Kotlovi i peci

Mašinski fakultet Sarajevo Katedra za energetiku

KOTLOVI I PEĆI Projektni zadatak II - Blok šema kotla; Lentz-ov dijagram Školska godina: 2012/13

Mašinski fakultet Sarajevo Katedra za energetiku Predmet: Kotlovi i peći V. ass. mr Nihad Hodžić, dipl.ing. STUDENT: ________________________________ Projektni zadatak II: Blok šema kotla; Lentz-ov dijagram Na osnovu goriva iz projektnog zadatka 1 i zadatog tipa kotla, kao i na osnovu zadatih parametara radnog medija skicirati kotao (raspored ogrjevnih površina) i definisati njegovu blok šemu. Izračunati toplotu prihvaćenu u pojedinim elementima kotla (isparivač, pregrijač, međupregrijač, ekonomajzer, zagrijač vazduha) i na osnovu toga odrediti temperaturni tok prijemnika (radnog medija), odnosno

predajnika toplote (produkata sagorijevanja). Proračun raditi za nominalno (indeks “n”) i maksimalno trajno (indeks “m”) opterećenje kotla, i za oba ta slučaja nacrtati Lentz-ov dijagram. Podaci: 86 / 104 180 140 540 190 240 170 / 180 80 / 96 540 35 / 33

Gorivo za koje se vrši proračun je ugalj Ugljevik-TE, koji ima sljedeći elementarni sastav: c = 0,2977 n = 0,0056 h = 0,0298 o = 0,0955 s = 0,0101 w = 0,3654 a = 0,1959

Sarajevo; 13.12.2012 godine Zadatak izdao: V. ass. mr Nihad Hodžić, dipl.ing.

1. Skica kotla Na osnovu slike kotla, dobijene uz Projektni zadatak II, crta se skica kotla koja daje prostorni raspored ogrijevnih površina u kotlu.

2. Blok šema kotla Na osnovu skice kotla crta se blok šema kotla sa koje se vidi tok strujanja kotlovskih medija (produkti sagorijevanja, napojna voda, vazduh za sagorijevanje, pregrijana para) kroz kotlovske elemente.

3.

Koeficijent viška vazduha na pojedinim karakterističnim mjestima u kotlu

R.br.

Karakteris tično mjesto

1.

Ložište

2.

PP3

Nominaln o opterećenj e

Maksimalno opterećenje

λ

Δλ

λ

Δλ

1,15 1,18 1,18

0,03

1,17 1,20 1,20

0,03

0,01

0,015

3.

PP4

4.

PP5

5.

MP2

6.

MP1

7.

KPP

8..

EKO

9.

ZZ2

10.

ZZ1

1,19 1,19 1,20 1,20 1,21 1,21 1,23 1,23 1,25 1,25 1,27 1,27 1,30 1,30 1,33 1,33 1,36

1,215 1,215 1,23 1,23 1,245 1,245 1,275 1,275 1,305 1,305 1,335 1,335 1,375 1,375 1,415 1,415 1,45

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03

0,015 0,015 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,035

Tabela 3.1

4. Određivanje vrijednosti gubitaka i stepena korisnosti kotla R.br.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Gubitak, stepen korisnosti u1 u2 u3 u4 u5 u6 u7 u8

Vrijednost, Nominalno 0 0,24 0,08 99,68 0 0,05 2 97,63 9,77 0,50 99,50 87,36

Maksimalno 0 0,25 0,09 99,66 0 0,08 2,2 97,38 10,95 0,30 99,70 86,13

Tabela 4.1 Napomena: Tablice za gubitke se nalaze u udžbeniku autora Smajević I., Hodžić N.: „Kotlovi, ložišta i peći - izvodi iz teorije i zadaci“ 4.1 Računsko određivanje gubitka toplote sa izlaznim gasovima Računsko određivanje gubitka toplote sa izlaznim gasovima vrši se pomoću obrasca:

Za nominalni režim rada kotla je poznato: - Temperatura dimnih gasova na izlazu iz kotla - vidi zadatak :

