Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет двухтопливной ПГУ с параллельной схемой работы. Учебное пособие
.pdf
установочные и габаритные размеры каркаса котла, гидравлические
р
сопротивления газового тракта с последующим выбором тягодутьевого
оборудования, тип и толщину обмуровки и изоляции, все виды потерь.
Котел-утилизатор представляет собой бестопочное устройство для
генерации пара и нагрева воды, которое состоит из последовательно
размещенных поверхностей нагрева, омываемых отработавшими в
ГТУ газами. Для сепарации пара
служит, как правило, барабан, в котором реализуется собственный контур циркуляции. Все поверхности
нагрева подразделяют на группы, к которым в общем случае относят
поверхности парогенератора, и газоводяных подогревателей или теплообменников высокого (ТВД) и низкого (ТНД) давления. Пример
компоновки поверхностей нагрева показан на рис. 2.4.
G
ГТУ
а б
Рис. 2.4. Расчетная схема парогенератора для котла-утилизатора (а)
II
p
пп
II
t
пп
II
h
пп
t
вых
t
пв
p
пв
h
пв
пг
G
пв
t
tвх
газ
t
вых
вода-пар
Δt
хол
t
вх
Δt
го
t
вых
Q
и его Qt-диаграмма (б)
Расчет котла-утилизатора ведут по каждой из его поверхностей
нагрева. В процессе расчета может быть скорректирована тепловая
схема ПГУ. Начинают с расчета парогенератора.
1. Формируют схему парогенератора. Для параллельной схемы
ПГУ применяют однобарабанный парогенератор, состоящий из трех
типов поверхностей нагрева: экономайзера, испарителя, пароперегревателя (рис. 2.4, а). На разработанную схему наносят известные значе-
51
ния параметров. Остальные требуется определить расчетом. На Qt-
диаграмму наносят численные значения расчетных параметров.
2. Теплота, подведенная с уходящими газами в парогенера-
торе, кВт:
Здесь
Q с Gt
ПГ ГТУp
с , кДж/(кг К), – изобарная теплоемкость воздуха, выходящего
p
. (2.22)
из ГТУ при средней температуре процессов в ПГ; t, С – температурный перепад по газовому тракту на входе и выходе из ПГ (определяется при формировании расчетной тепловой схемы ПГУ).
3. Количество генерируемого парогенератором (котлом-утилиза-
тором) пара, кг/с:
0,96...0,98Q
ПГ
Gh
п.в
ПГ
. (2.23)
В этом выражении 0,96…0,98 учитывает потери при передаче теплоты
в ПГ (бо´льшие значения – для бо´ льших производительностей), разность энтальпий
изобарная теплоемкость воды
формировании расчетной тепловой схемы ПГУ.
4. Площадь поверхностей нагрева парогенератора, м
В этом выражении
(в первом приближении допустимо принять
hh h h с t
пп п.впп вп.вp
( 4,19)
с
в
p
Q
3
F
ПГ
k , Вт/(м
ПГ
10
2
ПГ
kt
ПГ ср
К), – коэффициент теплопередачи
, где вpс , кДж/(кг К), –
, а
t , С, определяется при
п.в
2
:
. (2.24)
ПГ
60...100k
); срt, С, –
средний температурный напор между холодным и горячим концом па-
tt
рогенератора
t
ср
гор хол
2
(рис. 2.4, б).
5. Формируют расчетную схему теплообменника высокого давле-
ния КУ.
Конструкция теплообменника представляет собой газоводяной подогреватель (рис. 2.5, а). На разработанную схему наносят известные
52
значения параметров. Остальные требуется определить расчетом.
р
На Qt-диаграмму наносят численные значения расчетных параметров.
хол
t
вых
t
вх
t
вода
газ
tвх
Δt
го
Q
t
вх
t
вх
t
вых
G
ГТУ
а б
Рис. 2.5. Расчетная схема ТВД (а) и его Qt-диаграмма (б)
t
вых
ТВД
G
п.в
Δt
6. Теплота, подведенная с уходящими газами в ТВД, кВт:
Здесь
c , кДж/(кг К) – изобарная теплоемкость воздуха, выходящего
p
QcGt
ТВД ГТУp
из ГТУ при средней температуре процессов в ТВД;
. (2.25)
t
, С – темпера-
турный перепад по газовому тракту на входе и выходе из ТВД (определяется при формировании расчетной тепловой схемы ПГУ).
