Котельные установки и парогенераторы: Рабочая программа, задания на контрольные работы и курсовой проект, задания на практические работы и методические указания к их выполнению

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо – Западный государственный заочный технический университет

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Рабочая программа Задания на контрольные работы и курсовой проект Задания на практические работы и методические указания к их выполнению

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки специалиста: 650800 – теплоэнергетика 100500 – тепловые электрические станции Направление подготовки бакалавра 550900 – теплоэнергетика

Санкт – Петербург 2004

дипломированного

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.18 (075.8) Котельные установки и парогенераторы: Рабочая программа, задания на контрольные работы и курсовой проект, задания на практические работы и методические указания к их выполнению. - СПб.: СЗТУ, 2004. - 64 с. Методический комплекс соответствует государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 650800 – «Теплоэнергетика» (специальность 100500 – «Тепловые электрические станции») и направлению подготовки бакалавра 550900 – «Теплоэнергетика». Приводится перечень необходимых для изучения теоретических основ процессов, протекающих в газовоздушном и водяном трактах парового котла и парогенератора, схем и конструкций паровых котлов, парогенераторов и их элементов, а также вспомогательных механизмов, режимов работы и эксплуатации котельной установки и парогенератора, основ организации и управления процессами, обеспечивающих безаварийную и экономичную работу котельной установки и парогенератора. Указана литература, даны вопросы для самопроверки, приведены задания для контрольных работ и курсового проектирования, практических работ и методические указания к их выполнению. Рассмотрено на заседании кафедры теплотехники и теплоэнергетики 2004 г., одобрено методическим комитетом энергетического факультета 2004 г. Рецензенты: кафедра теплотехники и теплоэнергетики СЗТУ (зав. кафедрой З.Ф. Каримов, д-р техн. наук, проф.); Н.Н. Гладышев, канд. техн. наук, доц. кафедры теплосиловых установок и тепловых двигателей СПбГТУРП. Составитель Е.А. Блинов, канд. техн. наук, проф.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ Целью изучения дисциплины является приобретение знаний о типах и конструкциях энергетических котлов ТЭС и парогенераторов АЭС, об организации сжигания органических топлив в топках котлов, о теплофизических и гидрогазодинамических процессах, протекающих в газовоздушном и пароводяном трактах котельной установки, об условиях работы поверхностей нагрева. Задачей изучения дисциплины является приобретение навыков по конструированию котлов, выполнению тепловых, гидравлических, аэродинамических и прочностных расчетов при условии обеспечения заданных характеристик: производительности, параметров рабочих сред, надежности и экономичности работы котла и вспомогательного оборудования. В результате изучения дисциплины студент должен знать: - технологию производства пара на ТЭС и АЭС, конструкции и принцип работы паровых котлов и парогенераторов, их элементов, а также всех вспомогательных механизмов; - основы управления процессами, обеспечивающими безаварийную и экономичную работу котельных установок и парогенераторов. После изучения дисциплины студент должен уметь: - осуществлять эксплуатацию, наладку и ремонт паровых котлов; - производить контроль качества монтажа котельного оборудования; - анализировать техническое состояние котельной установки и парогенератора, организовывать и проводить необходимые испытания отдельных элементов и установки в целом; - разрабатывать и выполнять мероприятия по повышению экономичности и надежности котельной установки и парогенератора путем совершенствования и реконструкции узлов и элементов; - самостоятельно принимать решения в процессе эксплуатации с целью обеспечения надежности и экономичности котельной установки, защиты окружающей среды, поддерживать оптимальный режим работы оборудования, обеспечивать безопасность работы обслуживающего персонала. Дисциплина базируется на знании общетехнических и специальных дисциплин: «Химия», «Физика», «Высшая математика», «Материаловедение», «Инженерная графика», «Прикладная механика», «Техническая термодинамика», «Гидрогазодинамика», «Тепломассообмен», «Топливо и теория горения», «Водоподготовка». Полученные знания используются при изучении дисциплин: «Природоохранные технологии в теплоэнергетике», «Основы централизованного теплоснабжения», «Теплотехнические измерения и приборы», «Тепловые и атомные электростанции», «Автоматизация энергетических установок ТЭС и АЭС», «Проектирование и эксплуатация котельных установок», а также при курсовом и дипломном проектировании. Значение дисциплины в формировании инженера - теплоэнергетика: курс «Котельные установки и парогенераторы» является одним из важнейших среди 3

профилирующих при подготовке инженера - теплоэнергетика. Его знание позволяет студенту приобрести научную и методическую направленность в познании сложных физико-химических процессов, происходящих в котельных установках, а также и в другом теплоэнергетическом оборудовании ТЭС и АЭС, в постановке научных исследований и формировании физических представлений, что является важнейшей частью подготовки инженера. 1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС СД.01 Технологическая схема парового котла; роль парового котла и парогенератора в схемах тепловых и атомных электрических станций; характеристики органического топлива; подготовка топлива к сжиганию; основные технологические схемы и конструкция элементов системы топливоподготовки и топливоподачи; механизм горения органического топлива; продукты сгорания; технологические схемы золоудаления и конструкция их элементов; очистка уходящих газов от выбросов вредных веществ и конструкция элементов системы очистки; тепловой баланс котельного агрегата; принцип конструирования топочных камер котла; процессы с газовой стороны поверхностей нагрева; основные профили паровых котлов; тепловые характеристики и принципиальные схемы парогенераторов атомных электрических станций; внутрикотловая гидродинамика; температурный режим поверхностей нагрева; теплогидравлическая разверка и гидродинамика рабочей среды в поверхностях нагрева; водный режим котельного агрегата; требования к качеству пара и питательной воды; водный режим котельного агрегата; условия работы поверхностей нагрева; принципы конструирования котельного агрегата; тепловой, аэродинамический, гидравлический и прочностной расчеты котельного агрегата; нестационарные процессы в парогенераторах и котлах; основные положения эксплуатации котельных агрегатов; пуск и останов котла; обеспечение надежности эксплуатации; парогенераторы утилизационного типа для парогазовых установок; особенности конструкции и расчета; строительные конструкции и вспомогательное оборудование котла; перспективы развития котельных агрегатов и парогенераторов.

4

1.2. СТРУКТУРА ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Котельные установки и парогенераторы Осенний семестр Аудиторные занятия

Лекции

Лабораторные работы

Весенний семестр

Самостоятельные занятия

Аудиторны е занятия

Углубленное изучение теоретического курса

Оформление лабораторных работ

Лекции

Углубленное изучение теоретического курса

Практические работы

Решение практических задач

Контрольные работы

Курсовой проект

Отчетность

Зачет

Самостоятельные занятия

Отчетность Защита курсового проекта

Экзамен ч. 1

Экзамен ч. 2

Как видно из приведенной схемы, данная дисциплина изучается в течение учебного года. На очных занятиях (чтение лекций, практические и лабораторные работы) преподаватель дает примерно 1/3 материала дисциплины, остальные 2/3 студент изучает самостоятельно, используя рекомендованную литературу и консультации (очные и заочные) преподавателя. При изучении дисциплины рекомендуется составлять конспект по всем рассматриваемым вопросам. Это не только позволяет глубже изучить материал, но и прививает необходимые навыки творческого отношения к своей специальности. При возникновении вопросов или непонятностей в ходе освоения материала следует обратиться за консультацией на кафедру. 5

В осеннем семестре студенту следует выполнить пять лабораторных работ. Работа 5 является научно – исследовательской (УИРС). Все лабораторные работы выполняются на действующем оборудовании ТЭС. Практические работы выполняются в весеннем семестре. Часть их проводится аудиторно, а часть – самостоятельно в соответствии с методическими указаниями, приведенными в настоящем комплексе. 1.3. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем дисциплины 200 часов) ВВЕДЕНИЕ [1], с. 5…15; [2], с. 7…15; [4]; [6], с. 8…35; [8], с. 140 Значение электрификации в развитии народного хозяйства РФ. План ГОЭЛРО. Состояние и перспективы развития энергетики в РФ и других странах. Решения правительства РФ о развитии энергетики и топливноэнергетической базы страны. Роль ТЭС и АЭС в удовлетворении потребностей страны в электрической и тепловой энергии. Основные тенденции развития ТЭС. Принципиальные схемы паротурбинной электростанции на органическом и ядерном топливе. Место котельной установки и парогенератора в технологической схеме ТЭС и АЭС. История развития котлостроения, принцип работы паровых котлов. Схемы котельной и парогенераторной установки в комплексе со вспомогательным оборудованием. Схемы генерации пара и характеристика процессов генерации. Особенности и конструктивное оформление паровых котлов прямоточного, с естественной и принудительной циркуляцией. Характеристика поверхностей нагрева и их компоновка. Пароводяной, топливный, газовый и воздушный тракты. Классификация паровых котлов и области их применения. ГОСТы на котлы. Энергетические котлы, выпускаемые отечественными заводами. Вопросы для самопроверки 1. Что такое электрификация? Каково ее значение в народном хозяйстве? 2. Что такое теплофикация? Каковы ее преимущества по сравнению с раздельным теплоэлектроснабжением? 3. Какова роль ТЭС и АЭС в удовлетворении потребностей в электрической и тепловой энергии? 4. Каковы основные тенденции развития ТЭС? 5. Приведите принципиальные технологические схемы ТЭС и АЭС. 6. Приведите схемы котельной и парогенераторной установок в комплексе со вспомогательным оборудованием. 6

7. Поясните принцип работы барабанного и прямоточного паровых котлов, в чем принципиальное различие между ними? 8. Опишите процессы, происходящие в пароводяном тракте котла, по диаграммам состояния воды и водяного пара. 9. Опишите размещение и назначение поверхностей нагрева в барабанном и прямоточном котлах. 10. Приведите классификацию котлов по назначению 11. Приведите классификацию котлов по давлению, по производительности, по способу циркуляции воды. 12. Приведите примеры заводской маркировки котлов; поясните основные положения маркировки котлов в соответствии с ГОСТ 3619 - 89. 1.3.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО [1], с. 15…22; [2], с. 16…29; [3], с. 17…25; [5], с. 16…24; [6], с. 35…48; [8], с. 99…103 Понятие об энергетическом топливе. Органическое и ядерное топливо. Топливные ресурсы и топливно-энергетический баланс РФ. Элементарный состав топлива. Расчетные массы топлива. Пересчет элементарного состава с одной массы на другую. Основные характеристики горючей массы. Теплота сгорания топлива и методы ее определения. Условное топливо. Выход летучих веществ. Свойства твердого горючего остатка. Характеристики балласта топлива. Зола, шлак, очаговые остатки, их химсостав, температурные характеристики, использование. Влажность топлива. Сера в топливе. Приведенные влажность, зольность, сернистость топлива как характеристики энергетической ценности топлива. Классификация и маркировка топлива. Основные месторождения ископаемых топлив. Энерготехнологическое использование энергетических топлив. Вопросы для самопроверки 1. Что называют энергетическим топливом? Какие виды органического и ядерного топлива используются в энергетике? 2. Перечислите основные месторождения разных видов топлива, разведанные и потенциальные запасы топлива. 3. Приведите данные о стоимости топлива в местах его добычи и на электростанциях Северо-Запада. 4. Охарактеризуйте энергетический баланс РФ на данный период. Каковы решения правительства РФ по развитию топливно-энергетического комплекса страны? 5. Что понимается под элементарным составом топлива? Приведите характеристики каждого элемента. 7

6. Что такое расчетные массы топлива? Поясните физический смысл пересчета элементарного состава с одной массы на другую. 7. Дайте определение теплоты сгорания топлива, ее единицы измерения, перечислите виды теплоты сгорания. Как определить теплоту сгорания топлива экспериментальным методом и расчетом? 8. Перечислите виды влаги топлива, охарактеризуйте влияние изменения влажности на теплоту сгорания топлива; дайте определение приведенной влажности и ее физический смысл. 9. Что такое зольность топлива? Как влияет изменение зольности на рабочие характеристики топлива? Дайте определение приведенной зольности и ее физический смысл. 10. Перечислите химический состав очаговых остатков, приведите температурные характеристики золы, опишите их связь со шлакованием и заносом поверхностей нагрева, со способом удаления шлаков из топки. 11. Что такое выход летучих? Что такое коксовый остаток? Приведите характеристики коксового остатка вообще и энергетических топлив в частности. 12. Приведите примеры топлив с различным содержанием серы. В чем проявляется вредное влияние серы топлива? Что такое приведенная сернистость? Поясните ее физический смысл. 13. Что такое условное топливо? Приведите полную характеристику топлива, используемого на электростанции где Вы работаете. 14. Как классифицируется и маркируется энергетическое топливо? 15. Каковы возможности использования минеральной части топлива? Приведите примеры энерготехнологического использования топлива. 16. Как влияет работа котельной установки на загрязнение воздушного и водного бассейнов? 1.3.2. ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ [1], с. 33…54; [2], с. 30…40; [3], с. 64…69; [6], с. 48…70; [8], с. 115…139 Материальный баланс процесса горения. Коэффициенты расхода (избытка) воздуха. Определение расхода кислорода и воздуха для горения. Состав и объем продуктов сгорания. Основное уравнение горения. Уравнение неполного горения. Тепловой баланс процесса горения. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания. Диаграмма энтальпия - температура. Диссоциация продуктов сгорания. Теоретическая и действительная температуры горения. Гомогенное и гетерогенное горение. Скорость реакции горения. Зависимость реакции горения от температуры, давления, состава горючей смеси. Самовоспламенение и воспламенение горючей смеси. Смесеобразование, молекулярная и турбулентная диффузии в потоках. Кинетическая, диффузионная и промежуточная области горения. 8

