 |
Исследование работы пароперегревателя парового котла
|
|
|
|
Выполнили: Корвяков А.С.
Мирошников Н.А.
Нитченко К.А.
Тюленев А.В.
Группа: ТЭ-14-1
Руководитель: Шацких Ю. В.
Цель работы: исследовать работу пароперегревателя парового котла с целью нахождения коэффициента теплопередачи и температурного напора на различных режимах.
Рисунок 1. Схема движения пара.
Рисунок 2. Схема движения уходящих газов по тракту котла.
На действующем котельном агрегате на нескольких режимах провести измерения необходимых параметров пара и продуктов сгорания. Часть данных принимается по результатам лабораторной работы № 2.
Таблица 1 – Таблица результатов испытаний
| Обозна-чение | Размер-ность | 5/95 | 18/82 | 47/53 | 34/66 | |
| Паропроизводительность | D | т/ч | ||||
| Давление пара в барабане (абс.) | pб | кгс/см2 | ||||
| Давление перегретого пара (абс.) | pпп | кгс/см2 | 95,7 | 96,6 | 97,5 | 97,1 |
| Температура перегретого пара | tпп | °C | ||||
| Расход конденсата на 1 впрыск | Dвпр1 | т/ч | 26,3 | 27,6 | 29,6 | 28,9 |
| Расход конденсата на 2 впрыск | Dвпр2 | т/ч | 3,2 | 2,1 | 1,2 | 2,6 |
| Расход конденсата на 3 впрыск | Dвпр3 | т/ч | 2,1 | 3,4 | 3,9 | 3,3 |
| Температура пара до 1-го впрыска (за КПП-1) | t'впр1 | °C | 431,5 | 437,5 | ||
| Температура пара за 1-ым впрыском | t"впр1 | °C | 380,5 | 390,5 | 385,5 | |
| Температура пара до 2-го впрыска (за средними ширмами) | t'впр2 | °C | ||||
| Температура пара за 2-ым впрыском | t"впр2 | °C | 414,5 | 422,5 | 422,5 | |
| Температура пара за крайними ширмами | t за кш | °C | 451,5 | 461,5 | 468,5 | 455,5 |
| Температура пара до 3-го впрыска (за 3ей ступенью КПП-3) | t'впр3 | °C | 491,5 | 504,5 | 496,5 | |
| Температура пара за 3-им впрыском | t"впр3 | °C | 482,5 | 493,5 | ||
| Температура пара за КПП-4 | t за кпп4 | °C | 523,5 | |||
| Коэффициент избытка воздуха за КПП-4 | α пп | 1,204 | 1,230 | 1,095 | 1,062 | |
| Температура газов до КПП1 | ϑ' КПП1 | °C |
|
|
|
Порядок расчета
1. Температура насыщенного пара tнп, °С – выбирается по таблицам теплофизических свойств пара.
tнп1 = 314 °С
tнп2 = 315 °С
tнп3 = 316 °С
tнп4 = 316 °С
2. Потери давление пара в ступенях пароперегревателя:
– радиационный пароперегреватель 
;
– первая ступень конвективного пароперегревателя 
;
–первая ступень ширмового пароперегревателя 
;
–вторая ступень ширмового пароперегревателя 
;
– третья ступень конвективного пароперегревателя 
;
–четвертая ступень конвективного пароперегревателя 
;
Таблица 2. Потери давления пара в ступенях пароперегревателя
| ∆p р.пп | 1,03 | 1,04 | 1,15 | 1,19 |
| ∆p к.пп1 | 1,03 | 1,04 | 1,15 | 1,19 |
| ∆p ш.пп1 | 2,06 | 2,08 | 2,3 | 2,38 |
| ∆p ш.пп2 | 2,06 | 2,08 | 2,3 | 2,38 |
| ∆p к.пп3 | 2,06 | 2,08 | 2,3 | 2,38 |
| ∆p к.пп4 | 2,06 | 2,08 | 2,3 | 2,38 |
3. Энтальпии пара определяется по таблицам термодинамических свойств воды и пара. Данные сводятся в табл. 3.
