Общие сведения о тепловом расчёте котельного агрегата

Введение

тепловой котел конвективный пароперегреватель

Котельный агрегат является сложным теплообменным аппаратом, в котором происходит горение топлива, осуществляется процесс передачи тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева и от них к рабочему телу - котловой воде и пару.

При постоянной нагрузке в каждой точке котла устанавливаются вполне определённые значения параметров воды, пара и греющих газов, коэффициентов теплопередачи. Системы уравнений материальных и энергетических балансов связывают величины параметров рабочего тела и продуктов сгорания с величинами поверхностей нагрева, их конструктивными характеристиками.

В курсовом проекте проводится конструктивно-поверочный расчет, который обязателен при проведении поверочного расчета котла при переводе его на сжигание топлива, элементный состав которого отличен от расчётного.

При поверочно-конструктивном расчёте тепловой расчёт обычно завершают на одной из конвективных поверхностей нагрева - чаще всего на второй ступени водяного экономайзера. Результатом такого расчёта является определение величины её поверхности нагрева.

Общие сведения о тепловом расчёте котельного агрегата

 

При проведении теплового расчёта котельного агрегата различают поверочный и конструктивный тепловые расчёты, которые отличаются между собой целями расчета и искомыми величинами.

Поверочный расчёт котла проводится для оценки показателей экономичности и надёжности его работы на конкретном виде топлива, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных данных для проведения аэродинамического и гидравлического расчётов, оценки температур металла и прочности труб, интенсивности золового износа, коррозии и т.д. [1].

При проведении поверочного расчёта должны быть известны: тип котельного агрегата, компоновка и размеры его поверхностей нагрева, тип сжигаемого топлива и способ его приготовления к сжиганию, нагрузка и параметры пара, температуры питательной воды и пара перед промежуточными перегревателями.

Избыток воздуха в топке и ожидаемые величины присосов по всем газоходам котла принимаются по таблице П1.

При проведении поверочного расчета полагаются заданными:

сведения о конструкции и размерах топочного устройства, поверхностей нагрева и газоходов;

тип сжигаемого топлива;

паровая производительность котла, параметры перегретого пара и температура питательной воды;

расходы насыщенного пара и пара на входе в промежуточный пароперегреватель, если таковые имеются на котле;

величина непрерывной продувки;

данные по расчёту пылесистемы.

При конструкторском (конструктивном) расчёте известны все параметры теплоносителя и газов на входе и выходе из каждой поверхности нагрева, а также конструктивная схема котла [1].

При конструктивном расчёте определяются размеры топки и поверхностей нагрева отдельных элементов котла, необходимые для обеспечения принятой номинальной производительности.

Показатели экономичности и параметры пара принимаются для заданных температуре питательной воды и характеристиках топлива.

При поверочно-конструктивном расчёте часть поверхностей нагрева рассчитывается поверочным расчётом, в результате которого определяются их тепловосприятия (например, первая по ходу газов ступень пароперегревателя).

Такой расчёт обычно производится при переводе котла на сжигание того вида топлива, который не предусматривался для сжигания данным типом котла при его проектировании. Например, котел был спроектирован для сжигания твёрдого топлива, а его в процессе эксплуатации перевели на сжигание газообразного топлива.

Последняя ступень пароперегревателя по ходу пара, вторая ступень водяного экономайзера и вторая ступень воздухоподогревателя рассчитываются конструктивным расчётом. В результате этого расчёта определяются необходимые площади их поверхностей нагрева.

При выполнении курсового проекта студенты выполняют поверочно-конструктивный расчёт котла типа ТП-230 для заданного вида топлива.

Описание конструкции парового котла тп-230-2

Общая характеристика котла

 

Двухбарабанный паровой котёл марки ТП-230-2 П-образной компоновки имеет номинальную производительность 230 т/ч с параметрами пара: . Котёл работает на твердом топливе - каменном угле.

Рабочим телом является вода, а теплоносителем - горячие продукты горения органического топлива, называемые дымовыми газами.

 

 

Рис. 2.1. Принципиальная схема котла ТП-230-2:

 

Котёл работает с уравновешенной тягой, при которой вверху топки поддерживается разрежение порядка 2-5 мм вод. ст. (20-50 Па).

На рисунке 2.1 приведена принципиальная схема котла ТП-230-2. Парогенератор ТП-230-2 имеет два барабана.

Барабан 1 является основным барабаном, который наполовину заполнен водой. Осушка пара происходит в основном барабане.

Барабан 2 называется разделительным, в нем происходит наиболее тщательное разделение пара и воды.

Применение двух барабанов в котлах обусловлено тем, что на момент проектирования котла были недостаточно разработаны сепарационные устройства, располагаемые внутри барабана, которые впоследствии стали успешно использоваться в однобарабанных парогенераторах.

