Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Одесская национальная морская академия

Кафедра «Судовых энергетических установок»

Курсовая работа

на тему: «Тепловой расчет судового парового котла КВГ-25К»

Вариант №46

Выполнил: курсант

группы 2301 СМФ Зацепилов А.С.

Одесса 2014



Аннотация

Данная работа содержит тепловой расчет судового парового котла КВГ-25К. Работа состоит из расчетов таких основных элементов котла как: пароперегреватель, экономайзер, топка котла и т.д. Также данная работа содержит краткое описание котла.



Содержание

Введение

1. Краткое описание котла КВГ-25К

2. Тепловая схема установки

3. Цикл Ренкина в Т-S координатах

4. Расчёт

Вывод

Список литературы



Введение

Водотрубные котлы, которые нашли широкое применение на судах транспортного флота, различаются, главным образом, конструктивной компоновкой поверхностей нагрева. В дополнение к общей классификации, рассматриваемую большую группу водотрубных агрегатов в судовой практике обычно подразделяют на три основных типа:

- секционные

- однопроточные

- вертикально-водотрубные

Секционные котлы применяются на судах старой постройки. Судовые установки с поршневыми машинами оборудовались секционными котлами трехходового типа. Такая конструкция позволяла использовать для поверхностей нагрева трубы большого диаметра, что облегчало их внутреннюю очистку, необходимую при работе на питательной воде пониженного качества, загрязненной маслом и накипеобразующими солями.

В установке, имеющей в качестве главного двигателя паровую турбину, питательная вода не содержит масла. Вследствие этого котельные трубы практически не требуют внутренней механической очистки и могут иметь малый диаметр. Секционные агрегаты с малым диаметром труб выполняли более простой конструкции - одноходового типа - без газонаправляющих перегородок и применяли их на некоторых судах с паротурбинными установками. Их теплотехнические характеристики близки к характеристикам однопроточных и вертикально-водотрубных котлов. Однако секционные агрегаты могут быть построены на меньшую паропроизводительность и более низкие параметры пара. Для паропроизводительности более 4000 - 25000 кг/ч применялись однопроточные котлы. Рабочее давление пара в таких котлах обычно не превышает 3,5 МПа; имеются единичные случаи применения давления до 4,5 МПа с температурой перегретого пара 400 - 450 єС.

Ограничение паропроизводительности и давления пара в секционных агрегатах объясняется наличием волнистых камер. Технология изготовления таких камер довольно сложна; при повышении давления пара толщина стенок камер должна быть увеличена, что усложняет производство и повышает его стоимость. При одновременном возрастании давления и паропроизводительности стоимость постройки будет еще больше, так как потребуется большое количество волнистых камер и лючков.

Из рассмотренных главнейших особенностей секционных котлов можно заключить, что данные агрегаты по своим характеристикам превосходят своих предшественников - огнетрубные оборотные котлы, однако и они значительно устарели и уступают однопроточным котлам.

Однопроточный котел имеет два основных барабана: пароводяной и водяной, соединенных трубками. Эти трубки образуют с горизонтальной плоскостью угол 45 - 70 є, что обеспечивает удовлетворительное омывание дымовыми газами поверхностей нагрева без дополнительных газонаправляющих перегородок. Обязательным элементом топки такого котла является боковой экран, образующий сплошную или разреженную стенку труб, которая воспринимает лучистое тепло. Очень часто экранные поверхности нагрева устанавливают и на задней стенке топки, иногда экранируют фронт. Односторонний ход газов позволяет сделать компактной поверхность нагрева конвективного пучка труб, внутри которого размещают пароперегреватель.

Однопроточные агрегаты всегда имеют хвостовые поверхности нагрева: экономайзер и воздухоподогреватель (либо по отдельности). Их общая конструктивная компоновка довольно проста и удобна в обслуживании.

В условиях современного состояния отечественного морского флота в ближайшие годы не предполагается пополнения транспортными судами с паротурбинными установками.

