Реконструкция котла Е 160-100 ГМ

Государственное образовательное учреждение

Санкт-Петербургский энергетический техникум

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По предмету Котельные установки .

______________________

По специальности . 140101 курс 4 .

Тема Реконструкция котла .

. Е 160-100 ГМ .

Разработал: . Безверхов И.А.

Руководитель: . Городецкая И.Л..

Нормоконтролер: _______________________________

Подпись Фамилия

2008

Протокол ГКК №_________ Оценка__________

Котел Е160-100ГМ

Пояснительная записка

Содержание:

1

ОПИСАНИЕ КОТЛА ДО РЕКОНСТРУКЦИ……………………..3

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛА ……………………………………...4

2.1 Технические характеристики топлива

………………………..4

2.2 Присосы и избытки воздуха по газоходу котла
…………........4

2.3 Расчёт объёмов продуктов сгорания
…………………………..5

2.4 Расчет энтальпий продуктов сгорания
……………………….6

2.5 Тепловой баланс котла

…………………………………………..7

2.6 Расчёт топки ………………………………………………………9

2.6.1 Конструктивные характеристики топки
……………..9

2.6.2 Тепловой расчёт топки
…………………………………..10

2.7 Расчёт пароперегревателя ………………………………….......11

2.7.1 Конструктивные характеристики ширм
………….......12

2.7.2 Тепловой расчёт ширм
……………………………………12

2.7.3 Расчёт теплообмена в
III
конвективной ступени
…….13

2.7.4 Расчёт теплообмена в I конвективной ступени
…........13

2.8 Расчёт экономайзера ……………………………………………..14

2.8.1 Конструктивные характеристики экономайзера
……..14

2.8.2 Расчёт теплообмена в экономайзере
………………........15

2.9 Расчёт РВП ………………………………………………………...17

2.9.1 Тепловой расчёт РВП
……………………………………...17

2.10 Расчет невязки баланса
……………………………............18

3 Выводы по реконструкции…………………………………………19

Список литературы…………………………………………………..20

1. Описание котла до реконструкции

Котёл Е 160-100 ГМ с естественной циркуляцией. Компоновка

П-образная.

Основные технические характеристики

Давление перегретого пара Рпп = 9.8 МПа Температура перегретого пара
tПП
= 540 °С Температура питательной воды
tПВ
= 210 °С Паропроизводительность
D=160 т/ч

Основным топливом является газ, резервным мазут. Топка призматическая, экраны гладкотрубные из труб Ø 60×4 мм, с шагом 64 мм. Вверху трубы заднего экрана образуют аэродинамический выступ. На горизонтальной стенке в три ряда расположены 12 газомазутных горелок. Экраны объединены вверху и внизу в секции коллекторами. Верхние коллекторы подвешены к верхнему перекрытию каркаса с помощью подвесок. Нижние коллекторы при растопке свободно перемещаются вниз. Четыре пояса жесткости скрепляют секции. Материал труб сталь 20.

На котле применена двухступенчатая схема испарения: часть пароводяной смеси из экранов поступает в барабан, часть в четыре выносных циклона, которые образуют солёный отсек.

Пароперегреватель радиационно-конвективного типа. Сухой насыщенный пар из барабана направляется по потолочным трубам в первую конвективную ступень, расположенную в верхней части опускного газохода из них в горизонтальные ширмы, из ширм в третью конвективную ступень, расположенную в верхней части опускного газохода и далее идёт на турбину. Трубы Ø 32×4, ширмы и третья ступень выполнены из стали 12Х1МФ, первая ступень из стали 20.

Крепление ширм и третьей ступени осуществляется на подвесных трубах, крепление первой ступени на стойках, опирающихся на балки, проходящие сквозь газоход котла. Для регулирования температуры перегретого пара в коллекторах установлены два впрыскивающих пароохладителя.

Экономайзер змеевикового типа из труб Ø 32×3,5 мм, сталь 20, расположение труб шахматное, змеевики параллельны фронту, крепление на стойках, три пакета труб высотой 1,5 м, зазоры для лазов 800 мм.