ºC

- Koeficijent viška vazduha na kraju kotla – vidi Tabelu 3.1: - Iz I-t dijagrama (Projektni zadatak I), a na osnovu prethodna dva podatka se može očitati vrijednost entalpije dimnih gasova na kraju kotla: 1183,47

Za maksimalni režim rada kotla je poznato: - Temperatura dimnih gasova na izlazu iz kotla – vidi zadatak:

ºC

- Koeficijent viška vazduha na kraju kotla – vidi Tabelu 2.1:

1,45

- Iz I-t dijagrama (Projektni zadatak I), a na osnovu prethodna dva podatka, se može očitati vrijednost entalpije dimnih gasova na kraju kotla: 1322,01

Također su poznate ili se mogu izračunati i sljedeće vrijednosti: - Entalpija okolnog vazduha je: - Minimalno potrebna količina vazduha za sagorijevanje (Projektni zadatak I): 3,1567 Ukupna entalpija korištenog vazduha za sagorijevanje, računata za temperaturu okoline je i iznosi: - za nominalni režim rada kotla: - za maksimalni režim rada kotla:

87,49 93,28

.

Konačno, gubitak toplote sa izlaznim dimnim gasovima, zavisno od režima rada kotla iznosi: 9,77

10,95

Primjetno je da su računske vrijednosti manje od preporučenih – nužna korekcija gubitaka . 5. Količina goriva potrebna za sagorijevanje u ložištu Ukupna količina goriva izračunava se iz relacije:

Za nominalni rad kotla je produkcija svježe pare D1 = 86 kg/s, a za maksimalni D1 = 104 kg/s. Donja toplotna moć goriva je Hd = 11,18 MJ/kg.



Na osnovu parametara radnih medija u kotlu, iz tablica se očitavaju vrijednosti entalpija:

  Radni medij

Temperatura

Pritisak

Entalpija

Napojna voda

240

190

1040,1

Pregrijana para

540

140

3430

Međupregrijana para -ulaz

263

35

2863

Međupregrijana para -izlaz

535

33

3543



Tabela 5.1

 

Sada se na osnovu svih poznatih podataka može izračunati potrošnja goriva:



- nominalni režim rada kotla:



- maksimalni režim rada kotla:

26,61 31,88

 Gasifikovana količina goriva je



- nominalni režim

i iznosi: 26,53

- maksimalni režim

31,78

6. Proračun toplote unesene u ložište i raspored prihvaćene toplote Ukupno unesena toplota u ložište je , što daje sljedeće vrijednosti:



- nominalni režim :

298



- maksimalni režima :

356

Toplota prihvaćena u kotlu je , pa je:



- nominalni režim - maksimalni režim

260

307

Toplota prihvaćena u zagrijaču vode (ekonomajzeru) je , gdje je entalpija vode na izlazu iz zagrijača, koja se računa u odnosu na pritisak kotla =180 i temperaturu Temperatura zasićenja za kotlovski pritisak je: 357, pa je temperatura napojne vode iza ekonomajzera jednaka: 347 ºC Iz tablica za vodu i vodenu paru se očitava vrijednost entalpije za parametre pk i tE: 1732 Konačno, prihvaćena toplota u ekonomajzeru je:



- nominalni režim :

60



- maksimalni režim :

72

Toplota prihvaćena u isparivaču je , gdje je - entalpija mokre pare na izlazu iz isparivača, računa se kao:

i x =i ' + x ( i ' ' −i ' ) 

Usvaja se x=0,97 . Za pk=180 bar je i'= 1732



i i“= 2510 tako da je:

2486,66

 

Uvrštavanjem poznatih vrijednosti dobija se da je razmjenjena toplota u isparivaču, zavisno od

režima rada kotla, jednaka:



- nominalni režim:



- maksimalni režim: 78

 

65

Toplota prihvaćena u pregrijaču pare je - nominalni režim :

81



- maksimalni režim :



98

Toplota prihvaćena u međupregrijaču je



- nominalni režim :

