Топочные и теплогидравлические процессы парогенерирующих установок

Федеральное агентство по образованию

Белгородский Государственный Технологический Университет

им. В.Г. Шухова



Кафедра энергетики теплотехнологии















Курсовая работа

на тему: 

«Топочные и теплогидравлические процессы парогенерирующих установок»



Выполнил: Студент Осьмаков А.Ф.

Принял: Васильев Б.П.























Белгород 2007


Задание на курсовой проект



Рассчитать гидравлическое сопротивление пароперегревателя по следующим данным.

1. Паропроизводительность котельного агрегата 28 кг/ч

2. Рабочее давление пара (на выходе из пароперегревателя) 39 кгс/см2

3. Температура перегретого пара  450 0С      

4. Рекомендуемая средняя скорость пара 25-30 м/с

5. Змеевик согласно эскизу (рис. 3.1), в частности:

- высота змеевиков по осям гибов 4200 мм    - количество петель внизу  10 шт

- расположение змеевиков - коридорное

- коллекторы расположены горизонтально по одному на входе и выходе

- гибы змеевиков более 180° с целью сокращения глубины пароперегревателя 

- радиусы гибов  

- рекомендуемый диаметр трубы Ø32×3, Ø38×3 



Цель и задачи гидравлического расчета



В настоящее время при проектировании современных электростанций уделяется большое значение увеличению их экономичности.

В частности, значительное повышение КПД блока «котел - турбина» возможно путем совершенствования гидравлической схемы котла. Анализ показал, что во многих элементах первичного тракта, особенно в слабообогреваемых поверхностях нагрева пароперегревателя, паропропускных трубах и трубопроводах угольных котлов, приняты неоправданно высокие массовые скорости среды.

В результате оптимизации гидравлической схемы и конструкции элементов первичного тракта сопротивление его может быть доведено до уровня, не превышающего 5 МПа, даже при высокой (5 80- 600°С) температуре свежего пара за котлом [1]. Это на 1,5 —2,0 МПа ниже, чем у действующих котлов сверхкритического давления. В промежуточных пароперегревателях также имеются резервы для уменьшения их гидравлического сопротивления по пару как минимум на 0,05 МПа.



Расчет коэффициентов сопротивления



При расчете суммарных потерь давления от трения и в местных сопротивлениях полный коэффициент гидравлического сопротивления элемента (трубы) подсчитывается по формуле



 (2.1.)



где - сумма местных коэффициентов сопротивления;

 - приведенный коэффициент трения, 1/м;

 - длина элемента (трубы), м,

При использовании формулы (2, 1) условные скорости среды в элементе определяются по выражениям



,м/с; (2.2.) 

,кг/м2с (2-3)        



где - расход рабочей среды через элемент, кг/ч;

 -удельный объем среды, м3/кг;

— расчетное сечение рассчитываемого элемента, м2; 

—удельный вес рабочей среды, кг/м3. 2.2.

Приведенный коэффициент трения определяется по формуле



, 1/м



где - коэффициент трения;

 - внутренний диаметр элемента (трубы), м. Коэффициент трения X находится по формуле



 (2.4)



Где К - абсолютная шероховатость труб, принимается по табл. 2.1.



Таблица 2. Абсолютная шероховатость труб

Стали

 Шероховатость 

 К, мм

Углеродистые илегированные (перлитные) Аустенитные

0,08 0,01



Средние коэффициенты сопротивления входа в трубу, отнесенные к скорости в ней, принимаются по табл.2.2 (для входов из барабанов) и табл. 2.3 (для входов из коллекторов).




Таблица 2.2 Средние коэффициенты сопротивления входа в трубу из барабана 

Тип коллектора

Коэффициент сопротивления входа в среднюю трубу 







Раздающие с торцевым А и угловым Б подводом, а также с рассредоточенным при числе поперечных рядов отводящих труб на одну подводящую т< 30 (см. рис.2. 2) 

То же при т > 30 

Собирающие с торцевым отводом (в том числе для опускных труб выносных циклонов) То же с рассредоточенным и угловым отводом



0,5







Рис. 2.2. Схема к расчету коэффициентов сопротивления входа и выхода труб: У-вход в трубу с вальцованным колокольчиком; 2 - конический вход в трубу; 3 - раздающий коллектор с угловым подводом; 4 - раздающий коллектор с торцевым подводом; 5 - собирающий коллектор с торцевым подводом; 6 - собирающий коллектор с угловым подводом; 7- коллектор с рассредоточенным подводом и отводом



Средние коэффициенты сопротивления выхода из трубы, отнесенные к скорости в ней, принимаются по табл.2 4




Средние коэффициенты сопротивления выхода из трубы

Тип выхода

Коэффициент сопротивления выхода из средней трубы 5«

В барабан 

В раздающий коллектор с рассредоточенным подводом 

То же с торцевым подводом 

То же с угловым подводом Собирающий коллектор

1,0

1,1

0,8

1,3

1,2



Коэффициенты сопротивления обычных гибов принимаются по рис.2.3.





