Расчет котельного агрегата
1. Описание котельного агрегата
Котлоагрегат БКЗ-320-140 предназначен для работы на газе,
мазуте для выработки перегретого пара на тепловых электростанциях.
Котел вертикально-водотрубный, однобарабанный с естественной
циркуляцией, П-образной компоновки.
Топочная камера призматическая, открытого типа, в плане имеет
вид прямоугольника с размерами по осям труб 5,44х12,1 м, полностью экранирована
трубами диаметром 60 мм с толщиной стенки 5,5-6 мм, расположенными с шагом 64
мм. С наружной стороны по трубам камера обшита металлическим листом.
Пол топки образован трубами фронтового и заднего экрана и
имеет наклон 15о к горизонтали. Трубами заднего экрана для лучшей
организации аэродинамики образован выступ.
Полка оборудована шестью горелками, расположенными в два яруса
на фронтовой стенке топки.
Барабан котла - сварной конструкции, с внутренним диаметром
1600 мм, с толщиной стенки 112 мм. Схема испарения - двухступенчатая, с
промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена в барабан
котла и представляет собой сочетание циклонов и паропромывочных устройств;
вторая ступень организуется в контурах циркуляции включенных в выносные
сепарационные циклоны.
Экраны топочной камеры разделены на 16 самостоятельных
контуров циркуляции. Вода из барабана к испарительным экранам поступает по
трубам диаметром 133 мм.
Пароперегреватель радиационно-конвективного типа.
Радиационная часть выполнена в виде ширмовых поверхностей нагрева, камеры
горения и ее потолочных труб. Конвективная часть - змеевиковая расположена в
горизонтальном и опускном газоходах котла и выполнена из труб диаметром 32 мм.
Температура перегретого пара регулируется впрыском собственного конденсата,
получаемого в специальной установке, расположенной в пределах котла.
Водяной экономайзер кипящего типа, гладкотрубный,
змеевиковый, изготовлен из труб диаметром 32 мм и толщиной 4 мм.
Для подогрева воздуха котел оборудован двумя вращающимися
регенеративными воздухоподогревателями диаметром 5,4 м, вынесенными за пределы
котла.
Для очистки поверхности нагрева котла, расположенной в
опускном газоходе, устанавливается дробеочистка, для регенеративного
воздухоподогревателя и конвективных поверхностей нагрева - обдувочные аппараты.
Котел снабжен необходимой арматурой и устройствами для отбора
проб пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами.
2. Характеристики топлива, коэффициенты избытка
воздуха по расчетным участкам, теоретические объемы воздуха и продукты сгорания
.1 Характеристики топлива
котельный сгорание энтальпия агрегат
Котел барабанного типа с естественной циркуляцией, работающий
на газе и мазуте.
Паропроизводительность-320 т/ч, давление острого пара-14 МПа.
Топливо:
сернистый мазут.