7. Количество подогреваемой в ТВД воды, кг/с:
ТВД
G
п.в
0,96...0,98pQ
с t
ТВД
. (2.26)
в
В этом выражении 0,96…0,98 учитывает потери при передаче теплоты
в ТВД (бо´льшие значения для бо´ льших производительностей);
с ,
вp
кДж/(кг К), – изобарная теплоемкость воды; t, С – температурный
перепад по водяному тракту на входе и выходе из ТВД (определяется
при формировании расчетной тепловой схемы ПГУ).
8. Площадь поверхностей нагрева ТВД, м
Q
F
ТВД
3
10
kt
ТВД ср
53
ТВД
2
:
. (2.27)
В этом выражении
р
чи (в первом приближении допустимо принять
k , Вт/(м2 К), – коэффициент теплопереда-
ТВД
kk); срt, С,
ТВД ПГ
– средний температурный напор между холодным и горячим концом
tt
ТВД
t
ср
гор хол
2
(рис. 2.5, б).
9. Формируют расчетную схему теплообменника низкого давления
КУ. Конструкция теплообменника аналогична ТВД (рис. 2.6, а).
На разработанную схему наносят известные значения параметров.
Остальные требуется определить расчетом. На Qt-диаграмму наносят
численные значения расчетных параметров.
Δt
хол
t
вых
t
вх
t
вода
газ
tвх
Δt
го
Q
t
вх
t
вх
t
вых
G
ГТУ
t
вых
ТНД
G
к
а б
Рис. 2.6. Расчетная схема ТНД (а) и его Qt-диаграмма (б)
10. Теплота, подведенная с уходящими газами в ТНД, кВт:
Здесь
c , кДж/(кг К), – изобарная теплоемкость воздуха, выходящего
p
QcGt
ТНД ГТУp
из ГТУ при средней температуре процессов в ТНД;
. (2.28)
, С, – темпера-
t
турный перепад по газовому тракту на входе и выходе из ТНД (определяется при формировании расчетной тепловой схемы ПГУ).
11. Тепловой баланс котла-утилизатора
QQQQ
. (2.29)
КУ ПГ ТВД ТНД
При расхождении балансовых значений более чем на 5…10 %
уточняют принимаемые константы, конструктивные элементы, детали
тепловой схемы и повторяют расчет.
54
12. Количество подогреваемой в ТНД воды, кг/с:
ТНД
G
к
0,96...0,98pQ
ct
ТНД
в
. (2.30)
В этом выражении 0,96…0,98 учитывает потери при передаче теплоты в ТВД (бо´ льшие значения для бо´ льших производительностей);
с
, кДж/(кг К), – изобарная теплоемкость воды; t, С, – темпера-
рв
турный перепад по водяному тракту на входе и выходе из ТНД (определяется при формировании расчетной тепловой схемы ПГУ).
13. Площадь поверхностей нагрева ТНД, м
Q
ТНД
3
В этом выражении
F
k , Вт/(м
ТНД
ТНД
10
kt
ТНД ср
2
К), – коэффициент теплопереда-
чи (в первом приближении допустимо принять
t , С, – средний температурный напор между холодным и горячим
ср
tt
концом ТНД
t
ср
гор хол
2
(рис. 2.6, б).
2
:
. (2.31)
)kkk
ТНД ТВД ПГ
;
14. Выбор марки материала для поверхностей нагрева. Материал
выбирают в соответствии с рекомендациями для изготовления котельной техники [16, 17]. Можно использовать табл. П3.5 и П3.6 приложения 3.
При выполнении задания по исходным данным раздела 2.1, результаты которого представлены в примерах расчетов, получены невысокие температуры по всему газовому и пароводяному тракту. В
этом
случае все поверхности нагрева могут быть изготовлены из стали 20,
которая уверенно работает до 450
С.
2.6. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПАРОВОГО КОТЛА
Цель расчета: определение всех термодинамических, расходных и
энергетических характеристик парового котла; площади нагрева каждой поверхности, марки материала для их изготовления.