54



- maksimalni režim :

58

Količina toplote prihvaćena u zagrijaču vazduha je

Vazduh

Temperatura

Specifična toplota

Entalpija

Prije zagrijača Iza zagrijača

20 300

1,3197 1,3368

26,39 406,87

Tabela 6.1 Entalpija predgrijanog vazduha se računa preko izraza , pa je:  - nominalni režim : 1477 , 95,8 - maksimalni režim :

1502,7 ,

97,4

Prihvaćena toplota u zagrijaču zraka je:



- nominalni režim :

36



- maksimalni režim :

45

Prva provjera proračuna: -nominalni režim : 259,93259,93 -maksimalni režim: 307,03307,03 Zaključak: Prva provjera zadovoljena. 7. Teorijska temperatura u ložištu Adijabatska entalpija (unešena energija u ložište kotla) je: . - nominalni režim : 12428,15 - maksimalni režim : 12428,12 Koeficijent viška vazduha na ulazu u ložište kotla jednak:



- nominalni režim :

1,15

- maksimalni režim : 1,17 Prema tome se iz I-t dijagrama (Projektni zadatak I) očitavaju vrijednosti adijabatskih temperatura u ložištu u iznosu od:



- nominalni režim:

1725,5 ºC

- maksimalni režim: 1704,6 ºC

Druga provjera proračuna:



- nominalni režim : - maksimalni režim:

Zaključak: Druga provjera proračuna zadovoljava.

8.

Temperatura produkata sagorijevanja na izlazu iz ložišta

Ova temperatura se određuje računski u zavisnosti od eksperimentalno utvrđene vrijednosti temperature omekšavanja pepela:

Zbog nedostatka tačne vrijednosti za dati ugalj (Đurđevik-TE) zbog okvirnog proračuna usvajamo temperatura omekšavanja pepela 1160 ºC tako da je temperatura produkata na izlazu iz ložišta: 1130 ºC Obzirom da su vrijednosti koeficijenta viška vazduha na kraju ložišta:



- nominalni režim :

1,18

- maksimalni režim : 1,20 Onda se iz I-t dijagrama mogu očitati vrijednosti entalpija produkata sagorijevanja na kraju ložišta:



- nominalni režim :

7912,11

- maksimalni režim : 8015,80 Količina toplote predata ozračenim površinama računa se kao



- nominalni režim: - maksimalni režim:

119 MW

140 MW

Treća provjera proračuna: -nominalni režim: 0 = 0 -maksimalni režim: 4 > 0 Zaključak: Treća provjera proračuna zadovoljava za oba režima rada kotla. , a to znači da je potrebno predvidjeti i ugraditi konvektivne isparivačke ogrijevne površine -količina toplote potrebna za isparavanje je veća od zračenjem razmijenjene toplote u ložištu.

9. Temperatura produkata sagorijevanja po mjestu u kotlu

9.1 Temperatura produkata sagorijevanja iza PP3 Entalpija produkata sagorijevanja iza prvog kotlovskog elementa, pregrijač pare PP3, se računa kao:

  

Pa je za različite režime rada kotla: - nominalni režim : 7655,98 - maksimalni režim : 7757,74

Znajući vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla, na ovom mjestu u kotlu:



- nominalni režim :

1,19

- maksimalni režim : 1,215 Onda se iz I-t dijagrama mogu očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja na ovom mjestu:



- nominalni režim :

1191,1 ºC

- maksimalni režim : 1087,3 ºC 9.2 Temperatura produkata sagorijevanja iza PP4 Entalpija produkata sagorijevanja iza pregrijača pare PP4 je:

 

Odakle je za date vrijednosti: - nominalni režim :

7399,85

- maksimalni režim : 7499,68

Vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla, na ovom mjestu u kotlu su:



- nominalni režim :

1,20

- maksimalni režim : 1,23 Iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja iza pregrijača pare PP4



- nominalni režim :