Состав рабочей массы топлива:
=0,15%
=0,03%
=0,39%
=87,33%
=11,9%
=0,1%
=0,1%
2.2 Определение низшей теплоты сгорания, теоретических объемов
воздуха и продуктов сгорания
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
2.3 Определение коэффициента избытка воздуха по
газоходам
3. Действительные объемы продуктов сгорания, доли
трехатомных газов и водяных паров
Таблица 3.1 Действительные объемы продуктов сгорания, доли
трехатомных газов и водяных паров
Величина и
расчетная формула
|
Газоход
|
|
|
|
|
|
Объем водяных
паров, м³/кг 1,5071,5121,5161,551
|
|
|
|
|
Полный объем
газов, м³/кг 12,32212,65512,87715,098
|
|
|
|
|
Объемная доля
трехатомных газов 0,1320,1290,1270,108
|
|
|
|
|
Объемная доля
водяных паров 0,1220,1190,1170,102
|
|
|
|
|
Доля трехатомных
газов и водяных паров 0,2550,2480,2440,211
|
|
|
|
|
4. Энтальпия продуктов сгорания
Таблица 4.1 таблица
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100
|
1629
|
1450
|
|
|
|
2064
|
200
|
3296
|
2917
|
|
|
|
4171,1
|
300
|
5033
|
4419
|
|
|
5474,9
|
6358,7
|
400
|
6770
|
5921
|
|
|
7362,1
|
8546,3
|
500
|
8602
|
7493,5
|
|
|
9351,35
|
|
600
|
10434
|
9066
|
|
11159,3
|
11340,6
|
|
700
|
12351,5
|
10699,5
|
|
13207,5
|
13421,45
|
|
800
|
14269
|
12333
|
|
15255,6
|
|
|
900
|
16254
|
14020,5
|
|
17375,6
|
|
|
1000
|
18259
|
15708
|
19044,4
|
19515,6
|
|
|
1100
|
20301
|
17434
|
21172,7
|
21695,7
|
|
|
1200
|
22343
|
19160
|
23301
|
|
|
|
1300
|
24401
|
20918,5
|
25446,9
|
|
|
|
1400
|
26459
|
22677
|
27592,8
|
|
|
|
1500
|
28582,5
|
24463
|
29805,65
|
|
|
|
1600
|
30706
|
26249
|
32018,45
|
|
|
|
1700
|
32866
|
28046
|
34268,3
|
|
|
|
1800
|
35026
|
29843
|
36518,15
|
|
|
|
1900
|
37201,5
|
31667
|
38784,85
|
|
|
|
2000
|
39377
|
33491
|
41051,55
|
|
|
|
2100
|
41574
|
35326,5
|
43337,3
|
|
|
|
2200
|
43771
|
37162
|
45629,1
|
|
|
|
2300
|
45986
|
39008
|
47936,4
|
|
|
|
2400
|
48201
|
40854
|
50243,7
|
|
|
|
2500
|
50419
|
42711
|
52554,55
|
|
|
|
5. Расчет теплового баланса котла
Таблица 5.1 Тепловой баланс
Рассчитываемая
величина
|
Обо-значение
|
Размер - ность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Располагаемое тепло топлива
(12)=41889+199+352,3=
Тепло, вносимое в топку с подогретым воздухом
(13)
|
|
|
|
Удельная теплоемкость мазута
(14)
|
|
|
|
|
Температура
мазута
|
Принята100
|
|
|
|
Тепло вносимое в топку с подогретым воздухом
(15)
|
|
|
|
|
Температура
уходящих газов
|
Задана120
|
|
|
|
Энтальпия
уходящих газов
|
таблица2485,42
|
|
|
|
Температура
холодного воздуха
|
Задана30
|
|
|
|
Энтальпия холодного воздуха
(16)
|
|
|
|
|
Температура
воздуха подогретого в калорифере
|
Принята50
|
|
|
|
Энтальпия воздуха подогретого в калорифере
(17)
|
|
|
|
|
Потери тепла
от:
|
|
|
|
|
- химического
недожога
|
[2, табл. 4.6]0,5
|
|
|
|
6. Расчет топочной камеры
6.1 Конструктивные характеристики топки
Площадь фронтальной стенки:
(28)
Площадь задней стенки:
(29)
Площадь боковых стенок:
(30)
