Тепловий розрахунок котла-утилізатора П-83

ЗМІСТ

1. Опис котла утилізатора П-83

2. Вихідні дані

3. Розрахунок ентальпій газів

4. Розрахунок коефіцієнта використання тепла

5. Розрахунок пароперегрівача високого тиску

6. Розрахунок випарника високого тиску

7. Розрахунок другого ступеня економайзера високого тиску

8. Розрахунок пароперегрівача низького тиску

9. Розрахунок випарника низького тиску

10. Розрахунок економайзера низького тиску

11. Розрахунок першого ступеня економайзера низького тиску

12. Розрахунок киплячого економайзера

13. Розрахунок додаткового економайзера

1. ОПИС Казани утилізатори П-83

Котел призначений для роботи у складі газотурбінної установки потужністю 345 МВТ.

Котел двокорпусний, з природною циркуляцією, виконаний в тунельній компановке.Два корпусу котла між собою функціонально не пов'язані.

Газохід заповнений поверхнями нагріву, що представляють собою шахові пакети труб, розташованих вертикально. Пакети труб збираються з типових секцій шириною 2340 мм і висотою 11800 мм. Кожна секція являє собою два ряди труб, замкнутих угорі й унизу колекторами. Всі поверхні нагрівання виконані з труб 32 × 4 мм, з зовнішнім спірально-стрічковим оребереніем.

Кожна поверхня набирається з однакової кількості секцій по ширині котла, але різного по ходу газів.

Пароперегрівач високого тиску - 4 блоки типових секцій по ширині газоходу, в кожному блоці по 4 секції, з'єднаних послідовно.

Випарник високого тиску - 4 блоки по ширині газоходу, 6 секцій в блоці по глибині.

Економайзер високого тиску, другий ступінь - 4 блоки по ширині газоходу, 4 секції по глибині.

Пароперегрівач низького тиску - 4 блоки по ширині газоходу, 4 секції по глибині.

Випарник низького тиску - 4 блоки по ширині газоходу, 6 секцій по глибині.

Економайзер високого тиску, перший ступінь - 2 боки по ширині газоходу і 2 ряду секцій по глибині.

Економайзер низького тиску - 2 блоки по ширині по 2 секції у кожному.

Киплячий економайзер - один ряд типових секцій.

Додатковий економайзер - 4 блоки по ширині газоходу по 3 ряду секцій.

2. ВИХІДНІ ДАНІ

1. Витрата охолоджуваних газів через котел 1142.103 м3 / год

2. Температура газів перед котлом 519 0С

3. Темература відхідних газів 96 0С

4. Тиск газів перед котлом 3,0 КПа

5. Склад газів: N2 = 75,0%, CO2 = 3,0%, H2O = 8,0%, O2 = 14,0%

6. Тиск перегрітої пари 8 / 0, 7 МПа

7. Температура перегрітого пара 470/220 0С

8. Паропродуктивність 170/43 т / год

9. Витрата пари через пароперегрівач 165/37, 5 т / год

10. Витрата води через ЕНД 95 т / год

11.Расход води через киплячий економайзер 30 т / год

12. Витрата води через додатковий економайзер 267 т / год

13. Паровміст пароводяної суміші

На виході з киплячого економайзера 0,16

3. РОЗРАХУНОК Ентальпія ГАЗІВ

Об'ємні частки

ri = ki/100; (3.1)

rN2 = 75 / 1 = 0,75;

rCO2 = 3 / 100 = 0,03;

rH2O = 8 / 100 = 0,08;

rO2 = 14/100 = 0,14.

Розрахунок ентальпій

Іг = Σ (ri + Ci) ∙ υ р, де (3.2)

υ р - температура газів 0С,

Ci - середня теплоємність, кДж / (м3 · К).

Ентальпія газів при температурі 100 0С, кДж/м3:

Іг = (0,75 · 1,295 +0,03 · 1,702 +0,08 · 1,506 +0,14 · 1,318) · 100 = 132,7.

Ентальпії газів в інтервалі температур 0 - 100 0С наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - ентальпії газів.

4. РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТА ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛА

Коефіцієнт використання тепла,%:

де

I'ку = 716,48 кДж / кг - ентальпія газів на вході в котел (табл.1),

I''ку = 127, 39 кДж / кг - ентальпія газів на виході з котла (табл.1).

Втрати тепла в навколишнє середовище,%:

q5 = 0,63.

