Расчёта котельного агрегата марки БКЗ-75-39 ГМ с естественной циркуляцией

1. Краткое описание  котельного агрегата марки БКЗ-75-39 ГМ.

Для расчёта принят котельный агрегат марки БКЗ-75-39 ГМ с естественной циркуляцией предназначен для получения пара среднего давления при сжигании природного газа и мазута.

В данном курсовом проекте  он пересчитан на сжигание природного газа, газопровод — Бухара  Урал.

Котельный агрегат однобарабанный имеет П-образную компоновку и состоит из топочной камеры, горизонтального газохода и опускной конвективной шахты.

Топочная камера имеет  призматическую форму. Стены топочной камеры экранированы трубами 60*3 мм, между трубами заднего и боковых экранов 100 мм, бокового — 150 мм. Экраны разделены на 8 самостоятельных контуров.

Два из них образуют вторую ступень испарения с выносимыми циклонами, опускные трубы экранов  выполнены из труб 83*4 мм, коллекторы экранов труб — 219*16 мм.

Контур фронтового экрана образован следующим образом:

Вода из барабана по шести  водоопускным необогреваемым трубам поступает  в коллектор экрана, подъем пароводяной  смеси в барабан осуществляется по 35 экранным трубам.

В контур заднего экрана вода поступает из барабана по восьми водоопускным трубам, а по 53 подъемным трубам пароводяная смесь поступает в барабан.

В нижней части топочной камеры трубы заднего экрана образуют наклоненный под углом 12 градусов к горизонтали под, закрытый шамотным кирпичом.

В верхней части топки  трубы заднего экрана образуют два  ряда фестона с продольным шагом 200 мм, поперечным - 300 мм.

Боковые экраны состоят из трех контуров рециркуляции. В первую включены фронтовые и задние панели боковых экранов.

Водопроводящие трубы  из барабана подают воду в коллекторы панелей: к каждой фронтовой панели - 6 труб, к задней - 2 трубы. Фронтовая  панель имеет 28 подъемных труб, задняя панель — 9 труб. Два контура циркуляции второй ступени испарения образуют средние панели боковых экранов: котловая вода, поступает двумя трубами  из барабана в нижний коллектор панели, пароводяная смесь по 12 экранным трубам собирается и верхний коллектор  панели, откуда двумя пароотводящими трубами 83*4 мм поступает в циклон. Отсепарированный пар двумя трубами 83*4 мм из циклона поступает в барабан котла.

Шесть горелок устанавливаются  по три штуки в два ряда. Горелки  выполнены комбинированными для  раздельного сжигания газа и мазута, состоят из газового коллектора, улитки, внутренней трубы для размещения форсунки, воздушного короба, трубы  для размещения ЗЗУ, а также датчика  контроля факела растопочных горелок.

Котел имеет барабан внутренним диаметром 1500 мм, толщиной стенки 40 мм и длинной цилиндрической части 6200 мм. Барабан изготовлен из листовой стали 20 и лежит на двух роликовых  опорах, допускающих его свободное  перемещение при расширении.

Внутрибарабанные устройства состоят из раздающих пароводяную  смесь коробов, 20 внутрибарабанных циклонов, жалюзийных сепараторов и  дырчатого листа.

На котле установлен конвективный пароперегреватель вертикального  типа. Из барабана пар отводится 65 трубами 38*3 мм, которые закрывают потолок  топки и горизонтального газохода.

Потолочные трубы непосредственно  переходят в змеевики первой ступени  пароперегревателя (второй по ходу газов). Движение пара ступени противоточное. Из первой ступени пар поступает  в поверхностный пароохладитель (регулятор перегрева), где охлаждение производится питательной водой.

Охлажденный пар отводится  в нижней части корпуса пароохладителя и поступает во вторую ступень  пароперегревателя. Движение пара второй ступени прямоточное.

Водяной экономайзер кипящего типа, гладкотрубный, состоит из двух ступеней и изготовлен из труб 32*3 мм.

Змеевики горизонтальные, расположены параллельно фронту котла. Трубы расположены в шахматном  порядке с продольным шагом 110 мм, поперечным – 75.

Движение среды в экономайзере противоточное. Питательная вода поступает  во входной коллектор 219*9 мм. Затем  шестью трубами 60*3 мм производится переброс воды во входной коллектор 219*9 мм.

Из каждого коллектора вода отводятся двумя трубами 108*4,5 мм, затем в барабан вода поступает по восьми трубам 60*3 мм по двум труба от каждой трубы 108*4,5 мм. Ввод труб производится через защитную рубашку (стакан 83*4 мм).

Трубчатый воздухоподогреватель установлен в конвективной шахте  в «рассечку» с водяным экономайзером  и состоит из шести кубов, размещенных  в два яруса. Кубы выполнены из труб 40*1,5 мм, расположенных в шахматном порядке с шагом 60 и 42 мм.

