Укрупнённый расчёт теплогенерирующей установки (на примере котлоагрегата марки Е-500-13,8 ГМН (ТГМЕ-464))

3. УКРУПНЁННЫЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ

3.1. Общие сведения

В данном дипломном проекте производится укрупнённый расчёт котлоагрегата марки Е-500-13,8 ГМН (ТГМЕ-464). Этот котлоагрегат входит в состав моноблока         110 МВт с турбоагрегатом Т-110/120-130.

Основные характеристики котлоагрегата:

1. Номинальная паропроизводительность - 509 т/ч;

2. Давление острого пара на выходе - 13,73 МПа;

3. Температура перегретого пара - 560°С [5].

В качестве топлива используется природный газ со следующим объёмным составом              (в процентах):

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	N2	О2
95,7	2,3	0,12	0,37	1,5	0,03

Низшая теплота сгорания газа Q_н^с = 8600 ккал/м³ = 36034 кДж/м³.

3.1.1. Оптимальная температура подогрева воздуха

t_г.в.^опт = t_пв + 40 + 0,7·( t_ух - 120),                                             где t_пв - температура питательной воды, t_пв = 230°С;

t_ух - температура уходяших газов при работе котла на газе, t_ух = 130°С.

t_г.в.^опт = 230 + 40 + 0,7( 130 - 120 ) = 277°С.

Температура на входе в воздухоподогреватель - t_вп^/  = 30°С.

3.2. Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания

3.2.1. Теоретический объём воздуха

V₀ = 0,0476 ·[ 0,5·СО + 0,5Н₂ +1,5Н₂S + å( m+n/4) ·С_mH_n - О₂]                

V₀ =0,0476·[(1+4/4)·95,7+(3+8/4)·0,12 + (2+6/4) ·2,3 +(4+10/4) ·0,37 - 0,03]=9,635м³/м³

3.2.2. Теоретический объём азота

 = 0,79·V₀ + N₂ / 100                                                                                 

 = 0,79·9,635 + 1,5 / 100 = 7,627 м³/м³

3.2.3. Объём трёхатомных газов

 = 0,01·[СО₂ + СО + Н₂S + åm·C_mH_n ]                                                 

= 0,01·[95,7 + 2·2,3 + 3·0,12 + 4·0,37] = 1,021 м³/м³

3.2.4. Теоретический объём водяных паров

= 0,01·[ Н₂S + Н₂ + å(n / 2) ·С_mH_n + 0,124·d_г.вл ] + 0,0161·V⁰ ,                        где d_г.вл - влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 м³ сухого газа, г/м³; d_г.вл = =10 г/м³.

= 0,01[ 95,7·4 /2 + 0,12·8 / 2 + 2,3·6 / 2 + 0,37·10 / 2 + 0,124·10]+ 0,0161·9,635 = =2,174 м³/м³

3.2.5. Теоретический объём продуктов сгорания

V_г⁰ =  +  +  ,                                                                               

V_г⁰ = 7,627 + 2,174 + 1,021 = 10,822 м³/м³.

3.2.6. Определение объёмов продуктов сгорания в поверхностях нагрева (таблица 3.1)

Таблица 3.1. Объёмы продуктов сгорания

Наименование рассчитываемой величины и расчётная формула	Размерность	V0=9,635 м3/м3; Vг0 =10,822 м3/м3; =1,021 м3/м3; = 7,627 м3/м3; = 2,174 м3/м3
		Газоходы
		I	II	III	IV
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева, aп	-	1,03	1,06	1,1	1,3
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева, aср	-	1,03	1,045	1,08	1,2
Объём водяных паров =+0,0161·(aср - 1) ·V0	м3/м3	2,179	2,181	2,186	2,205
Объём дымовых газов Vг=+++(aср- 1)·V0	м3/м3	11,116	11,263	11,605	12,78
Объёмные доли трёхатомных газов =/ Vг	-	0,092	0,091	0,088	0,08
Объёмные доли водяных паров = / Vг	-	0,196	0,194	0,188	0,173
Cуммарная объёмная доля gg =+	-	0,288	0,285	0,276	0,253

3.3. Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания

3.3.1. Энтальпия теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания при расчётной температуре

I_в⁰ = V⁰·c_в · t, кДж/кг ,                                                             

I_г⁰ = (·+·+·) ·t,                                        где I_в⁰ и I_г⁰ выбираются из таблицы XV [19].

