Дипломная работа: Реконструкция котла - утилизатора КСТ-80

Таблица 21 - Тепловой расчет экономайзера

2.3 Расчет впрыскивающего пароохладителя

Впрыскивающий пароохладитель представляет собой участок паропровода перегретого пара, в котором расположена перфорированная труба с отверстиями диаметром 3-5 мм, через которые в пар подается распыленная вода. Для предотвращения попадания на стенку паропровода относительно холодных струй воды в месте установки распылителя в паропроводе имеется разгруженная от давления защитная рубашка с зазором между ней и паропроводом 6-10 мм. Длина защитной рубашки не менее 0,5 метра.

2.3.1 Тепловой расчет

Тепловой расчет выполнен в соответствии с указаниями /7, 113/

В данном дипломном проекте предлагается заменить поверхностный пароохладитель, который в настоящее время работает неэффективно, на впрыскивающий, с целью понижения температуры перегретого пара с 380 ºС до необходимых 280 ºС.

Количество пара Gп, кг/час, после впрыскивающего пароохладителя увеличивается, и находится по формуле:

,                            (1)

где - количество пара до пароохладителя, кг/час;

- количество воды поступающей в пароохладитель, кг/час.

Общее количество воды , кг/час, поступающей в поверхностный пароохладитель определяется по формуле:

,             (2)

где  и - энтальпии перегретого пара и впрыскиваемой воды, поступающих в пароохладитель, кДж/кг;

 - снижение энтальпии пара в пароохладителе, кДж/кг.

Впрыскивать в пароохладителе предполагается питательную воду с температурой  ºС.

Таким образом, исходя из данных полученных в результате теплового расчета котла-утилизатора КСТ-80, имеем:

Количество пара до пароохладителя =23 940 кг/час.

Энтальпия перегретого пара до пароохладителя =3 218 кДж/кг.

Энтальпия питательной воды =419 кДж/кг.

Снижение энтальпии перегретого пара в пароохладителе при снижении его температуры с 380 ºС до 280 ºС составляет =214 кДж/кг.

Тогда общее количество питательной воды поступающей на впрыск согласно формуле (2) будет равно:

, кг/час.

Количество пара с температурой 280 ºС после впрыскивающего пароохладителя согласно формуле (1) будет равно:

, кг/час.

Таким образом, паропроизводительность котельного агрегата увеличится на 5,88%. При оснащении впрыскивающими пароохладителями всех котлов-утилизаторов КСТ-80 и, учитывая, что постоянно в работе находится 3 котла, суммарная паропроизводительность будет равна 76,05 тонн в час. Из этих 76,05 тонн в час 50,04 тонн в час будет направляться в конденсационные турбины, а 26,01 тонн в час - на нужды ОАО «Урал Сталь».

2.3.2 Конструктивный расчет

Выбор числа отверстий производится из условия, что при максимальном расходе воды на впрыск скорость воды в отверстии должна составлять 10-12 метров в секунду. Скорость воды в отверстии , м/сек, определяется по следующей формуле:

,                                    (3)

где - расход воды на впрыск, кг/сек;

- удельный объем впрыскиваемой воды, м3/кг;

- площадь отверстия, м2;

- число отверстий.

Площадь сечения отверстия F, м2, определяется по формуле:

,             (4)

где - диаметр отверстия, м.

Принимаем, согласно рекомендациям в литературе /8, 224/ диаметр отверстия 0,003 метра и скорость воды в отверстии 12 м/сек. Тогда число отверстий n, будет равно:

Принимаем число отверстий n=5.

Надежность работы впрыскивающего пароохладителя зависит от выбора длины защитной рубашки. Длина защитной рубашки определяется для максимальной производительности узла впрыска в зависимости от массовой скорости пара в месте впрыска, при минимальной расчетной нагрузке парогенератора, давления пара и разности температур между паром и каплями влаги в начале и конце участка испарения.

Для определения длины защитной рубашки определяет значения , ºС,:

,              (5)

где - температура пара на входе в пароохладитель, ºС;

- температура насыщения при давлении в пароохладителе, ºС.

 ºС.

,              (6)

где - температура пара на выходе из пароохладителя, ºС;

 ºС.

