випадку прямотоку:найбільшаDtбоС472найменшаDtмоС219Температурний напір у випадку прямотокуDtпрмоС330Температурний напір у ППΔtоС0.5(Δtпрот+Δtпрям)=338Середні температури теплоносіїв в ПП:димових газівоС730париtоС0.5×(t+)383

рисунок 5 — Схема до визначення середнього температурного напору теплоносіїв ІІ ступені пароперегрівника

1.6.3 Конструктивні характеристики 2 ступеню пароперегрівника

Таблиця 1.13 — Конструктивні характеристики 2 ступеню пароперегрівача

Діаметр труб ППdмм38товщина стінки трубимм3крок труб ПП :поперечнихS1мм98.8повздовжніхS2мм76Кількість труб у ряді поперек ходу продуктів згорянняZ1;69

Приймаємо висоту горизонтального газоходум2.05Висота газоходу зайнятого трубами ППм1.9Площа живого зрізу для проходження продуктів згоранняFжзм210.2Швидкість продуктів згорання в газоході8,4ПеревіркаW2 > 6 м/с, по умовам для протoчної частини;8,4>6Площа живого зрізу для проходження парим2

де dвн=d-2×=0.038-0.055

Середній питомий обєм париVср

табл. XXV стор.184 — 195[1];0.06577Швидкість пари23,9

1.6.4 Коефіцієнт теплопередачі пароперегрівника

Таблиця 1.14 — Коефіцієнт теплопередачі пароперегрівача

Коефіцієнт теплопередачіК;56,8Коефіцієнт теплової ефективностітабл. 7-4 стор.70 [1];0.65Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби;93,1Коефіцієнт використання поверхні нагрівуРахуємо випадок повного

омивання п. 7-41 стор.68 [1];1Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією;

ном.7 стор.220-221 [1];66Поправка на кількість рядів по ходу продуктів згорання;1Задамось коефіцієнтом теплопередачіПриймаємо50Тоді площа поверхні ПП будем2;367,4Кількість труб 2 ступені по ходу продуктів згорання;23Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням між трубного просторуa

де =120,

ном. 18 стор 238[1];19,75температура забруднень на стінці трубиоК де ;655,5Термічний опір забруднення , рис. 7.15, стор. 70[1];0.001Коефіцієнт тепловіддачі від Труби до пари,

Де по ном. 12 стор. 230[1],

;1425Ефективна товщина випромінювального шару між трубного обєму газівм0.105Коефіцієнт послаблення променів;10,5Коефіцієнт послаблення променів трьохатомними газами K;9,11Коефіцієнт послаблення променів частинками золи

Азл = 0.8 — камяне вугілля;1,52Ступінь чорноти випромінюваного середовищаa;0,104Довжина прилеглого обємумПриймаємо0.7Довжина пучка ППм;1.037Коефіцієнт тепловіддачі з урахуванням прилеглого газового обємуде А=0.5 — буре вугілля;

А=0.4 -камяне вугілля;27,44Порівнюємо та і знаходимо похибкуσ%% < 15%,

розраховано вірно;13,5Реальний коефіцієнт теплопередачі;56,8Реальна поверхня нагрівум2;250Реальна кількість трубZ2.16

паливо пароперегрівник аеродинамічний температурний

1.7 Розрахунок повітропідігрівника

1,2- верхня та нижня трубні дошки; 3- проміжкова трубна дошка; 4- повітроперепускні короба; 5- труби повітропідігрівника ; 6- стойки повітропідігрівника.

