- 23 -

Московский государственный университет путей сообщения

Институт транспортной техники и организации производстваКафедра «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта»

Курсовой проект по дисциплине

Котельные установки и парогенераторы

«Тепловой расчет котла ДКВР»

Москва - 2009

План

Введение

1. Объём и состав дымовых газов

2. Расход топлива

3. Адиабатная температура сгорания

4. Температура дымовых газов на выходе из топки

5. Расчет пучка кипятильных труб

6. Котел ДКВР - 6.5 - 14 (продольный разрез)

7. It -диаграмма продуктов сгорания

Задание:



Введение

Паровой котёл ДКВР-6.5-14 - двухбарабанный, вертикально-водотрубный предназначен для выработки насыщенного или слабоперегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (6.5 - производительность котла, т/час; 1,4 - давление в барабане котла, МПа).

Паровой котел имеет экранированную топочную камеру и развитый кипятильный пучок из гнутых труб. Для устранения затягивания пламени в пучок и уменьшения потерь с уносом и химическим недожогом на котлах ДКВР - 6.5 камера догорания отделяется от топки трубами заднего экрана. Между первым и вторым рядами труб котельного пучка всех котлов устанавливается шамотная перегородка, отделяющая пучок от камеры догорания.

Внутри котельного пучка имеется чугунная перегородка, которая делит его на первый и второй газоходы и обеспечивает горизонтальный разворот газов в пучках при поперечном омывании труб.

Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла - асимметричные.

Котел имеет два барабана - верхний (длинный) и нижний (короткий) - и трубную систему. Для осмотра барабанов и установки в них устройств, а также для чистки труб на днищах имеются овальные лазы размером 325х400 мм.

Для удаления отложений шлама в котле имеются торцевые лючки на нижних камерах экранов, для периодической продувки камер имеются штуцеры диаметром 32х3 мм.

Котлы типа ДКВР - 6.5 опорной рамы не имеет. Неподвижной, жестко закрепленной точкой котла является передняя опора нижнего барабана. Остальные опоры нижнего барабана и камер боковых экранов выполнены скользящими. Камеры фронтового и заднего экранов крепятся кронштейнами к обдувочному каркасу. Камеры боковых экранов крепятся к опорной раме.

Паровой котел имеет следующую циркуляционную схему: питательная вода поступает в верхний барабан по двум питательным линиям, откуда по слабообогреваемым трубам конвективного пучка поступает в нижний барабан. Питание экранов производится необогреваемыми трубами из верхнего и нижнего барабанов. Фронтовой экран котла ДКВР - 6.5 питается водой из опускных труб верхнего барабана, задний экран - из опускных труб нижнего барабана. Пароводяная смесь из экранов и подъемных труб пучка поступает в верхний барабан.

Котел снабжен внутрибарабанными паросепарационными устройствами для получения пара.

На котлах типа ДКВР - 6.5 устанавливается следующая арматура: предохранительные клапаны, манометры и трехходовые краны к ним; рамки указателей уровня со стеклами и запорными устройствами указателей уровня; запорные вентили и обратные клапаны питания котлов; запорные вентили продувки барабанов, камер экранов, регулятора питания и пароперегревателя; запорные вентили отбора насыщенного пара (для котлов без пароперегревателей); запорные вентили на линии обдувки и прогрева нижнего барабана при растопке котлов; вентили для спуска воды из нижнего барабана; запорные вентили на линии ввода химикатов; вентили для отбора проб пара; запорный и игольчатый вентили для непрерывной продувки верхнего барабана.

Параметры котла ДКВР- 6,5 - 14

Глубина (по оси котла) топочной камеры 2520 мм, ширина 2730 мм. Объем топки 24,3 куб.м.

Экраны и котельные пучки котла выполнены из труб диаметром 51 мм (толщина стенки 2,5 мм).

Котел оборудован только боковыми экранами. Каждый боковой экран имеет 37 труб, уложенных с шагом 80 мм.

Расположение кипятильных труб - коридорное.

Ширина конвективного пучка (поперек оси котла) 2730 мм, длина по оси котла - 2400 мм.

Число кипятильных труб по оси котла 23 шт., по ширине котла 22 шт.

Поверхность конвективного пучка котла 197,4 кв.м.

Шаг конвективного пучка по оси котла 100 мм, по ширине котла 110 мм.

