Курсовая работа (т): Тепловой расчет котельного агрегата

Тепловой расчет котельного агрегата

Курсовой проект

Тепловой расчет котельного агрегата

Введение

котельный топливо баланс энтальпия

Паровой котельный агрегат - основной элемент паровой теплогенерирующей установки - предназначен для выработки водяного пара.

Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты горения различных органических топлив. Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчетное количество топлива.

Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котельный агрегат должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и питательной воды, с допускаемыми по ГОСТ отклонениями от этих величин.

Номинальное давление пара - наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.

Номинальные температуры пара высокого давления (свежего пара) и пара промежуточного перегрева (вторично-перегретого пара) - температуры пара, которые должны обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем, с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.

Номинальная температура питательной воды - температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечения номинальной паропроизводительности.

При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично-перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры будут изменяться.

При выполнении расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в выборе рациональной компоновки и определении размеров всех поверхностей нагрева котла (конструктивный расчет) или же в определении температур и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла (поверочный расчет).

Следует отметить, что в данном проекте котельного агрегата расчет радиационных и полурадиационных поверхностей нагрева котла (топочная камера, фестон) выполняется поверочной методикой, а конвективных (водяной экономайзер,) - конструкторской.

Задача конструктивного теплового расчета котла заключается в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла, определении размеров поверхностей нагрева, обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных номинальных параметрах пара, надежность и экономичность его работы.

1. Описание котельного агрегата

Котлом называют устройство для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного, использующее для этой цели теплоту сгорания органического топлива, технологических процессов, электрической энергии или отходящих газов. В состав котла могут входить: топки, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, каркас, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка.

Вспомогательным оборудованием считают: тягодутьевые машины, устройства очистки поверхностей нагрева, топливоприготовления и топливоподачи, оборудование шлако- и золоудаления, золоулавливающие и другие газоочистительные устройства, газовоздуховоды, трубопроводы воды, пара и топлива, арматура, гарнитура, автоматика, приборы и устройства контроля и защиты, водоподготовительное оборудование и дымовую трубу.

К арматуре относят регулирующие и запорные устройства, предохранительные и водопробные клапаны, манометры, водоуказательные приборы.

В гарнитуру входят лазы, гляделки, люки, шиберы, заслонки

1.1 Описание котельного агрегата ГМ-50-1

Котел типа ГМ-50-1 (по ГОСТ 3169-89 Е-50-4-440ГМ) предназначен для получения насыщенного или перегретого водяного пара, идущего на удовлетворение потребностей в паре промышленности, строительства, транспорта, коммунального, сельского и других отраслей народного хозяйства, на технологические и отопительно-вентиляционные нужды, а также для малых электростанции. Котел работает на мазуте и природном газе.

Котлоагрегат-однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, выполнен по П-образной схеме компоновки поверхностей нагрева с совмещенной стенкой между топочной камерой и конвективной шахтой и отдельно размещенной шахтой воздухоподогревателя, трехходовой по движению продуктов сгорания (см. Рис. 1). Диапазон регулирования паропроизводительности 70-100%. Котлы работают с уравновешенной тягой. Топочная камера объемом 144 м³ экранирована трубами Æ 60x3 мм, расположенными с шагом 70 мм. Трубы заднего и фронтового экранов в нижней части образуют под топочной камеры. В верхней части трубы заднего экрана разведены в трехрядный фестон. Экраны разделены на восемь самостоятельных циркуляционных контуров. На боковых стенках топочной камеры размещены по три основные горелки, с фронта котла - две дополнительные горелки для поддержания постоянной температуры перегрева пара при изменении вида топлива. Схема испарения - двухступенчатая, рассчитана на питательную воду с солесодержанием до 250 мг/кг.

Барабан котла внутренним Æ 1500 мм с толщиной стенки 40 мм и длиной 8300 мм выполнен из стали 20К. В барабане размещен чистый отсек первой ступени испарения с внутрибарабанными циклонами. Второй ступенью испарения служат выносные циклоны Æ 377 мм, пар из которых поступает в барабан. Питательная вода, поступающая в паровой котел, должна соответствовать требованиям ГОСТа 20995-75. При работе с продувкой, принимаемой равной 5% от производительности, концентрация солей в питательной воде не должна превышать 250 мг/кг при солесодержании котловой воды в последней ступени испарения до 5250 мг/кг и в чистом отсеке до 1250 мг/кг.