Площадь потолка:
(31)
Площадь выходного окна:
(32)
F (33)
Площадь стен топки:
(34)
Площадь горелок:
(35)
Площадь стен токи, закрытых экранами:
(36)
Объем топки:
(37)
Диаметр и толщина стен труб:
экранов
- потолочных труб
Угловой коэффициент:
экранов
(38)
потолочных труб
(39)
труб, расположенных в выходном окне - ширм
Шаг между трубами - S:
(40)
(41)
Лучевоспринимающие поверхности:
экранов
(42)
потолочной части
(43)
в выходном окне
(44)
топки
(45)
Эффективная толщина излучающего слоя в топке:
(46)
Таблица 6.1 Тепловой расчет топки
Рассчитываемая
величина
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Коэффициент
избытка воздуха в топке
|
-Принят1,05
|
|
|
|
Присос воздуха
в топке
|
-[2, табл. 1.8]0,03
|
|
|
|
Температура
горячего воздуха
|
[2, табл. 1.6]250
|
|
|
|
Энтальпия
горячего воздуха
|
По таблице3668
|
|
|
|
Тепло, вносимое воздухом в топку
(47)
|
|
|
|
Полезное тепловыделение в топке =
(48)
|
|
|
|
|
Теоретическая
(адиабатная) температура в топке
|
По таблице2215,31
|
|
|
|
Относительное положение максимума температур по высоте топки -=
(49)
|
|
|
|
Коэффициент -=
(50)
|
|
|
|
|
Температура
газов на выходе из топки
|
Принята1200
|
|
|
|
Энтальпия газов
на выходе из топки
|
По таблице23301
|
|
|
|
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания =
(51)
|
|
|
|
|
Произведение
|
|
|
= (52)
|
=0,1∙0,255∙5,29=0,136
|
Коэффициенты ослабления лучей: - трехатомными газами
(53)
|
|
|
|
|
- сажистыми
частицами
|
(54)
|
|
|
|
- топочной средой К
(55)=3,362∙0,255=0,857
|
|
|
|
Оптическая
толщина излучающего слоя
|
KPS
|
-
|
=K∙PS (56)
|
=0,857∙0,1∙5,29=0,453
|
Коэффициенты теплового излучения: - несветящихся газов -=
(57)
|
|
|
|
-топочной средой К
(58)=3,362∙0,255+3,89=4,75
|
|
|
|
Оптическая
толщина излучающего слоя
|
KPS
|
-
|
=K∙PS (59)
|
=4,75∙0,1∙5,29=2,513
|
- светящейся части -=
(60)
|
|
|
|
Степень черноты факела -=
(61)
|
|
|
|
Коэффициенты тепловой эффективности: - гладкотрубных экранов -=
(62)
|
|
|
|
|
- условный
коэффициент загрязнения
|
-[2, табл. 4.8]
|
|
|
|
-потолочных труб -=
(63)
|
|
|
|
|
-труб в
выходном окне
|
-= (64)
|
|
|
|
Условный коэффициент загрязнения ширм -=
(65)
|
|
|
|
Коэффициент -
(66)
|
|
|
|
Средний коэффициент тепловой эффективности -
(67)
|
|
|
|
Степень черноты топочной камеры -=
(68)
|
|
|
|
|
Температура
газов на выходе из топки
|
[2, формула
7.6] *1126,5
|
|
|
|
Энтальпия газов
на выходе из топки
|
По таблице21726,058
|
|
|
|
Количество тепла, воспринятого в топке =
(69)
|
|
|
|
Средняя тепловая нагрузка луче-воспринимающей поверхности =
(70)
|
|
|
|
Теплонапряжение топочного объема =
(71)
|
|
|
|
* (72)
7. Расчет пароперегревательного тракта
Б - Барабан котла.
РП - радиационный потолочный
пароперегреватель.
ШП - ширмовый пароперегреватель.
КП1 и КП2 - конвективные пароперегреватели
первой и второй ступени
КСН - конденсатор собственных нужд котла.
ВПР1 и ВПР2 - первый и второй впрыскивающие пароохладители.