Таблица 3. Параметры пара в ступенях пароперегревателя
| Параметр | Пароперегреватель | ||||
| 1 ступень | шпп1 | шпп2 | 3 ступень | 4 ступень | |
| Давление, кгс/см2 | |||||
| вход | 
| 
| 
| 
| 
|
| выход | 
|  =
| 
| 
| 
|
| Температура, °C | |||||
| вход | 
| 
| 
| 
| 
|
| выход | 
| 
| 
| 
| 
|
| Энтальпия, кДж/кг | |||||
| вход | 
| 
| 
| 
| 
|
| выход | 
| 
| 
| 
| 
|
| Расход среды | |||||
| 
| 
| 
| 
|
Таблица 3.1. Параметры пара в ступенях пароперегревателя (опыт №1)
| Параметр | Пароперегреватель | ||||
| 1 ступень | шпп1 | шпп2 | 3 ступень | 4 ступень | |
| Давление, кгс/см2 | |||||
| вход | 104,97 | 103,94 | 101,88 | 99,82 | 97,76 |
| выход | 103,94 | 101,88 | 99,82 | 97,76 | 95,7 |
| Температура, °C | |||||
| вход | Опр. п.4 | 380,5 | 414,5 | 451,5 | 482,5 |
| выход | 431,5 | 451,5 | 491,5 | ||
| Энтальпия, кДж/кг | |||||
| вход | Опр. п.4 | 3031,018 | 3142,103 | 3249,549 | 3334,283 |
| выход | 3187,486 | 3166,844 | 3249,549 | 3357,461 | 3419,504 |
| Расход среды | |||||
| 186,4 | 212,7 | 215,9 | 215,9 |
Таблица 3.2. Параметры пара в ступенях пароперегревателя (опыт №2)
|
|
|
| Параметр | Пароперегреватель | ||||
| 1 ступень | шпп1 | шпп2 | 3 ступень | 4 ступень | |
| Давление, кгс/см2 | |||||
| вход | 105,96 | 104,92 | 102,84 | 100,76 | 98,68 |
| выход | 104,92 | 102,84 | 100,76 | 98,68 | 96,6 |
| Температура, °C | |||||
| вход | Опр. п.4 | 390,5 | 422,5 | 461,5 | |
| выход | 461,5 | 504,5 | 523,5 | ||
| Энтальпия, кДж/кг | |||||
| вход | Опр. п.4 | 3061,786 | 3163,643 | 3275,051 | 3355,025 |
| выход | 3201,377 | 3196,446 | 3275,051 | 3389,518 | 3439,799 |
| Расход среды | |||||
| 185,9 | 213,5 | 215,6 | 215,6 |
Таблица 3.3. Параметры пара в ступенях пароперегревателя (опыт №3)
| Параметр | Пароперегреватель | ||||
| 1 ступень | шпп1 | шпп2 | 3 ступень | 4 ступень | |
| Давление, кгс/см2 | |||||
| вход | 107,85 | 106,7 | 104,4 | 102,1 | 99,8 |
| выход | 106,7 | 104,4 | 102,1 | 99,8 | 97,5 |
| Температура, °C | |||||
| вход | Опр. п.4 | 385,5 | 422,5 | 468,5 | 493,5 |
| выход | 437,5 | 468,5 | |||
| Энтальпия, кДж/кг | |||||
| вход | Опр. п.4 | 3040,844 | 3160,755 | 3291,812 | 3360,033 |
| выход | 3199,788 | 3193,763 | 3291,812 | 3397,114 | 3447,572 |
| Расход среды | |||||
| 202,3 | 231,9 | 233,1 | 233,1 |
Таблица 3.4. Параметры пара в ступенях пароперегревателя (опыт №4)
| Параметр | Пароперегреватель | ||||
| 1 ступень | шпп1 | шпп2 | 3 ступень | 4 ступень | |
| Давление, кгс/см^2 | |||||
| вход | 107,81 | 106,62 | 104,24 | 101,86 | 99,48 |
| выход | 106,62 | 104,24 | 101,86 | 99,48 | 97,1 |
| Температура, °C | |||||
| вход | Опр. п.4 | 455,5 | |||
| выход | 455,5 | 496,5 | |||
| Энтальпия, кДж/кг | |||||
| вход | Опр. п.4 | 3025,873 | 3133,046 | 3257,271 | 3333,338 |
| выход | 3187,093 | 3168,274 | 3257,271 | 3368,127 | 3417,918 |
| Расход среды | |||||
| 203,2 | 232,1 | 234,7 | 234,7 |
4. Определение температуры пара до КПП1.
Определим общий теплоперепад:
Определим теплоперепад на радиационном пароперегревателе. Принимаем, что на РПП приходиться 5% тепла.