Распространение пламени в топливовоздушных потоках. Интенсивность выгорания топлива. Организация сжигания газов. Диффузионное и кинетическое горение. Ламинарный и турбулентный факелы. Срыв, отрыв и проскок пламени. Излучение газового факела. Организация сжигания жидкого топлива. Основные стадии процесса. Влияние физико-химических и аэродинамических факторов на процесс горения. Интенсификация сжигания жидкого топлива. Организация сжигания твердого топлива. Стадии горения. Влияние влажности, зольности и выхода летучих на процесс горения. Горение в слое, факеле, вихре, кипящем слое. Пути интенсификации сжигания твердого топлива. Общее уравнение теплового баланса котла. Располагаемая теплота. Теплота, затраченная на производство пара. Составляющие потерь теплоты и их анализ. Методы определения химического и механического недожогов. Определение присосов в газоходах котла. Влияние коэффициента избытка воздуха на потери теплоты. Определение расхода топлива. Методы определения коэффициента полезного действия (КПД) котла. Основы проведения балансовых испытаний парового котла. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите экзотермические и эндотермические реакции, протекающие при горении топлива. 2. Что такое энергия активации? Как она влияет на скорость горения и состав дымовых газов? 3. Приведите основные зависимости, характеризующие интенсивность горения. 4. Перечислите температурные и концентрационные условия, при которых происходит горение. 5. Приведите график определения температур воспламенения, горения и потухания при заданной температуре поверхности теплоотвода и поясните его. 6. Поясните, что такое период индукции. Как происходит воспламенение микрообъемов горючей смеси? Что понимается под полным и неполным горением? 7. Поясните механизм горения газовых топлив. 8. Поясните механизм горения жидких топлив. 9. Поясните механизм горения твердого топлива. 10. Чем определяется общая скорость горения? Поясните механизм переноса СО2 и О2 при горении частицы. 11. Что такое кинетическая, диффузионная и переходная области горения? Выделите эти области факела в топке. 12. Поясните механизм воспламенения топливно-воздушной смеси в топке. Что такое фронт горения? 13. Каким образом можно интенсифицировать процесс воспламенения? 9

стабилизировать процесс горения? 14. Охарактеризуйте зоны топочной камеры: зону ядра факела, зону догорания. Что такое условная длина факела? 15. Как изменяются геометрические и температурные характеристики факела относительно высоты топки при изменении характеристик топлива (теплоты сгорания, влажности, зольности, выхода летучих), вида топлива (твердого, жидкого, газообразного), расхода топлива, окислителя? 16. Перечислите основные компоненты дымовых газов. 17. Что такое коэффициент избытка воздуха? Каково его влияние на экономичность работы котла? Как он определяется по анализу продуктов сгорания работающего котла? 18. Рассчитать объем газов, образующихся при сжигании 1 кг углерода. 19. Рассчитать объем воздуха, необходимого для сжигания 1 кг водорода. 20. Каково отличие действительного объема продуктов сгорания от теоретического? 21. Каков порядок расчета энтальпии продуктов сгорания? Изобразите диаграмму энтальпия - температура продуктов сгорания при разных коэффициентах избытка воздуха. 22. Поясните механизм образования токсичных веществ в дымовых газах. 23. Приведите классификацию вредных веществ в дымовых газах по степени воздействия на организм человека. 24. Опишите методы снижения выбросов вредных веществ. 25. Перечислите основные факторы эффективного использования топлива в паровом котле. 26. Напишите уравнение теплового баланса котла и дайте характеристику каждой его составляющей. 27. Выведите уравнение обратного баланса. 28. Напишите три уравнения КПД котла: по прямому балансу, методом обратного баланса и через энтальпии дымовых газов. 29. Напишите и поясните выражения для расчета расхода топлива В и Вр. 30. Напишите и поясните выражение КПД (нетто) котельной установки. 31. Приведите анализ потерь теплоты с уходящими газами. 32. Приведите анализ потерь теплоты с химическим и механическим недожогом. 33. Приведите анализ потерь теплоты с наружным охлаждением и с физической теплотой удаляемых шлаков. 34. Как влияют тепловые потери на выбор оптимального коэффициента избытка воздуха? 35. Перечислите три категории сложности теплотехнических испытаний котельной установки. 36. Приведите объем основных измерений при проведении испытаний котлов со сведением теплового баланса.

10

1.3.3. ПОДГОТОВКА ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ [1], с. 22…33; [2], с. 50…74; [3], с. 79…98; [6], с. 80…96; [8], с. 163…177 Принципиальные схемы сжигания твердого топлива. Свойства и характеристики угольной пыли. Закономерности размола. Схемы пылеприготовления: центральная, индивидуальные. Влияние характеристик топлива на выбор системы пылеприготовления. Конструкции мельниц для размола угля. Элементы систем приготовления пыли. Воздушный тепловой баланс пылесистемы. Сушка дымовыми газами. Выбор оптимальной степени размола топлива. Подготовка к сжиганию жидкого и газообразного топлива. Основные требования правил технической эксплуатации (ПТЭ) пылеприготовительных установок. Вопросы для самопроверки 1.Приведите характеристики основных схем организации сжигания твердых топлив. 2. Приведите технологическую схему подготовки твердого топлива на ТЭС от выгрузки из вагонов до подачи в топку. 3. Дайте описание и сравнительную характеристику центральной и индивидуальной систем пылеприготовления. 4. Опишите работу пылесистемы с замкнутой схемой сушки топлива и прямым вдуванием пыли в топочную камеру. 5. Опишите работу пылесистемы с замкнутой схемой сушки топлива и промежуточным бункером пыли. 6. Опишите работу пылесистемы с разомкнутой схемой сушки. 7. Как влияет влажность топлива на выбор пылесистемы? 8. Поясните, как и для чего производится ситовый анализ пыли; что такое зерновая характеристика пыли, как влияет полидисперсность пыли на потери от механического недожога; приведите рекомендуемые остатки на ситах R90, R200, R1000 для разных топлив. 9. Как определяются затраты энергии на помол пыли? Приведите сравнительную характеристику этих затрат для различных твердых топлив. 10. Поясните связь между поверхностью пыли и коэффициентом полидисперсности пыли. Какова связь между этими характеристиками и выходом летучих? 11. Поясните характеристики: влажность пыли, взрываемость пыли. Как они влияют на работу пылесистемы? 12. Как определяется оптимальная степень размола? 13. Какие мельницы используются в системах пылеприготовления? Как влияют характеристики топлива на выбор мельницы? 14. Опишите принцип действия, конструкцию и работу ШБМ, поясните характеристики: оптимальная производительность, размольная производительность, сушильная производительность. 11

15. Опишите принцип действия, конструкцию и работу ММ, возможность участия ММ в регулировании нагрузки котла. 16. Опишите принципы действия, конструкции и работу МВС и М-В, условия выбора этих мельниц. 17. Опишите принципы действия, конструкции и работу сепараторов, циклонов, питателей сырого угля, питателей пыли и бункеров пыли. 18. Опишите сушку топлива по замкнутой и разомкнутой схемам. Как влияет рабочая влажность топлива на выбор схемы сушки? 19. Как производится подсушка топлива и пыли в пылесистемах с различными мельницами? 20. Как производится расчет подсушки топлива? Что определяется в результате расчета? Приведите рекомендуемые значения начальной температуры сушильного агента, конечной влажности пыли. 21. Как влияют тонина помола и конечная влажность пыли на характеристики факела? 22. Приведите технологическую схему газоснабжения электростанции. 23. Приведите технологическую схему подготовки к сжиганию мазута на электростанции. 24. Дайте описание топливного хозяйства на Вашей электростанции (хранение топлива, транспорт и подготовка к сжиганию). 25. Приведите основные положения ПТЭ при хранении, подготовке и транспортировке твердого топлива. 26. Приведите основные положения ПТЭ при хранении, подготовке и транспортировке жидкого топлива. 27. Приведите основные положения ПТЭ при хранении, подготовке и транспортировке газообразного топлива. 1.3.4. СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА В ТОПКАХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ [1], с. 54…69; [2], с. 84…112; [3], с. 98…141; [5], с. 43…46; [6], с. 70…80, 96…117; [8], с. 177…195 Конструкции топочных камер газомазутных паровых котлов. Горелочные устройства и их размещение. Воздушные регистры. Запальные устройства. Основы расчета газовых горелок. Схемы распыления жидкого топлива. Типы мазутных форсунок. Горелки мазутные, комбинированные. Расчетные характеристики топочных камер. Эксплуатация и режимы работы: малые избытки воздуха, использование присадок, рециркуляция газов. Борьба с загрязнением окружающей среды при сжигании газа и жидкого топлива. Техника безопасности на газомазутных ТЭС. Схемы топочных камер для сжигания твердого топлива. Влияние влажности, зольности, выхода летучих и теплоты сгорания топлива на конструкцию топочной камеры. Основные характеристики топочных камер. Типы горелочных устройств. Скорости первичного и вторичного воздуха. Основные расчетные параметры топки. Схемы расположения горелок на стенках топочной камеры. Конструкции 12

камерных топок с твердым и жидким шлакоудалением. Топки с вертикальным вихревым факелом. Циклонный и вихревой методы сжигания топлив. Циклонные топки и предтопки. Топки с кипящим слоем. Регулирование горения при сжигании жидкого, твердого и газообразного топлива. Сравнительный анализ различных топочных камер. Вопросы для самопроверки 1. Приведите схемы топочных камер газомазутных котлов с различным расположением горелок. 2. Что такое светящийся факел? При каких условиях организации горения он возникает? Как влияет светимость факела на теплообмен с поверхностями нагрева? 3. Как стабилизируется фронт воспламенения? 4. Перечислите и дайте характеристику способам смесеобразования при сжигании газового топлива. 5. Что такое химический недожог и как он зависит от избытка воздуха? 6. Приведите основные зависимости расчета газовых горелок. 7. Приведите классификацию газовых горелок по типу смешения. 8. Перечислите основные типы газовых горелок, поясните их конструкции. 9. Поясните влияние распыливания мазута на интенсификацию горения, перечислите методы распыливания мазута. 10. Перечислите типы мазутных форсунок, принципы их работы, регулирования производительности. 11. Поясните характер загрязнений и коррозии поверхностей нагрева при сжигании мазута, методы их уменьшения. 12. Перечислите типы газомазутных горелок, поясните их конструкции. 13. Что такое воздушный регистр? Перечислите виды, назовите конструктивные особенности. 14. Как компонуются газомазутные горелки на котле? Перечислите задачи тарировки по воздуху и топливу. 15. Опишите работу газомазутной горелки. 16. Приведите основные положения техники безопасности при работе котла на газе и мазуте. 17. Перечислите способы сжигания твердого топлива и типы топочных камер с различным расположением горелок. 18. Перечислите типы пылеугольных горелок. Поясните конструкцию и работу вихревой горелки, основные схемы их расположения на котле. 19. Поясните конструкцию и работу комбинированной горелки, основные схемы их расположения на котле. 20. Поясните конструкцию и работу прямоточной горелки. 21. Опишите конструкцию и работу камерной топки с твердым шлакоудалением. 22. Опишите конструкцию и работу камерной топки с жидким 13

шлакоудалением. 23. Дайте сравнительную характеристику топок с твердым и жидким шлакоудалением. 24. Опишите конструкцию и работу механизмов шлакоудаления. 25. Опишите конструкцию и работу топок с циклонными предтопками. 26. Опишите конструкцию и работу топки с кипящим слоем. 27. Опишите конструкцию и работу топки с вертикальным вихревым факелом. 28. Опишите конструкцию горелок и топок на котлах Вашей электростанции. 29. Приведите основные характеристики камерной топки, особенности топки с двухсветным экраном. 30. Приведите основные положения расчета топки. 31. Приведите принципиальную схему регулирования процесса горения и поясните ее. 32. Как изменятся условия сжигания при изменении избытка воздуха? изменении влажности топлива? 33. Какое влияние оказывает изменение температуры горячего воздуха на условия горения, на механический недожог? 34. Как влияют на топочный режим условия работы углеразмольных мельниц при понижении нагрузки котла? 35. Опишите условия шлакования топки и его предотвращения. 36. Опишите условия работы зажигательного пояса. 37. Какие изменения необходимо внести в конструкцию топки при переводе котла с твердого топлива на газ (мазут)? 38. Какие изменения необходимо внести в конструкцию топки при переходе на новый вид топлива с увеличенной температурой плавления золы? Первоначальный тип топки - с жидким шлакоудалением. 1.3.5. ПРОФИЛЬ ПАРОВОГО КОТЛА. КОМПОНОВКА И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА [1], с. 138…176, 196…207, 229…236; [2], с. 113…124, 217…230, 249…300; [3], с. 36…64, 155…232, 244…261; [4], с. 16…71, 91…155; [6], 194…208, 235…253, 267…273; [8], с. 140…163, 221…225 Развитие котлостроения. Основные профили паровых котлов и их особенности. Влияние типа, мощности и режима работы ТЭС на конструкцию паровых котлов. Принцип компоновки поверхностей нагрева по ходу продуктов сгорания. Конструктивные и компоновочные решения современных котлов. Составление тепловой схемы парового котла. Распределение тепловосприятий поверхностями нагрева в зависимости от параметров пара. Парообразующие поверхности прямоточных и барабанных котлов. Компоновка топочных экранов прямоточных и барабанных котлов. Типы экранов; схемы навивок; двухсветные экраны. Схемы включения панелей экранов, условия их работы. Типы топочных экранов при сверхкритическом давлении (СКД). Методы повышения надежности топочных экранов 14

