Расчет котла ДКВР 2,5-13

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Научно-технический прогресс, интенсификация производства, повышения его технического уровня и улучшений условий труда в значительной мере определяется развитием энергетики.

В промышленности используется более 50% всех видов энергоресурсов, в том числе до 65% вырабатываемой электроэнергии.

Соответственно большой роли энергетики в промышленном производстве современные промышленные предприятия имеют сложные и многообразные технологические системы, состоящие из комплексов установок и устройств, предназначенных для сжигания топлива и производства, распределения и потребления электроэнергии, теплоты, сжатого воздуха, газа, кислорода.

В настоящее время на тепловых паротурбинных электростанциях вырабатывается более 80% электроэнергии, в качестве основных теплоносителей в быту и производстве используется пар и подогретая паром или дымовыми газами вода, получаемая в котельных установках.

Первые паровые котлы в начале XIX в. вырабатывали пар давлением 0,5-0,6 МПа и имели производительность сотни килограммов в час. В настоящее время для производства пара применяются котлы, вырабатывающие пар с давлением до 25 МПа (и даже до 31 МПа) и температурой до 570°С и производительностью до 4000 т/ч.

В зависимости от назначения на промышленных предприятиях применяются автономные производственные и отопительные котельные на органическом топливе и котлы, использующие теплоту отходящих газов и другие тепловые отходы технологических агрегатов, а также котельные установки промышленных электростанций.

В котлах используются различные виды твердого, жидкого и газообразного топлива. В промышленности в качестве источника теплоты для выработки пара в котлах применяются также горючие отходы производства, теплота экзотермических реакций, выделяющаяся в процессе производства некоторых видов продукции, высокотемпературные газы от технологических агрегатов и теплота, передаваемая их охлаждаемым элементам, и др. для производства водяного пара обычно используются обработанная природная вода и конденсат от паротурбинных установок. Отходами производства пара являются охлажденные газообразные продукты сгорания, а при использовании твердого топлива также минеральные остатки в виде шлака и золы.

Имеются разнообразные конструкции котлов. Применяется, например, принудительная циркуляция воды и пароводяной смеси в испарительной системе котла с помощью специальных насосов. Испарительные поверхности котлов иногда выполняются в виде трубных поверхностей нагрева, размещенных за топочной камерой. В ряде случаев часть поверхности пароперегревателя размещается в топке, а экономайзер и воздухоподогреватель выполняются в несколько ступеней и т. д.

Современный котел оснащается системами автоматизации, обеспечивающими надежность и безопасность его работы, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, и защиту окружающей среды от вредных выбросов.

котел горение теплообмен тягодутьевой

Описание конструкции котельного агрегата

Рассматриваемый в данной работе котёл ДКВР начал выпускаться в начале сороковых годов и имел марку ДКВ (двухбарабанный котел водотрубный). По мере накопления опыта, в процессе изготовления и эксплуатации котел ДКВ подвергся реконструкции. При реконструкции была уменьшена длина топки, увеличено число рядов труб в конвективном пучке и уменьшен их шаг. Поэтому он стал именоваться ДКВР. Расшифровывается марка следующим образом: ДКВР - 2,5-13:

Д - двухбарабанный,

К - котел,

В-водотрубный,

Р - реконструируемый,

2,5 - паропроизводительность, т/ч,

13 - рабочее давление, МПа.

Котлы ДКВР по сравнению с другими котлами обладают рядом преимуществ: экономичностью и надежностью, компактностью, эластичностью, транспортабельностью, работают на любом топливе. Наряду с положительными сторонами имеется и характерный недостаток: большая требовательность к качеству воды, т.е. работа в безнакипном режиме. Несмотря на этот недостаток, котлы ДКВР нашли широкое применение и распространение.

Все котлы ДКВР имеют общую конструктивную схему. Это двухбарабанные котлы с естественной циркуляцией, экранированной топкой, продольным расположением барабанов и коридорным расположением труб (кипятильных).

Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки труб шарошками на задних днищах имеются лазы; у котла ДКВР - 2,5-13 с длинным барабаном имеется еще лаз на переднем днище верхнего барабана.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. У котлов с длинным барабаном водоуказательные стекла присоединены к цилиндрической части барабана, а у котлов с коротким барабаном к переднему днищу. Из переднего днища верхнего барабана отведены импульсные трубки к регулятору питания. В водном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба, у котлов ДКВР 2,5-13 с длинным барабаном - труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Боковые экранные коллекторы расположены под выступающей частью верхнего барабана, возле боковых стен обмуровки. Для создания циркуляционного контура в экранах передний конец каждого экранного коллектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец - перепускной трубой с нижним барабаном.

Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам, а из нижнего барабана по перепускным. Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы при пониженном уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции.

Экранные трубы паровых котлов ДКВР изготовляют из стали 512.5 мм.

В котлах с длинным верхним барабаном экранные трубы приварены к экранным коллекторам, а в верхний барабан ввальцованы.

Шаг боковых экранов у всех котлов ДКВР 80 мм, шаг задних и фронтовых экранов - 80 130 мм.

Пучки кипятильных труб выполнены из стальных бесшовных гнутых труб диаметром 512.5 мм.

Концы кипятильных труб паровых котлов типа ДКВР прикреплены к нижнему и верхнему барабану с помощью вальцовки.

Циркуляция в кипятильных трубах происходит за счет бурного испарения воды в передних рядах труб, т.к. они расположены ближе к топке и омываются более горячими газами, чем задние, вследствие чего в задних трубах, расположенных на выходе газов из котла вода идет не вверх, а вниз.

Топочная камера в целях предупреждения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потери с уносом (- от механической неполноты сгорания топлива), разделена перегородкой на две части: топку и камеру сгорания. Перегородки котла выполнены таким образом, что дымовые газы омывают трубы поперечным током, что способствует теплоотдаче в конвективном пучке.

Таблица 1. Исходные данные

Наименование	Обозначение	Величина	Размерность
Производительность	D	2,4	т/час
Давление пара в барабане	Р	1,3	МПа
Процент продувки	р	5	%
Температура питательной воды	tп.в.	50	°С
Топливо	Волынское ГР

Кроме заданных параметров котельный агрегат ДКВР - 2,5-13ГМ имеет следующие характеристики:

Таблица 2

Наименование	Величина	Размерность
Коэффициент избытка воздуха в топочной камере	1,4	-
Скорость газов в конвективном пучке	4,6	м/с
Объём топочной камеры	10,4	м3
Видимое теплонапряжение зеркала горения	805	кВт/ м3
Радиационная площадь поверхности нагрева	16,6	м2
Температура газов на выходе из топочной камеры	800	єС
Площадь поверхности нагрева конвективного пучка	75	м2
Температура газов за котлом	-	єС
Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера	82,5	м2
Температура газов за экономайзером	135	єС
Расчётное сопротивление котла	229	Па
Площадь колосниковой решетки	2,76	м2
Расход топлива	320	кг/ч
Расчетный КПД котлоагрегата	81,86	%

1 Материальный баланс процесса горения

Таблица 1.1 - Характеристика топлива (Волынское ГР)

								, МДж/кг
19,8	1,8	0,8	55,5	3,7	7,5	0,9	10,0	21,44

В соответствии с данными таблицы 1.1 рассчитываем:

1. Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания:

Vє_В= 0,0889 (C ^р + 0,375 S ^p_ф+к) + 0,265 H ^р - 0,0333 O ^р;

Vє_В= 0,0889 (55,5 + 0,375·2,6) + 0,265·3,7 - 0,0333·7,5 = 5,75 м³/кг;

2. Теоретический объём азота в продуктах сгорания:

Vє_N = 0,79Vє_в + 0,8 ;

