ВВЕДЕНИЕ
В стране расширяется применение централизованной теплофикации как путем сооружения крупных теплофикационных блоков на электростанциях с установкой на них пиковых водогрейных котлов, так и широкого строительства производственных, производственно отопительных и отопительных котельных различной теплопроизводительности.
Строительство котельных на органическом топливе для нужд отопления и горячего водоснабжения ведется как в районах массовой жилой застройки, так и в сельской местности. На сооружаемых объектах теплоснабжения должно устанавливаться оборудование с высоким коэффициентом полезного действия для получения экономии всех видов топливно-энергетических ресурсов.
Паровой котел- это основной агрегат тепловой электростанции. Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностыо при обеспечении установленных температурных и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива.
Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котел должен обеспечить при длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и питательной воды допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.
При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара(свежего и вторичного-перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться(в заданном диапазоне нагрузок), остальные параметры будут изменяться.
Целью курсового проекта является ознакомление студента с компоновкой и конструкцией промышленных парогенераторов и приобретение навыков в оценке возможности и эффективности перевода котла без изменения его конструкции с одного топлива на другое.
Курсовой проект делится на два раздела.
Задача первого раздела - составление расчетно-технологической схемы газовых трактов парового котла и выполнение расчетов по топливу, воздуху, продуктам сгорания, тепловому балансу.
Второй раздел включает в себя выбор схемы подготовки топлива, горелочных устройств и поверочный тепловой расчет топки.
Выводом работы служит оценка возможности перевода котла на другое (резервное) топливо.
1. Компоновка и тепловой баланс парового котла
1.1. Расчётно-технологическая схема парового котла.
Выбор коэффициентов избытка воздуха
Величину среднего коэффициента избытка воздуха в топке котла для жидких и газообразных топлив принимаем т = 1,1.
Вычисляем коэффициенты избытка воздуха за каждым газоходом. Результаты расчётов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Газоходы |
Коэффициент избытка воздуха за газоходом '' |
Величина присоса |
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе |
Топка и фестон
|
= 1,1 + 0,05 = 1,15 |
=0,05 |
т = 1,1 |
Пароперегреватель |
= 1,15 + 0,03 = 1,18 |
|
|
Экономайзер |
= 1,18 + 0,08 = 1,26 |
|
|
Воздухоподогреватель |
|
|
|
=
=
=
=
1,26 + 0,06 = 1,32
1.2. Топливо и продукты горения
1.2.1. Элементарный состав рабочей массы, теплота
сгорания топлива
Природный газ №3 газопровод Саратов-Москва (1 нитка):
CH4 = 93,8%; C2H6 = 2%; C3H8 = 0,8%; C4H10 = 0,3%; C5H12 =0,1%;
N2 = 2,6%;
CO2 =
0,4%;
=0,82
кг/м
Низшая теплота сго Элементарный состав массы топлива принимаем по данным таблиц П.1 и П.2 приложения.
рания:
=
36,12 МДж/м3.
Мазут №46 высокосернистый:
WР = 3% ;
AР =
0,1% ;
=
2,8% ; CP
= 83% ; HP
= 10,4% ;
NP = 0,7% ; OP = 0,7%.
Низшая теплота сгорания топлива
= 38,8МДж/кг.
Определяем приведённую влажность для мазута по формуле:
% кг/ МДж.
Определяем приведённую зольность для мазута по формуле:
% кг/ МДж.
Проверка баланса элементарного состава:
а) для природного газа:
CH4+C2H6+C3H8+C4H10+C5H12+N2+CO2 = 93,8+2+0,8+0,3+0,1+2,6+0,4=100%
б) для мазута:
WР+ AР + + CP + HP + NP + OP=3+0,1+2,8+83+10,4+0,7+0,7=100,7%
1.2.2. Теоретические объёмы воздуха vо, продуктов горения vro2,
азота VN2,
водяных паров
а) для природного газа:
=0,0476 . [(0,5 . 0 + 0,5 . 0 + 1,5 . 0 + (1 + 0,25 . 4) . 93,8 + (2 + 0,25 . 6) . 2 +
+ (3 + 8 . 0,25) . 0,8 + (4 + 0,25 . 10) . 0,3 + (5+ 0,25. 12). 0,1–0] = 9,584 м3/м3
=
0,01. (0,4+ 0+ 0+ 1. 93,8+
+ 2. 2+ 3 . 0,8+ 4. 0,3+ 5. 0,1) = 1,023 м3/м3
=
0,79 . 9,584+ 0,01 . 2,6 = 7,597 м3/м3
= 0,01. (0+ 0+ 0,5. 4. 93,8+ 0,5. 6. 2+ 0,5. 8. 0,8+ 0,5. 10. 0,3+ 0,5. 12 .