прямоточных котлов. Газоплотные экраны, условия их работы, меры, повышающие их надежность. Ошипованные экраны: области применения, температурный режим. Накаркасная и натрубная обмуровки топочной камеры. Пароперегреватели и их классификация. Зоны размещения первичного и вторичного пароперегревателей. Условия работы металла труб. Конвективные и радиационные пароперегреватели, их конструкции. Ширмовые пароперегреватели. Компоновка пароперегревателей и влияние на нее параметров пара и характеристик топлива. Условия работы пароперегревателей и методы повышения надежности. Особенности выполнения и размещения промежуточных пароперегревателей. Регулировочные характеристики пароперегревателей. Методы регулирования температуры перегретого пара поверхностными и впрыскивающими пароохладителями. Паро-паровой теплообменник и схемы его включения. Регулирование температуры вторичного пара рециркуляцией продуктов сгорания, изменением положения факела в топке, байпасированием продуктов сгорания и среды; анализ методов регулирования. Низкотемпературные поверхности нагрева; одно- и двухступенчатая компоновки низкотемпературных поверхностей нагрева. Распределение температурных напоров. Типы экономайзеров и их размещение. Интенсификация теплообмена. Классификация воздухоподогревателей. Трубчатые воздухоподогреватели, их конструкции и компоновка. Нагрев воздуха с применением промежуточного теплоносителя. Регенеративные воздухоподогреватели. Выбор типа воздухоподогревателя. Комбинированный нагрев воздуха. Коррозия поверхностей нагрева и методы ее уменьшения. Очистка поверхностей нагрева. Механизм образования отложений. Абразивный износ поверхностей нагрева. Металл паровых котлов. Условия работы металла элементов парового котла. Влияние температуры на механические свойства металла. Выбор металла. Расчет прочности. Эксплуатационный контроль за металлом. Вопросы для самопроверки 1. Опишите развитие конструкций паровых котлов до внедрения высоких параметров пара. 2. Опишите развитие конструкций паровых котлов на высокие параметры пара. 3. Опишите основные элементы и компоновку пылеугольного котла на 420 т/ч (14 МПа), газомазутного котла на 480 т/ч (14 МПа). 4.Опишите основные элементы и компоновку пылеугольного и газомазутного котлов на 670 т/ч (14 МПа). 5. Какие котлы устанавливаются на современной ТЭС в зависимости от ее типа, мощности и режима работы? 6. Опишите особенности работы и конструкцию полупикового котла. 7. Опишите конструкцию высоконапорного парового котла. 8. Опишите особенности котлов СКД. 15

9. Опишите основные элементы и компоновку газомазутного прямоточного котла СКД. 10. Опишите основные элементы и компоновку пылеугольного прямоточного котла СКД. 11. Как влияет тип, мощность и режим работы электростанции на конструкцию котла? 12. Как влияет вид и качество топлива на конструкцию котла? 13. Перечислите поверхности нагрева современного парового котла ТЭС и дайте обоснование их размещения в газовом тракте. 14. Что такое тепловая схема котла. Приведите пример тепловой схемы барабанного и прямоточного котла. 15. Как распределяется теплота между поверхностями нагрева в зависимости от параметров пара? 16. Перечислите конструкции экранных поверхностей и их компоновку. 17. Перечислите методы повышения надежности экранов барабанных котлов. 18. Перечислите методы повышения надежности экранов прямоточных котлов. 19. Что такое секционирование экранов? Для чего его производят? 20. Что такое газоплотные экраны? Перечислите методы повышения их надежности. 21. Опишите области применения ошипованных экранов и их работу. 22. Что такое «теплый ящик»? 23. Опишите обмуровочные ограждения и тепловую изоляцию, применяемые в современных котлах ТЭС. 24. Какое влияние обмуровочные ограждения оказывают на конструкцию каркаса и фундамента, на тепловую работу котла? 25. Приведите классификацию пароперегревателей. 26. Опишите конструкции и способы крепления конвективных пароперегревателей, их компоновку. 27. Опишите конструкцию радиационных пароперегревателей, их компоновку. 28. Опишите конструкции и компоновку промежуточных пароперегревателей. 29. Как изменяется тепловосприятие радиационных и конвективных участков пароперегревателя при изменении расхода топлива в топку? Как при этом меняется температура пара на выходе из радиационных участков пароперегревателя? - из конвективных? 30. Опишите способы регулирования температуры перегрева пара. 31. Опишите конструкции и схемы включения паро-паровых теплообменников, их достоинства и недостатки. 32. Опишите конструкцию и работу устройства для подготовки пароохлаждающего конденсата. 33. Опишите конструкцию ВПО, условия размещения его в схеме пароперегревателя. 34. Опишите конструкции и работу воздухоподогревателей, их достоинства и недостатки. 35. Опишите конструкции и работу водяных экономайзеров, схемы размещения воздухоподогревателей и экономайзеров в газовом тракте котла. 16

36. Опишите условия возникновения низкотемпературной коррозии и методы ее уменьшения. 37. Вследствие чего происходит наружное загрязнение низкотемпературных поверхностей нагрева и какими методами производится их очистка? 38. Перечислите марки сталей, используемых для различных поверхностей нагрева. Как зависит выбор марки от условий работы элементов котла? 39. Поясните взаимосвязь между маркой стали, давлением и температурой, при которых работает элемент котла, изготовленный из этой стали, и временем его безотказной работы. 40. Опишите основные методы контроля металла при эксплуатации котла. 1.3.6. ТЕПЛООБМЕН В ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА И ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРОВОГО КОТЛА [1], с. 176…196; [2], с. 230…249; [5], с. 148…153; [6], с. 117…133, 178…194; [8], с. 195…209 Теплообмен в топке парового котла. Тепловые характеристики настенных экранов. Падающий и эффективный тепловой поток. Связь тепловой работы топки с видом и характеристиками сжигаемого топлива. Излучательная способность факела. Выбор температуры продуктов сгорания на выходе топочной камеры. Расчет теплообмена в топочной камере. Лучистый теплообмен в газоходах котла. Расчет теплообмена в полурадиационных поверхностях нагрева. Конвективный теплообмен. Коэффициенты теплопередачи и выбор оптимальной скорости продуктов сгорания в конвективных газоходах. Распределение тепловосприятий между поверхностями нагрева. Особенности распределения тепловосприятий в прямоточных котлах докритических и сверхкритических параметров. Задачи и последовательность конструкторского и поверочного расчетов парового котла. Методика проведения теплового расчета котла и его элементов на ЭВМ. Вопросы для самопроверки 1. Что такое падающий тепловой поток? - эффективный тепловой поток? 2. Что такое коэффициент тепловой эффективности экрана? 3. Что такое угловой коэффициент экрана? 4. Что такое условный коэффициент загрязнения экранных труб? 5. Что такое лучевоспринимающая поверхность экрана и степень экранирования топки? 6. Что такое излучательная способность факела и как она изменяется в зависимости от вида топлива? - характеристик топлива? 7. Что такое коэффициент теплового излучения топочной камеры и как он 17

влияет на тепловосприятие экранных поверхностей? 8. Как изменится тепловосприятие топки при увеличении избытка воздуха, подаваемого в топку? - расхода топлива? 9. Как изменится тепловосприятие топки при увеличении влажности топлива? зольности? - выхода летучих? - теплоты сгорания топлива? 10. Напишите и поясните основные закономерности расчета теплообмена в топке. 11. Опишите последовательность конструктивного расчета топки. 12. Опишите порядок теплового поверочного расчета топки. 13. Как производится позонный расчет топки? 14. Как учитывается лучистая составляющая при расчете теплообмена в ширмах? - в конвективном газоходе? 15. Опишите и поясните основные уравнения теплообмена в конвективных поверхностях. 16.Опишите и поясните методы определения коэффициента теплопередачи. 17. Что такое температурный напор? Как определяется температурный напор для разных схем взаимного движения сред? Как влияет коэффициент эффективности поверхности на температурный напор? 18. Как определяется оптимальная скорость газов? 19. Как влияет скорость газов на надежность работы поверхностей нагрева при сжигании твердого топлива? 20. Как влияет скорость пара на надежность металла пароперегревателей? скорость воды на надежность работы экономайзера? 21. Опишите задачи и методы теплового расчета котла. 22. Опишите последовательность конструктивного расчета барабанного котла. 23. Опишите последовательность конструктивного расчета прямоточного котла. 24. Опишите последовательность теплового поверочного расчета парового котла. 25. Чем определяется и где располагается зона ухудшенного теплообмена в прямоточных котлах до- и сверхкритического давления? 26. Как изменится соотношение радиационной и конвективной составляющих теплообмена парового котла при изменении влажности топлива? - зольности? выхода летучих? - теплоты сгорания? - расхода топлива? - коэффициента избытка воздуха? 27. Поясните основные положения поверочного расчета котла на ЭВМ. 28. Поясните основные положения конструкторского расчета котла на ЭВМ. 1.3.7. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА [1], с. 69...113; [2], с. 128...186; [6], с. 142...178; [8], с. 209...217 Гидродинамика и надежность работы поверхностей нагрева. Основные уравнения гидродинамики и теплообмена водонапорного тракта. Характеристики двухфазного потока и его структура в вертикальных и 18

горизонтальных трубах, в гибах труб. Характеристики рабочей среды при сверхкритических давлениях. Кризисы теплообмена в парообразующих трубах. Температура стенки трубы и ее зависимость от различных условий обогрева. Коэффициент растечки. Основные схемы гидравлических контуров с принудительным движением среды. Гидродинамическая устойчивость потока в горизонтальных, вертикальных, П- и U-образных трубах. Гидравлическая характеристика многотрубных систем. Тепловая и гидравлическая разверки. Влияние схемы включения коллекторов на распределение рабочей среды по трубам. Пульсация потока и меры по ее устранению. Схемы контуров с естественной циркуляцией. Движущий и полезный напоры. Основные уравнения циркуляции. Нехватка до кипения в верхнем и нижнем барабанах. Высота экономайзерного участка и его влияние на работу контуров. Методика расчета простого и сложного контуров циркуляции. Гидравлические характеристики простого и сложного контуров циркуляции. Застой и опрокидывание циркуляции. Предельная кратность циркуляции. Обеспечение надежности естественной циркуляции. Вопросы для самопроверки 1. Напишите и поясните уравнения, описывающие процессы в пароводяном тракте: материального баланса, баланса энергии потока рабочей среды, теплового баланса обогреваемой стенки, движения и состояния. 2. На что затрачивается перепад давлений в канале пароводяного тракта? 3. Напишите и поясните основные уравнения гидродинамики и теплообмена пароводяного тракта в стационарном режиме работы котла. 4. Приведите и поясните основные характеристики движения пароводяного потока. 5. Опишите режимы движения пароводяной смеси в вертикальных трубах. 6. Опишите режимы движения пароводяной смеси в горизонтальных трубах. 7. Поясните особенности режима движения рабочей среды СКД в горизонтальных каналах и пароводяной смеси в местах гибов. 8. Приведите классификацию методов исследования характеристик потоков. 9. Чему равен полный перепад давления между двумя сечениями трубы? Поясните каждую составляющую полного перепада. 10. В чем различие полных перепадов давлений между двумя сечениями трубы для гомогенной среды и двухфазного потока? 11. Как располагаются экономайзерные, испарительные и пароперегревательные поверхности в газовом тракте барабанного и прямоточных котлов докритического давления и СКД? Где и почему размещаются зоны максимального тепловосприятия и переходная в прямоточных котлах? 12. Как изменяются параметры и теплофизические свойства рабочей среды в пароводяном тракте блока СКД? 19

13. Поясните явление кризиса теплообмена при пузырьковом течении пароводяной смеси; при дисперсно-кольцевом. 14. Как влияет односторонний обогрев труб на возникновение кризиса кипения? 15. Как протекает теплообмен по длине прямолинейного канала в барабанном и прямоточном котлах? 16. Поясните теплообменные процессы в криволинейных каналах? 17. Каков температурный режим по периметру гладкой трубы? 18. Поясните тепловое состояние плавниковой трубы по ее сечению. 19. Как влияют внутренние отложения на температурный режим поверхности нагрева? 20. Поясните особенности теплообмена в парообразующих установках АЭС. 21. Приведите классификацию разомкнутых гидравлических контуров поверхностей нагрева. 22. Опишите гидравлическую характеристику горизонтальной парообразующей трубы. В чем причина ее многозначности? Какими способами достигается улучшение устойчивости гидравлической характеристики? 23. Опишите гидравлическую характеристику вертикальной многоходовой парообразующей панели прямоточного котла: П- и U-образной. 24. Опишите гидравлическую характеристику панели нагрева прямоточного котла, состоящей из параллельно включенных труб. 25. Какими параметрами определяется надежность работы многотрубной панели прямоточного котла? 26. Что такое тепловая и гидравлическая разверки? 27. Как влияет сочетание тепловой и гидравлической разверки на надежность металла труб? 28. Как влияют коллекторы с различным подводом рабочей среды на гидравлическую разверку? 29. Что такое общекотловая и межвитковая пульсации потока? Как они влияют на тепловое состояние парогенерирующих труб? 30. Опишите и поясните основные закономерности естественной циркуляции. 31. Как влияет относительная скорость пара на движущий и полезный напоры циркуляции? 32. Поясните связь между недогревом до кипения в верхнем и нижнем барабанах и высотой экономайзерного участка. 33. Поясните методику гидравлического расчета простого и сложного контуров естественной циркуляции. 34. Поясните особенности гидродинамики вертикального и горизонтального парогенераторов АЭС. 35. Какими критериями определяется надежность естественной циркуляции? 36. Опишите полную гидравлическую характеристику парообразующей трубы и ее значение для оценки надежности циркуляции. 37. Опишите гидродинамику опускных труб и ее влияние на надежность циркуляции. 38. Как влияет нагрузка котла на надежность циркуляции? 20

39. Как изменяются характеристики циркуляционного контура при изменении давления в барабане котла? 40. Приведите способы повышения надежности естественной циркуляции. 1.3.8. ЧИСТОТА ПАРА И ВОДНЫЙ РЕЖИМ [11], с. 113...138; [2], с. 176...207; [3], с. 25...36; [6], с. 208...235; [8], с. 217...219 Требования, предъявляемые к качеству питательной воды и пара. Влияние загрязнений на работу оборудования. Источники загрязнения питательной воды. Закономерности образования отложений. Области отложений в пароводяном тракте котлов сверхкритического давления (СКД). Примеси в перегретом паре докритического давления и области их отложений. Пути перехода примесей из воды в пар. Задачи водного режима. Водный режим барабанных котлов. Методы вывода примесей из цикла на ТЭС. Водный режим прямоточных котлов. Безнакипный водный режим барабанных котлов. Солевой баланс цикла с барабанным и прямоточным паровым котлом. Методы получения чистого пара. Вопросы для самопроверки 1. Какие требования предъявляются к питательной воде и пару барабанных котлов? - прямоточных котлов СКД? - парогенераторов АЭС? 2. Перечислите основные источники загрязнений водного теплоносителя и их состав. 3. Как сказывается загрязнение воды и пара на работе оборудования электростанции? 4. Перечислите загрязняющие вещества, содержащиеся в воде парового котла, и дайте их классификацию по растворимости. 5. Как влияют продукты коррозии конструкционных материалов на теплообмен и надежность поверхностей нагрева? 6. Как влияет растворимость примесей в рабочей среде СКД на отложения? 7. Как влияет растворимость примесей в перегретом паре котла докритического давления на отложения? 8. Охарактеризуйте пути перехода примесей из воды в пар. 9. Опишите механизм и закономерности уноса влаги паром. 10. Охарактеризуйте зависимость влажности пара от нагрузки, дайте определение удельной нагрузки зеркала испарения, удельной нагрузки парового объема. 11. Что такое критическая концентрация веществ в воде? 12. Что такое коэффициент распределения растворенных веществ? 13. Как происходит перенос веществ из воды в пар? 14. Как определяется общее загрязнение пара? 15. Дайте определение задач водного режима котла и парогенератора. 21