1. Краткое описание котла

На рис.1 изображен агрегат, предназначен для построенных на отечественных судостроительных заводах сухогрузных судов типа «Ленинский комсомол» грузоподъемностью 10000т. Эти суда оборудованы турбозубчатой установкой мощностью 9550 кВт при нормальной нагрузке, соответствующей скорости полного хода судна 18,2 уз. Индекс агрегата КВГ-25К (паропроизводительность 25x10³ кг/ч при нормальной нагрузке, где К-корректированный проект); параметры пара 4,4 МПа и 470^оС. Рассматриваемая компоновка имеет ряд конструктивных особенностей.

Агрегат включает два контура циркуляции, из которых один независимый, а второй смешанный (сложный). В первый, независимый контур циркуляции входит конвективный пучок 11, расположенный за пароперегревателем 14. Все трубы (25x2,5мм) этого пучка являются подъемными, а для опуска воды в барабан 15 из пароводяного барабана 6 служат двенадцать необогреваемых опускных труб 114x7мм, из которых шесть расположены в воздушном коробе переднего фронта и шесть - в воздушном коробе заднего фронта котла.

Второй контур циркуляции образуется боковым экраном 1 и притопочным пучком 3. Боковой экран состоит из подъемного ряда труб 44,5x3мм, образующих сплошную стенку, которая закрывает от прямого излучения из топки сдвоенный ряд опускных труб 2 размерами 57x3,5мм. Все трубы притопочного пучка 3 также являются подъемными, причем два первых ряда имеют размеры 44,5x3мм, а два следующих-29x2,5мм. Таким образом, все трубы бокового экрана и притопочного пучка сведены на один экранный коллектор 17 второго циркуляционного контура.

Пароперегреватель 14 имеет вертикальное расположение прямых петель, выполненных из труб 25x2,5мм, которые развальцованы в одном коллекторе 16. Между петлями пароперегревателя имеется пространство 13 (рецесс). Размеры этого пространства выбраны из условия доступа в газоход, что необходимо в эксплуатации для осмотра, очистки и устранения повреждений отдельных элементов трубной части. Для крепления петель пароперегревателя предусмотрена опорная балка в виде трубы 4, охлаждаемой воздухом, который движется внутри нее по направлению от заднего фронта к переднему за счет перепада давления, равного суммарному сопротивлению воздушного тракта на участке воздухоподогревателя и сообщительного канала к топочным устройствам. Наличие воздушного охлаждения позволяет использовать для опорной балки трубу из теплоустойчивой стали вместо жаропрочной. Для элементов крепления верхней части петель пароперегревателя с опорной балкой применяют жаропрочную сталь.

В пароводяном барабане 6 размещен вспомагательный пароохладитель 5, который предназначен для получения охлажденного пара, расходуемого на работу вспомагательных потребителей пара. На ходовом режиме работы

Рис 1 Главный котел КВГ-25К судов типа «Ленинский комсомол» (поперечный разрез)

установки основными потребителям охлажденного пара являются турбопитательный насос и пароструйные воздушные эжекторы. Для очистки труб от наружных загрязнений предусмотрены сажеобдувочные устройства 8, 10 и 12.

Для обеспечения высокой экономичности котел имеет компоновку развитых хвостовых поверхностей нагрева, которые включают воздухоподогреватель 7 и экономайзер 9.

Водяной экономайзер выполнен змеевиковой конструкции из гладких труб 29x2,5мм. Воздухоподогреватель состоит из трех секций: нижней, верхней и средней. У воздухоподогревателя, скомпонованного из вертикально расположенных труб 38x2мм, воздушный тракт несколько усложнен. Это определялось повышением долговечности труб воздухоподогревателя.

Весь воздух, подаваемый вентилятором, заполняет пространство, образованное внутренней и наружной обшивками каркаса котла со стороны заднего фронта. По межобшивочному пространству воздух направляется вверх к воздухоперегревателю. При такой компоновке воздушного тракта воздух предварительно нагревается в межобшивочном пространстве каркаса котла, а затем в нижней секции воздухоподогревателя. В результате этого в верхнюю секцию, расположенную в зоне низких температур газов, поступает воздух, подогретый примерно до 90^oC при нормальной нагрузке. Это обеспечивает повышение температуры стенки труб, вследствие чего уменьшается вероятность их коррозии по причине конденсации паров, содержащихся в дымовых газах.