. 0,1+ 0,124. 10) + 0,0161. 9,584 = 2,156 м3/м3
где dГТЛ = 10 г/м3 – влагосодержание топлива;
m, n – число атомов углерода и водорода в химической формуле
топлива.
б) для мазута:
= 0,0899 . (83 + 0,375 . 2,8) + 0,265 . 10,4 – 0,033 . 0,7 = 10,289 м3/кг.
м3/кг.
м3/кг.
= 1,357 м3/кг
1.2.3. Расчёт объёмной доли трехатомных газов rRo2, водяных
паров rH2O, безразмерной концентрации золы mзл, массы
газов GГ, плотности rГ по газоходам
Таблица 2. Расчёт при сжигании газообразного топлива.
№ п/п |
Искомая величина |
Ед. изм. |
Газоходы |
||||
топка и фестон |
пароперегреватель |
экономайзер |
воздухоподогреватель |
||||
1
|
Конечный коэффициент избытка воздуха за газоходом |
– |
1,15 |
1,18 |
1,26 |
1,32 |
|
2 |
Средний в газоходе коэффициент избытка воздуха |
– |
1,1 |
1,165 |
1,22 |
1,29 |
|
3 |
|
кон |
м3/м3 |
2,179 |
- |
- |
2,205 |
ср. |
- |
2,1813 |
2,1897 |
2,2005 |
|||
4 |
|
кон |
м3/ м3 |
12,2136 |
- |
- |
13,8429 |
ср. |
- |
12,3574 |
12,8845 |
13,5554 |
|||
5 |
|
кон |
– |
0,0838 |
- |
- |
0,0739 |
ср. |
- |
0,0828 |
0,0794 |
0,0755 |
|||
6 |
|
кон |
– |
0,1765 |
- |
- |
0,1557 |
ср. |
- |
0,1745 |
0,1673 |
0,1591 |
|||
7 |
|
кон |
– |
0,2603 |
- |
- |
0,2296 |
ср. |
- |
0,2573 |
0,2467 |
0,2345 |
|||
8 |
|
кон |
кг/кг |
15,2242 |
- |
- |
17,352 |
ср. |
- |
15,412 |
16,1003 |
16,9765 |
|||
9 |
|
кон |
кг/кг |
0 |
- |
- |
0 |
ср. |
- |
0 |
0 |
0 |
|||
10
|
|
кон |
кг/м3 |
1,2465 |
- |
- |
1,2535 |
ср. |
- |
1,2472 |
1,2496 |
1,2524 |
|||
Таблица 3. Расчёт при сжигании мазута.
-
№
п/п
Искомая величина
Ед. изм.
Газоходы
топка и фестон
пароперегреватель
экономайзер
воздухоподогреватель
1
Конечный коэффициент избытка воздуха за газоходом
–
1,15
1,18
1,26
1,32
2
Средний в газоходе коэффициент избытка воздуха
–
1,1
1,165
1,22
1,29
3
кон
м3/кг
1,3817
-
-
1,4097
ср.
-
1,3842
1,3932
1,4047
4
кон
м3/кг
12,6024
-
-
14,3515
ср.
-
12,7567
13,3226
14,0428
5
кон
–
0,1244
-
-
0,1093
ср.
-
0,1229
0,1177
0,1117
6
кон
–
0,1077
-
-
0,0946
ср.
-
0,1064
0,1019
0,0966
7
кон
–
0,2321
-
-
0,2038
ср.
-
0,2293
0,2196
0,2083
8
кон
кг/кг
1604529
-
-
18,7373
ср.
-
16,6545
17,3936
18,3342
9
кон
кг/кг
5,77
-
-
5,07
ср.
-
5,70
5,46
5,18
10
кон
кг/м3
1,3055
-
-
1,3056
ср.
-
1,3055
1,3056
1,3056
1.2.4. Расчёт энтальпии воздуха
,
продуктов горения
при
a = 1
Расчёт проводим по следующим формулам:
;
.
Таблица 4. Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам котла для газообразного топлива.