Котёл относится к паровым котлам с естественной циркуляцией, в которых пароводяная смесь по контурам циркуляции (по опускным 16 и экранным трубам 15) движется за счёт полезного напора.

Парообразующая поверхность состоит из отдельных контуров циркуляции, объединённых между собой разделительным барабаном 2 котла. Каждый контур циркуляции включает в себя опускные трубы 16, нижние коллекторы 13 и обогреваемые парообразующие поверхности нагрева, экранирующие топку котла 17.

В парообразующих поверхностях нагрева вода подогревается до температуры насыщения и частично испаряется. Пароводяная смесь в экранных трубах имеет удельный вес ниже, чем удельный вес воды в опускных трубах. Разность удельных весов в опускных и экранных трубах создаёт полезный напор, который обеспечивает циркуляцию в контуре. Полезный напор является функцией количества образовавшегося пара и высоты контура циркуляции.

Котел состоит из топочной камеры 17, расположенной в левой вертикальной шахте, которая сверху ограничивается наклонным потолком. Потолок топки закрыт трубами фронтового экрана, включёнными в разделительный барабан котла 2.

Топка котла по ходу газов отделена от горизонтального газохода фестоном 4, который является разреженным пучком экранных труб заднего экрана.

В горизонтальном газоходе котла расположены поверхности двух ступеней конвективного пароперегревателя (5 и 6).

В нисходящем газоходе расположены конвективные поверхности нагрева - две ступени водяного экономайзера (6 и 9) и две ступени воздухоподогревателя (10 и 12).

На котле на боковых стенах топки установлены шесть пылеугольных горелок 14 по 3 штуки на каждой боковой стене треугольником вниз в два яруса.

 

Конвективная шахта котла

 

Конструкция котла предусматривает двухступенчатый подогрев питательной воды и горячего воздуха (рисунок 2.1).

При двухступенчатой схеме воздухоподогреватель имеет две ступени - 10 и 12, которые соединены коробом перепуска воздуха.

Между первой и второй ступенью воздухоподогревателя расположена первая ступень водяного экономайзера 11.

Вторая ступень водяного экономайзера 9 расположена после пароперегревателя по ходу газов.

Воздухоподогреватель I ступени является последней поверхностью по ходу газов.

На рисунке 2.5 приведено распределение температурных напоров при двухступенчатой компоновке конвективных поверхностей нагрева.

При одноступенчатом исполнении в процессе нагрева воздуха температурный напор, определяющий интенсивность теплообмена, уменьшается.

 

 

 

Дальнейший нагрев воздуха в таком воздухоподогревателе экономически нецелесообразен, из-за малой эффективности теплообмена в горячей части воздухоподогревателя.

При двухступенчатом исполнении температура воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя не значительно ниже температуры продуктов сгорания. На входе во вторую ступень воздухоподогревателя эта разность существенно увеличивается, так как здесь выше температура продуктов сгорания.

Это объясняется тем, что уравнение теплового баланса учитывает водяные эквиваленты объёмов воздуха и газов. Водяные эквиваленты у газов всегда выше, чем у воздуха, объём газов больше объёма воздуха.

При подогреве воздуха до температуры выше 350 ⁰С на котлах устанавливается двухступенчатый воздухоподогреватель, расположенный в рассечку водяного экономайзера.

Водяной эквивалент у воды, отнесённый к 1 килограмму топлива, больше водяного эквивалента продуктов сгорания, поэтому температурные кривые воды и продуктов сгорания на рисунке 5 в области водяного экономайзера расходятся.

Рекомендации по проведению теплового расчета

 

На котле установлен поверхностный пароохладитель на стороне насыщенного пара. Этот факт необходимо учесть при расчёте пароперегревателя путём задания тепловосприятия пароохладителя количеством тепла, отданным 1 кг пара охлаждающей воде. Начальная энтальпия пара на входе в пароперегреватель подсчитывается по формуле (п. 9-24) [4, 5]

 

,                                  (3.1)

 

где  - энтальпия насыщенного пара при давлении в барабане котла,  - теплосъём в поверхностном пароохладителе, принимается из условия снижения температуры перегретого пара на 25-40°С [4,5].

Первая ступень пароперегревателя по ходу продуктов сгорания рассчитывается поверочным расчётом, вторая ступень - конструктивным расчётом, в результате которого определяется поверхность нагрева.

По аналогии с пароперегревателем рассчитываются воздухоподогреватель II ступени и водяной экономайзер II ступени.

После расчёта последней конвективной ступени нагрева - второй ступени водяного экономайзера производится расчёт невязки баланса котла, которая при правильном выполнении расчёта не должна превышать 0,5% от располагаемого тепла.

Тепловой расчет

 

Тепловой расчёт конвективных поверхностей нагрева начинается с поверхности нагрева, расположенной по ходу газов за фестоном - с конвективного пароперегревателя. Первой про ходу газов расположена выходная ступень конвективного пароперегревателя по ходу пара.