Рис. 7.1 Принципиальная тепловая схема пароперегревательного
тракта
Рис. 7.2 Эскиз пароперегревательного тракта
Таблица 7.1. Расчет потолочного пароперегревателя
Рассчитываемая
величина
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Диаметр и
толщина стен труб
|
По чертежу
|
|
|
|
Тепловосприятие РП из топки =
(73)
|
|
|
|
|
Лучевоспринима-ющая
поверхность РП
|
=49,8
|
|
|
|
Коэффициент
распределения тепла по высоте топки
|
-[2, табл. 4.10]0,5
|
|
|
|
Температура
пара на входе в РП
|
[2, табл. 23]340,5
|
|
|
|
Энтальпия пара
на входе в РП
|
|
|
|
Величина впрысков =0,07
(74)
|
|
|
|
Величина первого впрыска =
(75)
|
|
|
|
Величина второго впрыска =
(76)
|
|
|
|
Приращение энтальпии пара в РП =
(77)
|
|
|
|
Энтальпия пара на выходе из РП =
(78)
|
|
|
|
|
Температура
пара на выходе из РП
|
[2, табл. 25]342
|
|
|
|
7.2 Расчет ширмового пароперегревателя
Таблица 7.2.1 Конструктивные характеристики ШП
Рассчитываемая
величина
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Высота ширмы
|
По чертежу4,85
|
|
|
|
Ширина ширмы
|
По чертежу1,39
|
|
|
|
Диаметр и
толщина стен труб
|
По чертежу
|
|
|
|
Шаги:
|
|
|
|
|
-поперечный
(между ширмами)
|
По чертежу0,365
|
|
|
|
-продольный
(между трубами в ширме)
|
По чертежу0,036
|
|
|
|
Относительные
шаги:
|
|
|
|
|
-поперечный -
(79)
|
|
|
|
-продольный -
(80)
|
|
|
|
|
Количество ширм
поперек газохода
|
По чертежу32
|
|
|
|
Количество труб
в ширме
|
По чертежу19
|
|
|
|
Число параллельно включенных ширм
(81)
|
|
|
|
Полная поверхность нагрева ШП
(82)
|
|
|
|
Лучевоспринимающая поверхность ШП
Расчетная поверхность нагрева ШП
(84)
|
|
|
|
Живое сечение для прохода газов
(85)
|
|
|
|
Живое сечение для прохода пара
(86)
|
|
|
|
Толщина излучающего слоя
(87)
|
|
|
|
Таблица 7.2.2. Тепловой расчет ШП
Рассчитываемая
величина
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Температура
газа на входе в ШП
|
1126,5
|
|
|
|
Энтальпия газа
на входе в ШП
|
По таблице21726,058
|
|
|
|
Температура
пара на входе в ШП
|
342
|
|
|
|
Энтальпия пара
на входе в ШП
|
2676,63
|
|
|
|
Температура
пара на выходе из ШП
|
Задаемся390
|
|
|
|
Энтальпия пара
на выходе из ШП
|
[3, табл. 25]2949,3
|
|
|
|
Лучистое тепло, воспринятое из топки ШП
(88)
|
|
|
|
|
Коэффициент
распределения тепла по высоте топки
|
-[2, табл. 4.10]0,8
|
|
|
|
Тепло, воспринятое ШП по уравнению теплового ба-ланса
(89)
|
|
|
|
Энтальпия газов на выходе из ШП
(90)
|
|
|
|
|
Температура
газов на выходе из ШП
|
По таблице990,98
|
|
|
|
Средняя температура газов в ШП
(91)
|
|
|
|
Средняя температура пара в ШП
(92)
|
|
|
|
Скорость газов в ШП
(93)
|
|
|
|
Скорость пара в ШП
(94)
|
|
|
|
|
Удельный объём
пара
|
ν
|
по табл. 25 [3] при Pб и 0,01343
|
|
|
Коэффициенты
ослабления лучей:
|
|
|
|
|
-трехатомными
газами
|
|
|
|
|
-сажистыми
частицами образующимися в ядре факела
|
|
|
|
|
-топочной
средой: несветящихся газов
|
K
|
=13,6∙0,248=3,373
|
|
|
светящейся
части факела
|
K
|
=13,6∙0,248+3,41=6,78
|
|
|
Коэффициенты теплового излучения: - несветящихся газов -
- светящейся части -
KPS=6,78∙0,1∙0,491=0,333=