1051,8 ºC

- maksimalni režim : 1044,8 ºC Temperatura produkata sagorijevanja iza PP5 Entalpija produkata sagorijevanja iza pregrijača pare PP5 je:



Pa je za:



- nominalni režim :

7143,72

- maksimalni režim : 7241,62 Koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla , na ovom mjestu u kotlu je:



- nominalni režim : 1,21



- maksimalni režim : 1,245

 Pa se iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja iza pregrijača pare PP5:



- nominalni režim :

1013,1 ºC

- maksimalni režim : 1002,8 ºC

9.4 Temperatura produkata sagorijevanja iza MPP2 Entalpija produkata sagorijevanja iza konvektivnog pregrijača pare je:

 

Pa je za: - nominalni režim : 6113,24 - maksimalni režim : 6318,68

Znajući vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla , i na ovom mjestu u kotlu:



- nominalni režim :

1,23

- maksimalni režim : 1,275 Iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja na ovom mjestu:



- nominalni režim :

868,8 ºC

- maksimalni režim: 874,5 ºC 9.5 Temperatura produkata sagorijevanja iza MPP1 Entalpija produkata sagorijevanja iza konvektivnog pregrijača pare je:

 

Pa je za: - nominalni režim : 5082,75 - maksimalni režim : 5395,73

Znajući vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla , i na ovom mjestu u kotlu:



- nominalni režim : - maksimalni režim : 1,305

1,25

Iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja na ovom mjestu:



- nominalni režim :

728,2 ºC

- maksimalni režim: 744,9 ºC 9.6 Temperatura produkata sagorijevanja iza KPP Entalpija produkata sagorijevanja iza konvektivnog pregrijača pare je:

 

Pa je za: - nominalni režim : 4826,62 - maksimalni režim : 5137,67

Znajući vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla , i na ovom mjestu u kotlu:



- nominalni režim :

1,27

- maksimalni režim : 1,335 Iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja na ovom mjestu:



- nominalni režim :

687,2 ºC

- maksimalni režim: 698,7 ºC 9.7 Temperatura produkata sagorijevanja iza zagrijača vode- EKO Entalpija produkata sagorijevanja iza zagrijača vode je:

 

Pa je za: - nominalni režim : 2572,30 - maksimalni režim : 2866,37

Znajući vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla , i na ovom mjestu u kotlu:



- nominalni režim : 1,30 - maksimalni režim : 1,375

Iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja na ovom mjestu:



- nominalni režim :

373,6 ºC

- maksimalni režim : 397,1 ºC 9.8 Temperatura produkata sagorijevanja iza zagrijača zraka –ZZ2 Entalpija produkata sagorijevanja iza druge sekcije zagrijača zraka je:

 

Pa je za: - nominalni režim

1881,68

- maksimalni režim : 2163,73 Znajući vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla , na ovom mjestu u kotlu:



- nominalni režim : 1,33

- maksimalni režim : 1,455 Iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja na ovom mjestu:



- nominalni režim :

271,1 ºC

- maksimalni režim: 295,8 ºC 9.9 Temperatura produkata sagorijevanja iza zagrijača zraka- ZZ1 Entalpija produkata sagorijevanja iza druge sekcije zagrijača zraka je:

 

Pa je za: - nominalni režim :

1191,05

- maksimalni režim : 1461,09 Znajući vrijednosti koeficijenta viška vazduha, za pojedine režime rada kotla , na ovom mjestu u kotlu:



- nominalni režim : 1,36 - maksimalni režim : 1,45

Iz I-t dijagrama mogu se očitati vrijednosti temperatura produkata sagorijevanja na ovom mjestu:



- nominalni režim :

171,2 ºC

- maksimalni režim : 198,2 ºC Četvrta provjera proračuna: Ova provjera treba da zadovoljava uslov:

Zaključak: Pošto ovaj uslov nije ispunjen (razlika projektne i računske temperature dimnih gasova na kraju kotla nije manja od 5), to znači da treba povećat temperaturu zagrijanog zraka ili smanjiti temperaturu napojne vode.