Расчет водогрейного котла ПТВМ 50

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет водогрейного котла ПТВМ 50

Введение

В данной работе произведем тепловой и проверочный тепловой расчеты водогрейного котла ПТВМ - 50, применяемого для нагрева сетевой воды систем отопления, как при эксплуатации в котельных коммунальной сферы, так и промышленно - отопительных котельных (ТЭЦ).

Котел ПТВМ - 50 характеризуется малыми сроками пуска и останова, поэтому котел эксплуатируется, как в качестве основного источника тепла с температурой теплоносителя 70° - 150°С, так и пикового с температурой теплоносителя 105°- 150°С.

Котлы серии ПТВМ могут работать на двух видах топлива: жидком (мазут) и газообразном (природный газ).

В связи с тем, что для работы на жидком топливе необходимы капитальные вложения в организацию и последующею эксплуатацию топливного хозяйства, а эффективность от сжигания мазута не так уж велика, большая часть котлов данной серии переоборудована под работу на газообразном топливе, что в сою очередь и обеспечило сокращения времени на пуск котла.

При тепловом расчете котла ПТВМ - 50, в качестве топлива будем применять газообразное топливо (природный газ).

1. Исходные данные

Таблица 1 - Технические характеристики котла

Комплектующие для котла ПТВМ-50:

1) конвективные поверхности нагрева;

2) топочные камеры;

3) топочные экраны, которые обеспечивают охлаждение стенок труб;

4) горелки для котла;

5) экономайзер для котла ПТВМ-50;

Таблица 2 - Конструктивные и технико-экономические характеристика отопительного котла типа ПТВМ-50.

Таблица 3 - Сравнение технических характеристик котла при работе на жидком и газообразном топливе.

Таблица 4 - Расчетные характеристики газообразных топлив.

Таблица 5 - Объемы воздуха и продуктов сгорания газообразных топлив.

2. Описание конструкции котла и топочное устройство

Котел ПТВМ-50 предназначен для выработки горячей воды с температурой до 150 °С в отдельно стоящих котельных для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначений. Котлы ПТВМ-50 выпускаются для работы как в основном режиме, так и в пиковом режимах (для подогрева сетевой воды) соответственно от 70 до 150 °С и от 110 до 150 °С [1].

Котёл ПТВМ-50 состоит из системы трубной, объединяющей топочную камеру и конвективную поверхность нагрева, и газомазутных горелок (рис. 1).

Рисунок 1 - Условная схема котла ПТВМ-50: 1 - дымовая труба; 2 - конвективные поверхности нагрева; 3 - камерная топка; 4 - газомазутная горелка; 5 - вентилятор.

Котёл ПТВМ-50 имеет башенную компоновку: над топочной вертикальной камерой призматической формы располагается конвективная поверхность нагрева. Трубная система за верхние коллекторы подвешивается к каркасной раме и свободно расширяется вниз (рис. 2).

а)

б)

Рисунок 2 - Схема котла ПТВМ-50.

Топочная камера экранирована трубами диаметром 60х3 мм с шагом S=64 мм, входящими в коллекторы диаметром 273х10 мм и диаметром 219х10 мм. Конвективная часть набирается из U-образных ширм из труб диаметром 28х3 с шагом S1=64 мм, S2=40 мм.

При работе на мазуте котел ПТВМ-50 включается по прямоточной схеме: подвод воды осуществляется в поверхности нагрева топочной камеры, отвод воды - из конвективной поверхностей нагрева.

При работе только на газообразном топливе включение котла ПТВМ50 по воде выполняется по противоточной схеме: подвод воды - в конвективные поверхности нагрева, отвод воды - из поверхностей нагрева топочной камеры.

Котёл ПТВМ-50 оборудован двенадцатью газомазутными прямоточновихревыми горелками ГМПВ-6, расположенными на боковых сторонах по 6 штук. Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором.

Котел имеет облегченную обмуровку, которая крепится непосредственно к экранным трубам. Общая толщина обмуровки 110 мм.