Воздухоподогреватель одноходовой  по газам и трёхходовой по воздуху. Нижняя и верхняя части воздухоподогревателя соединяются между собой воздухоперепускными коробами.

Перегретый пар с параметрами 440 С⁰ и 39 кгс/см полученный на котле, собирается в общую с другими подобными котлами паровую магистраль и далее заправляется к турбинам. Часть пара отбирается на РОУ, откуда редуцированный пар идет на калориферы и питательно - деаэрационную установку.

Исходные данные:

Температура уходящих газов - υ= 120 °С

Паропроизводительность  котла - D= 75 т/ч

Давление перегретого  пара - Р_пер.п = 40 кгс/см²

Температура перегретого  пара - t_пep.п ⁼ 440 °С

Давление питательной  воды - Р_пв⁼ 54 кгс/см²

Температура питательной  воды - t_пв= 104 °С

Топливо – Бухара Урал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

2. Коэффициенты  избытка воздуха, объёмы и энтальпии  продуктов сгорания.

Таблица 1 – Характеристика продуктов сгорания

Рассчитываемая величина	Размерность	V0=9,73; =1,04;   =7,7;   =2,19
		газоходы
		топка	ПП	ВП
Коэффициент избытка воздуха  средний α	–	1,075	1,115	1,215
	нм3/кг	2,2017	2,208	2,224
	нм3/кг	11,67	12,07	13,06
	–	0,0891	0,0862	0,0796
	–	0,1887	0,1829	0,1702
	–	0,2778	0,2691	0,2498

 

Таблица 2 – Энтальпии  продуктов сгорания (J˗ ϑ)

ϑ, С0	, ккал/кг	, ккал/кг
			топка				ПП		ВП
			α=1,1	ΔJ			α=1,13	ΔJ	α/=1,2		ΔJ	α//=1,23			ΔJ
100	360	307							421
200	726	619							850		429	431
300	1101	936							1288		438	868		437
400	1488	1259							1740			1316		448
500	1884	1590							2202
600	2288	1928					2539
700	2703	2277					2999	460
800	3132	2627					3474	475
900	3569	2977					3956	482
1000	4013	3337	4347				4447	491
1100	4459	3707	4830	483			4941	494
1200	4908	4077	5316	486			5438	497
1300	5369	4447	5814		498
1400	5839	4826	6322		505
1500	6306	5206	6827		505
1600	6780	5585	7339		512
1700	7257	5964	7853		514
1800	7737	6344	8371		518
1900	8224	6733	8897		526
2000	8709	7122	9421		524
2100	9200	7512	9951		530
2200	9692	7901	10482		531

 

3. Тепловой расчет  котельного агрегата.

 

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет
Тепловой баланс
Располагаемое тепло топлива				8770
Температура уходящих газов	ϑух	°C	задана	120
Энтальпия уходящих газов	Јух		По J˗ ϑ таблице	522
Потери тепла:
от химического недожога	q3	%	По таблице 4		0,5
от механического недожога	q4	%	По таблице 4		0
с уходящими газами	q2	%
в окружающую среду	q5	%	По рисунку 1		0,8
Сумма тепловых потерь	∑q	%	∑ q2+ q3+ q4+ q5		4,61+0,5+0+0,8 = 5,96
Коэффициент полезного действия котельного агрегата	hка	%	100 – ∑q		100 – 5,96 = 94,04
Расход первичного пара	Dпп	т∕ч	задано		75
Давление перегретого  пара за котельным агрегатом	pпп		задано		40
Температура перегретого  пара	tпп	°C	задано		440
Энтальпия перегретого пара	iпп		по таблице термодинамические свойства воды и пара		789,5
Давление питательной  воды	pпв	кгс∕ см2	задано		54
Температура питательной  воды	tпв	°C	задано		104

 

 

Энтальпия питательной воды

iпв

по таблице термодинамические  свойства воды и пара

105,1

Тепло, полезно использованное в агрегате

Qка

Dпп(iпп – iпв)