Пароперегреватель - конвективный, дренируемый, горизонтального типа, змеевиковый, расположен в конвективном газоходе и по ходу пара разбит на две ступени. Выполнен из труб с шахматным расположением Æ 32x3 мм и поперечным шагом 75 мм. Материал - сталь 20, выходные петли - из стали 12ХМ. Температура перегрева регулируется поверхностным пароохладителем, расположенным в рассечке пароперегревателя. Весь пароперегреватель выполнен в одном блоке.

Водяной экономайзер - стальной, кипящего типа, гладкотрубный, змеевиковый, выполнен из труб с шахматным расположением Æ 28хЗ мм. Продольный шаг - 50 мм, поперечный - 70 мм. Расположен в конвективном газоходе, состоит из двух блоков. Отвод пароводяной смеси из верхнего коллектора последнего по ходу воды пакета осуществляется по четырем трубопроводам, подведенным к барабану. В горизонтальном и вертикальном направлениях змеевики пакетов экономайзера дистанционированы специальными планками и подвесками, изготовленными из жароупорной стали. В период растопки и остановки котла экономайзер может быть включен в линию рециркуляции воды, что обеспечивает его охлаждение в эти периоды.

Воздухоподогреватель - стальной, трубчатый, одноступенчатый, трёхходовой, выполнен из труб с шахматным расположением Æ 40x1,6 мм. Поперечный шаг труб - 60 мм, продольный - 42 мм. Воздухоподогреватель допускается устанавливать отнесенным от котла, как в здании котельной, так и за ее пределами. Расстояние между котлом и воздухоподогревателем уточняется по компоновочным чертежам.

Все конвективные поверхности, в том числе и пароперегреватель, очищаются дробью.

Каркас котла - металлический, сварной конструкции, без обшивки. Обмуровка - трехслойная, монолитная, облегченного типа, закрепляется на каркасе котла. Толщина обмуровки 215 мм, а и местах, не закрытых трубами, - 315 мм.

Котел снабжен всей необходимой регулирующей и запорной арматурой, устройствами для контроля температуры, давления пара и уровня воды в барабане.

Рис. 1 Продольный разрез котла ГМ-50-1

Для удобства обслуживания котел оборудован помостом и лестницами, а топочная камера - лазами и гляделками.

Котлы поставляются транспортабельными блоками, отдельными сборочными единицами, узлами и деталями.

1.2 Описание газового тракта

На горелку подается газ и горячий воздух в количестве, необходимом для полного сгорания топлива с учетом его избытка.

В топке котла происходит горение газовоздушной смеси. Высокая температура ГВС обеспечивает интенсивную отдачу теплоты газами за счет излучения. Экран воспринимает лучистую теплоту. Экран - это вертикальные трубы, закрывающие стены топочной камеры изнутри. В экранных трубах происходит парообразование.

За счет разности плотностей ГВС и продуктов сгорания появляется тяга, и газы поступают в конвективный газоход (шахту).

Перед конвективной шахтой располагается фестон - разряженный пучок труб, являющийся продолжением труб заднего экрана.

В конвективной шахте установлены пароперегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель. Основная теплопередача от газов происходит конвективным способом.

Сухой насыщенный пар поступает в первую ступень пароперегревателя, где претерпевает первую стадию перегрева. Вторая стадия перегрева осуществляется во второй ступени пароперегревателя. Между ступенями перегревателя расположен пароохладитель, предназначенный для поддержания температуры перегретого пара на постоянном максимально допустимом уровне с тем, чтобы обеспечить максимальный эффект дальнейшего использования тепловой энергии пара (например, для получения максимального КПД паросилового цикла). После пароперегревателя пар направляется к потребителю пара - к паровой турбине или на технологические нужды.

Питательная вода в экономайзере нагревается до температуры кипения и даже частично превращается в пар, после чего направляется в барабан.

Далее газы направляются к воздухоподогревателю.

Основное назначение воздухоподогревателя и экономайзера - уменьшение потерь теплоты с уходящими газами, т.е. повышение КПД котельной установки.

В воздухоподогревателе осуществляется подогрев воздуха, что обеспечивает более интенсивное воспламенение и горение топлива.