Для подогрева воздуха два РВП-3600 со скоростью вращения 2 об/мин. Для защиты холодной части РВП от сернокислой коррозии при работе котла на мазуте предусмотрен предварительный подогрев воздуха в паровом калорифере, до

60-80 °С.

Обмуровка котла трёхслойная: огнеупорный слой, теплоизоляционные плиты, штукатурка.

В топке обмуровка натрубная, в конвективной шахте накаркасная.

Каркас из 8 колонн верхнего перекрытия балок, выполнен из стали 20. Для обслуживания предусмотрены лестницы и площадки.

2. Тепловой расчет котла

2.1 Технические характеристики топлива

Газопровод: Дашава – Киев

Объёмный состав газа, %

CH
4

– 97,1%

C
2

H
6

– 0,3%

C
3

H
8

– 0,1%

C
4

H
10

– 0,0%

C
5

H
12

и более тяжелые – 0,0%

N
2

– 2,4%

CO
2

– 0,1%

H
2

– нет

Теплота сгорания низшего, сухого газа
QC

H
=35,04 мДжм3

2.2 Присосы и избытки воздуха по газоходу котла

Рисунок 2.1 Эскиз газахода

Котел газоплотный, присосы в газоходе Δα=0

Коэффициент избытка воздуха в топке α
=1,16

Δαрвп
=0,2

αрвп
= αух
=

αэк
+

Δαрвп
=1,36

2.3 Расчёт объёмов продуктов сгорания

Теоретический объём воздуха 9,32 м3
/м3

Теоретический объём водяных паров 2,11 м3
/м3

Объем трехатомных газов 0,98 м3
/м3

Теоретический объём азота 7,38 м3
/м3

Теоретический объём газов =7,38+0,98+2,11=10,47 м3
/м3

Данные смотри по табл. П4.2 (мазут) или П 4.3 (газ) [1]

Расчет объёмов продуктов сгорания по газоходу котла приведены в табл. 2.1

Таблица 2.1 Объемы продуктов сгорания.

2.4 Расчет энтальпий продуктов сгорания

Нг° и На0
взяты из П4.2 (мазут) и П4.3 (газ)

Таблица 2.2: Энтальпии продуктов сгорания.

2.5 Тепловой баланс котла

Рпв
=11 МПа

tпв
=212 0
С

hпв
=923,7 кДж/кг

Рпе
=9,3 МПа

tпе
=5380
С

hпе
=3574,5 кДж/кг

Рб
=10,45 МПа

tн
=313,86 0
С

h’
=1425,8 кДж/кг

h”
=2717,1 кДж/кг

Рб
=Рпе
+0,1Рпе
=10,45 МПа

Pпв
=Pб
+0,05Pб
=11 МПа

Таблица 2.3 Тепловой баланс

2.6. Расчёт топки

Рисунок 2.3 Эскиз топки

2.6.1. Конструктивные характеристики топки

1. Диаметр и толщина труб (чертёж)

d×

δ=60×4 мм

2. Шаг трубы (чертёж)

S1
=64 мм

3. Ширина топки сверху (чертёж)

a=7140 мм

4.

2.6.2. Тепловой расчёт топки

1. Коэффициент избытка воздуха в топке α

m
=1,16 (задано)

2. Температура горячего воздуха

tгв
=256°С (задано)

3. Энтальпия горячего воздуха (по таблице 2 расчёта, графа «воздух» интерполяция)

кДж/кг(м3
)

4. Тепло, вносимое воздухом в топку (по формуле 4.18 [1])

5. Полезное тепловыделение в топке (по формуле 4.17 [1]) кДж/кг(м3
)