16. Опишите методы вывода примесей из цикла для барабанных и прямоточных котлов. 17. Что такое водно-химический режим? 18. Приведите общие положения организации водного режима прямоточных паровых котлов. 19. Дайте характеристику гидразинно-аммиачного водного режима. 20. Дайте характеристику комплексонного водного режима. 21. Дайте характеристику нейтрального водного режима. 22. Опишите безнакипный водный режим барабанных котлов. 23. Какими методами производится сепарация капельной влаги из пара? 24. Опишите принцип действия внутрибарабанных и выносных циклонов. 25. Опишите методы осушки пара в парогенераторах АЭС. 26. Какими методами и с какой целью осуществляется промывка пара? 27. Опишите сущность барботажной промывки пара. 28. Приведите анализ работы подтопленного распределительного щита. 29. Опишите физические основы баланса солей для одноступенчатого испарения барабанного котла с продувкой. 30. Опишите схему двухступенчатого испарения и приведите баланс солей для этой схемы. 31. Опишите схему трехступенчатого испарения с выносными циклонами. 1.3.9. АЭРОДИНАМИКА КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК [3], с. 234...245; [6], с. 133...142; [8], с. 219, 220 Естественная и принудительная тяги в газовом тракте котельной установки. Расчет аэродинамических сопротивлений по элементам газового и воздушного трактов. Присосы воздуха в газовый тракт. Рециркуляция воздуха и газов. Аэродинамика топки. Цели и задачи аэродинамических расчетов газового и воздушного трактов. Вопросы для самопроверки 1. Поясните физический смысл самотяги. Как определяется самотяга воздушного тракта? 2. Как определяется самотяга газового тракта при естественной тяге? - при искусственной тяге? 3. Как создается искусственная тяга в котлах, работающих под разрежением? под давлением? 4. Как производится регулирование производительности вентиляторов? 5. Как производится регулирование производительности дымососов? 6. Перечислите типы сопротивлений газовоздушному потоку, опишите порядок расчета этих сопротивлений. 7. Поясните особенности организации движения воздуха и газов для котлов, 22

работающих под разрежением и под давлением. 8. С какой целью и какими средствами организуется рециркуляция воздуха и дымовых газов? 9. Опишите качественную картину движения газов около горелочных устройств; по высоте топки. Способ сжигания выбрать самостоятельно. 10. Опишите порядок аэродинамического расчета воздушного тракта котельной установки. 11. Опишите порядок аэродинамического расчета газового тракта котельной установки. 12. Опишите порядок выбора тягодутьевых машин. 1.3.10. МОНТАЖ И НАЛАДКА ПАРОВЫХ КОТЛОВ [2], с. 307...319 Правила складирования и хранения элементов трубной системы. Приемка оборудования и выявление дефектов. Способы обеспечения внутренней чистоты камер и труб. Сборка элементов поверхности нагрева в блоки. Контроль качества монтажа трубной системы. Гидравлические испытания котла. Пуск и наладка оборудования. Приемка после монтажа. Первичная растопка. Наладка топочного режима. Пуск и наладка топливоприготовительных установок. Пуск и наладка тягодутьевых установок. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите правила складирования и хранения элементов трубной системы паровых котлов. 2. Как проверяется овальность и толщина стенок труб? 3. Как обеспечивается внутренняя чистота камер и труб? 4. Опишите последовательность монтажа блоков и элементов поверхностей нагрева. 5. Перечислите способы контроля качества сварки. 6. Как производятся гидравлические испытания и испытание на паровую плотность котла? 7. Опишите предпусковые операции и порядок пуска котла из холодного состояния. 8. В чем заключается наладка топочного режима котла? 9. Как производится подготовка к работе тягодутьевой установки? 10. Опишите общие положения испытаний и наладки пылесистем. 11. Опишите порядок приемки котла для эксплуатации. 12. Перечислите мероприятия по охране труда и защите окружающей среды при монтаже и ремонте оборудования котлов.

23

1.3.11. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ [1], с. 207...222; [2], с. 325...359; [6], с. 337...357; [7] Основные положения. Эксплуатационные режимы и показатели. Допустимые скорости сброса и наброса давления в барабанном паровом котле. Стационарные режимы эксплуатации котлов. Нестационарные режимы работы в диапазоне допустимых нагрузок. Пусковые схемы блоков с барабанным и прямоточным котлом. Скользящие параметры. Схемы с выносным и встроенным сепараторами, достоинства и недостатки. Встроенная задвижка, ее назначение. Режимы останова и сброса нагрузки котла. Режимы растопки котла и пуска блока из различных тепловых состояний. Предпусковая промывка энергоблока. Директивные материалы по эксплуатации паровых котлов. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите эксплуатационные режимы работы котлов и основные показатели, характеризующие режим работы котла. 2. Поясните следующие понятия: маневренность блока, регулировочный диапазон и диапазон допустимых нагрузок, приемистость котла, стационарный и нестационарный режимы, стартовый режим. 3. Как влияет организация топочного режима на надежность поверхностей нагрева котла? 4. Как меняются статические характеристики котла при изменении расхода топлива в топку? 5. Постройте статические характеристики котла при изменении воздушного режима топки. 6. Приведите анализ работы котла при изменении влажности топлива, подаваемого в топку. 7. Что такое коэффициент аккумуляции теплоты котлом? 8. Поясните связь между изменением давления в барабане котла и надежностью естественной циркуляции. 9. Как изменяются паропроизводительность и температура перегретого пара в прямоточном котле при изменении расхода топливу в топку? 10. Как изменяются паропроизводительность, температура перегретого пара, уровень воды в барабане при изменении расхода топлива в топку? 11. Как изменяются паропроизводительность, температура перегретого пара, границы парообразующей части прямоточного котла при изменении расхода питательной воды? - температуры питательной воды? 12. Как изменяются паропроизводительность, температура перегретого пара, уровень воды в верхнем барабане при изменении расхода питательной воды (уменьшении)? - температуры питательной воды? 13. Поясните особенности эксплуатации блока в режиме «скользящего давления» свежего пара. 14. Начертите пусковую схему блока с барабанным котлом и поясните ее 24

работу. 15. Начертите пусковую схему блока с прямоточным котлом и поясните ее работу. 16. Опишите технологию пуска блока по «скользящему» режиму. 17. Опишите назначение, устройство и работу встроенного пускового узла. 18. Опишите назначение, устройство и работу схем одно- и двухступенчатого байпасирования турбины. 19. Опишите схемное решение и процесс утилизации теплоты сбросной среды из встроенного сепаратора. 20. Опишите назначение и работу пусковых впрысков. 21. Опишите работу системы регулирования температуры перегрева пара в пусковых режимах. 22. Опишите порядок останова котла с расхолаживанием. 23. Опишите условия аварийного останова котла. 24. Опишите режим растопки котла. 25. Опишите режим работы пароперегревателя во время пуска блока. 26. Опишите порядок пуска и останова водогрейного котла пиковой котельной ТЭЦ. 1.3.12. ПАРОГЕНЕРАТОРЫ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ [1], с. 222...229; [6], с. 357...373 Парогенератор в тепловой схеме АЭС. Классификация парогенераторов АЭС и их особенности. Генерация пара в одноконтурных АЭС. Вода, жидкий металл и газ как греющие среды парогенераторов. Горизонтальный и вертикальный парогенераторы двухконтурных схем АЭС. Особенности водного режима АЭС. Вопросы для самопроверки 1. Изобразите одноконтурную схему АЭС и опишите ее работу. 2. Изобразите двухконтурную схему АЭС и опишите ее работу. Поясните назначение и устройство сепаратора-пароперегревателя. 3. Изобразите трехконтурную схему АЭС и опишите ее работу. 4. Изобразите элементы кипящего реактора корпусного типа и поясните его работу. 5. Изобразите циркуляционную систему кипящего реактора канального типа и поясните его работу. 6. Опишите особенности парогенераторов на водном теплоносителе. 7. Опишите особенности парогенераторов на газовом и жидкометаллическом теплоносителе 8. Опишите конструктивные особенности горизонтальных и вертикальных парогенераторов с естественной циркуляцией. 25

9. Опишите работу вертикального прямоточного парогенератора. 10.Опишите конструкцию горизонтального парогенератора для реактора типа ВВЭР. ЗАКЛЮЧЕНИЕ [2], с. 359...368 Значение котельной установки как сложнейшего теплоэнергетического сооружения в обеспечении надежной работы блоков тепловых электростанций. Анализ современного состояния и тенденции развития котлостроения. Основные экономические показатели строительства, эксплуатации и ремонта котельных установок и парогенераторов. Вопросы для самопроверки 1. Какие параметры пара имеют паровые котлы современных блоков? 2. Какие параметры пара имеют современные парогенераторы АЭС? 3. Приведите основные показатели стоимости строительства современных паровых котлов. 4. Приведите сравнительную характеристику технико-экономических показателей паровых котлов российских заводов и зарубежных фирм. 5. Опишите основные технические трудности, возникающие на пути повышения мощности паровых котлов. 6. Опишите, как влияют технические характеристики топлива на профиль мощных паровых котлов. 7.Назовите новейшую литературу и журналы по теории и практике котло- и парогенераторостроения.

26

1.4.ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ (для студентов очно – заочной формы обучения) (52 часа) Темы лекций

Объем, часы

1. Введение. Паровой котел в тепловой схеме ТЭС. Тепловая схема парового котла. Конструкции паровых котлов . . . . . . . . . . . 2. Энергетическое топливо и его характеристики. Основы теории топочных процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Тепловой баланс котла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Сжигание топлива в топках паровых котлов . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Компоновка и условия работы поверхностей нагрева . . . . . . . . 6. Теплообмен в топочной камере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Теплообмен в полурадиационных и конвективных поверхностях нагрева . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Статические и динамические характеристики паровых котлов. Автоматизация работы паровых котлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Гидродинамика паровых котлов с естественной и принудительной циркуляциями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. Методы получения чистого пара и поддержание чистоты поверхности нагрева . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Аэродинамика котельной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Парогенераторы атомных электростанций. Заключение . . . . .

4 часа 4-«4-«4-«4-«4-«4-«4-«4-«4-«4-«4-«4-«-

1.5. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (12 часов) Темы практических занятий

Объем, часы

1. Расчеты теплообмена в топке котла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Тепловые поверочные расчеты конвективных элементов котла 3. Аэродинамические и гидравлические расчеты котла . . . . . . . . .

4 часа 4-«4-«-

1.6.ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (16 часов) Темы лабораторных работ

Объем, часы

1. Конструкции паровых котлов большой мощности . . . . . . . . . . . 2. Расчет теплового баланса и расхода топлива действующего парового котла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Исследование работы пароперегревателя парового котла . . . . . 4. Исследование работы экономайзерных поверхностей нагрева парового котла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Исследование работы воздухоподогревателя с оценкой вероятности возникновения точки росы сернистых паров в газовой стороне холодного пакета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 часа

27

4-«2-«4-«4-«-

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Резников М.И., Липов Ю.М. Паровые котлы тепловых электростанций: Учебник для вузов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 240 с. Дополнительный: 2. Стырикович М.А., Катковская К.Я., Серов Е.П. Парогенераторы электростанций. - М.: Энергии, 1966. - 384 с. 3. Мейкляр М.В. Паровые котлы электростанций. - М: Энергия, 1974. - 312 с. 4. Пароперегреватели котельных агрегатов / Лезин В.И., Липов Ю.М., Селезнев М.А., Сыромятников В.И. - М.: - Л.: Энергия, 1965. - 288 с. 5. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Модель З.Г. Компоновка и тепловой расчет парогенератора. - М.: Энергия, 1975. - 175 с. 6. Парогенераторы: Учебник для вузов / А.П. Ковалев, Н.С. Лелеев, Т.В. Виленский. Под общ. ред. А.П. Ковалева. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 376 с. 7. Кузнецов Н.М., Кузнецов А.Н. Работа котла в нерасчетных режимах: Учеб. пособие. - Л.: СЗПИ, 1974. - 76 с. 8. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. - М.: Энергоиздат, 1982. - 625 с. 3. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ Студенты выполняют три контрольные работы, в которых необходимо решить три задачи и ответить на вопросы для самопроверки. Номера тем, вопросов, а также задач для выполнения работ 1...3 выбираются соответственно из табл. 1...3. Ответы на вопросы должны четко и по возможности кратко отражать основное содержание, при необходимости следует сопровождать ответы схемами и рисунками. При решении задач следует полностью выписывать их условия, расчетные формулы сначала записывать в общем виде. Расчеты необходимо сопровождать краткими пояснениями, результаты расчетов приводить в единицах СИ. При выполнении контрольных работ рекомендуется делать ссылки на использованную литературу; список литературы приводится в конце работы. Оформление списка использованной литературы должно соответствовать ГОСТ 7.1 - 84 «Библиографическое описание документа». Писать следует четко, аккуратно, с одной стороны страницы оставлять поля шириной (35±5) мм для заметок рецензента. Последняя запись - дата выполнения работы и подпись студента. 28