Над отопительным котлом установлена дымовая труба, обеспечивающую естественную тягу. Труба опирается на каркас.

Отопительный котел установлен полуоткрыто: в помещении размещаются только горелки, арматура, вентиляторы и т.д. (т.е. нижняя часть котлоагрегата), а все остальные элементы котла расположены на открытом воздухе.

Вода в отопительном котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы отопительного котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму, а в летний -- двухходовая по пиковому режиму.

При четырехходовой схеме циркуляции вода в отопительном котле из теплосети подводится в один нижний коллектор и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, преодолевая подъемы и спуски, после чего вода также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть.

Рисунок 3 - Схема движения воды в отопительном котле ПТВМ-50 при основном режиме (а); пиковом режиме (б): 1 - подводящие и отводящие коллекторы; 2 - соединительные трубы; 3 - фронтальный экран; 4 - конвективный пучок труб; 5,6 - левый и правый боковые экраны; 7 - задний экран; 8 - коллекторы контуров.

При двухходовой схеме вода в отопительном котле поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева, нагревается, после чего отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти вдвое больше воды, чем при четырехходовой схеме. Это объясняется тем, что при летнем режиме работы котла нагревается большее, чем в зимний период, количество воды и она поступает в отопительный котел с более высокой температурой (ПО вместо 70 °С).

Перевод парового котла ПТВМ-50 с жидкого топлива на природный газ имеет ряд преимуществ: значительно снижаются выбросы в окружающую среду; нет необходимости складирования запасов топлива; удобный способ транспортировки топлива. Кроме того, замена в котлах жидкого топлива газовым позволяет увеличить их теплопроизводительность (таблица 3), за счет: дополнительного экранирования топок; повышения теплового напряжения топочного объема; правильного выбора количества горелок, их конструкции и мест установки; улучшения условий теплопередачи в конвективной части котла благодаря уменьшению загрязненности поверхностей нагрева; увеличения коэффициента полезного действия (КПД) котла, благодаря отсутствию потерь тепла с механическим и химическим недожогами и возможности сжигания газа с меньшими избытками воздуха.

Перевод водогрейного котла на сжигание природного газа, предусматривает самостоятельную систему регулирования подачи топлива.

Мазут остается резервным топливом.

Приборы контроля приняты в соответствии со следующими принципами:

- параметры, наблюдение за которыми необходимо для правильного ведения технологического процесса и осуществления предпусковых операций, измеряются показывающими приборами;

- параметры, учет которых необходим для хозяйственных расчетов или анализа работы оборудования, контролируются самопишущими приборами;

- параметры, изменение которых может привести к аварийному состоянию оборудования, контролируются сигнализирующими приборами.

При работе на газе значительно улучшается эксплуатация газовых топок. Отсутствует необходимость в громоздких устройствах топливоподготовки, топливоподачи и золоудаления. Упрощается обслуживание агрегата, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Вместе с тем следует иметь в виду и некоторые отрицательные особенности газообразного топлива. В первую очередь это относится к тому, что большинство горючих газов ядовиты, а также взрывоопасны. В связи с этим эксплуатация газовых топок требует повышенного контроля утечек горючего газа.

Для обеспечения безопасной эксплуатации и повышения эффективности работы энергетического котла при переходе с мазута на природный газ требуется реконструкция систем топливоподачи и управления его горелками.

Сжигание газа совместно с другими видами топлива при недостатке газообразного топлива, а также при аварийном прекращении его подачи котлы должны переходить на резервное топливо - мазут или уголь.

Переход с одного вида топлива на другое должен производиться без прекращения работы установки, поэтому происходит сжигание газа совместно с другими видами топлива.

Расположение на топке ряда автономных газовых и мазутных горелок приводит к значительному усложнению топливных и воздушных коммуникаций и затрудняет эксплуатацию.

Кроме того, для защиты от обгорания неработающих горелок через их амбразуры приходится подавать воздух, что ухудшает воздушный режим в топке.