Определим теплоперепад на КПП1:
Найдем энтальпию на входе в КПП1:
Температуру пара до КПП1 определяем по энтальпии 
и давлению 
с помощью AQUADAT
Таблица4.Значение температуры и энтальпии до КПП1.
| Размер-ность | |||||
| h'КПП1 | кДж/кг | 2967,931 | 2971,598 | 2989,343 | 2990,26 |
| t' КПП1 | °C | 363,7 | 365,5 | 371,7 | 371,9 |
5. Расчетный расход топлива Вр, тыс.нм3/ч–по результатам работы № 2.
Таблица5. Расчетный расход топлива
| Bр, тыс.нм3/ч | 160,198 | 137,4697 | 105,6067 | 118,5693 |
6. Тепловосприятие первой ступени конвективного пароперегревателя, кДж/м3
Тепловосприятие третьей ступени конвективного пароперегревателя, кДж/м3
|
|
|
Тепловосприятие четвертой ступени конвективного пароперегревателя, кДж/м3
Таблица 6. Тепловосприятие ступеней конвективного пароперегревателя
| Обозна-чение | Размер-ность | |||||
| Тепловосприятие первой ступени КПП | Qк.пп1 | кДж/м3 | 181,7025 | 222,8466 | 274,0364 | 224,9223 |
| Тепловосприятие третьей ступени КПП | Qк.пп3 | кДж/м3 | 145,4331 | 179,5234 | 232,4275 | 219,4308 |
| Тепловосприятие четвертой ступени КПП | Qк.пп4 | кДж/м3 | 115,9698 | 135,0518 | 196,455 | 169,7753 |
7. Коэффициент избытка воздуха за пароперегревателями – по результатам работы № 2.
Таблица7. Коэффициент избытка воздуха за пароперегревателями
| α пп | 1,204419 | 1,230147 | 1,095131 | 1,062483 |
8. Присосы холодного воздуха в газоходе отсутствуют, поэтому энтальпии продуктов сгорания 
за каждой ступенью пароперегревателя одинаковы.
9. Энтальпия продуктов сгорания за ступенями пароперегревателя.
где 
— энтальпии 1 м3 трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров принимаются при заданной температуре, по результатам работы № 2.
Таблица 8. Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания.
| м3/м3 | 0,456 | 0,466 | 0,497 | 0,485 |
| м3/м3 | 0,109 | 0,148 | 0,261 | 0,216 |
| м3/м3 | 1,092 | 1,215 | 1,571 | 1,430 |
| м3/м3 | 0,782 | 0,950 | 1,432 | 1,240 |
Таблица 9. Энтальпии газов и воздуха
| 
| 
| 
| 
|
| °C | кДж/м3 | кДж/м3 | кДж/м3 | кДж/м3 |
| 771,5296 | 526,3472 | 625,9264 | 541,4096 | |
| 995,792 | 663,5824 | 794,1232 | 683,6656 | |
| 1221,728 | 803,328 | 966,504 | 829,2688 | |
| 1460,216 | 945,584 | 1146,416 | 979,056 | |
| 1702,888 | 1092,024 | 1334,696 | 1129,68 |
10. Энтальпия воздуха за ступенями пароперегревателя, кДж/м3
,
где 
– энтальпия 1 м3 воздуха, кДж/м3, принимается для заданной температуры; V0 – теоретический объем воздуха, необходимого для горения, по результатам работы № 2.
кДж/м3
Расчет по пунктам 10–11 рекомендуется провести для диапазона температур 500 – 900 °С.
Таблица 10. Энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания
|
| 
| 
| 
| 
| 
|
| °C | кДж/м3 | кДж/м3 | кДж/м3 | кДж/м3 | кДж/м3 |
| 1 опыт | |||||
| 453,804 | 724,458 | 86,347 | 1264,610 | 534,661 | |
| 556,768 | 877,024 | 105,091 | 1538,883 | 648,530 | |
| 665,452 | 1032,330 | 124,653 | 1822,436 | 765,671 | |
| 776,043 | 1192,205 | 145,125 | 2113,373 | 883,467 | |
| 888,540 | 1356,647 | 165,598 | 2410,785 | 1001,262 | |
| 2 опыт | |||||
| 464,420 | 806,499 | 117,478 | 1388,398 | 649,292 | |
| 569,793 | 976,342 | 142,979 | 1689,114 | 787,574 | |
| 681,020 | 1149,236 | 169,594 | 1999,850 | 929,830 | |
| 794,198 | 1327,215 | 197,447 | 2318,860 | 1072,881 | |
| 909,327 | 1510,279 | 225,300 | 2644,907 | 1215,932 | |
| 3 опыт | |||||
| 494,983 | 1042,680 | 207,097 | 1744,760 | 847,933 | |
| 607,290 | 1262,261 | 252,052 | 2121,602 | 1028,522 | |
| 725,836 | 1485,786 | 298,971 | 2510,593 | 1214,299 | |
| 846,462 | 1715,886 | 348,072 | 2910,419 | 1401,114 | |
| 969,168 | 1952,560 | 397,173 | 3318,900 | 1587,929 | |
| 4 опыт | |||||
| 482,817 | 948,666 | 171,423 | 1602,907 | 847,933 | |
| 592,364 | 1148,449 | 208,634 | 1949,447 | 1028,522 | |
| 707,996 | 1351,820 | 247,471 | 2307,287 | 1214,299 | |
| 825,658 | 1561,172 | 288,114 | 2674,944 | 1401,114 | |
| 945,348 | 1776,506 | 328,757 | 3050,611 | 1587,929 |
|
|
|
10. Энтальпия газов за ступенями пароперегревателя, кДж/м3
,
Расчет для первого опыта для температуры 400 °С:
Расчёты данного пункта проведём в программе Microsoft Excel также для диапазона температур 400 – 800 °С и сведем в таблицу 10.