Рис. 2.3. Коэффициент сопротивления гибов



Для обычных гибов котельных труб с радиусом гиба Д > 3,5 значения коэффициентов сопротивления можно принимать по табл.2.5.




Значения коэффициентов сопротивления.

Таблица 2.5

Угол поворота потока, град

Коэффициент сопротивления

Угол поворота потока, град

Коэффициент сопротивления

меньше 20

20-60

0

0,1

60-140

Больше 140

0,2

0,3



Потеря давления от трения и местных сопротивлений для однофазного потока рассчитывается по формуле



, кгс/м (2.6)



Расчет гидравлического сопротивления пароперегревателя



     

Рис. 3.1. Эскиз змеевика пароперегревателя 



Расчет длины змеевика пароперегревателя. 

Диаметр трубы змеевика принят Ø38×3, ст.20.

Согласно заданию R= 2,5d = 2,5*38 = 95 мм.        

Поскольку змеевики одноплоскостные и параллельны между собой в пароперегревателе (учитывая, что "петли" между собой скреплены хомутами), расстояние (просвет) по внешней стороне труб принять с учетом допусков 10 мм (см. эскиз рис. З.2.). Учитывая большую высоту змеевика и расположение гибов в одной плоскости без большой погрешности, можно принять, что







 мм 

 

 

  



Полный угол гиба средних гибов 



 

Длина этого гиба 



Полный угол гиба крайних гибов





Длина этого гиба 



Длина прямого участка между основными гибами







Суммарная длина змеевика







Общее число змеевиков пароперегревателя



 



где Д - паропроизводительность котельного агрегата, кг/ч;

- средний удельный объем перегретого пара, м3/кг;

 - средняя скорость пара, м/с; /- сечение одной трубы, м2;

- сечение одной трубы, м2;







Для расчета принимаем скорость 27 м/с из диапазона рекомендуемых.

Для нахождения удельного объема пара  определим среднюю температуру пара и среднее давление пара.

Предварительно принимаем давление насыщенного пара (в барабане) 43 кгс/см2 (избыточное). Тогда среднее давление для выбора величины удельного объема перегретого пара составляет







Средняя температура пара составляет





м3/кг (табл. 25) [3]. 



Общее количество змеевиков







Принимаем п = 20 шт, тогда суммарная площадь живого сечения труб составит



 



Уточненная скорость перегретого пара в змеевике






Определяем величину (пароперегревателя), так как все змеевики гидравлического сопротивления змеевика работают на один коллектор:



,



Где  - гидравлическое сопротивление элемента (змеевика), кгс/м2







где  - потери давления в Цементе от трения, кгс/м;

 - потери давления в местных сопротивлениях, кгс/м2. Массовая скорость потока. 



, кгс/м2 с





где  — полный коэффициент сопротивления элемента;







где  - приведенный коэффициент трения;

- длина змеевика;

 - сумма местных коэффициентов сопротивления; 

=0,6 - коэффициент сопротивления входа в трубу; 

= 0,36 - коэффициент сопротивления гиба; 

=1,1 - коэффициент сопротивления выхода;











где - разность потерь давления в коллекторах, кгс/м2;

- нивелирный перепад давления, кгс/м2. 

Для рассматриваемой схемы пароперегревателя  и  следует принять равными нулю.

Таким образом, = 5,8155, кгс/см2.

Поскольку определение удельного объема перегретого пара произведено при перепаде давления 4 кгс/м2 (43—39), а по расчету получилось 5,8 кгс/м, произведем уточнение расчета. Принимаем перепад давления 6 кгс/м2.

Находим величину удельного объема при средних параметрах перегретого пара.







 м3/кг



Уточненная скорость







После уточнения = 56310, кгс/см2, следовательно расчет произведен с достаточной точностью для целей курсового проекта.




Список использованной литературы



1. Развитие теплоэнергетики: Сб. науч. статей/ Под ред. гл. кор. РАН А.Ф. Дьякова и д-ра техн.наук Г.Г. Ольховского. - М: ВТИ, 1996. -131с.

2. Нормативный метод гидравлического расчета паровых котлов. — Л. ЦКТИ, 1973.-166 с.

3.Тепловой расчет котлов. Нормативный метод,— СПб.: НПО ЦКТИ, 1998.-257 с.

2