Vє_N = 5,75+ 0,8· = 4,55 м³/кг;

3. Теоретический объём водяных паров:

Vє_НО =;

Vє_НО =0,111·3,7+0,0124·10+0,0161·5,75 = 0,62728 м³/кг;

4. Теоретический объём трёхатомных газов:

V_RO =;

V_RO = = 1,0538м³/кг;

Исходя из табличных значений, принимаем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки _т=^Ч=1,6. Величины присосов воздуха выбираем по таблице 3-4 [1]:

Д_1кп = 0,05; Д_2кп = 0,1; Д _эк = 0,1.

Коэффициент избытка воздуха перед каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к соответствующих присосов воздуха, т.е

, .

Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева определиться как

;

Действительный объем водяных паров

V_НО = Vє_НО +0,0161 (-1) Vє_В, м³/кг;

Суммарный объём продуктов сгорания

V_Г=V_RO+ Vє_N + Vє_НО + (-1) Vє_В, м³/кг;

Объёмная доля трёхатомных газов

;

Объёмная доля водяных паров

;

Суммарная объёмная доля

;

Подставляем заданные величины в выше приведенные формулы и все результаты расчётов заносим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Газо- ход	VєВ= 5,75 м3/кг; VєN2 = 4,55 м3/кг; VRO = 1,0538 м3/кг; VєНО = 0,62728 м3/кг
	Рассчитываемая величина
	'	ср	VНО	VГ
Топка	1,6	1,6	0,6830	9,68	0,1089	0,07	0,1789
I КП	1,6	1,625	0,685	9,84	0,1071	0,0696	0,1767
II КП	1,65	1,7	0,6923	10,256	0,1027	0,0675	0,1702
ВЭ	1,75	1,8	0,7016	10,83	0,097	0,06478	1,0378
УХ.Г	1,85	-	0,70626	11,12

Энтальпия дымовых газов определяется как

,

где - энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания, представляющих собой смесь газов при температуре , определяется как

, кДж/кг

- соответственно энтальпия 1 кг трехатомных газов, азота и водяных паров;

- температура продуктов сгорания;

- коэффициент избытка воздуха после каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к соответствующих присосов воздуха, т.е.

,;

- энтальпия теоретического количества воздуха, необходимого для горения, определяется как

, кДж/кг;

Подставляем заданные величины в вышеприведенные формулы и все результаты расчётов заносим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Темпе-ратура ,С	,	,	, кДж/кг
100	1645,9	1410,1							2139,4
200	3328,6	2838,1							4322,0	2182,6
300	5056,2	4292,9					6129,4		6558,7	2236,7
400	6837,7	5775,2					8281,5	2152,1	8859,0	2300,3
500	8666,7	7292,6					10489,3	2207,8
600	10526,7	8845,1			11853,5		12738,0	2248,7
700	12442,4	10443,2			14008,9	2155,4	15053,2	2315,2
800	14415,7	12049,9			16223,2	2214,3
900	16431,0	13656,5			18479,5	2256,3
1000	18476,4	15307,8	20007,2		20772,6	2293,1
1100	20528,5	17003,7	22228,2	2221,7	23079,1	2306,5
1200	22595,1	18699,6	24465,1	2236,2
1300	24712,6	20395,5	26752,2	2287,1
1400	26872,1	22136,1	29085,7	2333,5
1500	29011,9	23876,6	31399,6	2313,9
1600	31187,1	25617,2	33748,8	2349,2
1700	33376,8	27357,7	36112,6	2363,8
1800	35574,3	29098,2	38484,1	2371,5
1900	37807,0	30883,4	40895,3	2411,2
2000	40026,9	32668,6	43293,8	2398,5

Все рассчитанные значения зависимости температуры от энтальпии отобразим в I-T диаграмме:

Рис. 1 - I-и диаграмма

2. Тепловой баланс котла

При тепловом расчёте котельного агрегата тепловой баланс составляется для определения к.п.д. брутто и расчётного расхода топлива. Для нахождения значений этих величин составим сводную таблицу 2.1, куда занесем все параметры и формулы, необходимые для их определения.