Таблица 10. Энтальпии продуктов сгорания в газоходах, кДж/кг (кДж/м3)
| Опыт №1 | Каждой ступени | Опыт №2 | Каждой ступени | ||
| t | Hг, кДж/м3 | ∆Hг, кДж/м3 | t | Hг, кДж/м3 | ∆Hг, кДж/м3 |
| 1373,904 | 293,057 | 1537,830 | 327,360 | ||
| 1671,454 | 297,550 | 1870,372 | 332,542 | ||
| 1978,953 | 307,499 | 2213,847 | 343,476 | ||
| 2293,970 | 315,017 | 2565,780 | 351,933 | ||
| 2615,462 | 321,491 | 2924,749 | 358,969 | ||
| Опыт №3 | Каждой ступени | Опыт №4 | Каждой ступени | ||
| t | Hг, кДж/м3 | ∆Hг, кДж/м3 | t | Hг, кДж/м3 | ∆Hг, кДж/м3 |
| 1825,424 | 387,759 | 1655,888 | 352,261 | ||
| 2219,446 | 394,022 | 2013,712 | 357,824 | ||
| 2626,110 | 406,664 | 2383,160 | 369,448 | ||
| 3043,708 | 417,599 | 2762,490 | 379,330 | ||
| 3469,961 | 426,253 | 3149,829 | 387,340 |
11. Коэффициент сохранения теплоты
Расчёты приведены для первой серии опытов, расчёт остальных опытов проведём в программе Microsoft Excel и сведем в таблицу 11.
Таблица 11. Коэффициент сохранения теплоты
| q5 | % | 0,575 | 0,573 | 0,529 | 0,527 |
| Ƞбр | % | 87,005 | 88,173 | 90,118 | 90,194 |
| 0,993 | 0,994 | 0,994 | 0,994 |
12. Энтальпия продуктов сгорания до первой ступени конвективного пароперегревателя, кДж/м3, определяется по табл. 10.
Рассчитаем энтальпию продуктов сгорания для первого опыта при температуре 
методом интерполяции:
Энтальпии продуктов сгорания до первой ступени конвективного пароперегревателя для других опытов приведены в таблице:
| кДж/м3 | 1905,153 | 2169,195 | 2667,87 | 2364,687 |
13. Энтальпия продуктов сгорания за первой ступенью конвективного пароперегревателя, кДж/м3
Энтальпии продуктов сгорания за первой ступенью конвективного пароперегревателя для других опытов приведены в таблице:
| кДж/м3 | 1647,999 | 1856,448 | 2262,376 | 2025,391 |
14. Энтальпия продуктов сгорания за четвертой ступенью конвективного пароперегревателя, кДж/м3
|
|
|
Энтальпия продуктов сгорания за четвертой ступенью конвективного пароперегревателя для других опытов приведены в таблице:
| кДж/м3 | 2168,285 | 2485,814 | 3099,27 | 2756,167 |
15. Температура газов за ступенями конвективного пароперегревателя определяется по табл. 11 методом интерполяции.
| °C | 592,117 | 595,813 | 610,557 | 603,161 |
| °C | 760,102 | 777,278 | 813,035 | 798,333 |
16. Температурный напор в первой, третьей и четвертой ступени КПП определяем в соответствии со схемой движения теплоносителей:
| Величина | Обозначение | Размерность | ||||
| Температурный напор в первой ступени КПП | 
| °C | 236,367 | 240,022 | 255,309 | 246,311 |
| Температурный напор в третьей ступени КПП | 
| °C | 241,255 | 243,080 | 266,956 | 264,127 |
| Температурный напор в четвертой ступени КПП | 
| °C | 214,033 | 219,188 | 244,958 | 241,376 |
|
|
Рисунок 3. Схема движения теплоносителей в пределах поверхности нагрева для первой (а) и третьей, четвертой (б) ступени.