Определяем длину защитной рубашки по номограммам /8, 226/ на основании значений разностей температур  и .

Пароохладитель выполнен из трубы с внутренним диаметром 169 мм ().

Длину защитной рубашки принимаем: метра.

Защитная рубашка выполнена из трубы с наружным диаметром 159 мм.

2.4 Гидравлический расчет

Задачами гидравлических расчётов трубопроводов могут являться:

1) расчёт перепадов давления при обычных режимах, т.е. расходах меньших критических;

2) определение максимально возможного (критического) расхода пара в паропроводе;

3) определение перепадов давления (и соответственно параметров потока) в паропроводе при продувках в атмосферу.

Для выполнения гидравлических расчётов трубопроводов необходимо располагать параметрами пара на выходе, компоновочными и конструктивными данными по всем элементам трассы трубопроводов.

Компоновочные и конструктивные данные трассы трубопроводов должны содержать: схему трубопроводов, включающую в себя все элементы в последовательности, соответствующей движению потока, геометрические размеры каждого элемента, характеристики всех местных сопротивлений, в том числе арматуры.

В данном дипломном проекте проводится расчёт перепадов давления при обычном режиме.

Ниже приводится принципиальная схема проектируемого паропровода.

На схеме обозначены:

1)  КУ№1-котел-утилизатор КСТ-80 №1

2)  КУ№2-котел-утилизатор КСТ-80 №2

3)  КУ№3-котел-утилизатор КСТ-80 №3

4)  КУ№4-котел-утилизатор КСТ-80 №4

5)  ТГ №1-турбогенератор ТГ-3/6,3-С-1

6) ТГ №2-турбогенератор ТГ-3/6,3-С-1

2.4.1 Гидравлический расчет паропровода

Паропроводы на температуру перегретого пара до 450 ºС и давление не более 4 МПа конструируются из труб, стали 20.

Рекомендуемое значение скорости свежего пара докритических параметров 50-70 м/сек.

Потеря давления в трубопроводе  , Па, определяется по формуле:

,                               (7)

где - линейная потеря давления, Па;

- потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Линейная потеря давления , Па равна:

,             (8)

где - удельная линейная потеря давления, Па/м;

- длина трубопровода, м.

Подавляющее большинство трубопроводов работает в области квадратичного закона сопротивлений, для них (для определения удельной линейной потери давления , Па/м) справедлива следующая формула:

,            (9)

где - коэффициент, определяется по литературе /9, 98/ с учетом абсолютной эквивалентной шероховатости внутренней стенки труб трубопровода, м0,25;

- расход теплоносителя, кг/сек;

 - средняя плотность пара, кг/м3;

- внутренний диаметр участка трубопровода, м.

Внутренний диаметр участка трубопровода , м, определяют по рекомендуемой скорости движения среды, исходя из максимально-возможного в эксплуатации ее расхода:

,            (10)

где - скорость движения среды, м/с.

Потеря давления в местных сопротивлениях, Па равна:

,          (11)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений. Значения этих коэффициентов выбираются по таблицам, приведенным в /9, 99/

Позиции 1, 2, 3, 4 - места врезки паропроводов от соответствующих котлов-утилизаторов КСТ-80.

В связи с тем, что постоянно в работе находится 3 котла из 4-х, для достижения наиболее точного результата гидравлического расчета принимаем, что не работает котел №1 (позиция 1 на рисунке 9).

G - расход пара на участке, кг/сек;

L - длина участка, м;

 - скорость движения пара, м/сек;

P1 - давление пара в начале участка, МПа;

dвн - внутренний диаметр участка трубопровода, мм;

Rл - удельная линейная потеря давления, Па/м;

 - потеря давления на участке, Па;

P2 – давление пара в конце участка, МПа.

Ниже приводится сводная таблица результатов гидравлического расчета выполненного согласно формул (7)-(11)

Таблица 22 - Сводная таблица расчета участка А-В

Участок 4-3.

Принимаем скорость движения пара - 50 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода будет равен:

м

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 351 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления на участке составит:

Па/м.

Линейная потеря давления на участке:

Па.