55
Задачи:
формирование необходимых поверхностей нагрева и их компо-
новка;
формирование тепловой схемы котла в Qt-диаграмме;
определение количества теплоты, передаваемой к каждой по-
верхности, ее площади и марки стали.
Кроме того, в проектных работах определяют проходные сечения
для теплоносителей, сортамент труб каждой поверхности, их массу,
вариант компоновки (шахматный или коридорный); размеры и форму
топки и газоходов, места установки горелок и организацию факела;
установочные и габаритные размеры каркаса
котла; способ и организацию подогрева и подачи первичного и вторичного воздуха и газов
рециркуляции; гидравлические сопротивления газового тракта с последующим выбором тягодутьевого оборудования; тип системы пылеприготовления с последующим выбором углеразмольных мельниц и
сепараторов (для пылеугольных котлов); тип и толщину обмуровки и
изоляции, все виды потерь.
Энергетический паровой
котел (рис. 2.7) представляет собой камерное устройство для генерации пара высоких параметров, которое
состоит из последовательно размещенных поверхностей нагрева. Питательную воду нагревают последовательно в водяном экономайзере
(ВЭК), который размещен в опускной шахте котла. Затем генерируют
пар в экранных поверхностях нагрева, расположенных в топочном
пространстве (камере) котлоагрегата. Затем после сепарации
пара в
барабане обеспечивают его перегрев, последовательно пропуская через
поверхности пароперегревателей (потолочный, конвективный и ширмовый), которые, в свою очередь, размещены в горизонтальном газоходе. Теплота при генерации пара передается преимущественно за счет
лучистого теплообмена, при перегреве пара – за счет лучистого и конвективного теплообмена в ширмовом пароперегревателе и за счет
конвекции в остальных пароперегревателях, при нагреве воды в экономайзере – за счет конвекции. В конвективной шахте размещены также
поверхности нагрева воздуха (ВЗП), который необходим для обеспечения горения топлива. Часто практикуют компоновку ВЭК и ВЗП врассечку (рис. 2.7).
Кроме того, котел имеет большое количество необогреваемых
труб, предназначенных для связи
поверхностей нагрева.
56
Барабан
Опускные
трубы
ПП
ШП
КП1
КП2
КП3
1200 °С
ВРЧ
545 °С
350 °С
500 °С
330 °С
Пароперепускные
трубы
Горизонтальный
газоход
ВЭК 2
ВЗП 3
ВЭК 1
Топка
Горелки
1500 °С
НРЧ
140 °С
240 °С
ВЗП 2
20 °С
ВЗП 1
Рис. 2.7. Принципиальная схема поверхностей нагрева барабанного
П-образного энергетического парового котла:
ПП – потолочный пароперегреватель; ШП – ширмовый пароперегреватель;
КП1, КП2, КП3 – конвективный пароперегреватель первой, второй и третьей
ступени; ВЭК1, ВЭК2 – водяной экономайзер первой и второй ступени;
ВЗП1, ВЗП2, ВЗП3 – воздухоподогреватель первой, второй и третьей
ступени; цифрами показаны ориентировочные значения температур рабо чих тел в соответствующих зонах котла
1. Формируют схему энергетического парового котла. Без излиш-
ней детализации процессов, с учетом особенностей компоновки
(рис. 2.7), формируют схему размещения поверхностей нагрева энергетического котла для ПГУ по заданным и полученным в результате
предшествующих расчетов параметрам и характеристикам. При этом
57
обращают внимание на изменение температур по газовому тракту.
Температура в топке, в зоне ядра факела, может быть на уровне
1500…2000
С. Бо´льшие значения характерны для высококалорийных
(газ, мазут) топлив при меньших избытках воздуха, а также для твер-
дых топлив с низким выходом летучих (например, антрацитов и каменных углей марок СС) при организации зажигательного пояса в зоне
воспламенения. Следует помнить, что для обеспечения бесшлаковочной работы конвективных поверхностей температура
топки должна быть ниже температуры плавкости золы (температура
на выходе из
t
1
начала деформации), которая для легкоплавких зол может составлять
менее 1200
менее 1600
в первом приближении можно принять на уровне
для газовых –
С, для среднеплавких – менее 1400 С, а для тугоплавких –
С. Температуру уходящих газов для пылеугольных котлов
= 140…160 С,
t
ух
= 110…115 С. Более подробно см. рекомендации
t
ух
приложения 3.