Таблица 2.1

N0 п/п	Определяемая величина	Обозна-чение	Размерность	Источник определения	Расчёт
1	Расчётная располагаемая теплота
	Низшая рабочая теплота cгорания топлива			Табл. Расчетные характеристики некоторых твердых и жидких топлив
	Физическая теплота воздуха	Qфв
	Тепломкость топлива			Табл. Зависимость теплоемкости воздуха от температуры
2	Потеря теплоты от механической неполноты сгорания		%	Табл. Расчетные характеристики слоевых топок с пневмомеханическими забрасывателями и неподвижной колосниковой решеткой	4,5
3	Потеря тепла от химического недожога		%	Характеристики котельного агрегата
4	Потеря теплоты с уходящими газами		%
	Энтальпия уходящих газов			По температуре уходящих газов °С по диаграмме
	Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах		-
	Энтальпия холодного воздуха

3. Расчёт теплообмена в топочной камере

При выполнении расчёта топочной камеры определяются температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, удельные нагрузки колосниковой решётки и топочного объёма при известных значениях объёма топочной камеры, степени её экранирования и площади лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивных характеристик труб экранных и конвективных поверхностей нагрева (диаметра труб, расстояния между осями труб s₁ и между рядами s₂). Расчёт сведем в таблицу 3.1, где найдём все необходимые характеристики топочной камеры.

Таблица 3.1

N0 п/п	Опреде-ляемая вели-чина	Обозначение	Размер-ность	Источник определения	Расчёт
1	Геометрические характеристики топочной камеры
	Объём топочной камеры		м3
	Геометрические характеристики экранов	S e	мм	По чертежу и из приложения	S = 80 e = 40
	Площадь поверхности топочной камеры и камеры догорания		м2
2	Температура продуктов сго-рания на выходе из топки		°С	Предварительно задаёмся
3	Энтальпия продуктов сго-рания на выходе из топки			По температуре продуктов сгорания на выходе из топки из диаграммы
4	Тепловыделение в топочной камере
5	Средний коэффициент тепловой эффективности экранов		-
	Угловой коэффициент экрана		-	По номограмме в зависимости от формы и взаимного расп. тел,
				находящихся в лучистом теплооб. друг с другом
6	Эффективная толщина излучающего слоя		м
7	Коэффициент ослабления лучей
	Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами
	Объёмная доля водяных паров		-	Таблица 1.2
	Парциальное давление трёхатомных газов		МПа
	Давление в топочной камере котлоагрегата		МПа	Принимается для агрегатов работающих без наддува
	Суммарная объёмная доля трёхатомных газов		-	Таблица 1.2
	Температура продуктов сгорания на выходе из топки		К

Так как полученное значение действительной температуры на выходе из топки °С по формуле 12 таблицы 3.1 отличается от принятого значения равного 800°С менее чем на 100°С, то расчёт топочной камеры считаем законченным.

4. Расчёт теплообмена в конвективных поверхностях нагрева

При расчёте конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи. Расчёт выполняется для 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях. Расчёт сведем в таблицу 4.1.1 и 4.2.1, где найдём все необходимые характеристики конвективных поверхностей нагрева.