Таблица 1 Номер темы 1 2 3 4 5 6

Номера вопросов для варианта, выбираемого по последней цифре шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 11,16 1,6 10,15 2,7 9,14 3,8 13 4 12 5 1,16 20,36 2,23 26,35 3,29 31,34 4,6,30 7,21,33 5,8,28 9,18,32 10,27 9,26 8,25 7,24 6,23 5,22 4,21 13,20 12,19 11,18 11,38 12,37 13,36 14,35 15,34 16,33 17,32 18,31 19,30 20,29 1,40 2,39 3,38 4,37 5,36 6,30 7,29 8,24 9,23 10,22 10,11 12,14 13,15 7,8 6,9 5,19 4,20 3,21 2,22 1,25 Таблица 2

Номер темы 7 8 9 10 11 12

1 1,11,23 10,11 1,11 5 6,15,25 10

2 2,12,40 9,12 2,12 6 5,14,24 8

Номера вопросов для варианта, выбираемого по последней цифре шифра 3 4 5 6 7 8 9 3,13,24 4,14,25 5,15,26 6,16,27,35 7,17,28,36 8,18,29,37 9,19,22,38 8,13 7,14 6,15,21 5,16,22 4,17,23 3,18,24 2,19,25 7 8 5 6 9 10 3 1,9 2,10 7 8 11 12 3 4,13,23 3,12,22 1,11,21 10,20 9,19 8,18 7,17 7 2 9 5 6 4 1

0 10,20,21,39 1,20,26 4 4 2,16 3

Таблица 3 Варианты Номера задач

1

2

1,11,30

2,12,29

Номер варианта выбирается по предпоследней цифре шифра 3 4 5 6 7 8 Последняя цифра шифра 3,13,21

4,14,22

5,15,23

6,16,24

7,17,25

8,18,26

9

0

9,19,27

10,20,28

ЗАДАЧИ 1. Пересчитать рабочий состав, теплоту сгорания угля Экибастузского бассейна (разрез 1) на влажность Wp=20% и зольность Ар=42%. 2. Пересчитать рабочий состав и теплоту сгорания угля Печорского бассейна Воркутинского месторождения на влажность Wp=15% и зольность Ар=32%. 3. Пересчитать рабочий состав и теплоту сгорания угля Кизеловского бассейна на влажность Wp=15% и зольность Ар=35%. 4. Пересчитать рабочий состав и теплоту сгорания угля «Кузнецкий Т» на влажность Wp=15% и зольность Ар=20%. 5. Пересчитать рабочий состав и теплоту сгорания угля Канско-Ачинского бассейна Ирша-Бородинского месторождения на влажность Wp=45% и зольность Ар=15%. 6. Пересчитать рабочий состав и теплоту сгорания угля Назаровского месторождения на влажность Wp=45% и зольность Ар=15%. 29

7. Пересчитать рабочий состав и теплоту сгорания угля Березовского месторождения на влажность Wp=40% и зольность Ар=10%. 8. Определить теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг твердого топлива. Марка и месторождение топлива принимается самостоятельно. 9. Определить теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 природного газа. Газопровод газа принимается самостоятельно. 10. Определить теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг мазута. Марка и класс мазута принимается самостоятельно. 11. Определить объем продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг твердого топлива при α=1,15. Марка и месторождение топлива принимается самостоятельно. 12. Определить объем продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м3 природного газа при α=1,05. Газопровод газа принимается самостоятельно. 13. Определить объем продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг мазута при α=1,1. Марка и класс мазута принимается самостоятельно. 14. Определить процентное содержание RO2 в продуктах сгорания при сжигании твердого топлива при α=1,1. Марка и месторождение топлива принимается самостоятельно. 15. Определить коэффициент избытка воздуха, если при сжигании жидкого топлива RO2=12%. Марка и класс топлива принимается самостоятельно. 16. Определить теоретическую энтальпию продуктов сгорания твердого топлива при α =1,15 и температуре воздуха 573 К. Марка и месторождение топлива принимается самостоятельно. 17. Определить теоретическую энтальпию продуктов сгорания природного газа при α=1,05 и температуре воздуха 573 К. Газопровод топлива принимается самостоятельно. 18. Определить химический недожог Q3, если содержание СО в дымовых газах равно 0,5%. 19. Найти топливную характеристику β, содержание СО в дымовых газах и потерю теплоты q3, при сжигании высокосернистого мазута в топке котла паропроизводительностью 139 кг/с. Температура перегретого пара и уходящих газов соответственно 818 К и 413 К, значение постоянной продувки - 2,8 кг/с. Результаты газового анализа: RO2=13,0%, RO2 + O2=18,0%. 20. Рассчитать годовую экономию топлива, полученную в промышленной котельной установленной мощности 36 МВт, при следующих условиях: годовое число часов использования - 4500, топливо - каменный уголь с теплотой сгорания 20700 кДж/кг, среднегодовой КПД котельной установки - 0,75. В результате осуществления ряда мероприятий (уменьшения присосов воздуха вследствие уплотнения обмуровки и газоходов, автоматизации регулирования горения, сокращения потерь конденсата и пр.) КПД котельной установки возрос до 0,82. 21. Подсчитать расход топлива для парового котла производительностью 264 кг/с при давлении 25,5 МПа, температуре питательной воды 533 К, температуре перегретого пара 848 К и КПД брутто 92%; в промперегревателе 236 кг/с пара с 30

давлением 3,5 МПа догревается от 653 К до 848 К. Топливо - уголь «Кузнецкий Т». 22. Определить КПД брутто парового котла производительностью 180 кг/с, работающего на карагандинском буром угле. Потери теплоты: q3 = 0,5%; q4 = 6%; q5= 1,0%, температура уходящих газов 423 К, температура воздуха в котельной 303 К. Коэффициент избытка воздуха на выходе из котла - 1,4. 23. Определить температуру точки росы дымовых газов, если объем сухих газов равен 5,4 м3/кг, объем водяных паров - 0,76 м3/кг, давление газов рг=0,1 МПа. 24. Температура стенки трубы пароперегревателя без накипи составляла 793 К. Определить, какую температуру будет иметь стенка трубы, если с внутренней стороны на ней появилась накипь толщиной 1 мм, а удельный тепловой поток остался неизменным - 23,3 кВт/м2. 25. Определить коэффициент использования поверхности нагрева вертикального трубчатого воздухоподогревателя с поверхностью нагрева 2140 м2, если средний температурный напор составляет 348 К, расчетный расход топлива - 40 кг/с, коэффициент теплопередачи - 25,7 Вт/(м2·К). Изменение энтальпии дымовых газов, приходящееся на воздухоподогреватель, равно 712 кДж/кг. 26. Определить коэффициент теплопередачи от газов к рабочей жидкости в испарительном пучке труб, если известно, что αк=93 Вт/(м2·К), в межтрубном пространстве αл= 11,6 Вт/(м2·К). Коэффициент омывания пучка газами равен 0,9, а коэффициент загрязнения - 0,01. 27. Определить сопротивление движению газового потока при поперечном омывании пучка труб с шахматным расположением при следующих условиях: скорость газов 12 м/с, плотность газов 0,365 кг/м3, число рядов труб по ходу газов 20, диаметр труб 38 мм, s1 = 90 мм, s2=100 мм, температура газов на входе в пучок 973 К, на выходе - 673 К, средняя температура стенки пучка 573 К. 28. Паровой котел производительностью 117 кг/с и давлением рб=15,5 МПа имеет один барабан длиной 16 м и внутренним диаметром 1,8 м. Определить среднее весовое и объемное напряжение парового пространства, если уровень воды расположен точно посредине барабана. 29. Вертикальный цилиндрический парогенератор АЭС паропроизводительностью 194 кг/с и давлением 9 МПа имеет внутренний диаметр 4,0 м; водоуказательный прибор показывает высоту уровня воды hвес=1,4 м. Вычислить напорное объемное паросодержание ϕ в водяном объеме парогенератора, определить фактическое (с учетом набухания) положение уровня Нф. 30. Вертикальный цилиндрический парогенератор АЭС паропроизводительностью 83 кг/с и давлением 4 МПа имеет внутренний диаметр 3 м; водоуказательный прибор показывает высоту уровня воды hвес = 0,7 м. Вычислить напорное объемное паросодержание ϕ в водяном объеме парогенератора, определить фактическое (с учетом набухания) положение уровня Нф.

31

4. ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА «РЕКОНСТРУКЦИЯ ПАРОВОГО КОТЛА» В качестве прототипа принимается один из современных котлов, серийно выпускаемых котлостроительными заводами. Типы котлов и конкретные исходные данные для проектирования студент выбирает из табл. 4 в соответствии со своим шифром. В процессе работы над проектом необходимо выполнить тепловой, аэродинамический или гидравлический расчеты котла; конкретные виды расчетов следует согласовать с преподавателем. Чертежи котла-прототипа и его описание студент получает у преподавателя или выбирает в специальной литературе (в каталогах котлов, заводских описаниях, паспортах котлов, имеющихся на электростанциях). Порядок выполнения курсового проекта, требования к пояснительной записке и графической части проекта при выполнении теплового и аэродинамического расчетов приведены в методических указаниях к выполнению курсового проекта по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы». Студент может также выбрать тему курсового проекта самостоятельно. Обязательным условием для самостоятельного выбора темы является письменный запрос предприятия, на котором работает студент, на выполнение конкретной работы. В этом случае задание на курсовой проект необходимо согласовать с преподавателем индивидуально. Целевое направление такого проекта - решение актуальных задач по совершенствованию работы действующих котлов и парогенераторов ТЭЦ, КЭС и АЭС. Темами самостоятельно выбираемых курсов проектов могут быть проекты реконструкции котла с целью повышения эффективности и надежности его работы в стационарных и переменных режимах, уменьшения загрязняющих выбросов, проекты парогенераторов АЭС и т.п.

32

Таблица 4

Газ природный Серпухов-Ленинград

Уголь бурый «Назаровский

БКЗ-420

Мазут сернистый

ТГМ-96

Газ природный Саратов-Москва

89 -

116,7 -

172 74 2,2

139 -

186 163,9 2,75

139 -

127,8 -

116,7 -

Давление на выходе из котла, МПа: - первичного пара рпп ′ - вторичного пара р′вт

25,5 3,7

2,55 3,62

13,8 -

14,0 -

14,0 2,0

14,0 -

13,8 2,55

14,0 -

14,0 -

13,8 -

260 310

260 307

230 -

230 -

230 310

230 -

230 328

230 -

230 -

230 -

545 545

565 565

560 -

545 -

540 540

560 -

545 545

560 -

560 -

560 -

-20 3000 -20 -20 Предпоследняя цифра шифра 80 60 75 80

-20

3000

3000

5000

-20

-20

60

75

80

60

120

120

ТГМЕ428

ТГМЕ464 Мазут высокосернистый

264 222 3,8

ТГМЕ206

ТП-101

132 105,5 3,9

ТГМП326

Номинальная паропроизводительность, кг/с: - по первичному пару D - по вторичному пару Dвт Давление вторичного пара на входе в котел р′вт , МПа

Тип котла (заводская маркировки)

ТГМП114

Топливо

Сланцы эстонские

ТГМ-84

0

Газ природный Серпухов-Ленинград

БКЗ-320

9

Уголь экибастузский

2

Мазут высокосернистый

1

Параметры и характеристики для вариантов 3 4 5 6 7 8

Мазут высокосернистый

Конкретные исходные данные

Последняя цифра шифра

33

Температура на входе в котел, оС: - питательной воды tпв - вторичного пара t ′вт

Температура на выходе из котла, оС: - первичного пара tпп ′ - вторичного пара t ′вт Давление в топке р, Па Нагрузка, в процентах от номинальной

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Целью представленных практических работ является закрепление и углубление полученных теоретических знаний путем их использования при решении конкретных инженерных задач, связанных с разработкой отдельных элементов котельной установки и оценкой их теплотехнических и конструктивных характеристик при различных условиях работы. Детальная расчетная проработка теплофизических процессов, происходящих в элементах котельной установки, позволяет студенту на конкретных примерах оценить воздействие различных влияющих факторов на экономичность и надежность работы оборудования. Наряду с усвоением теоретических зависимостей студент имеет возможность при выполнении практических работ ознакомиться с методиками расчета, приобрести навыки самостоятельного расчета с использованием специальной нормативной литературы и справочников. Практические работы помогают студенту подготовиться к выполнению более сложной инженерной задачи – курсовому и в дальнейшем дипломному проектированию. При решении задач рекомендуется следующая точность расчетов: величины, имеющие большое численное значение (энтальпия, температура, объемы), ограничиваются одним знаком после запятой; удельные объемы – двумя знаками после запятой; величины, имеющие малые численные значения (доли трехатомных газов, избытки воздуха и др.), - тремя знаками после запятой. ЗАДАЧА 1

Определить коэффициент избытка воздуха в газоходе при известной концентрации кислорода в дымовых газах O2=3,3%; содержании RO2=13,92%. Топливо – мазут сернистый. Порядок решения 1. При известном О2 коэффициент избытка воздуха в дымовых газах определяется по формуле

α=

21 . 21 − О 2

2. При известном RO2 значение α находят по формуле

34

RO макс 2 α= , RO 2 где RO макс - максимальное содержание сухих трехатомных газов в продуктах 2 сгорания, при α=1,00.