Газоход |
Температура
газов,
|
|
|
|
|
Топка и фестон ( |
2200 |
39989,28 |
30789,5 |
4618,425 |
44607,7 |
2100 |
37959,58 |
29340,16 |
4401,024 |
42360,6 |
|
2000 |
35936,35 |
27754,94 |
4163,241 |
40099,59 |
|
1900 |
33937,05 |
26242,18 |
3936,328 |
37873,37 |
|
1800 |
31928,69 |
24720,37 |
3708,056 |
35636,75 |
|
1700 |
29940,97 |
23243,85 |
3486,578 |
33427,55 |
|
1600 |
27980,84 |
21767,34 |
3265,1 |
31245,94 |
|
1500 |
26016,02 |
20281,76 |
3042,264 |
29058,29 |
|
1400 |
24091,94 |
18805,24 |
2820,786 |
26912,73 |
|
1300 |
22152,56 |
17491,77 |
2623,766 |
24776,33 |
|
1200 |
20250,84 |
15888,43 |
2383,265 |
22634,11 |
|
1100 |
18403,33 |
14448,15 |
2167,222 |
20570,55 |
|
1000 |
16561,96 |
13007,86 |
1951,179 |
18513,14 |
|
900 |
14724,69 |
11603,81 |
1740,572 |
16465,26 |
|
800 |
12924,97 |
10235,99 |
1535,399 |
14460,37 |
|
Пароперегреватель ( |
700 |
11154,3 |
8868,174 |
1596,271 |
12750,57 |
600 |
9442,946 |
7518,472 |
1353,325 |
10796,27 |
|
500 |
7744,49 |
6195,946 |
1115,27 |
8859,76 |
|
400 |
6143,031 |
4909,653 |
883,7375 |
7026,769 |
|
Экономайзер ( |
500 |
7775,18 |
6195,946 |
1610,946 |
9386,126 |
400 |
6143,031 |
4909,653 |
1276,51 |
7419,541 |
|
300 |
4548,109 |
3650,535 |
949,1392 |
5497,248 |
|
Воздухоподогреватель ( |
300 |
4548,109 |
3650,535 |
1168,171 |
5716,28 |
200 |
2995,855 |
2409,534 |
771,051 |
3766,906 |
|
100 |
1486,053 |
1195,709 |
382,6268 |
1868,68 |
,
ОС
=1,15)
=1,18)
=1,26)
=1,32)
Таблица 5. Энтальпии воздуха и продуктов горения по газоходам котла для
мазута
Газоход |
Температура газов, , ОС |
|
|
|
|
Топка и фестон ( ) |
2200 |
41177,12 |
34972,31 |
5245,847 |
46422,97 |
2100 |
39101,82 |
33326,07 |
4998,911 |
44100,73 |
|
2000 |
37030,58 |
31525,5 |
4728,824 |
41759,41 |
|
1900 |
34987,81 |
29807,23 |
4471,085 |
39458,9 |
|
1800 |
32929,64 |
28078,68 |
4211,802 |
37141,44 |
|
1700 |
30894,51 |
26401,57 |
3960,236 |
34854,74 |
|
1600 |
28888,41 |
24724,47 |
3708,67 |
32597,08 |
|
1500 |
26867,35 |
23037,07 |
3455,561 |
30322,91 |
|
1400 |
24892,73 |
21359,96 |
3203,995 |
28096,73 |
|
1300 |
22895,08 |
19868,06 |
2980,209 |
25875,28 |
|
1200 |
20939,15 |
18046,91 |
2707,036 |
23646,19 |
|
1100 |
19033,19 |
16410,96 |
2461,643 |
21494,83 |
|
1000 |
17132,36 |
14775 |
2216,251 |
19348,61 |
|
900 |
15237,8 |
13180,21 |
1977,031 |
17214,83 |
|
800 |
13373,93 |
11626,57 |
1743,986 |
15117,91 |
|
Пароперегреватель ( ) |
700 |
11542,09 |
10072,93 |
1813,128 |
13355,22 |
600 |
9768,051 |
8539,87 |
1537,177 |
11305,23 |
|
500 |
7993,122 |
7037,676 |
1266,782 |
9259,904 |
|
400 |
6346,596 |
5576,638 |
1003,795 |
7350,391 |
|
Экономайзер ( ) |
500 |
8040,162 |
7037,676 |
1829,796 |
9869,958 |
400 |
6346,596 |
5576,638 |
1449,926 |
7796,522 |
|
300 |
4693,331 |
4146,467 |
1078,081 |
5771,412 |
|
Воздухоподогреватель ( |
300 |
4693,331 |
4146,467 |
1326,869 |
6020,2 |
200 |
3087,144 |
2736,874 |
875,7997 |
3962,944 |
|
100 |
1527,319 |
1358,148 |
434,6074 |
1961,926 |
)
По данным таблиц 4,5 строим диаграммы
(для всех газоходов) зависимостей JГ
(кДж/кг) -
(ОС).
Рисунок 1. I
-
-диаграмма
для газообразного топлива
Р