В связи с этим применяются комбинированные газомазутные горелки. Эти горелки разработаны на основе проверенной практикой газовой горелки, в которую встраивается мазутная форсунка.

При наличии резервного топлива и комбинированных горелок сжигание различных топлив осуществляют раздельно.

Установлено, что совместное сжигание газа совместно с другими видами топлива приводит к увеличению потерь теплоты от химического и механического недожога, что связано, в частности, со снижением концентрации окислителя в зоне горения топлива.

При сжигании только природного газа или вместе с жидким топливом, камера имеет очертания, показанные на рисунки 4.

Рисунок - 4 Схема топочной камеры при сжигании газа.

Назначением горелки, кроме ввода в топку необходимых для достижения заданной производительности агрегата количеств газа и окислителя, является организация смесеобразования и создание у ее устья устойчивого фронта воспламенения для зажигания выходящей из горелки газовой смеси. Для сжигания газов применяется большое число различных типов горелок, отличающихся как по принципу работы, так и по конструктивному оформлению. Существующий парк промышленных горелочных устройств имеет в настоящее время более 1,5 млн. единиц не менее 250 типов.

Газообразное топливо может применяться для котлов любой мощности, общая производительность всех горелок должна обеспечивать полную тепловую мощность установки, т. е, соответствовать расчетному расходу топлива с запасом 10 - 20 %. С увеличением количества горелок единичная их производительность уменьшается. При этом появляется возможность более плавного регулирования производительности установки путем отключения отдельных горелок. Вместе с тем усложняются воздушные и газовые коммуникации и несколько усложняется эксплуатация агрегата.

Широкое распространение находят комбинированные газомазутные горелки, предназначенные для раздельного и совместного сжигания мазута и газа. Газомазутные горелки создаются из обычных газовых горелок, в центральную часть которых устанавливают мазутную форсунку. Имеются газомазутные горелки как с периферийной, так и с центральной раздачей газа.

На рисунке 5 показаны комбинированные газомазутные горелки типа ГМГМ. Такие модернизированные газомазутные горелки предназначены для раздельного сжигания жидких топлив и природного газа. В ряде случаев допускается использование горелок и для совместного сжигания топлив.

Давление мазута перед форсункой 2 МПа, давление пара на распыливание мазута - до 0,2 МПа, давление газа - 3,8 кПа. Диапазон регулирования от номинальной тепловой мощности 20 - 100 %. Изготавливаются также газомазутные горелки типа ГМ, предназначенные для раздельного сжигания жидкого и газового топлив. Розжиг газомазутных горелок осуществляется при помощи электроискры запально-защитным устройством (ЗЗУ).

Рисунок 5 - Газомазутная горелка типа ГМГМ: 1 - заглушка; 2 - мазутная форсунка; 3 - газовоздушная часть; 4 - лопаточный завихритель вторичного воздуха; 5 - лопаточный завихритель первичного воздуха; 6 - монтажная плита; 7 - место установки запальника.

Горелки котла ПТВМ-50 разделены на четыре группы. Группа горелок состоят из одной растопочной горелки и двух основных горелок. Растопочная горелка оснащена датчиком контроля факела и защитно-запальным устройством (ЗЗУ). Остальные горелки воспламеняются от растопочной горелки. Контроль факела основных горелок ведется по растопочной горелке. Расположение и нумерация горелок на котле представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Расположение горелок на котле: группа №1 - горелки 1, 3, 5*; группа №2 - горелки 2, 4, 6*; группа №3 - горелки 7*, 9, 11; группа №4 - горелки 8*, 10, 12. * - растопочные горелки

Система управления нижнего уровня состоит из блока газооборудования (БГ). Блок газооборудования обеспечивает подачу газа на группу горелок и прекращение подачи в случае возникновения аварийной ситуации. Рассмотрим систему газоснабжения. Схема газопроводов котла приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Схема газопроводов котла ПТВМ-50

На газопроводе отводе от существующего коллектора котлу последовательно по ходу газа установлены: задвижка с электрифицированным приводом, связанная с блокировками и защитами котла; поворотная заглушка (кольцо); диафрагма измерительная; заслонка регулирующая. Далее на подводе газа к горелкам установлены блоки газооборудования.