рисунок 6 — Повітропідігрівник

Теплосприйняття повітропідігрівника з боку робочого тіла (повітря) βрец=0,

1530Ентальпія присмоків повітря862Ентальпія димових газів на вході в Пов.П.2860температура продуктів згорання на вході в пов.поС, табл.. 2.5;319Середні температури:- продуктів згоранняоС;234- чистого повітряоС142,5

1.7.1 Конструктивні характеристики повітропідігрівника

Таблиця 1.16 — Конструктивні характеристики повітропідігрівника

Діаметр труб та товщина стінкимм;Крок труб Пов.П.:- поперечнихмм;

;60- повздовжніхмм ;

;44Швидкість продуктів згорання в повітропідігрівникуПриймаємо 9÷139Швидкість повітря, що нагрівається;4.5Площа живого зрізу для проходження газівм25Загальна кількість труб у повітропідігрівникуZ

де dвн=d-2δ4652Кількість труб в одному ряду поперек ходу повітряZ1112Кількість рядів труб за ходом повітряZ2;40Глибина повітропідігрівникаaпов.пмS2∙(Z2-1)1,76Тепловий напір у повітропідігрівникуDtоС;74,67- найбільша різницяDtбоС;125- найменша різницяDtмоС;53Температурний напір протитокуDtпротоС83,9Коефіцієнт переоблікуном. 21, крива 3, стор.241 [1];

0,89Кількість ходів повітря у повітропідігрівникуnПриймаємо 3.3

1.7.2 Коефіцієнт теплопередачі повітропідігрівника

Таблиця 1.17 — Коефіцієнт теплопередачі повітропідігрівника

Коефіцієнт теплопередачі повітропідігрівника;18,04Коефіцієнт використання поверхні повітропідігрівника;

();0.75Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби 32,49Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією;

Ном. 11, стор. 229 [1],

де ;

;

;32,49Коефіцієнт тепловіддачі від стінки повітрю

ном. 8, стор. 223 [1];93Площа поверхні повітропідігрівникам2;3920Висота повітропідігрівникам,

де ;6.96Висота одного ходуxм;2.32Площа живого зрізу для проходу повітрям2;5.2Дійсна швидкість повітря4.9Похибка розрахунку%8,02

1.8 Розрахунок водяного економайзера

аве — глибина економайзера; bве — ширина економайзера; 1- пароохолоджувач; 2- дросельний клапан; 3- регулюючий клапан; lп — довжина пучка по ходу газів lп — довжина прилеглого обєму

рисунок 7 — Водяний економайзер

Таблиця 1.18 — Розрахунок водяного економайзера (конструкторський)

Теплосприйняття водяного економайзераQве3184,5Витрати води у водяному економайзеріDвекг/сDве=Dпп ;20Ентальпія живильної води на вході у водяний економайзер;542,2температура живильної води на вході в водяний економайзероС,

табл. XXIV, стор. 181 [1];129Ентальпія живильної води на виході з водяного економайзера;1061,3Визначимо тип ВЕ1) — економайзер не киплячого типу, розрахунок проводимо по табл. XXIII стор. 179 [1],

де .Економайзер не киплячого типу

1.8.1 Конструктивні характеристики ВЕ

Таблиця 1.19 — Конструктивні характеристики ВЕ

де dвн=d-2δ=40-2∙3=26 мм;51Кількість труб в одному ряді поперек ходу димових газівZ1Zп/n=51/3, де n = 3;17Глибина водяного економайзераaве;1.824Різниця між аве та авнаве — апов.п0.064Температурний напір у випадку протитокуDtпротоС286Різниця температур: — найбільшаDtбоС407,9- найменшаDtмоС;190,68Середні температури теплоносіїв- димових газівоС;489- водиtсроС.190

1.8.2 Коефіцієнт теплопередачі водяного економайзера

Таблиця 1.20 — Коефіцієнт теплопередачі водяного економайзера

Коефіцієнт теплопередачіK,

формула (7-15в), стор.50 [1];51,4Коефіцієнт теплової ефективностірис. 7.16 , стор.71 [1];0.65Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби;79,1Коефіцієнт використання поверхніп. 7.08, стор.50 [1];1Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням між трубного простору де аз=0.8-ступінь чорноти забруднень стінок (стор. 67 [1]);6.4температура забрудненої стіни трубиК522,7Ступінь чорнотиa ;