6. Теоретическая температура горенияλ=1950 °С

7. Высота расположения осей горелок (чертёж)

hг
=3,5 м

8. Высота топки (чертёж) Н

m=18 м

9. Относительное положение максимума температур

Xm
=

hг
/

Hm
=3,5/18= 0,19

10. Объёмная доля водяных паров (из таблицы 2.1 расчета)

rH
2

O
=0,176 м3
/м3

11. Объёмная доля трёхатомных газов (из таблицы 2.1 расчета)

rn
=0,257м3
/м3

12. Давление в топке (стр. 42 [1]) Р=0,1 МПа

13. Произведение

Pn
ּS=

Pּrn
ּS=0,1

ּ0,257

ּ4,5=0,115 МПа

ּм

14. Коэффициент ослабления лучей сажей (формула 4.43 [1])

15. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами (рисунок 6.12 [1])КГ
=3

16. Оптическая толщина светящейся части пламени

(КР

S)св=(Кгּ

rn
+Кс)ּ

PּS= =(5ּ0,32+1,43) 0,1ּ4,5=0,958

17. Оптическая толщина несветящейся части пламени (смотри стр. 43 [1])

(КР

S)г = Кгּ

rn
ּ

PּS=3ּ0,257 ּ0,1ּ4,5)=0,3469

18. Коэффициент усреднения факела (таблица 4.9 [1])

m=0,1

19. Коэффициент излучения светящейся части пламени (рисунок 4.3 [1])

εс
в
=0,62

20. Коэффициент излучения несветящейся части пламени (рисунок 4.3 [1])

εг
=0,35

21. Коэффициент излучения факела

εф
=

mּ

εс
в
+(1-

m)

ּ

εг
=0,1ּ0,62+(1-0,1)

0,35=377

22. Коэффициент М (формула 4.26 [1]) М=0,52-0,52ּХТ
=0,52-0,5ּ0,19=0,425

23. Параметр

Bp
ּQm
/

Fcm
=3,56ּ38680/389,7=353,35кВт/м2

24. Коэффициент загрязнения экранов (таблица 4.8 [1])

ξ

=0,65

25. Коэффициент тепловой эффективности экранов ,где х из пункта 2.6.1

ψ=

xּ

ξ

=0,988ּ0,65=0,642

26. Температура газов на выходе из топки (рисунок 4.4 [1]) 1250 °С

27. Энтальпия газов на выходе из топки (по таблице 2.2 расчёта, графа «топка» интерполяция) 23341кДж/кг(м3
)

28. Количество тепла воспринимаемое в топке

QЛ
=φ(

Qm
-)=0,994(38680-23341)=15246 кДж/кг(м3
)

29. Средняя тепловая нагрузка с поверхности нагрева в топке (формула 4.49 [1])

qл
=

Bp
ּ

QЛ/
НЛ
=3,56 ּ15246/381,6=142,2 кВт/м2

30. Теплонапряжение топочного объёма

qν
=

Bp
ּQp
н
/

VT
=3,56 ּ35040/483=258,2 кВт/м3

2.7. Расчёт пароперегревателя

Рисунок. 2.4 Схема пароперегревателя

2.7.1 Конструктивные характеристики ширм

1. Диаметр и толщина труб (чертёж)

d×

δ=32

ּ4 мм

2. Шаг между ширмами (чертёж)

S1
=775 мм

3. Количество ширм

Z2
=9 шт

4. Лучевоспринимающая поверхность ширм

Hл.ш
=50 м2

5. Полная поверхность нагрева ширмового пароперегревателя

Hn
=150 м2

6. Расчётная поверхность нагрева ширм Нр
=Нп
–Нлш
=100 м2

2.7.2. Тепловой расчёт ширм

Цель расчёта - определить температуру пара на выходе из ширмового пароперегревателя по условию теплообмена в нём.