Коефіцієнт збереження тепла:

5. РОЗРАХУНОК Пароперегрівачі ВИСОКОГО ТИСКУ

Геометричні характеристики:

Діаметр і товщина стінок труб:

мм.

Поперечний крок між трубами:

S1 = 72 мм.

Поздовжній крок між трубами:

S2 = 85 мм.

Відносний поперечний крок:

σ 1 = S1 / d,

σ 1 = 0,072 / 0,032 = 2,52 м.

Відносний поздовжній крок:

σ 2 = S2 / d,

σ 2 = 0,085 / 0,032 = 2,65 м.

Компановка труб - шахова.

Висота ребра:

hрб = 13 мм.

Товщина ребра:

мм.

Крок між ребрами:

Sрб = 5,0 мм.

Діаметр оребріння:

D = d +2 ∙ hрб,

D = 32 +2 · 13 = 58 мм.

Кількість труб по ширині газоходу:

z1 = 132.

Умовний діаметр:

мм.

Довжина труб:

l = 11,5 мм.

Перетин для проходу газів:

F г = a · b - z 1 · dy · l,

F р = (10,55-0,9674) · 11,5-0,0372 · 132.11, 5 = 53,5 м2.

Число труб в одному здвоєному ряду:

Nтр = z1 · 2,

Nтр = 132.2 = 264.

Перетин для проходу пари:

fп = 0,785 · d2вн · Nтр,

fп = 0,785 · 0,0242 · 264 = 0,119 м2.

Внутрішня поверхня теплообміну одного здвоєного ряду:

Hвн = π ∙ dвн ∙ lтр ∙ Nтр,

Hвн = 3,14 ∙ 0,028 ∙ 11,5 ∙ 264 = 266,9 м2.

Кількість здвоєних рядів: z = 3.

Поверхня нагріву ребер одного здвоєного ряду:

м2.

Гладка поверхня нагріву одного здвоєного ряду:

м2.

Повна поверхня нагріву одного здвоєного ряду:

H1р = Hрб + Hгл,

H1р = 2341,3 +244 = 2585,3 м2.

Повна поверхня нагріву пароперегрівача:

H = H1р ∙ z,

H = 2585,3 ∙ 3 = 7755,9 м2.

Тепловий розрахунок

Температура газів перед ППВД, 0С:

Ентальпія газів перед ППВД, кДж/м3:

Іг = 716,48.

Температура перегрітого пара, 0С:

tпе = 470.

Тиск перегрітої пари, МПа:

Pпе = 8.

Ентальпія перегрітого пара, кДж / кг:

iпе = 3328,53.

Тиск в барабані, МПа:

Pб = 8,4.

Температура насиченого пара, 0С:

tн = 300,3.

Ентальпія насиченої пари, кДж / кг:

iн''= 2749,9.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(5.1)

Ентальпія газів після ППВД, кДж/м3:

(5.2)

Температура газів після ППВД, 0С:

Температурний напір (перехресне рух середовищ), 0С:

, Де (5.3)

Ψ - коефіцієнт перерахунку від противоточной схеми до більш складної,

Δ tпрт - температурний напір при противотоке.

Ψ = 1.

Температурний напір при противотоке, 0С:

(5.4)

Температурний напір на вході при противотоке, 0С:

(5.5)

Температурний напір на виході при противотоке, 0С:

(5.6)

Температурний напір при противотоке, 0С:

Температурний напір, 0С:

Δ t = 1.95 = 95.

Середня температура газів, 0С:

(5.7)

Швидкість газів, м / с:

(5.8)

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, :

де (5.9)

n = 0,7 +0,08 · φ +0,005 · Ψ р, де

Ψ р = 8,48,

n = 0,7 +0,08 · (-0,86) +0,005 · 8,48 = 0,67.

CS - коефіцієнт, що визначається залежно від відносних поперечного і поздовжнього кроків труб в пучку, типу пучка.

(5.10)

CZ - поправка на число рядів труб по ходу газів.

При z2 = 6 <8 і <2,0, то

(5.11)

Коефіцієнт теплопровідності, Вт / м · до:

λ = 5,57 · 10-2.

Коефіцієнт кінематичної в'язкості, м2/сек:

ν = 71,63 · 10-6.

Критерій Прандтля:

Pr = 0,62.

Середня температура пари, 0С:

(5.12)

Швидкість пара, м / с:

де (5.13)

υ = 0,03287 м3/кг - середній питомий об'єм пари.