Местных сопротивлений на участке нет, следовательно, потеря давления на участке будет равна:

Па.

Давление пара P2, Па, в конце участка 4-3 будет равно:

,             (12)

 Па.

Участок 3-2.

Принимаем скорость движения пара - 70 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода будет равен:

м.

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 351 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления на участке составит:

Па/м.

Линейная потеря давления на участке:

Па.

Из местных сопротивлений на участке есть сальниковый компенсатор (), следовательно, потеря давления в местном сопротивлении согласно формулы (11) составит:

 Па.

Полное падение давления на участке по формуле (7) составит:

Па.

Давление пара в конце участка 3-2, согласно формуле (12) будет равно:

 Па.

Участки 2-1 и 1-5.

Принимаем скорость движения пара - 70 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода будет равен:

м

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 351 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления на участке составит:

Па/м.

Линейная потеря давления на участке:

 Па.

Местных сопротивлений на участке нет, следовательно, потеря давления на участке будет равна:

 Па.

Давление пара в конце участка 5-1 согласно формуле (10) будет равно:

 Па.

Расчет падения давления при переходе с участка A-B на B-C, с B-C на C-D, c C-D на D-E (см. рисунок 8).

При переходе используется колено под углом 90º, гладкое R=2d, коэффициент местного сопротивления , количество колен 3.

Тогда падение давления пара при переходе через местное сопротивление согласно формуле (9) будет равно:

Па.

Расчет падения давления на участке B-C-D-DI (см. рисунок 7).

Согласно формуле (9) удельная линейная потеря давления будет равна:

 Па/м.

Линейное падение давления:

, Па.

Расчет падения давления на участке DI-E. Расход пара на турбогенераторы составляет: 13,9 кг/сек. Принимаем скорость движения пара - 70 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода определится:

 м.

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 299 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления:

Па/м.

Линейное падение давления:

Па.

Расчет падения давления при переходе с участка D-E на E-F, с E-F на F-G, c F-G на G-H (см. рисунок 7).

При переходе используется колено под углом 90º, гладкое R=2d, коэффициент местного сопротивления , количество колен 3.

Тогда падение давления пара при переходе через местное сопротивление согласно формуле (11) будет равно:

 Па.

Расчет падения давления на участке E-F (см. рисунок 7).

Согласно формуле (9) удельная линейная потеря давления будет равна:

 Па/м.

Линейное падение давления:

Па.

На данном участке расположены: измерительная диафрагма и нормальная задвижка. Коэффициент местного сопротивления измерительной диафрагмы , задвижки нормальной .

Па.

Полное падение давления на участке:

Па.

Расчет линейного падения давления на участке F-G-H.

Согласно формуле (9) удельная линейная потеря давления будет равна:

Па/м.

Линейное падение давления:

 Па.

Суммируя линейные и местные потери давления по всем участкам и вычитая их из давления в начальной точке получаем давление в точке H:

 Па.             (13)

Таким образом, у потребителей - паровых турбин гарантируется давление свежего пара не ниже 1,034 МПа.

2.4.2 Гидравлический расчет водовода технической воды

В данном подразделе приводится гидравлический расчет водопровода технической воды. Техническая вода поступает на охлаждение конденсаторов турбин из градирен КХП. Градирни вентиляторные №№3, 4, брызгально-капельные производительностью по 2 000 м3/час. На охлаждение обоих конденсаторов требуется 1 800 м3/час. В настоящее время градирни работают не на полную мощность (по охлаждаемой воде), и загрузка их еще на 1 800 м3/час позволит использовать мощность на 100%.

Водопровод спроектирован от насосной №15 оборотного водоснабжения КХП до котельной УСТК. Прокладка водовода воздушная на опорах, общая длина 666 метров. На прямолинейных участках длиной более 50 метров устанавливается двусторонний сальниковый компенсатор. Количество компенсаторов 8. Температурные деформации будут также компенсироваться за счет естественных поворотов трассы.

Исходные данные

Скорость движения воды: принимаем 3 м/сек, длина трассы 666 метров, количество воды 500 кг/сек, эквивалентная шероховатость стенок трубопровода 0,5 мм. Сумма коэффициентов местных сопротивлений определена по литературе /9, 116/ и составляет . Требуется определить падение давления в паропроводе.