1. Температура газов на входе в ширмы (из расчета топки) 12500
С

2. Энтальпия газов на входе в ширмы 23341 кДж/кг

3. Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен топки и ширм

β=

A

U”т
=7001250=0,56

4. Лучистое тепло воспринятое ширмами из топки

Qлш
=βּ(

Qл
ּ Вр
/Нл
)ּ(Нлш
/Вр
)=0,56 ּ142,2 ּ(50/3,56)=1118,426

5. Температура пара на входе в ширмы (принимается по согласованию

с преподавателем) 4000

C

6. Энтальпия пара на входе в ширмы (таблица III [2]) 3098,5кДж/кг(м3
)

7. Температура пара на выходе из ширм (принимается со следующим уточнением)

5000
С

8. Энтальпия пара на выходе из ширм (таблица Ш [2])

3374,1 кДж/кг(м3
)

9. Тепловосприятие ширм по балансу;

Dвпр2
= 1,5 – 2 кг/с – расход воды

на впрыск(принять)

Dш
–расход пара через ширмы;

Dш
=

D–

Dвпр2
=44,7-2=42,7кг/с

D=161/3,6=44,7кг/с

Qбш
=(

Dш
/Вр
)(-)–

Qлш
=(42,7/3,56)(3374,1,4-3098,5)-1118,426=2187,07 кДж/кг(м3
)

10. Энтальпия газов на выходе из ширм

23341-(2187,07/0,994)=21141 кДж/кг(м3
)

11. Температура газов на выходе из ширм (таблица 2.2 расчёта, графа «топка»,

интерполяция) 1150°С

12. Средняя температура газов (1250+1150)/2=12000
С

13. Средняя температура пара (400+500)/2=4500
С

14. Коэффициент теплоотдачи

K=104 Вт/м2
К

15. Температурный напор в ширмах 1200-450=7500
С

16 Тепловосприятие ширм по условию теплообмена

Qm
=(

Hp
ּKּΔt)/

Bp
ּ103
=(100

ּ104

ּ750)/3,56

ּ103
=2191 кДж/кг(м3
)

17. Отношение

Qб
ּ100% /

Qm
=2187,07

ּ100/2191=99,8%

2.7.3. Расчёт теплообмена в
III
конвективной ступени

1. Температура газов перед

III ступенью (из расчёта ширм) 11500

C

2. Энтальпия газов перед

III ступенью (из расчёта ширм) 21141 кДж/кг(м3
)

3. Энтальпия и температура пара на входе в

III ступень (пункт 2.7.3.)

t’=

t5
=4800

C;

h’=

h5
=3308,6 кДж/кг(м3
)

4. Температура и энтальпия пара на входе в III ступень (пункт 2.7.3.)

t”=

t6
=5380
С;

h"=

h6
=3574 кДж/кг(м3
)

5. Тепловосприятие ступени по балансу

Qб

III
=(

D/

Bp
)

ּ(

h6
–

h5
)=(44,7/3,56)(3574-3308,6)=3330,7 кДж/кг(м3
)

6. Энтальпия газов за III ступенью

21141-(3330,7/0,994) =17790кДж/кг

7. Температура газов за III ступенью (по таблице 2.2 расчёта, графа «пароперегреватель», интерполяция) 9650

C

2.7.4. Расчёт теплообмена в I конвективной ступени

1. Температура газов на входе в I ступень (из расчёта Ш ступени)

9650

C

2. Энтальпия газов на входе в I ступень (из расчёта III ступени)

17790 кДж/кг(м3
)

3. Температура и энтальпия на выходе из I ступени (пункт 2.7.3.)

t”=

t2
=4200

C;

h”=

h2
=3138,9кДж/кг(м3
)

4. Температура и энтальпия пара на входе в I ступень (пункт 2.7.3.)

t’=

t1
=313,860

C

h’=

h=2717,1 кДж/кг(м3
)

5. Тепловосприятие ступени по балансу

Qб

I
=(

D1
/

Bp
)ּ(

h2
–

h1
)=(40,7/3,56)(3138,9-2717,1)=4808,52 кДж/кг(м3
)

D1
=

D-D

впр2-

Dвпр1
=44,7-2-2=40,7

6. Энтальпия газов на выходе из I ступени

17790-(4808,52/0,994)=12952,4 кДж/кг(м3
)

