Укрупненный расчет котельного агрегата паропроизводительностью 420 т/ч

2.2. Укрупненный расчет котельного агрегата.

2.2.1 Выбор котельного агрегата

Производительность котельных агрегатов выбираем по максимальному расходу пара на турбоустановку с запасом 3%.

Параметры пара котельных агрегатов выбираем с учетом потерь давления и температуры при его транспорте.

По расходу и начальным параметрам пара на турбину, выбираем барабанный котел с естественной циркуляцией и твердым шлакоудалением типа Е_п-420-140.

Технические характеристики котельного агрегата представлены в таблице 2.3     /3/.

Таблица 2.3 – Технические характеристики котельного агрегата Е_п-420-140

Наименование	Значение
Паропроизводительность, т/ч	420
Давление острого пара, МПа	13,8
Температура острого пара, ºС	545
Температура промежуточного перегретого пара, ºС	545
Температура питательной воды, ºС	246,6
Температура уходящих газов, ºС	150
Температура холодного воздуха, ºС	25

2.2.2 Исходные данные для расчета

Целью расчета является определение коэффициента полезного действия котельного агрегата и определение расхода топлива. Топливом является Ирша-Бородинский бурый уголь.

Необходимый для расчета элементарный состав топлива представлен в таблице 2.4 выписанный из таблицы 7.8   /7/.

Таблица 2.4. – Характеристика топлива.

Наименование	Обозначения	Значения
Влажность, %	Wр	33
Зольность, %	Aр	6
Сера, %	Sр	0,2
Углерод, %	Cр	43,7
Водород, %	Hр	3
Азот, %	Nр	0,6
Кислород, %	Oр	13,5
Выход летучих, %	Vг	48
Коэффициент размольности	Кло	1,15
Низшая теплота сгорания, кДж/кг	Qрн	15659

2.2.3 Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Объемы теоретического количества воздуха и продуктов сгорания:

1. Объем воздуха:

V^о_в =0,0889 × (C^р + 0,375 × S^р) + 0,265 × H^р – 0,0333 × O^р =

= 0,0889 × (43,7 + 0,375 × 0,2) + 0,265 × 3 – 0,0333 × 13,5 = 4,24 нм³/кг;

2. Объем азота:

V^о_N2 =0,79 × V^о_в + 0,008 × N^р = 0,79 × 4,24 + 0,008 × 0,6 = 3,34 нм³/кг;

3. Объем трехатомных газов:

V_RO2 = 0,01866 × (C^р + 0,375 × S^р) = 0,01866 × (43,7 + 0,375 × 0,2) = 0,816 нм³/кг;

4. Объем водяных паров:

V_H2O = 0,111 × H^р  + 0,0124 × W^р + 0,0161 × V^о_в =

= 0,111 × 3  + 0,0124 × 33 + 0,0161 × 4,24 = 0,801 нм³/кг.

Действительные объемы продуктов сгорания.

Расчет объемов продуктов сгорания в поверхностях нагрева сведу а таблицу 2.5.

Объемы газов и водяных паров определяют по среднему коэффициенту избытка воздуха в поверхности нагрева, равному полусумме значений на входе в поверхность и на выходе из нее.

Объем сухих газов определяем по формуле, нм³/кг:

V_сг = V_RO2 + V^о_N2 + (α – 1) × V^о_в.

 

               Объем водяных паров,  нм³/кг:

V_H2O = V^о_H2O + 0,0161 × (α – 1) × V^о_в.

 

Полный объем бытовых газов, нм³/кг:

V_Г = V_СП + V_H2O.

 

Объемные доли водяных паров, нм³/кг:

r_RO2 = V_RO2 / V_Г.

Объемные доли водяных паров, нм³/кг:

r_H2O = V_H2O / V_Г.

Масса дымовых газов, нм³/кг:

G_Г = 1 - A^р / 100 + 1,306 × α × V^о_в..

Концентрация золовых частиц, нм³/кг:

μ_зл = A^р × а_ун / 100 × G_Г, где а_ун = 0,95 – доля золы уносимая газами (табл.4.6. /7/)

Таблица 2.5 – Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов  и концентрация золовых частиц.

Название	Топочная камера	Паропере-греватель	Водяной эконо-майзер II ст.	Воздухо-подогре-ватель II ст.	Водяной эконо-майзер  I ст.	Воздухо-подогре-ватель I ст.
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева	1,2	1,23	1,25	1,28	1,3	1,33
Объем водяных паров	0,814	0,816	0,818	0,820	0,821	0,823
Полный объем газов, VГ	5,822	5,951	6,038	6,167	6,253	6,382
Объемная доля трехатомных газов, rRO2	0,14	0,137	0,135	0,132	0,130	0,127
Объемная доля водяных паров, rH2O	0,139	0,137	0,135	0,132	0,131	0,128
Суммарная объемная доля, rГ	0,279	0,274	0,270	0,264	0,261	0,255
Масса дымовых газов, GГ	7,584	7,751	7,861	8,027	8,138	8,304
Концентрация золовых частиц	0,007515	0,007353	0,007250	0,007101	0,007004	0,006864

2.2.4 Расчет энтальпий продуктов сгорания по газоходам

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания в кДж/кг при расчетной температуре Θ, ºС определяют по формулам:

I^о_г = V_RO2 × (с · Θ) _RO2 + V^о_N2 × (с · Θ) _N2 + V^о_H2O × (с · Θ) _H2O

I^о_в = V^о_в × (с · Θ)_в

Энтальпию продуктов сгорания:

I_г = I^о_г + (α – 1) × I^о_в + I_зл.