Высота конвективного пучка 2430 мм.

В первом газоходе по оси котла расположено 13 рядов труб, во втором - 10 рядов.

1. Объем и состав дымовых газов

Состав топлива:

W=12, A=13 S=0.3 C=58,7 H=4,2 N=1.9 O=9.7

12 + 13 + 0.3 + 58,7 + 4,2 + 1.9 + 9.7 = 100

Минимально необходимое количества воздуха для полного сжигания топлива:

= 6.02

В результате полного сжигания топлива в этом количестве воздуха образуются продукты сгорания, объем которых равен:

Азот = 4.77

Трёхатомные газы = 1.097

Водяные пары = 0,712

При избытке воздуха объем водяных паров в продуктах сгорания равен

= 0,76

Полный объем дымовых газов равен



= 9.637

It -диаграмма продуктов сгорания

Задаем коэффициент избытка воздуха в топке = 1,5 и все примеси по ходу дымовых газов = 0,1

топливо и способ сжигания
Сжигание твердого топлива в слое	1,30 - 1,50

газоходы котла
Котельный пучок	0,05 - 0,10

Вычислим действительное количество воздуха , подаваемого в топку

= 1,5 6.02 = 9.03

Выполняем расчет энтальпий продуктов сгорания для температур в диапазоне 800 - 2000 С. Для этого вначале вычислим энтальпию продуктов сгорания при =1.

,

где - произведение средней теплоемкости газа в интервале температур 0 - и температуры газа .

= 100 I⁰_г = 170.1*1.097+129.8*4.77+150.8*0.712 = 913.1

= 200 I⁰_г = 1864

= 300 I⁰_г = 2825.2

= 400 I⁰_г = 3808.3

= 600 I⁰_г = 5864.3

= 800 I⁰_г = 8040.6

= 1000 I⁰_г = 10303.2

= 1200 I⁰_г = 12603.6

= 1500 I⁰_г = 16160.9

= 1600 I⁰_г = 17366.1

= 1800 I⁰_г = 19809.75

= 2000 I⁰_г = 22271

Затем вычислим энтальпию продуктов сгоранияпри заданной температуре и коэффициенте избытка воздуха по формуле

при = 1.5

= 2000 = 22271 + 6.02(1,5 - 1)3066.32 = 31500.5

= 1800 = 28038.4

= 1600 = 24605.5

= 1500 = 22908.1

при = 1.8

= 1200 = 21048.7

= 1000 = 17224.8

= 800 = 13486.5

при = 1.9

= 600 = 10370.6

=400 = 6745.9

= 300 = 5009.4

при = 2.1

= 400 = 7398.7

= 300 = 5494.6

= 200 = 3631.7

= 100 = 1781.8

Коэффициент избытка воздуха уходящих газов равен

, где

- присосы в экономайзере, - присосы в конвективном пучке

_ух = 1,5 + 0,3 + 0,1 + 0,2 = 2.1

2. Расход топлива

Вычислим располагаемое тепло, отнесенное к единице топлива:

Здесь - теплота сгорания топлива, - физическое тепло топлива, равное произведению теплоемкости топлива и его температуры.

топливо	теплоемкость
Уголь	0,95 - 1,10 кДж/кг С

Q^р_р = 22300+1000 = 23300 кДж/кг

Зададим температуру уходящих газов . Для твердых топлив температура уходящих газов выбирается по приведенной влажности топлива . Она равна

где - теплота сгорания топлива, кДж/кг (куб.м), - влажность рабочей массы топлива.

=2.25 = 130С

топливо	, С
угли с < 3,0	120 - 130

Затем вычислим потери тепла с уходящими газами

где - энтальпия минимально необходимого количества воздуха для полного сгорания топлива , отнесенная к температуре в котельной (температуру воздуха в котельной примем 30 С, при этой температуре кДж/м³ ). На It -диаграмме продуктов сгорания для определения энтальпии уходящих газов используем кривую, соответствующую .

Q₂ = 2340.2 - 429.9 = 1910.3

Вычисляем значение , равное

= 1910.3/23300 100 = 8.2

Затем зададим величины химического недожога топлива и механического уноса топлива .

топливо и способ сжигания	, %	, %
Сжигание твердого топлива в слое	0,5 - 1,0	5,0 - 8,0

= 1; = 5; = 2.3

Потери тепла в окружающую среду находим с помощью графика, представленного на рис.1. По оси абсцисс указана паропроизводительность котла.