Дутьевой вентилятор забирает воздух из верхней части котельной, где воздух имеет температуру выше, чем в нижней части помещения.

Дымосос обеспечивает движение газов по тракту и некоторое разряжение на выходе из топки.

После дымососа продукты сгорания по газоходу направляются в дымовую трубу, где за счет разности в плотностях продуктов горения и воздуха возникает тяга, и удаляются в окружающую среду.

1.3 Описание пароводяного тракта

Испарительная система котла выполнена по схеме двухступенчатого испарения. Испарительные контуры первой ступени испарения включены непосредственно в барабан. Разделение пароводяной смеси, поступающей из первой ступени, осуществляется в циклонах, установленных в барабане. Для очистки пара от влаги на выходе из барабана установлены жалюзийные сепараторы и за ними дырчатые распределительные щиты. Пар из выносных циклонов второй ступени испарения подается в паровое пространство барабана под жалюзийные сепараторы и смешивается с основным потоком пара. Питательная вода подается через распределительные жалюзи под уровень воды в барабане. Питание водой второй ступени испарения каждого выносного циклона осуществляется из торцов барабана по двум трубам. Непрерывная продувка котла осуществляется из выносных циклонов.

Котел имеет восемь контуров естественной циркуляции: фронтальный, задний, два основных боковых экрана, расположенных в средней части боковых стен, и четыре экрана, расположенных с обеих сторон основных экранов. Основные боковые экраны включены в выносные циклоны второй ступени испарения. Все остальные контуры циркуляции включены в барабан - первую ступень испарения.

Вода из барабана по водоопускным трубам поступает в коллекторы, расположенные в нижней части котла, из которых распределяется по экранным трубам. В трубах вода частично испаряется, и полученная пароводяная смесь возвращается в циклоны барабана котла и выносные циклоны. Циркуляция обеспечивается за счет того, что плотность пароводяной смеси в экранных трубах меньше, чем в водоопускных.

Насыщенный пар из барабана по потолочным трубам поступает в первую по ходу пара ступень пароперегревателя и движется в ней противоточно по отношению к потоку дымовых газов. Далее пар поступает в коллектор, где расположен регулятор перегрева пара - пароохладитель поверхностного типа, в который поступает охлаждающая питательная вода из питательной магистрали. Из регулятора перегрева пар поступает во, вторую по ходу пара ступень пароперегревателя. Над выходным коллектором пароперегревателя расположена главная паровая задвижка.

Рис. 3 Схема испарения котла ГМ 50-1

Отработавший у потребителя пар конденсируется, и в котельную возвращается конденсат, где поступает в деаэратор. Деаэратор предназначен для удаления из воды растворенных в ней О2, СО2 и прочих газов.

Часть воды и водяного пара теряется в котельной установке или у потребителя пара, поэтому в установку подают подпиточную сырую воду.

Природная вода содержит растворенные газы, механические и коллоидные примеси, растворы солей. При парообразовании некоторые соли и перешедшие в воду продукты коррозии конструкционных материалов оседают на внутренних поверхностях нагрева котла в виде плотной, трудно отделимой накипи. Накипь уменьшает коэффициент теплопередачи и суживает проходные сечения в котельных трубах, что приводит к снижению экономичности и производительности установки, а также к аварийному разрушению металла в связи с его перегревом.

Другая часть примесей выпадает в объеме котловой воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, составляющих осадок - шлам. Для удаления шлама из нижних точек (барабанов, коллекторов) во избежание аварий котлов и снижения эффективности их работы применяют периодическую продувку.

Часть примесей может оседать в проточной части турбины, что снижает их экономичность и мощность и приводит к аварии.

Поэтому сырая вода поступает в водоумягчитель или обессоливающую установку и затем в деаэратор. Вода из деаэратора откачивается питательным насосом. Вода, направляемая питательными насосами в котел, называется питательной водой.

С каждой порцией подпиточной воды в котле накапливаются все новые порции примесей. Вместе с насыщенным паром из барабана котла уносятся капельки воды, содержащей примеси, которые откладываются в пароперегревателе и в проточной части турбины. Для удаления растворенных в котловой воде примесей осуществляют из барабана котла непрерывную продувку, т.е. непрерывно удаляют из него часть воды.

Для уменьшения уноса капелек влаги в барабане предусмотрено сепарирующее устройство.