|
|
|
|
|
Коэффициент
ослабления лучей
|
-
|
|
|
|
Коэффициенты теплоотдачи: - конвекцией от поверхности к
обогреваемой среде
(95)
|
|
|
|
-излучением продуктов сгорания
(96)
|
|
|
|
|
Температура
загрязненной стенки
|
(97)
|
|
|
|
-конвекцией от газов к поверхности
(98)
|
|
|
|
- от газов к стенке
(99)
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплопередачи
|
(100)
|
|
|
|
Температурный напор в ШП
(101)
|
|
|
|
Тепловосприятие ШП по уравнению теплопередачи
(102)
|
|
|
|
Отношение величин тепловосприятий %
(103)
|
|
|
|
7.3 Расчет конвективного пароперегревателя первой
ступени
Таблица 7.3.1 Конструктивные характеристики КП1
Рассчитываемая
величина
|
Обозначение
|
Размер-ность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Диаметр и
толщина стен труб
|
По чертежу
|
|
|
|
Шаги:
|
|
|
|
|
-поперечный
|
По чертежу0,096
|
|
|
|
-продольный
|
По чертежу0,064
|
|
|
|
Количество
змеевиков поперек газохода
|
По чертежу126
|
|
|
|
Длина змеевика
|
По чертежу18,5
|
|
|
|
Полная поверхность нагрева КП1
(104)
|
|
|
|
|
Относительные
шаги:
|
|
|
|
|
-поперечный
|
-
|
|
|
|
-продольный
|
-
|
|
|
|
Живое сечение
для прохода газов
|
по чертежу
|
31,8
|
|
|
Живое сечение для прохода пара
(105)
|
|
|
|
Толщина излучающего слоя
(106)
|
|
|
|
Таблица 7.3.2 Тепловой расчет КП1
Рассчитываемая
величина
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Температура
пара на входе в ВПР1
|
390
|
|
|
|
Энтальпия пара
на входе в ВПР1
|
[3, табл. 25]
|
2949,3
|
|
|
Падение энтальпии
пара в ВПР1
|
Принята
|
60
|
|
|
Энтальпия пара на входе в КП1
Продолжение таблицы 7.3.2
- несветящихся газов -
|
|
|
|
- светящейся части -
7.4 Расчет конвективного пароперегревателя второй
ступени
Таблица 7.4.1 Конструктивные характеристики КП2
Рассчитываемая
величина
|
Обо-значение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Диаметр и
толщина стен труб
|
По чертежу
|
|
|
|
Шаги:
|
|
|
|
|
-поперечный
|
По чертежу0,05
|
|
|
|
-продольный
|
По чертежу0,064
|
|
|
|
Количество труб
поперек газохода
|
По чертежу71
|
|
|
|
Длина змеевика
|
По чертежу96
|
|
|
|
Полная
поверхность нагрева КП2
|
|
|
|
|
Живое сечение
для прохода газов
|
По чертежу18,5
|
|
|
|
Живое сечение
для прохода пара
|
|
|
|
|
Толщина
излучающего слоя
|
|
|
|
|
Таблица 7.4.2 Тепловой расчет КП2
Рассчитываемая
величина
|
Обо-значение
|
Размер-ность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Температура
пара на входе в ВПР2
|
468
|
|
|
|
Энтальпия пара
на входе в ВПР2
|
[3, табл. 25]3222,7
|
|
|
|
Падение энтальпии
пара в ВПР2
|
Задаемся60
|
|
|
|
Энтальпия пара
на входе в КП2
|
|
|
|
|
Температура
пара на входе в КП2
|
[3, табл. 25]448,66
|
|
|
|
Температура
пара на выходе из КП2
|
567
|
|
|
|
Энтальпия пара
на выходе из КП2
|
3504,21
|
|
|
|
Тепловос-приятие
КП2 по уравнению теплового ба-ланса
|
|
|
|
|
Энтальпия газа
на входе в КП2
|
14012,94
|
|
|
|
Температура
газа на входе в КП2
|
739,33
|
|
|
|
Энтальпия газов
на вы-ходе из КП2
|
|
|
|
|
Температура
газов на вы-ходе из КП2
|
По таблице583,96
|
|
|
|
Средняя
температура газов в КП2