RO макс = 2

VRO 2 Vго

100 , %;

здесь VRO 2 и Vго определяются по справочнику (например, по книге «Тепловой расчет котлов: Нормативный метод». – СПб.: Изд-во НПОЦКТИ, 1998. – 258 с.) ЗАДАЧА 2

Назаровский бурый уголь сжигается в топке котла с твердым шлакоудалением при коэффициенте избытка воздуха и температуре дымовых газов на выходе из топки: αт=1,20; ϑ′т′ =1200 оС. Как изменится температура дымовых газов на выходе из топки, если в верхнюю часть топки ввести газы рециркуляции? Коэффициент рециркуляции r=0,15; температура газов рециркуляции ϑ г.рц =390 оС; αг.рц=1,25. Порядок решения 1. Определяем (по справочнику) энтальпии газов и воздуха при α=1,0: при ϑг = 1200 о С → Н ог и Н ов ; при ϑг = 390 о С → Н ог и Н ов . 2. Определяем энтальпию газов при α>1: при α = 1,20 и ϑ г = 1200 о С → Н г ; при α = 1,25 и ϑ г = 390 о С → Н г.отб , где Н г = Н ог + (α − 1)Н ов + Н з . 1.Определяем энтальпию газов в точке смешения:

35

Н г.рц = Н г + r ⋅ Н г.отб . 2.Вычисляем коэффициент избытка воздуха в газовом потоке после смешения:

(

)

α см = α т + α рц − α т r . 5. Определяем энтальпию смеси газов при найденной αсм при температуре 1200оС и любой температуре, меньшей 1200оС, например 1000оС, т.е. Н1200 г.см и Н1000 г.см :

[

]

Н г.см = Н ог + (α см − 1)Н оb (1 + r ) . 6. Определяем температуру газов на выходе из топки после введения газов рециркуляции:

ϑ′т′ = 1200 −

1200 − 1000 Н1200 г.см

− Н1000 г.см

(Н

1200 г.см

)

− Н г.рц .

ЗАДАЧА 3

Составить тепловой баланс барабанного парового котла производительностью Dпе=186,11 кг/с, имеющего следующие параметры: t 545 о - температура перегретого пара пе = С; t пп 545 - температура питательной воды tпв=250 оС; - давление перегретого пара на выходе из котла рпе=13,7 МПа; - давление питательной воды рпв=16,2 МПа; - расход пара через промежуточный пароперегреватель D пп = 163,89 кг/с; - температура пара на входе в промежуточный пароперегреватель t ′пп =333 оС; - давление пара на входе в промежуточный пароперегреватель р′пп = 2,66 МПа; ′ = 2,44 - давление пара на выходе из промежуточного пароперегревателя р′пп МПа. Топливо-сушонка березовского угля: суш - Q н = 21298 кДж/кг; - влажность W суш =13,0 %. Температура холодного

воздуха 36

tхв=30

о

С

( Н охв = 223,6

кДж/кг);

′ о =409,9 кДж/кг); С ( Н ′кф коэффициент избытка воздуха на входе в калориферы β′ =1,198; температура топлива после сушки tс.тл=85 оС; температура уходящих газов ϑ уг =120 оС ′ =55 температура воздуха после калориферов t ′кф

о

(Нуг=1256,0 кДж/кг); температура газов, отбираемых на сушку угля, ϑ отб = 386 о С (Нотб=4001,3 кДж/кг); доля отбора газа на сушку rотб=0,34; доля уноса золы α ун =0,5; зольность топлива А p = 4,8 %; температура шлаков tшл=1430 оС ((с ϑ) шл =1637,0 кДж/кг); коэффициент избытка воздуха в уходящих газах αуг=1,231. Порядок решения 1. Определяем удельное количество теплоты, воспринятое рабочей средой в котле, кДж/кг: ′ − h ′пп ) , Q к = D пе (h пе − h пв ) + D пп (h ′пп ′ - энтальпии соответственно пара на выходе из котла, где hпе, hпв, h ′пп , h ′пп питательной воды, пара на входе в промежуточный пароперегреватель и на выходе из него (определяются по термодинамическим таблицам воды и водяного пара). 2. Определяем располагаемую теплоту топки, кДж/кг: Q рр = Q суш + Q в.внеш + Q тл , н где Q в.внеш - теплота воздуха, подогретого внешними источниками теплоты.

(

)

′ о − Н охв ; Q в.внеш = β′ Н ′кф Q тл = t с.тл ⋅ с тл , Wp 100 − W p p суш + c стл , здесь W =W , c стл определяется по 100 100 приложению П.1 для бурого угля при заданной tс.тл. 3. Принимаем по справочнику удельные тепловые потери: q3=0,0%; q4=0,3%; q5=0,3%. Определяем абсолютные тепловые потери, кДж/кг: где с ртл =4,1868

37

Qi =

Q рp q i 100

.

4. Определяем потери теплоты с уходящими газами. По условию задачи схема сушки угля – разомкнутая; в этом случае, кДж/кг Q 2 = Н уг (1 − rотб ) + Н отб rотб . 5. Определяем потери теплоты со шлаками, кДж/кг:

α шл (сϑ)шл А р Q6 = . 100 6. Определяем количество теплоты, внесенное в дымовые газы присосным воздухом, кДж/кг: Q хв = α уг H охв . 7. Составляем тепловой баланс котла, кДж/кг:

Q суш + Q в.внеш + Q тл + Q хв = н

Qк + Q 2 + Q3 + Q 4 + Q5 + Q6 , В суш

и вычисляем расход подсушенного топлива В суш .

ЗАДАЧА 4

Сравнить коэффициенты излучения факела ε ф в топках: - котла с уравновешенной тягой; - высоконапорного котла (рг=1,0 МПа). Принять в обоих котлах одинаковыми: топливо – природный газ (газопровод Серпухов-Ленинград); эффективная толщина излучающего слоя s=2,1 м; температура дымовых газов на выходе из топки ϑ′т′ = 1350 о С ; коэффициент избытка воздуха на выходе из топки α т =1,03.

38

Порядок решения 1. Находим по справочнику состав топлива и теоретические объемы воздуха Vво и дымовых газов: υ RO 2 ; υ oN 2 ; υ oH 2O , определяем Vго = υ RO2 + υ oN 2 + υ oH 2O ; определяем реальный объем дымовых газов Vг, м3/м3, и парциальный объем водяных паров υ H O , м3/м3, при коэффициенте избытка воздуха αт: 2

Vг = Vго + 1,0161(α т − 1)Vво ; υ H 2O = υ oH 2O + 0,0161(α т − 1)Vво . 2. Вычисляем объемные доли трехатомных газов:

rRO 2 =

rH 2O =

υ RO 2 Vг υ H 2O Vг

;

;

суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров rn = rRO 2 + rH 2O . 3. Определяем оптические свойства факела топки котла с уравновешенной тягой: 3.1. Произведение рпs, МПа·м, где рп – суммарное парциальное давление сухих трехатомных газов и водяных паров, МПа

(

)

р п = р г rRO 2 + rH 2O ; 3.2. Коэффициент kг,

1 МПа ⋅ м 39

⎛ 0,78 + 1,6rH 2O ⎞⎛ ϑ′′ + 273 ⎞ − 1⎟⎜1 − 0,37 т 3 ⎟ ; kг = ⎜ ⎜ 0,316 р s ⎟⎝ 10 ⎠ п ⎝ ⎠ 3.3. Коэффициент ослабления тепловых лучей сажистыми частицами kс, 1 , МПа ⋅ м р ⎛ ϑ′т′ + 273 ⎞C k c = 0,3(2 − α т )⎜1,6 − 0,5 ⎟ р ; 10 3 ⎝ ⎠Н

Ср

m СmН n . n Нр 3.4. Коэффициенты излучения, которые имел бы объем топки при заполнении ее светящимся или несветящимся факелом, соответственно εсв и εг для газообразного топлива

= 0,12∑

ε св = 1 − е −(k г rп + k c ) ; ε г = 1 − е − k г rп рs . 4. Определяем коэффициент излучения факела в топке котла с уравновешенной тягой:

ε фу = mε св + (1 − m )ε г , где m – коэффициент усреднения, определяемый долей топочного объема, BQ нр занятого светящимся факелом. При q V = ≤ 407 кВт/м3 для природного Vт 3 газа m=0,1; при qV≥1160 кВт/м для газа m=0,6. 5. Определяем оптические свойства факела топки высоконапорного котла: рпs (см. п. 3.1); коэффициенты kг, kс, εсв, εг (как в пп 3.2, 3.3, 3.4). 6. Определяем коэффициент излучения факела в топке высоконапорного котла ε фв (см. п. 4). 7. Сравниваем

ε фв ε фу

и делаем выводы.

40

ЗАДАЧА 5

Определить температуру дымовых газов на выходе из топки газоплотного котла при сжигании природного газа (газопровод Серпухов – Ленинград). Коэффициент избытка воздуха за топкой α т = 1,05 , температура холодного воздуха t хв = 30 о С , предварительный подогрев воздуха отсутствует. Принять рециркуляцию в топку дымовых газов с температурой ϑ рец = 322 о С и коэффициентом избытка воздуха α рец = 1,05 в количестве r=6,8%. Температура горячего воздуха после РВП t гв = 247 о С . КПД котла η = 94,34 %. Геометрические характеристики топки: площадь фронтовой стены Fф=386,5 м2; задней стены – Fз=337,3 м2; боковой стены – Fб=133,9 м2; пода – Fпод=143,1 м2; потолка – Fпот=44,8 м2; газового окна – Fокн=219,4 м2; на задней стене котла размещены 12 горелок и 6 лазов общей площадью Fгор=10,6 м2. Относительный уровень расположения горелок Хг=0,219. Экранные трубы пода покрыты шамотным кирпичом. Объем топки без зоны ширм Vт=2410 м3, с учетом зоны ширм Vтш = 2753 м3. Параметры пара и воды в котле такие же, как в задаче 3. Порядок решения 1. Определяем по справочнику объем сухих трехатомных газов υ RO 2 , теоретические объемы водяных паров υ oH 2O , азота υ oN 2 и воздуха Vво , м3/м3, вычисляем теоретический объем дымовых газов, м3/м3: Vго = υ RO2 + υ oN 2 + υ oH 2O . 2. Определяем действительные объемы дымовых газов и водяных паров, м3/м3: Vг = Vго + 1,0161(α т − 1)Vво ;

υ H 2O = Vго + 0,0161(α т − 1)Vво . 3. Определяем объемные доли сухих трехатомных газов и водяных паров и суммарную объемную долю трехатомных газов:

rRO 2 =

41

υ RO 2 Vг

;

rH 2O =

υ H 2O Vг

;

rп = rRO 2 + rH 2O . 4. Определяем отношение

Ср Нр

для заданного топлива:

Ср Н

р

= 0,12∑

m СmН n . n

3. Определяем располагаемую теплоту топки Q pp , кДж/м3:

Q pp = Q нр + Q фт + Q фв + Q пар . 4. Определяем количество теплоты, воспринятое рабочей средой в котле, кДж/с:

′ − h ′пп ) + D нп (h ′′ − h пв ) ; Q п = D пе (h пе − h пв ) + D пр (h ′ − h пв ) + D пп (h ′пп для данного котла Dпр=0,005Dпе; отбор насыщенного пара Dнп=0. 5. Определяем полный расход топлива на котел, м3/с:

В=

Q п ⋅ 100 Q pp η

.

8. Определяем адиабатную температуру горения ϑ a , оС. 8.1. Определяем полезное тепловыделение в топке Qт, кДж/м3:

Qт = где

Q pp (100 − q 3 − q 4 − q 6 ) 100 − q 4

+ Q в − Q в.внеш + Н рец r ,

Q в = (α т − Δα т − Δα пл )Н огв + (Δα т + Δα пл )Н охв ;

для

заданного

Δαт=Δαпл=0, Н огв определяется по справочнику при заданной t гв ; 42

котла

8.2. Определяем по справочнику теоретические энтальпии воздуха и газа у газа рециркуляции при его температуре ϑ рец : Н ов.рец и Н ог.рец , кДж/м3 и находим энтальпию газов рециркуляции Н рец , кДж/м3:

(

)

Н рец = Н ог.рец + α рец − 1 Н ов.рец 8.3. По справочнику определяем q3, q4, q6 для заданного топлива и вычисляем Qт по вышеприведенной формуле (п. 8.1); 8.4. Для определения ϑ а необходимо построить Н − ϑ − таблицу при температурах газов, близких к ϑ а . Задаемся температурами ϑ1 =1800оС и

ϑ 2 =2000оС; по справочнику определяем Н ог и Н ов при этих температурах и вычисляем действительные энтальпии воздуха и дымовых газов при заданном αт, кДж/м3: Н г = Н ог + (α т − 1)Н ов , действительные энтальпии газов рециркуляции

(

)

Н г.рц = Н ог.рц + α рец − 1 Н ов.рц ; (в данной задаче Н г = Н ог.рц , так как αт=αрец) и действительные энтальпии дымовых газов после смешения их с газами рециркуляции, кДж/м3: Н г.см = Н г + rН г.рц ; 8.5. Определяем адиабатную температуру горения:

ϑа = ϑ1 +

Q т − Н1800 г.см 1800 Н г2000 .см − Н г.см

(ϑ 2 − ϑ1 ) .

9. Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания Vc ср , кДж/(м3·К) на выходе из топки:

43

Vc cp =

Q т − Н ′т′ ; ϑа − ϑ′т′

задаемся температурой газов на выходе из топки ϑ′т′ =1265оС. Принимаем две температуры, близкие к ϑ′т′ , например ϑ′т′1 =1200оС и ϑ′т′ 2 =1400 оС. Построим при этих температурах Н − ϑ − таблицу так же, как это сделано в п. 8.4, и определим по два значения Н ов , Н ог , Нг при αт, Нг при αрец и r, интерполируя последние значения (энтальпии смеси), определим энтальпию смеси при υ′т′ = 1265 о С , это и будет энтальпия газов на выходе из топки Н ′т′ . 10. Определяем число Больцмана Во:

Во =

ϕВVc cp ⋅ 1011 5,67ψ cp Fст Т 3а

.

10.1. Коэффициент сохранения теплоты

ϕ = 1−

q5 , η + q5

в нашем случае q 5 = 0,28 %; 10.2. Средний коэффициент тепловой эффективности топки

ψ ср =

∑ Fстi ψ i , ∑ Fстi

где Fстi - площадь i – го участка топки, м2; ψ i - коэффициент тепловой эффективности i – го участка топки ψ i = x i ξi ; хi – угловой коэффициент участка топки, для цельносварных экранов газоплотного котла хi=1; ξ i - коэффициент загрязнения i – го участка определяется по табл. П.2 приложения. При расположении в выходном газовом окне топочных ширм для плоскости, отделяющей топку от ширм, 44

ψ окн = ψ отк β , где β - коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами, определяется по графику приложения П.3; ψ отк = Fокн ⋅ х окн ⋅ ξ окн , ψ ср =

(

)

Fф хξ ф + Fз − Fгор хξ з + Fпот хξ пот + Fпод хξ под + Fокн ψ окн Fтоп

;

вычисляем число Во по п. 10. 11. Определяем абсолютную температуру дымовых газов на выходе из топки, К:

Т ′т′ =

Та ⎛а ⎞ 1 + М⎜⎜ т ⎟⎟ ⎝ Во ⎠

.