 

В приведенных формулах: С _В,  С _RO2, С_H2O, С _N2 = теплоемкости соответственно воздуха, трехатомных газов, водяных паров, азота при постоянном давлении кДж/м³·к их значения приведены в таблице 5 /6/

I_зл. –энтальпия золы.

I_зл. = (с · Θ)_зл × (A^р × а_ун / 100), где С_зл – теплоемкость золы кДж/кг, приведены в таблице 6 /6/.

Результаты расчета энтальпий газов при действительных избытках воздуха в газоходах сводятся в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 – Энтальпии газов при действительных избытках воздуха в  газоходах.

Θос	Iог	Iов	Iзл	Iг = Iог + (α – 1) × Iов + Iзл
				Iт	Iпп	IвэII	IвпII	IвэI	IвпI
100	693,48	560,9	4,61						883,1
200	1404,8	1128,6	9,63					1753	1786,8
300	2136,6	1707,4	15,04					2663,8	2715
400	3226,7	2296,8	20,5			3821,4	3890,3	3936,2
500	3669,4	2900,1	26,2			4420,6	4507,6	4565,6
600	4459,1	3523,4	31,9		5301,3	5371,8	5477,5
700	5274,2	4155,2	37,9		6267,7	6350,9
800	6114,9	4799,6	43,7		7262,5
900	6969,6	5456,8	49,7	8110,6	8274,3
1000	7839,5	6126,8	56,1	9120,9	9304,7
1100	8712,5	6869,4	62,7	10149
1200	9592,4	7453,9	69,7	11152,8
1300	10493,2	8102,6	77,06	12190,7
1400	11411,4	8785,2	87,7	13256,1
1500	12322,7	9476,4	99,18	14317,1
1600	13247	9836,8	108,07	15322,4
1700	14178,7	10812	117,2	16458,3
1800	15113,7	11524,3	125,1	17543,6
1900	16062,5	12245,1	133,2	18644,7
2000	16927,6	12974,1	141,9	19664,3
2100	17963,4	13712,1	150,8	20856,3
2200	18922,1	14411,7

2.2.5 Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс составляется в расчете на 1 кг сжигаемого топлива.

Уравнение теплового баланса в относительных величинах – процентах.

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ =100%

Потери тепла с уходящими газами зависят от заданной температуры уходящих газов и определяются по формуле:

q₂ = [(I_ух – α_ух × I^о_ух) × (100 – q₄)] /  Q^р_н =

=  [(1334,95 – 1,33 × 113,8) × (100 – 0,5)] /  15659 = 7,52%, где I_ух – энтальпия уходящих газов, кДж/кг – принимают по величине Θ_ух;

α_ух – коэффициент избытка воздуха;

I^о_ух – энтальпия холодного воздуха, кДж/кг;

Q₄ – потери с механическим недожегом, принимаем по табл 4.6  /17/;

Q^р_н –низная теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Потери тепла в окружающую среду  q₅  принимаем в зависимости от производительности котельного агрегата (рисунок 1 /6/), q₅ = 0,5%.

Коэффициент сохранения тепла

φ = 1 - q₅/100 = 1 – 0,5/100 = 0,995.

Потери с теплом шлака:

q₆ = (а_шл × (с · Θ)_зл × A^р) / Q^р_н = (0,05 × 560,1 × 6) / 15659 = 0,01%, где а_шл = 1 – а_ун = 1 – 0,95 = 0,05%;

(с · Θ)_зл – энтальпия золы кДж/кг по табл. 11 /6/.

Сумма потерь в котельном агрегате:

Σ q_i = q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ = 7,52 + 0 + 0,5 + 0,5 + 0,01 = 8,53%.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата брутто:

η^бр_пг = 100 - Σ q_i = 100 – 8,53 = 91,47%.

Определение расхода топлива.

Расход топлива, подаваемого в топочную камеру котлов:

В = [D_пе × (i_пе - t_пв) + D_пп × (i^//_пп - i^/_пп) + D_пр × (t_пр – t_пв)] / η^бр_пг × Q^р_н =

= [233,3×(3446,15–1068,5)+150,467×(3575,4–3050,3)+2,718×(1572,8–1068,5)]/0,9147×15659 =

= 43,78 кг/с, где D_пе,  D_пп, D_пр – соответственно расход перегретого пара, пара на промперегрев, продувочной воды, кг/с;

Q^р_н – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

i^//_пп, i^/_пп _ энтальпия пара на выходе из промежуточного перегревателя и на входе в него, кДж/кг;

i_пе, t_пр, t_пв – энтальпия перегретого пара, продувочной и питательной воды, кДж/кг.

Расчетный расход твердого топлива с учетом механической теплоты