75*103*(789,5 – 105,1) = =51,33 *106

Полный расход топлива

B

кг∕ч

h

Трубчатый воздухоподогреватель

Наружный диаметр

dн

мм

По чертежу

40

Внутренний диаметр

dвн

мм

По чертежу

37

Поперечный шаг

S1

мм

По чертежу

60

Продольный шаг

S2

мм

По чертежу

42

Расположение труб

−

−

По чертежу

Шахматное

Число труб в ряду

z1

шт

По чертежу

136

Число рядов труб

z2

шт

По чертежу

39

Температура воздуха на входе

tхв

°C

задана

30

Энтальпия воздуха на входе

По J˗ ϑ таблице

92,1

Температура воздуха на выходе

°C

принимаем

135

Энтальпия воздуха на выходе

По J˗ ϑ таблице

416,2

Температура уходящих газов

ϑух

°C

задана

120

Энтальпия уходящих газов

Јух

По J˗ ϑ таблице

522

Коэффициент относительного расхода воздуха на входе

−

αт –Δαт+Δαвп2+Δαвп1

1,1−0,05+0,03+0,03 = 1,11

Коэффициент избытка воздуха  на выходе

−

αт−Δαт+Δαвп2

1,1−0,05+0,03 = 1,08

Коэффициент избытка воздуха  средние

βср

−

Тепловосприятие ступени (по балансу)

Qб

(1,1+)*(416,2−92,1) = 350,1

Коэффициент сохранения теплоты

φ

−

h

Теоретическая энтальпия  воздуха при средней температуре

По J˗ ϑ таблице

253,3

Энтальпия продуктов сгорания на входе

Температура продуктов сгорания на входе

°C

По J˗ ϑ таблице

197,9

Средняя температура газов

ϑср

°C

Средняя температура воздуха

tср

°C

Средний температурный напор

Δt

°C

ϑср − tср

158,95−82,5 = 76,45

Высота одного хода по воздуху

hх

мм

По чертежу

1400

Ширина воздухоподогревателя по ходу воздуха

а

мм

По чертежу

7920

Площадь живого сечения для  прохода воздуха

Fв

м2

а* hх−dн* hх*z1

7,92*1,4 – 0,04*1,4*136 = =3,472

Площадь живого сечения для  прохода газов

Fг

м2

Поверхность нагрева

Hвп

м2

π*dср*hвп*z1*z2

3,14*0,0385*2,8*136*39 = =1795,4

Средняя скорость газов

Wг

м/с

Средняя скорость воздуха

Wв

м/с

Коэффициент теплоотдачи  от газов к стенке

α1

По рисунку 16

19,2*1,4*1 = 26,9

Коэффициент теплоотдачи  от стенки к воздуху

α2

По рисунку 15

58,5*1*1 = 58,5

Коэффициент использования

ξ

Страница 32

0,85

Коэффициент теплопередачи

k

Тепловосприятие

Qт

Отношение тепловосприятий

Qт/ Qб

%

Значения Qт и Qб отличаются на 1%, что допустимо.

Топочная камера

Диаметр и толщина экранных труб

d×δ

мм

По чертежу

60×3

Шаг экранных труб

S

мм

По чертежу

100

Поверхности:

фронтовой стены

Fф

м2

По чертежу

12,72*5,14 = 65,4

задней стены

Fз

м2

По чертежу

12,74*5,14 = 65,4

боковой стены

Fб

м2

По чертежу

5,5*12,72 = 70

под

Fпод

м2

По чертежу

5,14*5,5 = 28,3

потолок

Fп

м2

По чертежу

4,3*5,14 = 22,1

неэкранированная поверхность  в области горелок

Fгор

м2

По чертежу

3

суммарная поверхность стен топочной камеры

Fст

м2

Fф + Fз + 2*Fб + Fпод + Fп – – Fгор

65,4+65,4+2*70+28,3+22,1 – – 3 = 318,2

Объём топочной камеры

Vт

м3

a*b*c

12,72*5,14*5,5 = 359,6

Эффективная толщина излучающего  слоя

S

м

Коэффициент избытка воздуха

αт

−

по таблице 3

1,1

Температура горячего воздуха

tгв

°C

из расчёта воздухоподогревателя

135

Энтальпия горячего воздуха

По J˗ ϑ таблице

416,2

Тепло, вносимое в топку

Qв

(αт – Δαт)* + Δαт*

(1,1 – 0,03)*416,2+0,03*92,1 = 445,3

Полезное тепловыделение в топке

Qт

Теоретическая температура  горения

ϑа

°C

По J˗ ϑ таблице

1952,4

Относительное положение  максимума температур по высоте топки

xт

–

Эмпирический коэффициент

М

–

0,54 – 0,2* xт

0,54 – 0,2*0,365 = 0,467

Температура газов на выходе из топки

°C

принята предварительно

1200

Энтальпия газов на выходе из топки

По J˗ ϑ таблице

5316

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

Vcср

Произведение

pn*S

p*rn*S

1*0,2778*4,07 = 1,13

Коэффициент ослабления лучей  трехатомными газами

kг

по рисунку 11

0,4

Оптическая толщина

kpS

–

(kг*rn)*p*S

(0,4*0,2778)*1*4,07 = 0,45

Коэффициент, учитывающий  относительное заполнение топки  светящимся пламенем

m

–

страница 19

0,1