ном. 17, стор. 237 [1];0.117Ефективна товщина випромінювального шару між трубного обєму газів S м;0.1Коефіцієнт поглинання променівkkг rпве + kзл mзл12Коефіцієнт поглинання променів трьохатомними газамиkгrп;10,4Коефіцієнт поглинання променів частинками золиkзлμзл

де =0,8 для камяного вугілля;

=0.75 для бурого вугілля;1,7Коефіцієнт тепловіддачі з урахуванням прилеглого обєму по ходу газів де — кам`яне вугілля — 0.4;

— буре вугілля — 0.5 ;8,9Прилеглий обєм проходу газівlпрм2.5Довжина пучка ВЕl’nм;4.3Задамось коефіцієнтом теплопередачі;48,5Тоді площа поверхні водяного економайзерам2;748Число рядів труб за ходом продуктів згорання,

66Швидкість газівWг;8Площа живого зрізу для проходження продуктів згоранням2авеbве-d(bве-0.1)Z1=8.4Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією,

або ном. 7, стор.220-221 [1], де ;70,4Коефіцієнти теплопередачі розрахунковий та заданий (похибка розрахунку)σве%;6Дійсна площа поверхні водяного економайзераHвем2;685Кількість рядів труб по ходу газівZ2 ;60

Довжина економайзерамS2(Z2-1)3,587Довжина водяного економайзера повинна бути 1.2 -1.5м, в разі перевищення розділення економайзера на n-пакетівПриймаю n=3

1.9 Неузгодження теплового балансу парового котла

Неузгодженість теплового балансу:

Похибка:

.

Це свідчить, що розподілення теплових навантажень поверхонь нагріву виконано вірно.

2. Аеродинамічний розрахунок газового тракту в межах парового котла

Даний розрахунок виконано в системі СI.

В курсовому проекті аеродинамічний розрахунок виконується тільки в межах парогенератора по газовій стороні на ділянці розташування конвективних поверхонь нагріву від виходу з топки до кінця конвективної шахти.

В даному проекті проектуємо парогенератори мають урівноважену тягу, за якою розрядження на виході з топки

Димосос при транспортуванні димових газів в межах котла утворює тягу рівну перепаду повних тисків

де — сумарний опір газового тракту;

— сумарна самотяга газового тракту.

2.1 Вихідні дані для аеродинамічного розрахунку

Аеродинамічний розрахунок виконується на основі даних, взятих з теплового розрахунку.

Таблиця 2.1 — Вихідні дані для аеродинамічного розрахунку

Ділянка газового трактуДіаметр труб, ммРозташування труб (шахове, коридорне)Число рядів по ходу газів, Z2Відношення поперечного шагу до діаметра, S1/dВідношення повздовжнього шагу до діаметра, S2/dΨ=(S1-d)/(S2-d)Довжина поздовжньо омиваємих труб l, мСередня температура димових газів υ, ˚ССередня швидкість димових газів WГ, м/сДинамічний тиск hд, Па Поправочний коефіцієнт KФестон60Ш4−−−−974−−−Пароперегрівник 1-а ступінь по ходу газів38К82.621.6−8018,4111.2Пароперегрівник 2-а ступінь по ходу газів38К122.621.6−7308,4141.2Економайзер32Ш6131.92.2−489815,11.2Повітропідігрівник40Ш401.51.156,96234,59291.1

2.2 Аеродинамічний опір газоходів конвективних поверхонь нагріву

Аеродинамічний опір конвективних частин котла складається з опору в межах поверхонь нагріву та місцевих опорів конвективних газоходів при поворотах та при зміні перерізу перед і за трубчастим підігрівачем.

З метою спрощення аеродинамічний опір ділянок газового тракту розраховується по густині повітря, а потім після знаходження сумарного опору всього газового тракту, враховується поправка на різницю густини димових газів та повітря, а також на забрудненість димових газів.

2.2.1 Опір фестона

Фестон складається з розрядженого пучка труб з числом рядів — 4 та зі швидкістю не менш ніж 10 м/с. Такий пучок має незначний аеродинамічний опір, і тому він не враховується в розрахунку тяги.