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до пару, :

(5.14)

Коефіцієнт теплопровідності, Вт / м · до: λ = 6,34 · 10-2

Коефіцієнт кінематичної в'язкості, м2/сек:

де (5.15)

μ - коефіцієнт динамічної в'язкості, (кгс · сек) / м2:

μ = 2,86 · 10-6.

Критерій Прандтля: Pr = 1,135.

Еквівалентний діаметр, м:

(5.16)

Поправка Ct. В елементах котла температура стінки при течії пара мало відрізняється від температури середовища. тому Ct = 1.

Поправка Cd = 1.

Cl = 1, l / d> 50.

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки, :

(5.17)

Коефіцієнт теплопередачі, :

де (5.18)

Ψ = 0,8 - коефіцієнт ефективності.

α 1пр - наведений коефіцієнт тепловіддачі.

де (5.19)

(5.20)

м.

(5.21)

м.

Е - коефіцієнт ефективності ребра.

де (5.22)

λ РБ = 45,5 Вт / (м · к) - коефіцієнт теплопровідності матеріалу ребра.

φ Е - коефіцієнт, що враховує нерівномірність тепловіддачі по поверхні ребра.

φ Е = 1-0,058 · m · hрб, (5.23)

φ Е = 1-0,058 · 56,3 · 0,013 = 0,958.

μ - коефіцієнт, що враховує вплив розширення ребра до основи.

μ = 1,03 (1, номограма 6).

Е = 0,78 (1, номограма 6).

Рівняння теплопередачі, кДж/м3:

(5.24)

Похибка,%:

(5.25)

6. РОЗРАХУНОК Випарник ВИСОКОГО ТИСКУ

Геометричні характеристики.

Геометричні характеристики такі ж як і у ППВД за винятком:

Кількість здвоєних рядів: z = 9.

Повна поверхня нагріву випарника, м2:

H = H1р ∙ z,

H = 2585,3 ∙ 9 = 23267.

Тепловий розрахунок

Температура газів перед ІСПВД, 0С:

(З розрахунку ППВД).

Ентальпія газів перед ІСПВД, кДж/м3:

Іг = 634,9

Тиск в барабані, МПа:

Pб = 8,4.

Температура насиченого пара, 0С:

tн = 297.

Ентальпія насиченої пари, кДж / кг:

iн''= 2756,2.

Температура насиченої води, 0С:

tн '= 297.

Ентальпія насиченої води, кДж / кг:

i'н = 1329,9.

Температура недогріву до кипіння, 0С:

Δ tнед = 4.

Температура води на виході з економайзера, 0С:

t''евд = tн'-Δ tнед,

t''евд = 297-4 = 293.

Ентальпія води на виході з економайзера, кДж / кг:

i''евд = 1306,9.

Величина недогріву до кипіння, кДж / кг:

Δ iнед = i'н-i''евд,

Δ iнед = 1329,9-1306,9 = 23.

Прихована теплота паротворення, кДж / кг:

r = 1426.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(6.1)

Ентальпія газів після ІСППВД, кДж/м3:

(6.2)

Температура газів після ІСППВД, 0С:

Температурний напір (перехресне рух середовищ), 0С:

, Де (6.3)

Ψ - коефіцієнт перерахунку від противоточной схеми до більш складної,

Δ tпрт - температурний напір при противотоке.

Ψ = 1.

Температурний напір при противотоке, 0С:

(6.4)

Температурний напір на вході при противотоке, 0С:

(6.5)

Температурний напір на виході при противотоке, 0С:

(6.6)

Температурний напір при противотоке, 0С:

Температурний напір, 0С:

Δ t = 1.54 = 54.

Середня теіпература газів, 0С:

(6.7)

Швидкість газів, м / с:

(6.8)

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, :

де (6.9)

n = 0,7 +0,08 · φ +0,005 · Ψ р, де

Ψ р = 8,48,

n = 0,7 +0,08 · (-0,86) +0,005 · 8,48 = 0,67.

CS - коефіцієнт, що визначається залежно від відносних поперечного і поздовжнього кроків труб в пучку, типу пучка.

(6.10)

CZ - поправка на число рядів труб по ходу газів.

При z2 = 18> 8, то Сz = 1.

Коефіцієнт теплопровідності, Вт / м · до:

λ = 5,58 · 10-2.

Коефіцієнт кінематичної в'язкості, м2/сек:

ν = 55,85 · 10-6.

Критерій Прандтля:

Pr = 0,64.

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки, :

(6.11)

Коефіцієнт теплопередачі, :

де (6.12)

Ψ = 0,8 - коефіцієнт ефективності.