17. Поверхность нагрева каждой ступени КПП:
; 
.
18. Коэффициент теплопередачи КПП, Вт/(м2∙К):
– первая ступень 
– третья ступень 
– четвертая ступень 
Коэффициенты теплопередачи для других опытов приведены в таблице:
|
| Вт/(м2∙К) | 184,980 | 190,135 | 178,152 | 173,485 |
|
| Вт/(м2∙К) | 152,416 | 160,238 | 145,119 | 155,469 |
|
| Вт/(м2∙К) | 136,995 | 133,683 | 133,674 | 131,624 |
Таблица 5 – Результаты расчета
| Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Номер опыта | |||
| Паропроизводительность | D | т/ч | ||||
| Расход топлива | В | м3/с | 160,198 | 137,4697 | 105,6067 | 118,5693 |
| Тепловосприятие первой ступени КПП | 
| кДж/м3 | 255,465 | 310,729 | 403,127 | 337,326 |
| Тепловосприятие третьей ступени КПП | 
| кДж/м3 | 145,4331 | 179,5234 | 232,4275 | 219,4308 |
| Тепловосприятие четвертой ступени КПП | 
| кДж/м3 | 115,9698 | 135,0518 | 196,455 | 169,7753 |
| Коэффициент избытка воздуха за ПП | α | - | 1,2044 | 1,2301 | 1,0951 | 1,0625 |
| Энтальпия газов | ||||||
| – до КПП3,4 |
| кДж/м3 | 2168,285 | 2485,814 | 3099,27 | 2756,167 |
| – до КПП1 |
| кДж/м3 | 1905,153 | 2169,195 | 2667,87 | 2364,687 |
| – за КПП1 |
| кДж/м3 | 1647,999 | 1856,448 | 2262,376 | 2025,391 |
| Температура газов | ||||||
| – до КПП3,4 |
| °С | 760,102 | 777,278 | 813,035 | 798,333 |
| – до КПП1 | 
| °С | ||||
| – за КПП1 |
| °С | 592,117 | 595,813 | 610,557 | 603,161 |
| Температурный напор | ||||||
| – в первой ступени КПП | 
| °С | 236,3674 | 240,0219 | 255,3089 | 246,3111 |
| – в третьей ступени КПП | 
| °С | 241,2545 | 243,0797 | 266,9555 | 264,1265 |
| – в четвертой ступени КПП | 
| °С | 214,0334 | 219,1875 | 244,9583 | 241,3764 |
| Коэффициент теплопередачи | ||||||
| – в первой ступени КПП | 
| Вт/(м2∙К) | 184,980 | 190,135 | 178,152 | 173,485 |
| – в третьей ступени КПП | 
| Вт/(м2∙К) | 152,416 | 160,238 | 145,119 | 155,469 |
| – в четвертой ступени КПП | 
| Вт/(м2∙К) | 136,995 | 133,683 | 133,674 | 131,624 |
Графическая часть:
Рисунок 4. График зависимости температурного напора в ступенях конвективного пароперегревателя в зависимости от тепловых долей
Рисунок 5. График зависимости коэффициента теплопередачи в ступенях конвективного пароперегревателя в зависимости от тепловых долей
Рисунок 6. График зависимости температуры газов в зависимости от тепловых долей.
Рисунок 7. График зависимости температур пара в зависимости от тепловых долей.
Список используемой литературы
1. Трембовля В.И. и др. Т 66 Теплотехнические испытания котельных установок. М., «Энергия», 1977., 296с., ил
2. Сидельников Л. Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – 3 - е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528с., ил.
3. Ковалев А.П. и др. Парогенераторы: учебник для вузов/ А. П. Ковалев, Н.С.Лелеев, Т.В. Виленский; Под общ. ред. А. П. Ковалев. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 376 с., ил.
4. Киселев Н.А. Котельные установки, Учебное пособие для подгот. рабочих на производстве – 2 – е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1979. – 270с., ил.
5. Равич М.Б. Эффективность использования топлива. «Наука», 1977. Москва.
|
|
|