2.2.2 Опір конвективного пароперегрівника

Таблиця 2.2 — Опір конвективного пароперегрівника

Найменування величиниПоказ-чикРозмір- ністьФормула, або визначенняРезуль-татПерша ступінь пароперегрівника за ходом газівКоефіцієнт опору пучкаграфік 4, стор.106[2]

;0.54Поправка на число РейнольдсаСReграфік 4, стор.106[2] f(ψ=1.6; ξГР=0.645);1,02Поправка на відносні крокиграфік 4, стор.106[2] ;0.5Коефіцієнт опору першої ступені пароперегріника за ходом газів2,2Опір першої ступені пароперегрівникаПа29Друга ступінь пароперегрівника за ходом газівКоефіцієнт опору пучкаграфік 4, стор.106[2]

0.52Поправка на число РейнольдсаСReграфік 4, стор.106[2] f(ψ=1.6; ξГР=0.54);1.06Поправка на відносні крокиграфік 4, стор.106[2]

;0.5Коефіцієнт опору другої ступені пароперегрівника за ходом газів3.3Опір другої ступені пароперегрівникаПа.55,6

2.2.3 Опір водяного економайзера

Таблиця 2.3 — Опір водяного економайзера

Опір першого ряду труб шахового пучкаПаграфік 5, стор.108[2]

;5,5Поправка на відносні крокиграфік 5, стор.108[2]

;1Поправка на діаметрграфік 5, стор.108[2]

;1Опір водяного економайзераПа492,8

2.2.4 Опір повітропідігрівника

Вданому курсовому проекті приймають трубчаті повітропідігрівники. Розрахунок заключається в тому, щоб розрахувати аеродинамічний опір тертя в трубах, місцевий опір входу і виходу, який виникає із-за різкої зміни прохідного перерізу для продуктів згорання.

Таблиця 2.4 — Опір повітропідігрівника

Втрати тиску на тертяВтрата тиску в трубахПа/мграфік 3, стор. 105[2]

31Поправочний коефіцієнт на шероховатість трубграфік 3, стор. 105[2]

;1Опір тертяПа;215,8Місцеві втрати тискуВідношення меншого перерізу до більшого0.407Коефіцієнт опору входу0.3Коефіцієнт опору виходу

0.4Опір входу-виходуПа40,6Опір повітропідігрівникаПа282

2.2.5 Опір поворотів конвективного газоходу

В межах котла знаходиться один поворот на між пароперегрівачем, розташованим в горизонтальній шахті і водяним економайзером, розміщений на вході в опускну шахту. З метою спрощення розрахунок динамічного напору на повороті газоходу умовно визначають як середнє значення динамічних напорів в конвективних поверхнях нагріву, що знаходяться на межах цього повороту , тобто в паро підігрівачі і економайзері.

Таблиця 2.5 — Опір поворотів конвективного газоходу

Коефіцієнт опору поворотупо пункту 1-30 стр.11 [2],

1Розрахунковий динамічний тиск у поворотіПа12,5Опір поворотуПа15

2.2.6 Сумарний опір газового тракту котла

Таблиця 2.6 — Сумарний опір газового тракту котла

Сумарний опір газового тракту котлаПаПоправка на різницю густин димових газів та повітря

де

1.085Поправка на запиленість димових газів;Поправка на тиск в газовому тракті,

при значенні висоти місцевості над рівнем моря , поправку приймають рівною одиниці;1Аеродинамічний опір газового тракту з урахуванням поправокПа643.4

2.3 Самотяга котла в межах газового тракту

Самотяга викликана різницею густин повітря навколишнього середовища та димових газів в межах газоходів котла висотою HШ.

Самотяга фестон-пароперегрівник: значення самотяги враховується при різниці між висотою середини вікна газоходу і серединою пароперегрівника . Значення самотяги фестон — пароперегрівник можна не враховувати.