Рис. 1. Потери тепла в окружающую среду

Для твердых топлив дополнительно оценивается величина потерь тепла в результате удаления шлаков . Она равна

, где

- доля золы топлива в уносе ( принять 0,1 ), - энтальпия золы ( принять 550 кДж/кг золы ), - зольность рабочей массы твердого топлива.

= (550(1 - 0,1)13)/23300 = 0.3

Находим к.п.д. котлоагрегата

_к = 83.2

Расход топлива котлоагрегатом равен

Здесь и - соответственно паропроизводительность котлоагрегата и расход продувки, - энтальпия перегретого пара (т. к. пароперегреватель отсутствует, то принимаем ), и - соответственно энтальпия сухого насыщенного пара и кипящей жидкости (параметры на линии насыщения при давлении в барабане котла), - энтальпия питательной воды на входе в котел. Температуру питательной воды принимаем равной 100 С.

= [1,75(2788 - 632) + 0,135(826 - 632)/ 2043410] 100= 0,2



3. Адиабатная температура сгорания

Тепло, вносимое в топку , равно

= 23300(94/95) + 307 = 23361.7

где - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре воздуха в котельной.

С помощью It -диаграммы продуктов сгорания по кривой, соответствующей , определяем адиабатную температуру сгорания так, как это показано на рисунке.

t_а 1526С

4. Температура дымовых газов на выходе из топки

По чертежам котлоагрегата вычисляем суммарную поверхность стен топки .

= 235322730+225202730+235322520 = 50845200 мм² = 50.84 м²

Затем вычисляются площади поверхностей топки, занятых экранами. Экранов в топке может быть несколько. Например, фронтальный, задний, боковые и др. Площадь поверхности -ого настенного экрана обозначим. . Она равна

= ((37-1)*80+55)*2520 = 7396200 = 7.39 м²

Здесь - количество экранных труб на экранируемой поверхности, - шаг экранных труб, и - соответственно наружный диаметр и высота экранной трубы. Последняя величина определяется по чертежам котла.

F_б = 2 [(37 - 1) 80 + 51] 2520 = 14792400 мм² = 14.79 м²

Средняя тепловая эффективность экранов равна

.

где , - угловой коэффициент i-ого экрана (определяется по номограмме), - коэффициент загрязнения этой экранной поверхности. При сжигании углей в слое = 0,60.

_ср = (8.7)/50.84 = 0,17

По составу дымовых газов находятся объемные доли трехатомных газов

, где

и - объемы трехатомных газов в продуктах сгорания, - объем дымовых газов при значении коэффициента избытка воздуха на выходе из топки .

= 1.097/9.637 = 0,114

= 0,76/9.637 = 0,079

Далее вычисляем эффективную степень черноты факела . При сжигании твердых топлив эффективная степень черноты факела рассчитывается по формуле

,

где - коэффициент ослабления лучей топочной средой, - давление в топке (= 1 атм), - эффективная толщина излучающего слоя в топке. Она равна

, где

- объем топки в кубических метрах.

Коэффициент ослабления лучей равен

, где

- коэффициент ослабления лучей зольными частицами, - безразмерная концентрация золы в дымовых газах, и - коэффициенты, зависящие от рода топлива и способа его сжигания. Так при сжигании бурых и каменных углей = 0,5 . При слоевом сжигании твердого топлива= 0,03.

Для вычисления с помощью программы нужно, в частности, знать содержание золы в топливе , средний диаметр частиц золы и величину ее уноса. При слоевом сжигании этот диаметр равен 20 мкм, а унос составляет 10%. Объем воздуха, подаваемого в топку, принимаем равным

= 1.72 м; = 0.5 = 0,779; = 0,114 + 0,079 = 0,19; = 6,467; = 0,1

= 0.81

= 1 - exp (- 1.39) = 0,3

Вычисляем степень черноты топки по формуле:

, где

- отношение площадей зеркала горения слоя топлива к полной поверхности стен топки . = 0,18

= 0,3/[(1 - (1 - 0,3) (1 - 0,17) (1 - 0,18)] = 0,63

Расчетный расход топлива равен

= 0,2 (1 - 0,05) = 0,19

Критерий Больцмана вычисляем по формуле



, где

= 5,73 10 -⁸ Вт/м ² К ⁴ ,

-

коэффициент сохранения тепла, - средняя теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от до . Последняя величина оценивается как

, где

и - соответственно адиабатная температура и температура дымовых газов на выходе из топки (в градусах Цельсия), - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки. Последняя величина является целью расчета настоящего раздела. Поэтому необходимо предварительно задать величину ( диапазон ожидаемых значений этой температуры 800 - 1100 С) и далее действовать согласно рисунку

Кривая 1 на рисунке соответствует , кривая 2 - значению .