При формировании температур пароводяного контура следует
помнить, что температура на входе в первый по ходу пара пароперегреватель для барабанных котлов должна соответствовать температуре
насыщения при давлении в барабане, а для прямоточных – быть на
уровне 400
некипящего типа во всех случаях должна быть не менее чем на 20
С. Температура воды на выходе из водяного экономайзера
С
ниже температуры парообразования.
С учетом требуемых температур в каждом паровом контуре, обеспечивающем работу цикла Ренкина, и изменения температур продуктов сгорания определяют количество и места установки поверхностей
нагрева радиационной и конвективной части. Учитывают схему тока
теплоносителей (прямой, встречный, смешанный, перекрестный, многократно перекрестный).
Температура на выходе из ВЗП принимается
с учетом вида топлива, типа горелочных устройств, вида шлакоудаления, мощности котла
и других факторов в диапазоне 200…420
С. Более высокие темпера-
туры применяют для высоковлажных топлив и мощных котлов, однако
температуры свыше 350
С применяются, как правило, при жидком
шлакоудалении, для поддержания высокой температуры шлака.
В качестве примера для ПГУ на закритические параметры сформи-
рована схема размещения поверхностей нагрева котла (рис. 2.8). Здесь
58
фиксированными являются температуры питательной воды
= 320
С), острого
вого
(t = 540 С, обеспечивается в ПП1) и второго
ПП
(t = 545 C, обеспечивается в ШП) пара, пара пер-
0
(t = 370 С,
ППII
(t =
пв
обеспечивается в ПП2) промежуточного перегрева. Температура воздуха на входе в ВЗП принята на уровне 20
C, без учета нагрева возду-
ха в калорифере. Следует отметить, что в настоящем проекте не ставится задача проектирования энергетического котла, поэтому
компоновка поверхностей нагрева может выполняться в упрощенном
варианте. Основная задача – обеспечить достоверность энергетического баланса как по каждой поверхности нагрева, так и по котлу в целом.
При формировании тепловой
схемы следует использовать прило-
жение 3.
400
540
545
450
370
ПП2
272
320
уголь
300
1100
1500
РЧ
ШП
820
350
ПП1
ПП1
ВЭК
ВЗП
140
20
320
Рис. 2.8. Принципиальная схема размещения поверхностей нагрева прямоточного парового котла для ПГУ с закритическими параметрами ПТУ:
ШП – ширмовый пароперегреватель; ПП1, ПП1 – конвективный пароперегреватель первой ступени; ПП2 – конвективный пароперегреватель второй ступени; ВЭК – водяной экономайзер; ВЗП – воздухоподогреватель; цифрами
обозначены характерные температуры, °С
Кроме того, сформирована тепловая схема котла в Qt-диаграмме
(рис. 2.9). На этой схеме отражена температура продуктов сгорания,
рабочих тел и температура на «холодных» и «горячих» концах тепло-
59
обменных поверхностей, а также направления движения теплоносите-
лей (способ организации их тока).
Qt-диаграмма выполняется в мас-
штабе. Единицей масштаба служит тепловой поток, передаваемый рабочему телу и характеризуемый площадью под линией температуры
газов (
).
t, ϑ, °C
1500
1250
1000
750
500
250
РЧ
вода-пар
РЧ
ШП
пар
ШП
пар
ПП1
ПП1
Пар
ПП2
ПП2
ПП1
ВЭК
вода
ВЭК
ВЗП
воздух
Q, МВт
ВЗП
Рис. 2.9. Тепловая схема котла
Расчет энергетического парового котла также ведут по каждой из
его поверхностей нагрева. В процессе расчета может быть скорректирована тепловая схема ПГУ. Начинают с расчета радиационной части
(РЧ).
2. Секундный объем продуктов сгорания, м
гг
VBV
ПТУ 1
3
/с:
. (2.32)
В этом выражении теоретический объем продуктов сгорания
г
V
усреднен по разным маркам топлива при 0 С и коэффициенте
1
г
4...5V
избытка воздуха
г
1
газа
= 1 и составляет для углей
10V
м3/м3.
60
1
м3/кг и для
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]