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 7.4.2
- несветящихся газов -
- светящейся части -
8. Расчет водяного экономайзера
Таблица 8.1 Конструктивные характеристики ЭК
Рассчитываемая
величина
|
Обо-значе-ние
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Диаметр и
толщина стен труб
|
По чертежу
|
|
|
|
Шаги:
|
|
|
|
|
-поперечный
|
По чертежу0,0768
|
|
|
|
-продольный
|
По чертежу0,048
|
|
|
|
Количество труб
поперек газохода
|
По чертежу110
|
|
|
|
Длина змеевика
|
По чертежу73
|
|
|
|
Полная
поверхность нагрева ЭК
|
|
|
|
|
Относительные
шаги:
|
|
|
|
|
-поперечный
|
-
|
|
|
|
-продольный
|
-
|
|
|
|
Живое сечение
для прохода газов
|
По чертежу27,71
|
|
|
|
Живое сечение
для прохода воды
|
|
|
|
|
Толщина
излучающего слоя
|
|
|
|
|
Таблица 8.2 Тепловой расчет ЭК
9. Расчет воздухоподогревателя горячей ступени
Таблица 9.1 Конструктивные характеристики ВП
Рассчитываемая
величина
|
Обо-значение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Количество ВП
|
n
|
шт
|
[2, табл. 5.8]
|
2
|
Количество
секторов:
|
|
|
|
|
-всего
|
шт[2, табл. 5.10]18
|
|
|
|
-по воздуху
|
шт[2, табл. 5.10]7
|
|
|
|
-по газам
|
шт[2, табл. 5.10]9
|
|
|
|
Относительное
сечение:
|
|
|
|
|
-по воздуху -
(108)
|
|
|
|
-по газам -
(109)
|
|
|
|
|
Живое сечение
для прохода газов
|
[2, табл. 5.10]8,5
|
|
|
|
Живое сечение
для прохода воздуха
|
[2, табл. 5.10]5,67
|
|
|
|
Поверхность
нагрева (горячая часть)
|
[2, табл. 5.9]7970
|
|
|
|
Таблица 9.2 Тепловой расчет ВП
Рассчитываемая
величина
|
Обо-значение
|
Размерность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Энтальпия
воздуха на входе в ВП
|
По таблице1538,02
|
|
|
|
Температура
воздуха на входе в ВП
|
Задаемся106
|
|
|
|
Энтальпия
воздуха на выходе из ВП
|
По таблице3668
|
|
|
|
Температура
воздуха на выходе из ВП
|
Задана250
|
|
|
|
Тепловосприятие ВП по уравнению теплового баланса
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху
(111)
|
|
|
|
10. Уточнение теплового баланса
.1 Уточнение теплового баланса
Рассчитываемая
величина
|
Обо-значение
|
Размер-ность
|
Формула или
обоснование
|
Расчет
|
Невязка теплового баланса
(115)
|
|
|
|
Относительная невязка баланса %
(116)
|
|
|
|
11. Сводная таблица основных показателей
теплового баланса
Таблица 11.1 Основные показатели теплового баланса
Поверхность
Параметр
|
Топка
|
РП
|
ШП
|
КП1
|
КП2
|
ЭК
|
ВП
|
Температура
газов на входе θ’ 0C
|
-
|
-
|
1126,5
|
990,98
|
739,33
|
583,96
|
371,17
|
Температура
газов на выходе θ» 0C
|
1126,5
|
-
|
990,98
|
739,33
|
583,96
|
371,17
|
288,01
|
Температура
среды на входе t’ 0C
|
-
|
340,5
|
342
|
377
|
448,66
|
237
|
106
|
Температура
среды на выходе t» 0C
|
-
|
342
|
390
|
468
|
567
|
275
|
250
|
Список используемой литературы
1. М.И.
Резников, Ю.М. Липов. Паровые котлы тепловых электростанций. М.
Энергоатомиздат-1987
2. Ю.М.
Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. Компоновка и тепловой расчет парового
котла. М.М. Энергоатомиздат-1988
. Тепловой
расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Санкт-Петербург, 1998 г.