3.3.2. Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха

I_г = I_г⁰ + (a - 1) ·I_в⁰                                                                              

Результаты расчёта заносятся в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Результаты расчёта энтальпий воздуха и продуктов сгорания

t, °С	Iг0, кДж/кг	Iв0, кДж/кг	Iг = Iг0 + (a-1) ·Iв0
			aт = 1,03		aпп = 1,06		aвэ = 1,1		aвп = 1,3
			I	DI	I	DI	I	DI	I	DI
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
2200	39442	32198	40408
2100	37436	30611	38354	2054
2000	35443	29024	36314	2040
1900	33467	27437	34290	2024
1800	31486	25851	32262	2028
1700	29531	24306	30260	2002
1600	27588	22761	28271	1989
1500	25658	21211	26294	1977
1400	23761	19666	24351	1943
1300	21848	18121	22392	1959
1200	19972	16614	20470	1922	20969
1100	18146	15107	18599	1871	19052	1917
1000	16333	13599	16741	1858	17149	1903
900	14521	12134	14885	1856	15249	1900
800	12745	10706	13066	1819	13387	1862	13816
700	10999	9278	11277	1789	11556	1831	11927	1889
600	9312	7859	9548	1729	9784	1772	10098	1829
500	7671	6477	7865	1683	8060	1724	8319	1779
400	6054	5129	6208	1657	6362	1698	6567	1752
300	4484	3814	4598	1610	4713	1649	4865	1702	5628
200	2956	2521	3032	1566	3107	1606	3208	1657	3712	1916
100	1465	1252	1503	1529	1540	1567	1590	1618	1841	1871

3.4. Определение коэффициента полезного действия и расхода топлива котлоагрегата

3.4.1. Уравнение теплового баланса(коэффициента полезного действия)

h_ка = 100 - ( q₂ + q₃ + q₅ ),                                                                    где q₃ - потери от химического недожога; для газа q₃ = 0,5%;

q₅ - потери тепла от наружного охлаждения котла; q₅ = 0,3%;

q₂ - потери тепла с уходящими газами,

q₂ = ( I_ух - I_х.в⁰ · a_ух ) ·( 100 - q₄)/ Q_р^р,                                                 где Q_р^р - располагаемое тепло на 1 м³ газообразного топлива.

Q_р^р = Q_н^с + i_тл  = 36034 + 175 = 36209 кДж/м³,

i_тл = С_тл ·t_тл  = 0,417 ·4,187 ·100 = 175 кДж/м³.

i_тл - физическое тепло топлива, кДж/кг;

С_тл - теплоёмкость газообразного топлива,

С_тл = 0,01·( ·СН₄  + ·С₂Н₆ + ·С₃Н₈ + ·С₄Н₁₀+ ·N₂ + ·О₂)+ +0,00124 ··d_г.вл = 0,01 ·( 0,392 ·95,7 +0,838 ·0,12 + 0,596 ·2,3 + 1,124 ·0,2 + 1,3 ·1,5 + 0,315 ·0,03) + 0,00124 ·0,36 ·10 = 0,417 ккал/(м³ ·°С).

При температуре t_ух.г=130°С и a_ух=1,3 энтальпия уходящих газов                                    I_ух = 2210 кДж/м³;

I_х.в⁰ - энтальпия холодного воздуха

I_х.в⁰ = (С ·t)_х.в ·V⁰ = 39,5 ·9,635 = 381 кДж/м³, по формуле (3.4.2)

q₂ = (2210 -1,3 ·381) ·(100 -0)/36209 = 4,73%, по формуле (3.4.1)

h_ка = 100 - (4,73 + 0,5 +0,3) = 94,47% .

3.4.2. Расход топлива (газа и мазута) на котлоагрегат

В_газа = [ D_пе ·(i_пп - i_пв) + D_пр ·(i_к - i_пв) ] / Q_р^р ·h_ка,                                              

где D_пе - расход перегретого пара из котла ,

D_пе = 1,035 ·D_т = 1,035 ·509/3,6 = 146,3 кг/с,

D_пр - расход продувочной воды из испарительного контура, D_пр = 0,005 ·D_пе;

при продувке р <2% от D_пе  тепло продувочной воды составляет менее 0,5% полного тепловыделения и ею можно пренебречь;

i_пп - энтальпия перегретого пара, при р =13,73 МПа и t = 560°С i_пп = 3487 кДж/кг;

i_пв - энтальпия питательной воды, поступающей в котёл, i_пв = 998 кДж/кг;

по формуле (3.4.3)

В_газа = 146,3·(3487 - 998)/(36209·0,9447) =10,65 м³/с = 38323 м³/ч.

Расход топлива в переводе на мазут

В_мазута = В_газа ·Q_н^с / Q_н^р_{(мазута)} = 38323 ·8600 / 9260 = 35592