Таблица 4.1.1 Тепловой расчёт первого конвективного пучка

N0 п/п	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Источник определения	Расчёт
1	Геометрические характеристики 1-го конвективного пучка
	Площадь поверхности нагрева		м2
	Площадь поверхности нагрева конвективного пучка		м2	Из характеристик котельного агрегата
	Общее число труб, расположенных в газоходе		-	По чертежу
	Число труб, расположенных в 1-ом конвективном пучке		-	По чертежу
	Шаг кипятильных труб по длине котла		мм	По чертежу
	Шаг кипятильных труб по ширине котла		мм	По чертежу
	Относительный продольный шаг		-
	Относительный поперечный шаг		-
	Наружный диаметр труб		мм	По чертежу

Действительная температура продуктов сгорания после 1-го конвективного пучка определяется графически по ниже приведенному графику:

Рис. 4.1.1 - Графическое определение расчетной температуры продуктов сгорания после 1-го конвективного пучка

Из рисунка нашли = 510 ^оС. Т.к. входит в диапазон , то расчёт 1-го конвективного пучка считаем оконченным.

Таблица 4.2.1 Тепловой расчёт второго конвективного пучка

N0 п/п	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Источник определения	Расчёт
1	Геометрические характеристики 2-го конвективного пучка
	Площадь поверхности нагрева		м2
	Площадь поверхности нагрева конвективного пучка		м2	Из характеристики котельного агрегата
	Общее число труб, расположенных в газоходе		-	По чертежу
	Число труб, расположен-ных в 1-ом конвективном пучке		-	По чертежу
	Шаг кипятильных труб по длине котла		мм	По чертежу
	Шаг кипятильных труб по ширине котла		мм	По чертежу
	Относительный продольный шаг		-
	Относитель-ный поперечный шаг		-
	Наружный диаметр труб		мм	По чертежу
	Живое сечение для прохода продуктов сгорания		м2
	Размер газохода в расчётном сечении		м	По чертежу	2,24

Действительная температура продуктов сгорания после 2-го конвективного пучка определяется графически по ниже приведенному графику:

Рис. 4.2.1. Графическое определение расчетной температуры продуктов сгорания после 2-го конвективного пучка.

Из рисунка нашли = 380 ^оС. Т.к. входит в диапазон , то расчёт 2-го конвективного пучка считаем оконченным.

5. Тепловой расчёт водяного экономайзера

В промышленных котлах, работающих при давлении пара до 2,6 МПа и паропроизводительности до 20 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только чугунного водяного экономайзера. Для котлового агрегата ДКВР - 2,5-13ГМ используется водяной экономайзер типа ЭП-2-94 с трубами системы ВТИ длиной 2 м. Характеристики труб приведём в таблице 5.1.

Таблица 5.1

N0 п/п	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Источник определения	Расчёт
1	Длина трубы	l	м	Характеристики труб	L=2
2	Живое сечение труб		м2	Характеристики труб
3	Количество труб в ряду		-	Характеристики труб

При установке водяного экономайзера рекомендуется следующая последовательность его расчёта.

Таблица 5.2

N0 п/п	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Источник определения	Расчёт
1	Тепловосприятие водяного экономайзера
	Энтальпия газов перед экономайзером			По температуре продуктов сгорания после 2-го конвективного пучка из диаграммы = = 380°С
	Энтальпия газов после экономайзером			По температуре уходящих газов °С из диаграммы
	Величина присоса воздуха в экономайзере		-
	Энтальпия теоретического объёма воздуха			Таблица 2.1

Компоновка экономайзера будет иметь следующий вид:



Рис. 5.1. Компоновка экономайзера

6. Проверка теплового баланса

При проверке теплового баланса определяют его невязку, которая не должна превышать :

Т. о имеем

Можем считать произведенный расчет верным.

7. Аэродинамический расчёт котельного агрегата

Целью аэродинамического расчёта котельной установки является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе определения тяговой и дутьевой систем и перепада давлений в газовом и воздушном трактах. Для определения полного давления найдем сопротивление поперечно омываемых пучков труб и местные сопротивления, результаты расчётов которых занесём в таблицу 7.1.