0, 6

11.1. Параметр распределения температур по высоте топки М М = А − ВХ т значения А и В определяются по табл. приложения П.4. 11.2. Определяем коэффициент излучения топочной среды ат:

ат =

(

εф

ε ф + 1 − ε ф ψ ср

);

величину εф определяем так же, как в п. 3 задачи 4. 12. Определяем расчетную температуру дымовых газов на выходе из топки, оС ϑ′т′.расч = Т ′т′ − 273 . Если эта температура отличается от заданной (см. п. 9) более чем на 100 С, задаемся в п. 9 другим значением ϑ′т′ и все расчеты по пп. 9…12 о

выполняем заново до достижения условия ϑ′т′ − ϑ′т′.расч < 100 о С . 45

ЗАДАЧА 6

Определить температурный напор в поверхности нагрева кипящего экономайзера, если известно: температуры дымовых газов на входе в экономайзер и на выходе из него ϑ′ = 1030 о С и ϑ′′ = 680 о С ; массовое паросодержание среды в экономайзере х=0,35; расход воды Gв=2,78 кг/с, давление воды на входе в экономайзер рпв=18,05 МПа. Температура воды t пв = 300 о С . Порядок решения 1. По термодинамическим таблицам пара и воды определяем: - энтальпию питательной воды hпв, кДж/кг; - температуру кипения воды t ′ , оС; - энтальпию воды в состоянии насыщения при заданном давлении h ′ , кДж/кг; - удельную теплоту парообразования r, кДж/кг. 2. Определяем энтальпию пароводяной смеси при заданном паросодержании:

h эк = h ′ + xr . 3. Определяем тепловосприятие экономайзера в некипящей части: Q1 = (h ′ − h пв )G в . 4. То же в кипящей его части: Q 2 = (h эк − h пв )G в . 5. Определяем температуру продуктов сгорания в сечении газохода, где t в = t ′ ; теплоемкость продуктов сгорания в зоне расположения экономайзера принимаем постоянной:

ϑпр = ϑ′ −

Q2 (ϑ′ − ϑ′′) . Q1 + Q 2

6. Определяем температурный напор в некипящей части экономайзера: Δt б = ϑпр − t ′ ; 46

Δt м = ϑ′′ − t пв ; Δt м =

Δt б − Δt м . ⎛ Δt б ⎞ ⎟⎟ ln⎜⎜ Δ t ⎝ м⎠

7. То же в кипящей части экономайзера: Δt б = ϑ′ − t ′ ; Δt м = ϑ пр − t ′ ; Δt к = (см.выше ) . 8. Определяем средний температурный напор экономайзера в целом:

Δt =

Q1 + Q 2 . Q1 Q 2 + Δt н Δt к

ЗАДАЧА 7

Определить предельное тепловосприятие одноступенчатого воздухоподогревателя (ВП) и температуру горячего воздуха за ним при сжигании нерюнгринского угля марки СС. Принять: меньший температурный напор Δt м = 77 о С ; температура воздуха на входе в ВП t ′в = 50 о С ; температура уходящих газов ϑ уг = 142 о С ; коэффициент избытка воздуха в уходящих газах α уг = 1,28 ; присосы воздуха в ВП Δα ВП = 0,03 ; коэффициент избытка воздуха за ВП β′′ = 1,17 ; коэффициент сохранения теплоты ϕ = 0,9972 . Порядок решения 1. По справочнику определяем теоретические энтальпии воздуха Н ов и продуктов сгорания Н ог при различных температурах: 100;200;300;400 оС. ′ , оС за ВП в 2. Задаемся предварительно температурой горячего воздуха t ′гв диапазоне 250…300 оС (для одноступенчатого ВП). Определяем теоретические ′ Н ′гв ′ о . Определяем балансовое энтальпии воздуха при t ′в Н ′во и при t ′гв тепловосприятие ВП, кДж/кг:

( )

( )

47

(

)

Δα ВП ⎞ о ⎛ ′ − Н ′во . Q б = ⎜ β′′ + ⎟ Н ′гв 2 ⎠ ⎝ 3. Определяем энтальпию и температуру продуктов сгорания на входе в ВП:

Н ′ВП = Н уг +

Qб − Δα ВП Н опрс , ϕ

где Н опрс - теоретическая энтальпия присасываемого воздуха, она определяется ′ + t ′в ) . по справочнику при температуре воздуха t cp = 0,5(t ′гв Энтальпия уходящих газов, кДж/кг

(

)

Н уг = Н οуг + α уг − 1 Н οхв , где Н оуг определяется по справочнику при температуре ϑ уг , Н охв - при температуре 30о С. По найденной Н ′вп и α ′вп = α уг - Δα вп определяем (по справочнику) температуру газов на входе в ВП ϑ′вп , оС. 4. Определяем средний коэффициент избытка воздуха в ВП: β = β′′ + 0,5Δα вп . 5. Определяем массовые теплоёмкости продуктов сгорания и воздуха на входе и выходе ВП, кДж/(кг·К): ′ ϑ′вп

(Vс )′г = Н вп ; (Vс )″г

=

Н уг ϑ уг

;

′o Н ′′ ο ; (Vс )″ в = гв . ′ t ′в t ′гв

(Vс )′в = Н

1. Определяем теоретическое тепловосприятие воздухонагревателя, кДж/кг

48

ϑ уг теор Q вп =

⎡ (Vс )′ в ⎤ 0,5Δα вп (Vс )′ в − t ′в ⎢ + ⎥ ′ ″ ′ ″ ″ ⎢ (Vс ) г + 0,5Δα вп (Vс ) в ⎣ (Vс ) в (Vс ) г + 0,5Δα вп (Vс ) в ⎥⎦ . 1 1 − ϕ (Vс )′ + 0,5Δα (Vс )″ β(Vс )″

(Vс )″г

[

в

г

в

вп

]

2. Определяем предельное тепловосприятие ВП при заданном Δt м , кДж/кг:

Δt м Q пред вп

=

теор Q вп

−

1

β(Vс )″ в

(Vс )′г

(Vс )′ г + 0,5Δα вп (Vс )″в −

[

1

ϕ (Vс )′ г + 0,5Δα вп (Vс )″ в

]

.

8. Определяем предельную температуру горячего воздуха, 0С:

[t ′гв′ ]пред

Q пред ( Vс )′ в вп + t ′в = . ″ ″ (Vс ) в β(Vс ) в ЗАДАЧА 8

Определить тепловосприятие ширмового пароперегревателя (ШПП) и приращение энтальпии пара в нем при следующих условиях. Температуры газа на входе в ШПП ϑ′ =1060 оС, на выходе – ϑ′′ =950 оС; энтальпии соответственно Н ′ =11983 кДж/кг, Н ′′ =10605 кДж/кг; температура пара на входе ШПП t ′ =417оС, давление пара p′ =14,96 МПа, энтальпия пара h ′ =3047 кДж/кг, давление пара на выходе p′′ =14,67 МПа, эффективная толщина излучающего слоя s=0,84 м; давление в газоходе рг=0,1 МПа; rH2O=0,091, rп=0,231; безразмерная концентрация золы μзл=0,023; угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм φш=0,14. Тип мельниц - среднеходные. Топливо каменный уголь, расход Вр=9,76 кг/с; расход пара через ШПП D=136,81 кг/с. Поверхности входного и выходного газовых окон соответственно Fл.вх=52 м2, Fл.вых= 45 м2; интенсивность теплового потока в районе выходного окна топки qл.ш.=69,7 кВт/м2. Порядок решения. 1. Определяем тепловосприятие ШПП по уравнению теплового баланса, кДж/кг: 49

Q б = φ (Н ′ − Н ′′) − Q доп . 2. Определяем среднюю температуру продуктов сгорания, оС, К: ϑ ср = 0,5(ϑ′ + ϑ′′) , Т ср = ϑср + 273 . 3. Определяем коэффициент излучения запылённого газового объёма ε между секциями ШПП: ε=1 − e-kps, где kps – оптическая толщина запыленного газового потока kps = (k г rп + k зл μ зл )ps , ⎞⎛ ⎛ 0,78 + 1,6rH 2 0 Т ″⎞ kr = ⎜ − 1⎟⎜1 − 0,37 т3 ⎟ , ⎜ 0,316 p s ⎟⎜ 10 ⎟⎠ п ⎠⎝ ⎝ p п = рrп , Т ′т′ в данном случае равна ϑ′ ;

k зл =

43 ⋅ 10 3 ρ г 3

(TT′′ )

2

d 2з

,

ρ г - плотность дымовых газов принимается 1,3 кг/м3, d зл - средний по удельной поверхности диаметр золовых частиц определяется по справочнику при использовании среднеходных мельниц d3=16мкм. 4. Определяем количество теплоты, поступающее через плоскость входного сечения ШПП Qл.вх, кДж/кг:

Q л.вх = 50

q л.ш. Fл.вх. . Вр

5. То же для выходного сечения ширм Qл.вых., кДж/кг

Q л.вых

4 −11 Q л.вх (1 − ε )ϕ ш 5,67 ⋅ 10 εFл.вых Tср ξ п = + , β Вр

здесь β – коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами (принимается при ϑ′ , приложение П.3); ξ п - поправочный коэффициент, зависящий от вида топлива, принимается равным 0,5 при сжигании угля и мазута; 0,7- при сжигании природного газа. 6. Определяем радиационное тепловосприятие ШПП из топки Qл.ш, кДж/кг: Qл.ш=Qл.вх-Qл.вых. 7. Определяем приращение энтальпии пара в ШПП за счёт конвективного и лучистого тепловосприятия ширм Δh ш , кДж/кг:

Δh ш = (Q б + Q л.ш ) ⋅

Вр Д

.

8. Определяем энтальпию пара на выходе ШПП h ′ш′ , кДж/кг: h ′ш′ = h ′ + Δh ш . 9. Определяем температуру перегретого пара на выходе ШПП t ′ш′ , оС по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара при давлении пара p′′ .

ЗАДАЧА 9

Рассчитать тепловые нагрузки по контурам естественной циркуляции парового котла. Расчетная схема циркуляции представлена на рис. 1. Топливо – каменный уголь, шлакоудаление твердое. Исходные данные для расчета: D=44,4 кг/с; Вр=4,98 кг/с; Qл=13821,97 кДж/кг; рб=11 МПа. Циркуляционные контуры образуют экраны с эффективными поверхностями нагрева:

51

фронтовой (передний) экран (три одинаковые панели) - (ψF)пф = 68,26 м2;

задний экран (три одинаковые панели) - (ψF)зф = 47,76 м2; боковые экраны (два экрана по три панели в каждом) - 2(ψF)б = 140,4 м2; панели боковых экранов имеют площади лучевоспринимающих поверхностей: панель, примыкающая к переднему фронту (ψF)б1 = 22,6 м2, средняя - (ψF)б 2 = 34,1 м2, панель, примыкающая к заднему фронту (ψF)б3 = 13,5 м2; потолочный экран (пароперегреватель в области топки) - (ψF)пот = 25,2 м2; выходное окно (расположены ширмы) - (ψF)окн = 20,8 м2. Энтальпия насыщенного пара h ′′ = 2705,4 кДж/кг; энтальпия питательной ′ = 1234,7 кДж/кг; удельная теплота воды после экономайзера h ′эко парообразования r=1154,2 кДж/кг; тепловосприятие труб, отводящих пароводяную смесь (ПВС) от заднего экрана Q от = 317 кВт; тепловосприятие затененных ширмами панелей боковых экранов Q зат = 501 кВт. Порядок решения 1. Определяем среднюю удельную поверхностей нагрева топки q , кВт/м2.

52

тепловую

нагрузку

радиационных

q= где

Bp Q л

∑ ψF

,

∑ ψF = (ψF)пф + (ψF)зф + 2(ψF)б + (ψF)пот + (ψF)окн .

2. Определяем тепловую нагрузку потолочного экрана Qпот, кВт: Q пот = qηв.пот (ψF)пот , где ηв.пот - коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки (приложение П.5). 3. Определяем тепловые нагрузки на стены топки. 3.1. Определим коэффициент распределения тепловосприятий стенами топки. Так как горелки расположены встречно на боковых стенах, тепловая нагрузка по стенам будет равномерной, т.е.

ηпф = η зф = ηб =

В р Q л − Q пот

q[∑ (ψF) − (ψF)пот ]

;

3.2. Тепловая нагрузка на экраны переднего фронта, кВт Q пф = qηпф (ψF)пв ; - заднего фронта и выходного окна, кВт

[

]

Q зф+окн = qη зф (ψF)зф + (ψF)окн ;

- боковых стен, кВт Q б = qηб 2(ψF)б ; 3.3. Проверка расчета

∑ Q = Q пф + Q зф+окн + Q б + Q пот

53

= ВрQ л ;

невязка

∑ Q − BpQ л ∑Q

не должна превышать 5 %.