7.Температура газов на выходе из I ступени (по таблице 2.2 расчёта, графа «пароперегреватель», интерполяция) 7200

C

2.8. Расчёт экономайзера

1.Входные коллекторы

2.Выходные коллекторы

3.Узел крепления труб (стойки и балки)

4.Трубы экономайзера

Рисунок. 2.5 Эскиз экономайзера

2.8.1. Конструктивные характеристики экономайзера

1. Наружный диаметр и толщина стенки (чертёж)

d

×

δ=32

×3,5 мм

2. Поперечный шаг труб (чертёж)

S1
=70 мм

3. Продольный шаг труб (чертёж)

S2
=60 мм

4. Относительный поперечный шаг

σ

1

=

S1
/

d=2,18

5. Относительный продольный шаг

σ

2

=

S2
/

d=1,875

6. Количество труб в ряду

Z1
=41

7. Количество рядов по ходу газов (чертёж)

Z2
=20

8. Взаимное расположение труб шахматное

9. Ширина газохода (чертёж) а=7,104 м

10. Глубина газохода (чертёж)

bш
=2,9 м

11. Живое сечение для прохода газов

Fг
=аּ

bш
–

Z1
ּ

dּ(

a–0,1)=11,5м2

12. Поверхность нагрева (чертёж) Н=664 м2

13. Толщина излучающего слоя (формула 6.40 [1])

S=0,122 м

14. Поверхность одного ряда экономайзера Нряд = Н/

Z2
=664/19=33,2 м2

2.8.2. Расчёт теплообмена в экономайзере

Цель расчёта: определить новую поверхность нагрева экономайзера, в соответствии с заданием и определить объём реконструкции.

1. Температура газов на входе в экономайзер (из расчёта пароперегревателя, I ступень)

7200

2. Энтальпия газов на входе в экономайзер 12952,4 кДж/кг(м3
)

3. Энтальпия воды на выходе из экономайзера (формула 7.11 [1])

Q

S
=

Qл
+

Qбш
+

QIII
+

Q1
=25572,2кДж/кг

кДж/м

4. Температура воды на выходе из экономайзера (таблица

III [2], или страница 153 [1])

3100
C

5. Температура и энтальпия питательной воды (рисунок 2.2 расчёта)

tпв
=2120
С

hпв
=923,7 кДж/кг(м3
)

6. Тепловосприятие экономайзера по балансу

кДж/кг(м3
)

7. Энтальпия газов на выходе из экономайзера

кДж/кг(м3
)

8. Температура газов на выходе из экономайзера (таблица 2.2 расчёта, графа «экономайзер», интерполяция) 3100
С

9. Средняя температура газов 0
С

10. Средняя температура воды 0
С

11. Температурный напор на входе в экономайзер 720-310=4100
С

12. Температурный напор на выходе из экономайзера 310-212=980
С

13. Температурный напор ==218,30
С

14. Температура загрязнённой стенки

250
С = 261+25 = 2860
С

15. Обьём дымовых газов (таблица 2.1 расчёта)

= 11,985

м3
/м3

16. Обьёмная доля водяных паров (таблица 2.1 расчёта)

= 0,176

м3
/кг

17.Обьёмная доля трёхатомных газов (таблица 2.1 расчёта)

0,257м3
/м3

18.Средняя скорость газов (формула 6.7[1])

= 10,710 м/с

19. Коэффициент теплоотдачи конвекцией (таблица 6.1 [1])

=98,8 Вт/м²·К

20. Суммарная поглощающая способность трёхатомных газов

=0,257·0,122·0,1 = 0,0031 МПа·м

21. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами (рисунок 6.12 [1]) КГ
=42

22. Суммарная оптическая толщина запылённого потока (рисунок 4.3[1])

= 0,135

23. Коэффициент теплоотдачи излучением

ξ

= 7.1 Вт/м²·К

24. Коэффициент тепловой эффективности 0,85

25. Коэффициент теплопередачи К=60 Вт/м2
К

26. Поверхность экономайзера по условиям теплообмена

м2

27. Поверхность нагрева одного ряда Нряд
=33,2 м2

28. Новое количество рядов по ходу газа

Z2
=Нр/Нряд=2068/33,2=62,2 рядов

Принимаю 60 рядов

Число рядов округляется до числа кратного четырём, так как в теплообменнике

расположение труб шахматное.