α 1пр - наведений коефіцієнт тепловіддачі.

де (6.13)

(6.14)

м.

(6.15)

м.

Е - коефіцієнт ефективності ребра.

де (6.16)

λ РБ = 45,5 Вт / (м · к) - коефіцієнт теплопровідності матеріалу ребра.

φ Е - коефіцієнт, що враховує нерівномірність тепловіддачі по поверхні ребра.

φ Е = 1-0,058 · m · hрб, (6.17)

φ Е = 1-0,058 · 60,3 · 0,013 = 0,955.

μ - коефіцієнт, що враховує вплив розширення ребра до основи.

μ = 1,03 (1, номограма 6).

Е = 0,78 (1, номограма 6).

Рівняння теплопередачі, кДж/м3:

(6.18)

Похибка,%:

(6.19)

7. РОЗРАХУНОК Економайзери ВИСОКОГО ТИСКУ, другий ступінь

Геометричні характеристики.

Геометричні характеристики такі ж як і у ППВД за винятком:

Кількість здвоєних рядів: z = 6.

Повна поверхня нагріву випарника, м2:

H = H1р ∙ z,

H = 2585,3 ∙ 6 = 15512.

Тепловий розрахунок

Температура газів перед ЕВД, 0С:

(З розрахунку ІСПВД).

Ентальпія газів перед ЕВД, кДж/м3:

Іг = 417,3.

Температура води після ЕВД, 0С:

t''евд = 293 (з розрахунку ІСПВД).

Ентальпія води після ЕВД, кДж / кг:

i''евд = 1306,9.

Температура води перед ЕВД, 0С:

t'евд = 161,7.

Ентальпія води перед ЕВД, кДж / кг:

i'евд = 688,2.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(7.1)

Ентальпія газів після ЕВД, кДж/м3:

(7.2)

Температура газів після ЕВД, 0С:

Температурний напір (перехресне рух середовищ), 0С:

, Де (7.3)

Ψ - коефіцієнт перерахунку від противоточной схеми до більш складної,

Δ tпрт - температурний напір при противотоке.

Ψ = 1.

Температурний напір при противотоке, 0С:

(7.4)

Температурний напір на вході при противотоке, 0С:

(7.5)

Температурний напір на виході при противотоке, 0С:

(7.6)

Температурний напір при противотоке, 0С:

Температурний напір, 0С:

Δ t = 1.40 = 40.

Середня температура газів, 0С:

(7.7)

Швидкість газів, м / с:

(7.8)

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, :

де (7.9)

n = 0,7 +0,08 · φ +0,005 · Ψ р, де

Ψ р = 8,48,

n = 0,7 +0,08 · (-0,86) +0,005 · 8,48 = 0,67.

CS - коефіцієнт, що визначається залежно від відносних поперечного і поздовжнього кроків труб в пучку, типу пучка.

(7.10)

CZ - поправка на число рядів труб по ходу газів.

При z2 = 12> 8, то Сz = 1.

Коефіцієнт теплопровідності, Вт / м · до:

λ = 4,63 · 10-2.

Коефіцієнт кінематичної в'язкості, м2/сек:

ν = 40,88 · 10-6.

Критерій Прандтля:

Pr = 0,65.

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки, :

(7.11)

Коефіцієнт теплопередачі, :

де (7.12)

Ψ = 0,8 - коефіцієнт ефективності.

α 1пр - наведений коефіцієнт тепловіддачі.

де (7.13)

(7.14)

м.

(7.15)

м.

Е - коефіцієнт ефективності ребра.

де (7.16)

λ РБ = 45,5 Вт / (м · к) - коефіцієнт теплопровідності матеріалу ребра.

φ Е - коефіцієнт, що враховує нерівномірність тепловіддачі по поверхні ребра.

φ Е = 1-0,058 · m · hрб, (7.17)

φ Е = 1-0,058 · 57,3 · 0,013 = 0,957.

μ - коефіцієнт, що враховує вплив розширення ребра до основи.

μ = 1,03 (1, номограма 6).

Е = 0,78 (1, номограма 6).

Рівняння теплопередачі, кДж/м3:

(7.18)

Похибка,%:

(7.19)

8. РОЗРАХУНОК Пароперегрівачі НИЗЬКОГО ДАВЛНЕНІЯ

Температура газів перед ППНД, 0С:

(З розрахунку ЕВД).

Ентальпія газів перед ППНД, кДж/м3:

Іг = 324,4.

Температура перегрітого пара, 0С:

tпе = 220.