Из средней секции горячий воздух с температурой около 165^оС движется по межобшивочному пространству каркаса к топочным устройствам, расположенным на переднем фронте. Рассматриваемый воздухоподогреватель имеет несколько больший габарит по сравнению с его обычной конструкцией. При заметном снижении нагрузки, например при работе на стоянке, этот воздухоподогреватель, как и воздухоподогреватель обычной конструкции, необходимо байпасировать по воздушной стороне. С этой целью предусмотрена специальная заслонка, которая проворачивается вручную.

На рис.1 приведен модернизированный котел КВГ-25К. На первых судах был установлен КВГ-25, конструктивная компоновка отдельных узлов которого в дальнейшем была улучшена, в результате чего установка стала более совершенной и надежной в эксплуатационных условиях. В целом котел КВГ-25К удовлетворяет требованиям, которые предъявляются к современным главным котлам турбинных судов.

2. Тепловая схема установки

топливо

ПОП I ПП ПОП II ЭК I ВП I

уходящие газы

Воздух

к ТНД и так далее

в конденсатор

подогретый воздух

Рис. 2

3. Цикл Ренкина в T - S координатах

T 1 t_пе=475

5 t_x=261

4 t_пв=164

3 2

S

Рис. 3

1-2 - адиабатный процесс расширения пара в турбине;

2-3 - конденсация пара в конденсаторе;

3-4 - повышение температуры в питательном насосе;

4-5 - повышение температуры воды вплоть до начала кипения;

5-6 - испарение с зеркала (изотермический);

6-1 - перегрев пара в пароперегревателе.

4. Расчет

Таблица 1

Определение конструктивных размеров топки

№	Наименование рассчитыва емой величины	Размерность	Обозначение	Расчетная формула или способ определения	Передний фронт	Задний фронт	Боковая стенка	Притопочная стенка	Стенка пода топки	Суммарное значение
1	Длина стенок топки	м	l'	По эскизу	3,4	3,4	6,5	4,5	0,3	-
2	Ширина стенок топки	м	b'	По эскизу	2,1	2,1	2,98	2,98	2,9	-
3	Площадь стен, окружающих топку	м2	F		7.14	7.14	19.37	13,41	0,87	47.93
4	Длина экранов топки	м	L	По эскизу	-	-	6,5	4,7	-	-
5	Ширина экранов топки Угловой коэффициент экранов	м	b x	По эскизу По приложению 1	-	-	2.9 1	2.9 0,89	-	-
6	Площадь экранов топки	м	H		-	-	18,85	12.13	-	30.98
7	Длина топки	м	lт	По эскизу	-	-	2.98	-	-	-
8	Объем топки	м	Vт		21.28
9	Степень экранирования топки	-			0,65
10	Толщина излучающего слоя пламени	м	sт		1.6

