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):

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

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

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