Таблиця 2.7 — Самотяга котла в межах газового тракту

Середня температура в шахті˚С404,5Самотяга на 1 м висоти шахтиПа/мграфік 22 ,стр.122[2]

Па.

3. Розрахунок на міцність

3.1 Розрахунок товщини стінки барабану

Товщина стінки барабана визначається за формулами

, або

в залежності від того, який діаметр приймають в розрахунку.

Розрахунок в мм зводиться до визначення коефіцієнта міцності , допустимої напруги і прибавки в мм. Інші величини — тиск і діаметр барабану або відомі із теплового розрахунку і конструктивних характеристик котла.

Для визначення значення необхідно будувати розгортку циліндричної частини барабану.

3.1.1 Розгортка циліндричної частини барабану

Розгортку для барабана з отворами для основних труб можна побудувати, користуючись розмірами і кресленням повздовжнього і поперечного розрізів.

На рис. 8 показана частина розгортки барабана парогенератора БКЗ-75-39ФБ , на якому розміщені групи отворів 1-5 відповідно для труб пароперегрівника 1, фестона 2, фронтового екрану 3, бокового екрану 3 і для опускних труб 5.

Розгортка виконана випрямленням на площині циліндричної стінки барабану, розрізаної по перерізу А-А.

А

t d1 1

О О О О О

b О О О О 1

d b

2

повздовжня вісь барабану A-A

600 t d 4*a t Dн b

d1 b

О О О О О О 3

О t1 О О О О О 2 5

О b О О О О

О 6*b О О О О

О b О О О О

О О О О О О 3 4a

О d1 О О О О О d1

О t d 3*a

4a

б

t М 1:50

d1

О О О О

t1 О t1 5

О О О О

О t1

О О О О d1

О 4б S

О

О

О d1

550

Виконання отворів

а А в стінці барабана .

М 1:25

а — розгортка циліндричної частини барабану;

б — поперечний розріз барабана .

рисунок 8 — Розгортка барабану котла БКЗ

3.1.2 Коефіцієнт міцності барабану

Визначаючий коефіцієнт міцності відноситься до циліндричної частини барабану.

В розрахунку стінки барабану на міцність приймається найменше значення коефіцієнта міцності із всіх розрахованих для кожної групи отворів, які представляють собою окрему групу послаблень барабана.

Для цього необхідно розглянути кожну групу послаблень і визначити в ній розрахунковий коефіцієнт міцності.

3.1.2.1 Перша група послаблень — отвори для труб пароперегрівника

Розміщення отворів

рисунок 9 — Для розрахунку першої групи послаблень

Таблиця 3.1 — Перша група послаблень

Найменування величиниПоказчикРозмірністьФормула або визначенняРезультатЗовнішній діаметр отворівмм38Діаметр отворівмм;38.5Коефіцієнт міцності в повздовжньому напрямку;0.805Крок між осями труб вздовж повздовжньої осі барабанумм;197.6Коефіцієнт міцності в поперечному напрямку;0.115Параметр;2.024Коефіцієнт міцності першої групи послаблення=;)=

=(0.805; 1.15).0.805

3.1.2.2 Друга група послаблень — отвори для труб фестону

Розміщення отворів

рисунок 10 — Для розрахунку другої групи послаблень

Таблиця 3.2 — Друга група послаблень

Зовнішній діаметр отворівмм60Діаметр отворівмм;60.5Коефіцієнт міцності в повздовжньому напрямку0.798Крок між осями труб вздовж повздовжньої осі барабанумм;300Коефіцієнт міцності в косому напрямку0.6Параметр;1.65Коефіцієнт міцності другої групи послаблень=;)=

=min(0.98; 0.751).0.751

3.1.2.3 Третя група послаблень — отвори для труб фронтового екрана

Розміщення отворів

рисунок 11 — Для розрахунку третьої групи послаблень

Таблиця 3.3 — Третя група послаблень

Зовнішній діаметр отворівмм60Діаметротворівмм;60.5Коефіцієнт міцності в повздовжньому напрямку;0.741Крок між осями труб вздовж повздовжньої осі барабанумм=4234Коефіцієнт міцності в косому напрямку0.749Параметр;1.59Коефіцієнт міцності третьої групи послаблень=;)=