Решение:

Согласно формуле (10) определяем внутренний диаметр трубопровода:

м.

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 466 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Коэффициент гидравлического трения по формуле Б.Л.Шифринсона:

,                           (14)

Эквивалентная длина , м, местных сопротивлений равна:

,                                      (15)

м.

Приведенная длина , м, трубопровода равна:

,                                        (16)

, м.

Удельное линейное падение , Па, давления:

,                              (17)

, Па.

Полное падение давления согласно формуле (8) определится:

, Па.

По каталогу выбираем три насоса (два в работе параллельно подключенных и один в резерве) 1Д1250-63а.

Насосы устанавливаются в здании существующей насосной станции №15, на месте демонтированных в настоящее время агрегатов.

Параметры насоса 1Д1250-63а:

Мощность электропривода - 250 кВт

Создаваемый напор - 52,5 м

Производительность - 1100 м3/час

2.5 Тепловой расчет паропровода

Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и обеспечения безопасности труда персонала все трубопроводы, имеющие температуру теплоносителя выше 50 ºС внутри помещений и выше 60 ºС вне помещений, должны иметь тепловую изоляцию. Температура поверхности изоляции должна быть не выше 45 ºС внутри помещений и не более 60 ºС на открытом воздухе.

Потерю теплоты , Вт/м, через изоляцию на 1 метр длины трубопровода определяют по формуле:

             (18)

где - температура среды в трубопроводе, ºС;

- температура окружающего воздуха, ºС;

- суммарное термическое сопротивление, м׺С/Вт.

           (19)

где ,- термическое сопротивление внутренней и наружной поверхностей изолированного трубопровода, м׺С/Вт;

,- термическое сопротивление стенки трубы и слоя изоляции, м׺С/Вт;

            (20)

где - внутренний диаметр трубы, м;

- коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы, Вт/м2׺С.

            (21)

где - наружный диаметр трубы, м;

- коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к изоляции, Вт/м2׺С.

          (22)

где - теплопроводность стенки трубы, Вт/м׺С;

          (23)

где - теплопроводность тепловой изоляции, Вт/м׺С;

- диаметр тепловой изоляции, м.

Величина , связана уравнением теплоотдачи с заданной температурой наружной поверхности изоляции:

         (24)

где - температура наружной поверхности изоляции.

Необходимое значение диаметра тепловой изоляции определяется из совместного решения уравнений (18) и (24).

2.5.1 Тепловой расчет наружного участка паропровода

Принимаем следующие исходные данные:

внутренний диаметр трубы - 351 мм;

наружный диаметр трубы - 377 мм;

коэффициент теплоотдачи от пара к стенке - 10 000 Вт/м2׺С;

коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающему воздуху - 20 Вт/м2׺С;

теплопроводность стенки стальной трубы - 58 Вт/м׺С.

в качестве изоляционного материала выбираем минеральную вату с коэффициентом теплопроводности - 0,08 Вт/м2׺С

температура пара - 280 ºС;

средняя температура наружного воздуха зимнего периода - -8 ºС

температура поверхности изоляции - 30 0 ºС.

Определяем необходимую толщину тепловой изоляции.

По формулам (19)-(23) определяем термическое сопротивление изолированного трубопровода:

 м׺С/Вт;

, м׺С/Вт;

, м׺С/Вт;

Суммарное термическое сопротивление трубопровода:

;

;       (25)

Для нахождения диаметра тепловой изоляции решаем совместно уравнения (18) и (24):

;

м. Тогда толщина изоляции 77 мм.

Для эффективной работы тепловой изоляции необходимо, чтобы соблюдалось условие:

              (26)

             (27)

м.

Условие (26) соблюдается.

Тогда термическое сопротивление паропровода согласно формуле (25) будет равно:

 м׺С/Вт.

Определяем падение температуры пара по длине наружного участка.

Коэффициент местных потерь теплоты .

Расход пара  кг/сек.

Длина паропровода м.

Теплоемкость пара  кДж/кг׺С.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13