4. Определим тепловые нагрузки по экранным панелям. 4.1. Коэффициенты тепловой неравномерности по ширине панелей ηш зависят от числа панелей и симметричности их расположения относительно центральной панели; по условиям задачи на всех стенах топки размещены по три панели, поэтому ηш.1 = ηш.3 , ⎛ 2 ⎞ ηш.2 = 3⎜1 − ηш.1 ⎟ ; ⎝ 3 ⎠ для крайних панелей ηш.1 = ηш.2 = 0,9 . 4.2. Тепловая нагрузка крайних панелей переднего фронта, кВт

Q пф1 = Q пф3 = qηпф ηш.1

1 (ψF)пф ; 3

4.3. Тепловая нагрузка средней панели переднего фронта, кВт

Q пф 2 = qηпф ηш 2

1 (ψF)пф ; 3

4.4. Проверка расчета 2Q пф1 + Q пф 2 = Q пф , где Qпф – см.п. 3.2; 4.5. Определяем тепловую нагрузку выходного окна излучением из топки Qокн, кВт: Q окн = qη зф ηв (ψF)окн , где ηв - коэффициент неравномерности тепловосприятия по высоте топки Н (приложение П.5), определяем его для х = , где для середины выходного Нт окна топки Н=Нт; 54

4.6. Определяем общую тепловую нагрузку заднего экрана, кВт: Q зф = Q зф+окн − Q окн ; 4.7. Определяем тепловую нагрузку на крайние панели заднего фронта, кВт:

Q зф1 = Q зф3 =

Q зф ηш.1 3

;

то же на среднюю панель заднего фронта, кВт:

Q зф 2 =

Q зф ηш.2 3

;

4.8. Определим тепловые нагрузки «освещенной» факелом части боковых панелей (тепловая нагрузка части боковых панелей, «затененных» ширмами задана по условию задачи): - для задней боковой панели, кВт Q б 3 = qηб ηвб (ψF)б 3 , Нв , Нв и Нт указаны на рис. Нт 1, Нв – средняя высота «освещенной» части экранов; - для передней боковой панели, кВт где ηвб определяется по приложению П.5, для х =

Q б1 = qηб (ψF)б1 ; - для средней боковой панели, кВт

Qб2 =

Qб − Q б 3 − Q б1 . 2

5. Определим тепловую нагрузку на все контура циркуляции (все панели), кВт:

55

Q = Q пф + Q зф + Q б + Q зат + Q от . 6. Определяем паропроизводительность всех контуров циркуляции, кг/с:

D∑ =

Q . r

7. Определим количество пара, поступающего в пароперегреватель, D, кг/с. В данном котле вся питательная вода после экономайзера поступает на дырчатый лист (промывочный щит), часть пара расходуется на подогрев воды в барабане до кипения, поэтому в пароперегреватель поступит пар в количестве

D=

Q . ′ h ′′ − h ′эко

8. Передний фронт состоит из трех контуров циркуляции (по числу панелей). Разобьем контура переднего фронта на характерные участки: 1 – й участок – скат «холодной» воронки; 2 – й, 3 – й, 4 – й участки – вертикальная часть экрана; 5 – й участок – необогреваемые пароотводящие трубы. Номера участков и их высоты указаны на рисунке (стр. 52). Участок 2 – часть экрана вблизи ядра факела. 9. Определим коэффициенты неравномерности тепловосприятия участков 1, 2, Н Н Н 3, 4, (приложение П.5) ηв1 , ηв 2 , ηв3 , ηв 4 для х 1 = 1 ; х 2 = 2 ; х 3 = 3 ; Нт Нт Нт Н х4 = 4 . Нт 10. Определим тепловые нагрузки по участкам, кВт: Н 1 – й участок - Q1 = Q пф1ηв1 1 , Н где высота Н=27300 мм (см. рисунок); Н 2 – й участок - Q 2 = Q пф1ηв 2 2 ; Н Н 3 – й участок - Q 3 = Q пф1ηв3 3 ; Н Н 4 – й участок - Q 4 = Q пф1ηв 4 4 . Н 11. Проверка расчета любого участка, например третьего: Q 3 = Q пф1 − Q1 − Q 2 − Q 4 . 56

ЗАДАЧА 10

Выбрать дымосос для котла, работающего при следующих условиях; расход дымовых газов перед дымососом Vг = 218 ⋅ 10 3 м3/ч при температуре газов перед дымососом ϑ = 140 о С , давлении газов hбар=760 мм рт.ст. (0,103 МПа) и их плотности ρг=0,135 кг/м3; перепад полных давлений в газовом тракте ΔНп=2,22 кПа при среднем барометрическом давлении в месте установки котла h бар = 730 мм рт.ст. (0,0989 МПа). При решении этой задачи необходимо пользоваться книгой «Аэродинамический расчёт котельных установок: Нормативный метод. – Л.: Энергия, 1977», ссылки на нее приведены ниже. Порядок решения 1. Определяем необходимую расчетную производительность дымососа с учетом условий всасывания, т.е. избыточного давления (разрежения) и температуры дымовых газов перед дымососом, м3/ч:

Q p = β1

Vг ⋅ Z

h бар , β 2 Н вх h бар ± 13,6

где β1 и β2 – коэффициенты запаса по производительности и давлению, β1=1,1, β2=1,2; Z – количество одинаковых, работающих параллельно дымососов, принимаем Z=1; h бар принимается по рис. 2 - 6 нормативного метода; Нвх – разрежение (-) или избыточное давление (+) во входном сечении дымососа, при давлении меньше 3 кПа (как в данной задаче Нвх=0). 2. Определяем необходимое расчетное полное давление, которое должен развивать дымосос, кПа: Н р = β 2 ΔН п . Чтобы произвести выбор дымососа по рабочей характеристике, приведённой в каталоге завода - изготовителя, полное расчетное давление Нр необходимо привести к условиям, для которых составлена рабочая характеристика, по формуле, кПа: Н пр р = КρН р , 57

где Кρ – коэффициент приведения

Кρ =

0,132 273 + t ⋅ ⋅ ρ о 273 + t хар

h бар

h , β 2 Н вх ± 13,6

где ρо≡ρг; t≡ ϑ ; tхар – температура газов, для которой составлена рабочая характеристика дымососа, приведенная в каталоге завода – изготовителя или в нормативном методе (tхар=100 оС или tхар=200 оС); Нвх=0 для данной задачи (см. выше). 3. По двум параметрам (Qp и Н пр р ) выбираем в каталогах дымососы. В Нормативном методе для выбора используем рис. VII-31 и VII-33; расчетным параметрам могут соответствовать несколько типов дымососов, характеристики которых определены при различных tхар, оС и разных частотах вращения n, с-1. Для конкретной температуры tхар. и производится расчет Кρ и Н пр р . 4. Определяем оптимальный из выбранных дымососов. Для этого необходимо сравнить численные значения их эксплуатационной экономичности, построив ⎛ D ⎞ ⎟⎟ , где D изменяется: для каждого выбранного дымососа графики η э = f ⎜⎜ D ⎝ ном ⎠ (1,14; 1,0; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6) Dном. На рис.VII-39…VII-68 Нормативного метода приведены графики аэродинамических характеристик дымососов для определённых температур tхар, оС и частот вращения n, с-1. На этих графиках представлены зависимости Нр=f(Qр) и нанесены кривые характеристик газового тракта котельной установки Н=f(φ), где φ – углы поворота направляющего лопаточного аппарата дымососа, и кривые КПД ηэ=f(Нр, Qр). Для упрощения ⎛ D ⎞ ⎟⎟ принимается линейная зависимость расхода Q=f(D) и построения η э = f ⎜⎜ D ⎝ ном ⎠ квадратичный закон изменения перепада давлений ΔНп=f(D). Каждой точке характеристики газового тракта Н=f(Qр) соответствует определённое значение эксплуатационного КПД дымососа.

58

ПРИЛОЖЕНИЯ П.1. Теплоемкости топлив

а. Сухая масса твердого топлива с стл , кДж/(кг·К) Топливо Температура, оС 0 100 200 Антрацит и тощий уголь 0,921 0,963 1,047 Каменный уголь 0,963 1,089 1,256 Бурый уголь 1,089 1,256 1,456 Сланцы 1,047 1,130 1,298 Фрезерный торф 1,298 1,507 1,800

300 1,130 1,424

б. Рабочая масса твердого топлива, кДж/(кг·К)

W с ртл =4,1868

p

100

+ c стл

100 − W p 100

в. Жидкое топливо (мазут), кДж/(кг·К) при tтл<100 оС при tтл>100 оС

стл=1,89+0,0053tтл; cтл=1,30+0,0112tтл,

где tтл – температура мазута. г. Газообразное топливо, кДж/(м3·К) с г.тл = 0,01(c Н 2 Н 2 + c СО CО + c СН 4 СН 4 + c С2Н6 С 2 Н 6 + c С3Н8 С 3 Н 8 + c С4Н10 С 4 Н10 + + c С5Н12 С 5 Н12 + c N 2 N 2 + c CO2 CO 2 + c H 2S H 2S) + 0,00124 ⋅ c H 2O ⋅ d г.тл , где Н2, СО2, СН4… - содержание компонентов в газообразном топливе, % c H 2 , c CO , c СН 4 … - теплоемкости горючих и негорючих составляющих газообразного топлива, кДж/(м3·К) dг.тл – влагосодержание газообразного топлива, г/м3.

59

t, oC 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

д. Средняя теплоемкость горючих газов, кДж/(м3·К) c CO c Н2 c H 2S c СН 4 c С2Н6 c С3Н 8 c С4Н10 1,300 1,303 1,307 1,314 1,328 1,343 1,357 1,372 1,386 1,397 1,411

1,278 1,289 1,300 1,300 1,303 1,307 1,307 1,310 1,314 1,325 1,328

1,508 1,534 1,562 1,595 1,634 1,670 1,710 1,746 1,782 1,818 1,850

1,548 1,642 1,757 1,883 2,012 2,138 2,261 2,380 2,495 2,603 2,700

2,210 2,495 2,776 3,046 3,308 3,557 3,776 3,985 4,183 4,363 4,529

3,049 3,510 3,964 4,370 4,759 5,094 5,429 5,724 5,987 6,232 6,462

4,129 4,705 5,256 5,774 6,268 6,689 7,114 7,484 7,808 8,114 8,402

c С5Н12 5,130 5,836 6,516 7,135 7,740 8,255 8,784 9,230 9,626 9,990 10,346

е. Средняя теплоемкость воздуха и газов, кДж/(м3·К) t, oC с СО 2 сN2 сО 2 с H 2O св с cв 0 1,6010 1,2955 1,3069 1,4954 1,2981 1,3198 100 1,7016 1,2968 1,3186 1,5063 1,3014 1,3253 200 1,7887 1,3006 1,3362 1,5235 1,3081 1,3328 300 1,8641 1,3077 1,3571 1,5436 1,3182 1,3433 400 1,9312 1,3173 1,3785 1,5666 1,3299 1,3555 500 1,9902 1,3286 1,3990 1,5909 1,3437 1,3693 600 2,0426 1,3412 1,4179 1,6161 1,3576 1,3840 700 2,0900 1,3546 1,4355 1,6425 1,3718 1,3986 800 2,1327 1,3680 1,4510 1,6693 1,3852 1,4124 900 2,1708 1,3806 1,4657 1,6969 1,3986 1,4259 1000 2,2052 1,3928 1,4786 1,7242 1,4108 1,4384 1100 2,2366 1,4045 1,4904 1,7514 1,4225 1,4594 1200 2,2655 1,4154 1,5017 1,7782 1,4338 1,4623 1300 2,2915 1,4263 1,5117 1,8042 1,4443 1,4736 1400 2,3154 1,4359 1,5214 1,8293 1,4539 1,4841 1500 2,3372 1,4451 1,5306 1,8541 1,4631 1,4937 1600 2,3573 1,4539 1,5390 1,8775 1,4719 1,5029 1700 2,3761 1,4623 1,5474 1,9010 1,4799 1,5113 1800 2,3933 1,4698 1,5553 1,9228 1,4879 1,5189 1900 2,4092 1,4770 1,5629 1,9437 1,4950 1,5268 2000 2,4239 1,4837 1,5704 1,9643 1,5021 1,5340 2100 2,4377 1,4904 1,5771 1,9840 1,5084 1,5411 2200 2,4503 1,4962 1,5842 2,0024 1,5147 1,5474 2300 2,4620 1,5021 1,5909 2,0204 1,5205 1,5536 здесь с cв и с в - теплоемкости соответственно сухого и влажного воздуха. 60

П.2. Коэффициент загрязнения экранов

Тип экрана

Открытые гладкотрубные и плавниковые (мембранные) настенные экраны

Род топлива Газообразное топливо Мазут АШ и ПА при … ≥ 12%, тощий уголь при … ≥ 8%, каменные и бурые угли, фрезторф Экибастузский уголь при R90 ≤ 15% Бурые угли с Wп>3,3% при газовой сушке и прямом вдувании Сланцы северо-западных месторождений без применения водяной обмывки Тоже с учетом водяной обмывки

Ошипованные экраны, покрытые хромитовой Все топлива массой, в топках с твердым шлакоудалением Экраны, покрытые Все топлива шамотным кирпичом

Коэффициент ξ 0,65 0,55 0,45 0,35…0,40 0,55 0,25 0,30

0,20

0,10

П.3. Коэффициент β

1 – для твердого топлива; 2 – для мазута; 3 – для газообразного топлива 61

П.4. Значения коэффициентов А и В

Сжигаемое топливо, топочное устройство Газ и мазут Высокореакционное твёрдое топливо, камерная топка; все виды твёрдого топлива, слоевая топка Малореакционные твёрдые топлива, каменные угли с повышенной зольностью, камерная топка

Коэффициент А В 0,54 0,20 0,59

0,50

0,56

0,50

П.5. Коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки

Коэффициент распределения тепловосприятия по высоте топки: а – газомазутные топки; б – пылеугольные топки с твердым шлакоудалением; - АШ, тощие и каменные угли, сушонка бурого угля; - бурые угли, фрезторф.

62

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Содержание дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Содержание дисциплины по ГОС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Структура изучения дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Рабочая программа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Тематический план лекций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5. Темы практических занятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6. Темы лабораторных работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Задания на контрольные работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Задание для курсового проекта «Реконструкция парового котла» . . . . . . 5. Практические работы и методические указания к их выполнению . . . . . Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 4 4 5 6 27 27 27 28 28 32 34 59

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.1997г. Санитарно – эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 2003 г.

Подписано в печать Б.кн.-журн.

П.л.

Формат 60x84 1/16 Б.л

Тираж

РТП РИО СЗТУ Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов России 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5