Таблица 2

Определение основных контурных размеров рассчитываемых элементов котла

№	Наименование рассчитываемой величины	Размерность	Обозначение	Расчетная формула или способ определения	Первый испарительный пучок	Пароперегреватель	Второй испарительный пучок	1-я секция эконо май зера	Воздухо подогреватель
1	Расположение трубок	___	__	По эскизу	Шахматное
2	Наружный диаметр трубок	м	dн	По эскизу	0.0455	0.025	0.029	0.029	0.038
3	Внутренний диаметр трубок	м	dвн	По эскизу	0.0395	0.02	0.024	0.023	0.034
4	Поперечный шаг трубок	м	s1	По эскизу	0.091	0.04	0.048	0.044	0.06
5	Продольный шаг трубок	м	s2	По эскизу	0.06	0.04	0.06	0.044	0.052
6	Эффективно омываемая газами длина трубок	м	l	По эскизу	4.7	7	3.6	2.9	3.5
7	Расстояние между осями крайних трубок в ряду	м	L	По эскизу	2.9	2.9	2.9	1.9	2.8
8	Количество трубок в ряду	__	z1		32	73	61	44	47
9	Количество рядов трубок	__	z2	По эскизу	4	5	12	23	39
10	Число перегородок (поворотов) по высоте (шири не) паровоздухогазоходов	__	n	По эскизу	1	1	1	1	1
11	Площадь сечения для прохода газов (воздуха, пара) с наружной стороны трубок Площадь сечения для прохода газов(воздуха, пара) внутри трубок.	м2 м2	Fн Fн	Пdвн2z1z2/4n	3.61 -	3.9 -	2.12 -	0.97 -	1.88 1,66
12	Площадь поверхности с шахматным расположением трубок Площадь поверхности с коридорным расположением трубок	м2 м2	H Н	Пdnlz1z2	84.7 -	199.3 -	238.1 -	- 267,38	678 -
13	Относительный шаг трубок в ряду	-	sтр		2	1.6	1.655	1.517	1.579
14	Относительный шаг рядов трубок	-	sр		1.319	1.600	2.069	1.517	1.3684
15	Относительный диагональный шаг трубок	-	sд		1.655	1.789	2.228	1.696	1.58
16	Коэффициент, учитывающий геометрическое расположение трубок	-			1.527	0.761	0.533	0.743	0.998
17	Поправка на геометрическую компоновку при шахматном расположении трубок	-	Cs		0.3547	0.3308	0.3193	-	0.3399
18	Поправка на число рядов при шахматном расположении трубок	-	Cz	при при ? 10	0.8439	0.8815	1	-	1
19	Эквивалентная толщина излучающего газового слоя при наружном омывании (газами) трубок	м	s		0.096	0.051	0.0877	0.05	-

котел топка нагрев секционный

Таблица 3

Определение количества продуктов сгорания и объемных долей трехатомных газов

№	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Расчетная формула или способ определения	Результат расчета
1	Марка топлива	-	-	По заданию
2	Элементарный состав рабочей массы топлива: углерод водород сера кислород азот зола вода	CР HР SР OР NР AР WР	% % % % % % %	По заданию По заданию По заданию По заданию По заданию По заданию По заданию	83,5 11,5 0,5 0,3 0,2 1,0 3,0
3	Коэффициент избытка воздуха		-	По заданию	1.18
4	Содержание влаги в воздухе	WВ	-	По заданию	0.007
5	Объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1кг топлива				10,477
6	Объем углекислого и сернистого газов				1,557
7	Объем водяных паров (теоретический)				1,439
8	Объем водяных паров (при заданном )				1,460
9	Объем азота (теоретический)				8,279
10	Объем азота (при заданном )				9,769
11	Объем кислорода				0,396
12	Суммарный объем продуктов сгорания	VГ			13,181
13	Объемная доля водяных паров		-		0,111
14	Объемная доля углекислого и сернистого газов		-		0,118
15	Суммарная доля трехатомных газов (с учетом водяных паров)		-	+	0,229



Вывод

В процессе выполнения курсового проекта рассчитаны поверхности нагрева пароперегревателя (77,54 м²), воздухоподогревателя(666.65м²) и экономайзера (224,95 м²). Проанализировав удельный вес каждого составляющего затрат на ремонт и эксплуатацию котла можно предпринять следующие меры к их уменьшению:

уменьшить количество обслуживающего персонала ( автоматизация);

уменьшить бункеровочные расходы (15 %);

добиваться увеличения работы котла на номинальной нагрузке;

уменьшить затраты на ремонт путем регулярного проведения профилактических работ.



Список используемой литературы

Кузнецова И.В. и др. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. № М.: Энергия, 1973.

Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. Л.: Судостроение, 1980.

Федоренко В.М. и др. Эксплуатация судовых котельных установок. М.: Транспорт, 1991.

Котелко В.Ю. и др. Тепловой расчет судовых паровых котлов. М.: Мортехинформреклама, 1983, 1992.

Енин В.И. Атлас котельных агрегатов морских судов.

Дементьев И.С. и др. Проектирование судовых парогенераторов. 1986.

Хряченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. 1988.

Размещено на Allbest.ru