Исходные данные для теплового расчёта котла:

тип парового котла - барабанный котел с естественной циркуляцией ТП-230-2 и с равновесной тягой;

- паровая производительность котла - 61,4 кг/с;

давление перегретого пара - 11,1 МПа;

температура перегретого пара - 491°С;

вид сжигаемого топлива - каменный уголь Ткибульское месторождение, марка Д, класс МСШ;

температура питательной воды на входе в котёл - 196°С;

давление питательной воды p_пв = 11,5 МПа;

теплосъём в пароохладителе - 150 кДж/кг;

температура холодного воздуха - 30°С;

температура газов на выходе из фестона - 1035°С;

температура уходящих газов - 150°С;

тепло, воспринятое излучением из топки фестоном и конвективным пароперегревателем - 415,3 кДж/кг;

тепло, воспринятое излучением из топки фестоном - 249,2 кДж/кг;

температура горячего воздуха за воздухоподогревателем - 300°С;

расчетный расход топлива - 11,38 кг/с;

коэффициент избытка воздуха в топке и присосы по газоходу (табл. 1);

энтальпии продуктов сгорания и воздуха (табл. 1);

объёмы продуктов сгорания и воздуха (табл. 2).

Введение

тепловой котел конвективный пароперегреватель

Котельный агрегат является сложным теплообменным аппаратом, в котором происходит горение топлива, осуществляется процесс передачи тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева и от них к рабочему телу - котловой воде и пару.

При постоянной нагрузке в каждой точке котла устанавливаются вполне определённые значения параметров воды, пара и греющих газов, коэффициентов теплопередачи. Системы уравнений материальных и энергетических балансов связывают величины параметров рабочего тела и продуктов сгорания с величинами поверхностей нагрева, их конструктивными характеристиками.

В курсовом проекте проводится конструктивно-поверочный расчет, который обязателен при проведении поверочного расчета котла при переводе его на сжигание топлива, элементный состав которого отличен от расчётного.

При поверочно-конструктивном расчёте тепловой расчёт обычно завершают на одной из конвективных поверхностей нагрева - чаще всего на второй ступени водяного экономайзера. Результатом такого расчёта является определение величины её поверхности нагрева.

Общие сведения о тепловом расчёте котельного агрегата

 

При проведении теплового расчёта котельного агрегата различают поверочный и конструктивный тепловые расчёты, которые отличаются между собой целями расчета и искомыми величинами.

Поверочный расчёт котла проводится для оценки показателей экономичности и надёжности его работы на конкретном виде топлива, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных данных для проведения аэродинамического и гидравлического расчётов, оценки температур металла и прочности труб, интенсивности золового износа, коррозии и т.д. [1].

При проведении поверочного расчёта должны быть известны: тип котельного агрегата, компоновка и размеры его поверхностей нагрева, тип сжигаемого топлива и способ его приготовления к сжиганию, нагрузка и параметры пара, температуры питательной воды и пара перед промежуточными перегревателями.

Избыток воздуха в топке и ожидаемые величины присосов по всем газоходам котла принимаются по таблице П1.

При проведении поверочного расчета полагаются заданными:

сведения о конструкции и размерах топочного устройства, поверхностей нагрева и газоходов;

тип сжигаемого топлива;

паровая производительность котла, параметры перегретого пара и температура питательной воды;

расходы насыщенного пара и пара на входе в промежуточный пароперегреватель, если таковые имеются на котле;

величина непрерывной продувки;

данные по расчёту пылесистемы.

При конструкторском (конструктивном) расчёте известны все параметры теплоносителя и газов на входе и выходе из каждой поверхности нагрева, а также конструктивная схема котла [1].

При конструктивном расчёте определяются размеры топки и поверхностей нагрева отдельных элементов котла, необходимые для обеспечения принятой номинальной производительности.

Показатели экономичности и параметры пара принимаются для заданных температуре питательной воды и характеристиках топлива.

При поверочно-конструктивном расчёте часть поверхностей нагрева рассчитывается поверочным расчётом, в результате которого определяются их тепловосприятия (например, первая по ходу газов ступень пароперегревателя).

Такой расчёт обычно производится при переводе котла на сжигание того вида топлива, который не предусматривался для сжигания данным типом котла при его проектировании. Например, котел был спроектирован для сжигания твёрдого топлива, а его в процессе эксплуатации перевели на сжигание газообразного топлива.

Последняя ступень пароперегревателя по ходу пара, вторая ступень водяного экономайзера и вторая ступень воздухоподогревателя рассчитываются конструктивным расчётом. В результате этого расчёта определяются необходимые площади их поверхностей нагрева.

При выполнении курсового проекта студенты выполняют поверочно-конструктивный расчёт котла типа ТП-230 для заданного вида топлива.