=min(0.741; 0.749).0.741

3.1.2.4 Четверта група отворів — отвори для труб бокового екрану

Розміщення труб

рисунок 12 — Для розрахунку четвертої групи послаблень

Таблиця 3.4 — Четверта група послаблень

Зовнішній діаметр отворівмм60Діаметр отворівмм/60.5Коефіцієнт міцності в поперечному напрямку;1,024Крок поперечного ряду отворів по колу в площині, перпендикулярній, повздовжній осі барабанумм;124Коефіцієнт міцності четвертої групи послаблень=1.024

3.1.2.5 Пята група послаблень — отвори для опускних труб і труб бокового екрану

Розміщення труб

рисунок 13 — Для розрахунку пятої групи послаблень

Таблиця 3.5 — Пята група послаблень

Зовнішній діаметр отворівмм90Діаметр отворівмм;90.5Коефіцієнт міцності в повздовжньому напрямку;0.819Крок поперечного ряду отворів по колу в площині, перпендикулярній, повздовжній осі барабанумм500Коефіцієнт міцності в поперечному напрямку;1,027Крок між осями труб в поперечному перерізімм186Коефіцієнт пятої групи послаблень=;)=

=min(0.819; 0.513).0,819

3.1.3 Розрахункова товщина стінки без прибавки С

Таблиця 3.6 — Розрахункова товщина стінки без прибавки С

Розрахунковий тиск в барабаніМПа4.62Розрахункова температура стінки барабану=(=4.84)259Матеріал стінкиВибирають по Сталь 20КЗначення допустимої напругиМПа;129.84Коефіцієнт, що враховує умови роботи матеріалуДля барабанів, що не обігріваються 1Номінальна допустима напругаМПа=

табл.1.5.1. ст..19(3)129.84Розрахункова товщина стінки барабану без прибавки м;0.052Внутрішній діаметр барабанам1.4Товщина стінки барабанам()+0.052прибавка на товщину стінки барабанамТак як товщина листа більше 20мм, то =00Дійсна товщина стінки барабанамЗначення беремо з прототипу0.055Перевірка умови міцності, барабан задовольняє умовам міцності0.052<0.055

3.2 Розрахунок товщини стінки екранної труби

Таблиця 3.7 — Розрахунок товщини стінки екранної труби

Зовнішній діаметр трубимм60Максимальний тиск в трубі у першому наближенніМПа4.978Розрахунковий тиск в барабаніМПа=1.1=1.1∙4.4;4.84прибавка тиску за рахунок гідростатичного тиску стовпа рідини в першому наближенніМПа0.138Висота трубимЗначення беремо з креслення17Уточнене значення МПа0.135Середня густина робочого тіла в трубі779.5Питомий опір робочого тіла в трубі=

табл.23 ст.179 Середній тискМПа0.5+)=

=0.5∙(4.84+4.978);4.909Уточнене значення МПа4.975Коефіцієнт міцностіДля безшовних труб =11Значення допустимої напругиМПа;113.5Коефіцієнт запасу міцностіДля екранної труби =11Номінальна допустима напругаМПа113.5температура металу стінки+60=262+60;322Матеріал стінкиДля виготовлення екранних трубСталь 20кТовщина стінки труби без врахування прибавки м0.00104Товщина стінки трубим0.0013прибавка м=0.20.00026Розрахункова товщина стінки трубим0.00156Дійсна товщина стінкимЗначення беремо з прототипу0.003Перевірка умови міцності, труби задовольняють умові міцностіВисновок

В курсовому проекті продемонстрована здатність створення котлоагрегату на базі серійного котла Е-72-4.2-440 КТ Барнаульського котельного заводу. По заданим вихідним даним були проведені тепловий, аеродинамічний розрахунок та розрахунок на міцність.