Экономайзер надо скомпоновать в пакеты высотой 1-1,5 м с разрывами 0,8-1 м для лазов и определить новую высоту, которую занимает в конвективной шахте экономайзер.

Принимаю 3 пакета, каждый высотой 1,18 м

2.9. Расчёт РВП

Рисунок. 2.6 Эскиз РВП

2.9.1. Тепловой расчёт РВП

Цель расчёта: уточнить заданную температуру горячего воздуха, которая может отличаться от принятой в задании ±40°С и уточнить температуру уходящих газов, которая может отличаться от принятой в задании на ±10°С.

1. Температура и энтальпия горячего воздуха (из расчёта «топки»)

tгв
=2560
С

3213,6 кДж/кг(м3
)

2. Температура воздуха на входе в РВП (по заданию) +300
C

3. Энтальпия воздуха на входе в РВП (таблица 2.2 расчёта, графа «воздух», интерполяция)

533,1 кДж/кг(м3
)

4. Отношение количества воздуха на входе в РВП к теоретически необходимому

1,16-0=1,16

5. Тепловосприятие РВП по балансу

кДж/кг(м3
)

6. Энтальпия и температура газов на входе в РВП (из расчёта экономайзера)

5297,4 кДж/кг(м3
)

3100
С

7. Энтальпия газов на выходе из РВП (уходящих газов)

8. Температура газов на выходе из РВП (уходящих газову по таблице 2.2 расчёта, графа

«РВП», интерполяция) 1130
С

2.10. Расчет невязки баланса

Невязка теплового баланса

ΣQ=

Qл
+

Qбш
+

Qб

III
+

Qб1
+

Qбэк
=33181,24 кДж/м3

кДж/кг(м3
)

2. Относительная невязка теплового баланса 0, 0046%

Допускается невязка не более 0,5%

3. Выводы по реконструкции

В разделе 2 выполнен тепловой расчёт котла Е-160-100 ГМ в соответствии с заданием. Из расчёта топки 1250

0
С, что соответствует рекомендации норм теплового расчёта и, следовательно, топка котла Е-160-100 ГМ реконструкции не требует. Из теплового расчёта ширм стало известно, что в них пар перегревается с
t΄=400

0
С, до
t˝=500

0
С. Для регулирования температуры перегретого пара работают два впрыскивающих пароохладителя. Расход воды на впрыск 1-
Dвпр1
=
2 м/с, расход воды на впрыск 2-

Dвпр2
=2 м/с. В III ступени пароперегревателя пар перегревается с

t΄=480

0
С, до
t˝=538

0
С, в I ступени с t=313
0
С, до
t˝=420

0
С

Экономайзер кипящий, вода в нём нагревается с

tпв
=212

0
С, до
t=330

0
С, поверхность нагрева экономайзера Н=2068 м2
. Он изготавливается из трёх пакетов по 20 рядов в каждом.

В РВП воздух нагревается с

t΄=+300
С, до

t˝=2560
С. КПД котла

Для защиты от сернокислотной коррозии воздух предварительно нагревается до 300
С в паровом калорифере.

После указанной реконструкции котёл Е-160-100ГМ пригоден для сжигания газа из газопровода Промысловка -Астрахань и работы на заданных параметрах.

Список литературы

1. Ю.М. Липов и другие

«Компоновка и тепловой расчёт парового котла»Издательство энергоатомиздат 1988

2. С.А. Ривкин

«Термодинамические свойства и водяного пара» Издательство энергоатомиздат 1984

3. Методическое пособие