Подвод и распределение газа к каждой группе горелок обеспечивается соответствующим газовым блоком БГ. Схема газовых блоков показана на рисунке 8. Общая разводка газа к запальникам в схеме отсутствует, так как подвод газа к ним выполнен в газовых блоках. Растопочные горелки оснащены газовыми заслонками.

Рисунок 8 - Схема подвода газа и воздуха к группе горелок.

3. Тепловой расчет котлоагрегата ПТВМ-50

3.1 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания топлива

Таблица 6 - Объемы газов и объемные доли 3-х атомных газов

Подсос воздуха принимается по таблице.

Средне значение определяем:

Действительный объем водяных паров:

Действительный объем продуктов сгорания:

Объемная доля 3-х атомных газов в продуктах сгорания:

Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания:

Суммарная доля водяных паров 3-х атомных газов:

3.2 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

Таблица 7 - Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

3.3 Расчет теплового баланса котлоагрегата

Таблица 8 - Расчет теплового баланса котлоагрегата.

Таблица 8 - продолжение

3.4 Тепловой расчет топочной камеры котлоагрегата

Таблица 9 - Тепловой расчет топочной камеры котлоагрегата.

Таблица 9 - продолжение

3.5 Расчет конвективного пучка котлоагрегата.

Таблица 10 - Расчет конвективного пучка котлоагрегата.

3.6 Проверка теплового баланса котлоагрегата

Это допустимая величина, т.к

Заключение

В данной курсовой работе был произведен тепловой расчет водогрейного котлоагрегата ПТВМ - 50, номинальной производительностью 58,2 МВт, предназначенного для подогрева сетевой воды с температурой на входе 70⁰С. Так - же произведен расчет энтальпии воздуха и продуктов сгорания, рассчитаны параметры топочной камеры и конвективного пучка.

Проверочный расчет показал, что параметры котлоагрегата были рассчитаны, верно. Котлоагрегат с заданными параметрами может весьма эффективно работать на газообразном топливе с применением газомазутных горелок типа ГМГВ, при помощи которых весьма эффективно можно производить регулирование производительности котлоагрегата, в соответствии с режимной картой котельной.

Библиографический список

котел тепловой сгорание баланс

1.Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). - Издание 3, перераб.и доп. - СПб. : Изд. НПОЦКТИ, 1998. - 256 с.

2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / под редакцией С.Л. Кузнецова. - М. : Энергия, 1973. - 295 с.

3. Голдобин, Ю.М.Теплофизические свойства топлив, продуктовые сгорания и воздуха. Приложение к методическим указаниям / Ю.М. Голдобин,

4.О.К. Витт, Л.Г. Гальперин. - Екатеринбург : изд. УГТУ-УПИ, 1994. - 26

5.Котлы малой и средней мощности. Каталог-справочник. - М. : НИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972. - 207 с.

6.Котлы малой и средней мощности и топочные устройства: Отраслевой каталог. - М. : НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1987. - 208 с.

7.Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий. - М. : Энергоатомиздат,1989. - 487 с.

8.Делягин, Г.И Теплогенерирующие установки / Г.И. Делягин, В.И. Лебедев, Б.А. Пермяков. - М. : Энергоатомиздат, 1986. - 586 с.

9. Стырикович, В.А. Котельные агрегаты / В.А. Стырикович [и др.]. -М.-Л. : Госэнергоиздат, 1959. - 487 с.

10. Лумми А.П. Расчет котла / А.П. Лумми, Н.Ф. Филипповский,

11. Е.В. Черепанова. - Екатеринбург : изд. дом «Время», ризограф УГТУ-УПИ,2006. - 50 с.

Размещено на Allbest.ru