В тепловому розрахунку визначенні:

— робоча витрата палива 3,26 кг/с;

економічність котла 87,5%;

При розрахунку топки були дотримані основні вимоги:

допустиме теплове навантаження топки по умовам горіння 175 кВт /м;

температура продуктів згорання на виході із топки задовольняють умовам 1100 та її значення в межах 100 розходиться з попередньо заданою величиною.

В даній конструкції використана трьохступенева схема випару з двома виносними циклонами. Продувка виконується з виносних циклонів.

Для заданої температури перегрітої пари 440 виконаний розрахунок пароперегрівника. Пароперегрівник встановлений в горизонтальному газоході за фестоном і призначений для підвищення температури пари. Пароперегрівник виконаний із паралельно включених по парі вигнутих в одній площині труб (змійовиків). Розташування труб — коридорне. Пароперегрівник розділений на дві ступені. Для першої ступені число рядів труб по газам 8, для другого 16. Між ступенями в „розсічку встановлений паро охолоджувач поверхневого типу, призначений для регулювання температури перегрітої пари. Для першої ступені здійснений перевірочний, а для другого — повний конструкторський розрахунок.

Повітропідігрівник та водяний економайзер встановлені у вертикальній конвективній шахті і призначені для зниження температури газів, що відходять, тобто для підвищення ефективності використання виділеної в топці теплоти. Гаряче повітря, яке подається в топку, покращує процес займання та горіння палива, підвищує температуру продуктів згорання, що сприяє зниженню втрат від хімічного та механічного недопалу. На відміну від типової схеми — економайзер та повітропідігрівник розташовані послідовно, а не в „ розсічку .

Економайзер складається із трьох пакетів , розташованих на відстані один від одного. За економайзером розташований триходовий повітропідігрівник з розривом між першим і другим по ходу повітря хода. Необхідність розриву викликана тим, що у хвостовій частині повітропідігрівник через конденсацію парів вологи відбувається інтенсивна корозія. Виконаний розрив дає можливість заміни його хвостової частини на нову.

Була визначена розрахункова невязка теплового балансу, яка складає

82 кДж/кг.

При цьому невязка у відносних величинах склала 0.45 %. Це говорить про те, що розподіл теплових навантажень по поверхням нагріву виконано вірно.

В аеродинамічному розрахунку був визначений перепад повних тисків конвективного газоходу, необхідний для підбора допоміжного обладнання, Па.

В розрахунку на міцність перевірені барабан і екранні труби з заданими внутрішніми діаметрами, визначена товщина стінок, обґрунтовано використання матеріалів для виготовлення труб і барабану.

Розрахована товщина стінок барабану склала 52 мм, а розрахована товщина стінки труби середнього контуру бокового екрана 1.56 мм.

список використаної літератури

1.Тепловой расчет котлов (нормативный метод).Издание 3-е, переработанное и дополненное. Издательство НПО ЦКТИ, СПб,1998 -256с.с ил.

2.Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). Под ред. Мочана С.И. -М.: Энергия , 1964 -144 с., ил.

3.Подобед О. П. Методические указания к курсовому проекту парогенератора для студентов специальностей 0520, 0308, 0305 (Расчет конвективных поверхностей). Киев: КПИ, 1981 -60 с.

.Роддатис К. Ф. Котельные установки. Учеб. Пособие для студентов неэнергетических специальностей вузов. -М.: Энергия, 1977 -432 с., ил.

.Стырикович М. А., Катковская К. Я., Серов Е.П. Парогенераторы электростанций. -М.-Л.: Энергия , 1966 -384 с., черт.

.Сидельковский Л. Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности. Промышленная теплоэнергетика. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергия, 1978 -336 с., ил.

.Резников М. И., Липов Ю. М. Паровые котлы тепловых электростанций. Учебник для вузов. -М.: Энергоиздат, 1981 -240 с.,ил.

.Антикайн П.А., Зыков А.К. изготовление объектов котлонадзора. Справочник. -М: Металлургия, 1980 345 с.

Учебная работа. Котельні установки промислових підприємств