Таблица 7.1

N0 п/п	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Источник определения	Расчёт
1	Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких и ребристых труб		Па		= 136,48
1.1	Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких труб 1-го конвективного пучка		Па
	Расчётная скорость газов
	Средняя температура газа в 1-ом конвективном пучке
	Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка		-
	Коэффициент сопротивления, отнесённый к одному ряду пучка		-		= 0,277
	Коэффициент	-	-
	Число Рейнольдса		-
	Кинематический коэффициент вязкости			По таблице в зависимости от = 686,55°С
	Число рядов труб по глубине пучка		-	По чертежу котельного агрегата
	Плотность протекающей среды
	Средний массовый состав дымовых газов		-	Характеристика дымовых газов
1.2	Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких труб 2-го конвективного пучка		Па
	Расчётная скорость газов
	Средняя температура газа во 2-ом конвективном пучке
	Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка		-
	Коэффициент сопротивления, отнесённый к одному ряду пучка		-
	Число Рейнольдса		-
	Кинематический коэффициент вязкости			По таблице в зависимости от = 445°С
	Число рядов труб по глубине пучка		-	По чертежу котельного агрегата	6
	Плотность протекающей среды
1.3	Сопротивление поперечно омываемых пучков ребристых труб водяного экономайзера		Па
	Сопротивление одного ряда коридорного пучка ребристых труб		Па
	Поправка на экв-й диаметр сжатого поперечного сечения пучка		-	По графику в зависимости от
	Поправка на длину труб		-	По графику в зависимости от
	Поправка на коэффициент		-	По графику в зависимости от
	Поправка на число рядов труб		-	Принимается
	Число рядов труб по глубине пучка		-	В нашем случае
	Сопр. одного ряда корид. пучка труб по графику		Па	По графику в зависимости от = 7,95 м/с и = 257,5оС
	Расчётная скорость газов			-определено выше в табл. 5.2 (формула 5)
	Средняя температура газа в водяном экономайзере			- определено ранее
2	Местные сопротивления		Па
2.1	Сопротивление 1-го поворота		Па
	Расчётная скорость газов
	Коэффициент местного сопротивления		-	Принимается в зависимости угла поворота, в данном случае 90
	Плотность протекающей среды
2.2	Сопротивление 2-го и 3-го поворотов		Па
	Расчётная скорость газов
	Коэффициент местного сопротивления		-	Принимается в зависимости угла поворота, в данном случае 180
	Плотность протекающей среды
2.3	Сопротивление 4-го и 5-го поворотов		Па
	Расчётная скорость газов
	Коэффициент местного сопротивления		-	Принимается в зависимости от угла поворота, в данном случае 180
	Плотность протекающей среды
2.4	Сопротивление 6-го и 7-го поворота		Па
	Расчётная скорость газов
	Коэффициент местного сопротивления		-	Принимается в зависимости угла поворота, в данном случае 180
	Плотность протекающей среды
2.5	Сопротивление 8-го поворота		Па
	Расчётная скорость газов
	Коэффициент местного сопротивления		-	Принимается в зависимости угла поворота, в данном случае 90
	Плотность протекающей среды
3	Разряжение топки		Па	Принимаем в диапазоне 20ч30 Па
4	Общее сопротивление		Па		136,48+68+25= =229,5

8. Выбор тягодутьевых устройств

Выбор тягодутьевых устройств осуществляем в зависимости от вида котла, в нашем случае ДКВР - 2,5-13 (табл. 8.19 [4]):

Таблица 8.1

Наименование оборудования	Марка	Тип электродвигателя(мощность)
Дымосос	ДН-8	АО52-6 (4,5 кВт)
Вентилятор	Ц4-70	АО51-4 (4,5кВт)

Список используемых источников

1 Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. - М.: Энергоатом - издат, 1989.

2 Аэродинамический расчёт котельных установок (нормативный метод) / Под ред. С.И. Мочана. - Л.: Энергия, 1977.

3 Мигуцкий Е.Г. Котельные установки промышленных предприятий. Методическое пособие к выполнению курсового проекта - М.: БНТУ, 2007.

4 Роддатис К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

Размещено на Allbest.ru