= 0,97; = 900С; t_а 1526С; = 23362; =15345

=8016/626 = 12.8

Bo = 0.84

Теперь вычисляем отношение температур и (температуры в градусах Кельвина) по следующей формуле

, где

,

есть отношение высоты расположения горелки от пода топки к высоте топки. При сжигании твердого топлива в тонком слое = 0. С помощью It -диаграммы дымовых газов (кривая ) по величине или = - 273 определяется значение (см. рисунок выше).

1199; = - 273 =926С 15832

Количество тепла, воспринятое в топке за счет излучения, отнесенное к единице топлива, равно

= 7304

5. Расчет пучка кипятильных труб

Задаем температуру продуктов сгорания на выходе из пучка кипятильных труб = 500. С помощью этой температуры и кривой на It -диаграмме, соответствующей значению , находим энтальпию продуктов сгорания за конвективным пучком = 8532. И далее определяем тепловосприятие пучка кипятильных труб по формуле теплового баланса

, где

- энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки ( = 15832).

Исходя из конструктивных размеров котлоагрегата определяем минимальное живое сечение для прохода дымовых газов в пучке кипятильных труб.

F = [ (1 + n) S - n d] H = 2,1 м²

С помощью программы определяем коэффициент теплоотдачи со стороны продуктов сгорания для коридорного пучка труб при поперечном обтекании его газами с температурой = (926+500)/2 = 713, где -температура дымовых газов на выходе из топки. = 41.7

15832-8532+412.5 = 7713

Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к пароводяной смеси в кипятильных трубах равен

,где

- коэффициент тепловой эффективности (= 0,60 - 0,65). Величину коэффициента теплоотдачи излучением так же вычисляем с помощью программы. Температура стенок труб пучка принимается равной , где - температура нагреваемой среды. Для котельного пучка она равна температуре кипения воды в барабане котла. При сжигании твердого топлива .

= 254;

= 0,65 (31.7+12) = 28.4

Далее с помощью уравнения теплопередачи оцениваем тепловосприятие пучка кипятильных труб

,где

- площадь поверхности теплообмена кипятильного пучка (принимается согласно конструктивным размерам котлоагрегата), - температурный напор. Он вычисляется по формуле:

, где

где , , - температура кипения воды в барабане котла.

= 926 - 194 = 732;

= 500 - 194 = 306;

490

Тепло, расходуемое котлом на генерацию пара, определяем по формуле



, где

- энтальпия питательной воды на входе в котел. Т. к. пароперегреватель отсутствует, то энтальпия пара на выходе из котла принимается .

18636

Если принять 11187, то тепло, расходуемое на подогрев питательной воды в экономайзере, равно

= 18636 - 7304 - 11187 = 145

Так как тепло, расходуемое на подогрев питательной воды в экономайзере относительно невысок, мы делаем вывод, что необходимости в установки экономайзера нет.



Вертикально-водотрубный котел ДКВР-6,5-14

1 - коллектор переднего экрана;

2 - опускные трубы переднего коллектора;

3 - подъемные трубы переднего коллектора, образующие передний топочный экран;

4 - трубы бокового экрана;

5 - питательные трубы боковых коллекторов;

6 - линия непрерывной продувки;

7 - верхний барабан;

8 - предохранительный клапан;

9 - подвод питательной воды;

10 - камера догорания;

11 - конвективные (кипятильные) трубы;

12 - стационарное обдувочное устройство;

13 - чугунная перегородка, разделяющая конвективный пучок труб на первый и второй газоходы;

14 - нижний барабан;

15 - линия периодической продувки нижнего барабана;

16 - трубы, соединяющие нижний барабан с коллектором заднего экрана;

17 - коллектор заднего экрана;

18 - трубы заднего экрана;

19 - коллектор бокового экрана.