Тиск перегрітої пари, МПа:

Pпе = 0,7.

Ентальпія перегрітого пара, кДж / кг:

iпе = 2891,9.

Тиск в барабані, МПа:

Pб = 0,73.

Температура насиченого пара, 0С:

tн = 165.

Ентальпія насиченої пари, кДж / кг:

iн''= 2764,14.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(8.1)

Ентальпія газів після ППНД, кДж/м3:

(8.2)

Температура газів після ППНД, 0С:

9. РОЗРАХУНОК Випарник НИЗЬКОГО ТИСКУ

Температура газів перед ІСПНД, 0С:

(З розрахунку ППНД).

Ентальпія газів перед ІСПНД, кДж/м3:

Іг = 320.

Тиск в барабані, МПа:

Pб = 0,73.

Температура насиченої води, 0С:

tн '= 165.

Ентальпія насиченої води, кДж / кг:

i'н = 694,3

Температура недогріву до кипіння, 0С:

Δ tнед = 4.

Температура води на виході з економайзера, 0С:

t''енд = tн'-Δ tнед,

t''енд = 165-4 = 161.

Ентальпія води на виході з економайзера, кДж / кг:

i''енд = 676,3.

Величина недогріву до кипіння, кДж / кг:

Δ iнед = i'н-i''енд,

Δ iнед = 694,3-676,4 = 18.

Прихована теплота паротворення, кДж / кг:

r = 2069,8.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(9.1)

Ентальпія газів після ІСПНД, кДж/м3:

(9.2)

Температура газів після ІСПНД, 0С:

10. РОЗРАХУНОК Економайзери НИЗЬКОГО ТИСКУ

Температура газів перед ЕНД, 0С:

(З розрахунку ІСПНД).

Ентальпія газів перед ЕНД, кДж/м3:

Іг = 240,5.

Температура води після ЕНД, 0С:

t''енд = 161 (з розрахунку ІСПНД).

Ентальпія води після ЕНД, кДж / кг:

i''енд = 676,3.

Температура живильної води, 0С:

tпв = 110.

Ентальпія живильної води, кДж / кг:

iПВ = 462,15.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(10.1)

11. ТЕПЛОВОЇ РОЗРАХУНОК Економайзери ВИСОКОГО ТИСКУ, перший ступінь

Температура газів перед ЕНД, 0С:

(З розрахунку ІСПНД).

Ентальпія газів перед ЕНД, кДж/м3:

Іг = 240,5.

Температура води після ЕВД, 0С:

t''евд = 161,7.

Ентальпія води після ЕВД, кДж / кг:

i''евд = 680,45.

Температура живильної води, 0С:

tпв = 110.

Ентальпія живильної води, кДж / кг:

iПВ = 467,2.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(11.1)

Ентальпія газів після ЕНД і ЕВД, кДж/м3:

(11.2)

Температура газів після ЕВД і ЕНД, 0С:

12. РОЗРАХУНОК КИПЛЯЧИЙ Економайзери

Температура газів перед КіпЕ, 0С:

(З розрахунку ЕНД і ЕВД).

Ентальпія газів перед КіпЕ, кДж/м3:

Іг = 190,2.

Тиск у деаераторі, МПа:

Рд = 0,15.

Температура води після КіпЕ, 0С:

t''КіпЕ = 110.

Ентальпія води після КіпЕ, кДж / кг:

i''КіпЕ = 462,15.

Температура води перед КіпЕ, 0С:

t'КіпЕ = 110.

Ентальпія води перед ЕВД, кДж / кг:

i'КіпЕ = 419,83.

Паровміст пароводяної суміші на виході їх КіпЕ:

x = 0,16.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(12.1)

Ентальпія газів після КіпЕ, кДж/м3:

(12.2)

Температура газів після КіпЕ, 0С:

13. РОЗРАХУНОК ДОДАТКОВОГО Економайзери

Температура газів перед ДопЕ, 0С:

(З розрахунку КіпЕ).

Ентальпія газів перед ДопЕ, кДж/м3:

Іг = 180,8.

Температура води після ДопЕ, 0С:

t''допе = 100,6.

Ентальпія води після ДопЕ, кДж / кг:

i''допе = 419,4.

Температура води перед ДопЕ, 0С:

t'допе = 60.

Ентальпія води перед ЕВД, кДж / кг:

i'евд = 251,4.

Рівняння балансу, кДж/м3:

(13.1)

Ентальпія газів після ДопЕ, кДж/м3:

(13.2)

Температура газів після ДопЕ, 0С: