Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

Проверочный расчет теплоагрегата. Компоновка котельной

Введение

Теплогенерирующей установкой называют совокупность устройств и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха. Водяной пар используют для технологических нужд в промышленности и сельском хозяйстве для приведения в движение паровых двигателей, а так же для нагрева воды, направляемой в дальнейшем на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Горячую воду и подогретый воздух используют для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а так же для комунально-бытовых нужд населения. Теплогенерирующие установки предназначены для производства тепловой энергии из первичных источников энергии, которыми являются: органическое и ядерное топливо, солнечная и геотермальная энергия, горючие и тепловые отходы промышленных производств.

В настоящее время TЭK является становым хребтом российской экономики. Пути и перспективы развития энергетики определены Энергетической программой, одной из первоочередных задач которой является корректное совершенствование энергохозяйства на базе экономии энергоресурсов: это широкое внедрение энергосберегающих технологий, использование вторичных энергоресурсов, экономия топлива и энергии на собственные нужды. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения как частного случая энергоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы котельной. Вот почему успешное освоение курса «Теплогенерирующие установки» является ответственным этапом, определяющим компетентность будущего инженера при решении данного круга вопросов.

Целью настоящей курсовой работы является

· Произведение теплового расчета котла КВ-ГМ - 11,63-150 и конструктивный расчет хвостовых поверхностей нагрева

· Проверка тепловой баланс

· Расчет тепловой схемы ТГУ и системы ХВО

· Произведение компоновки главного корпуса ТГУ

· Расчет себестоимости вырабатываемой тепловой энергии

1. Конструкция и характеристики котла

Таблица 1.1 - Технические характеристики теплогенератора

Параметры	КВ-ГМ - 11,63-150
Теплопроизводительность, Гкал/ч /Мвт.	10 / 11,63
Расчетное давление не менее, МПа	2,5
Давление, кПа мазута перед форсункой	200
Расход топлива кг/ч, м3/ч.	1220 / 1260
Расчетное сопротивление газового тракта котла при работе на мазуте, Па.	460
Гидравлическое сопротивление котла, МПа	0,25
КПД котла (брутто) при работе на мазуте, %	88,0
Расход воды, т/ч.	123,5
Давление воды, кгс/см2 (расчетное / рабочее не ниже)	25 / 8
Температура воды, 0С: (на входе/на выходе)	70 / 150
Коэффициент избытка воздуха: (в топке/ за конвективным пучком)	1,1 / 1,15
Коэффициент полезного действия агрегата, % (газ/мазут)	88,0 / 92,0
Объем топочной камеры, м3	38,3
Температура уходящих газов, 0С: мазут/газ	230 / 145
Масса котла в объеме заводской поставки, кг.	18400
Габарит, мм. Высшая отметка Глубина Ширина	7300 6500 3200
Общая длина котла, включая площадки, L, мм	8350
Гидравлическое сопротивление котла, кгс/м2	2,5
Изготовитель	Дорогобужский котель - ный завод



Рис. 1 Описание конструкции котла

Котёл КВ-ГМ - 11,63-150 (рис. №1) предназначен для установки в отопительных и промышленно-отопительных котельных в качестве основного источника теплоснабжения и представляет собой прямоточный агрегат, подогревающий непосредственно воду тепловых сетей.

Котёл обеспечивает подогрев воды до 150 ⁰С с разностью температур воды на входе и выходе равной 80 ⁰С. Работает с постоянным расходом воды на всех нагрузках на расчетных топливах. Диапазон регулирования нагрузки котлов 20% - 100% от номинальной теплопроизводительности.

Трубная система топочной камеры котла, как и конвективная шахта, полностью экранирована трубами 603 мм с шагом S - 64 мм Экранные трубы привариваются непосредственно к камерам 21910 мм. В задней части топочной камеры имеется промежуточная экранированная стенка, образующая камеру догорания. Экраны промежуточной стенки выполнены также из труб 603 мм, но установлены в два ряда с шагами S₁ =128 мм. и S₂ =182 мм.

Конвективная (водогрейная) поверхность нагрева котла расположена в вертикальной шахте с полностью экранированными стенами. Задняя и передняя стены выполнены из труб 603 мм с шагом S = 64 мм. Боковые стены экранированы трубами 833,5 мм. с шагом S =128 мм и являются коллекторами для труб конвективных пакетов, которые набираются из U-образных ширм из труб 283 мм. ширмы расставлены таким образом, что трубы образуют коридорный пучок с шагами S₁ =64 мм и S₂ =40 мм. Передняя стена шахты, являющаяся одновременно задней стенкой топки, выполнена цельносварной и отделяет топочную камеру от конвективной поверхности нагрева. В нижней части стены трубы разведены в четырехрядный фестон с шагами S₁ =256 мм и S₂ =180 мм. Все трубы, образующие переднюю, боковые и заднюю стены, вварены непосредственно в камеры 21910 мм.

Для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности нагрева котёл оборудован устройством дробовой очистки. Транспортировка дроби в верхний бункер производится с помощью воздуходувки.

Рис. 2 Описание горелочного устройства

Таблица 1.2 - Технические характеристики РГМГ-10

Показатель	РГМГ-10
Тепловая мощность, МВт.	11,63
Коэффициент рабочего регулирования по тепловой мощности, не менее	5
Давление, кПа: мазута перед горелкой первичного воздуха перед завихрителем	20 5,8
Аэродинамическое сопротивление горелки по вторичному воздуху (при t в=100С), кПа	1
Вязкость мазута перед форсункой, 0ВУ, не более	6
Расход мазута, кг/ч	1200
Мощность электродвигателя, кВт	1,5
Масса, кг.	496
Габарит, мм: длина ширина высота	1137 480 1193
Тип котла, для которого предназначена горелка	КВ-ГМ-10-150, КВ-ГМ - 11,63-150

Котёл КВ-ГМ - 11,63-150 оборудован ротационной газомазутной горелкой типа РГМГ-10 (рис. №2) теплопроизводительнотью 10 Гкал/ч. Через вал, на котором закреплен стакан, пропущена трубка, подающая топливо; на конце этой трубки имеется сопло с отверстием в направлении внутренней стенки. Топливо попадает на эту стенку, дробится и сбрасывается в топочную камеру. Воздух поступает вокруг стакана через конус и охватывает вращающийся поток капель топлива, перемешиваясь с ними и обеспечивая подвод окислителя к каждой капле.

Скорость вращения стакана составляет при нормальной производительности 5000 об/мин. Диапазон регулирования горелки РГМГ-10 составляет от 15 до 100% номинальной нагрузки. Давление мазута перед горелкой составляет 20 кПа (2 кгс1см²). Давление газа перед горелкой - 0,3 МПа (3 кгс/см²). Коэффициент избытка воздуха при работе на мазуте = 1.1, на газе = 1,05.

Горелка устанавливается на воздушном улиточном коробе, который крепится к обшивочному листу котла. Вентилятор первичного воздуха смонтирован в самой горелке, его рабочее колесо крепится на валу форсунки.

Рис. 3. Расчетная схема котла

Рис. 4. Гидравлическая схема циркуляции теплоносителя

1 - вода, 2 - воздух, 3 - воронка для слива, 4 - нижние камеры, 5 - верхние камеры

Вода из теплосети поступает в нижний левый коллектор левого бокового экрана с тремя перегородками. Этими перегородками, а также верхним левым коллектором и перегородками в нем левый боковой экран разбит на шесть самостоятельных пакетов, по которым вода последовательно совершает то подъемное, то опускное движение.

Пройдя левый боковой экран, вода из крайнего отсека коллектора проходит к вертикальному стояку, соединяющему его с верхним фронтовым коллектором, и поступает во фронтовой экран. Этот экран помимо коллектора имеет нижний коллектор.

Эти коллекторы также имеют свои перегородки. Фронтовой экран разбит на четыре пакета. После фронтового экрана вода попадает в правый боковой экран, где перемещается аналогично с левым. Из правого экрана вода направляется в задний экран и далее, как указанно стрелками. Выход воды в теплосеть осуществляется из нижнего левого коллектора конвективного пучка.

2. Состав, количество и теплосодержание продуктов сгорания

Выбор расчётных избытков воздуха по газовому тракту котла

Расчётное значение коэффициента избытка воздуха на выходе из топки _Т для заданной топки 1,1 (Ю.Л. Гусев, стр. 76, табл. II.21).

_Т=1,1

Коэффициент избытка воздуха за котлом:

_К=_Т +?₁+?₂

Т.к. два конвективных пучка.

?₁= 0,05 - присос воздуха первого котельного пучка (Эстеркин Р.И, стр. 35)

?₂ = 0,1 - присос воздуха второго котельного пучка (Эстеркин Р.И, стр. 35)

_К=1,1+0,05+0,1=1,25

_Э' =_К +?

? = 0,01 - присос стального газохода за котельным агрегатом 10 м.

(Эстеркин Р.И. стр. 35)

_Э' =1,25+0,01=1,26

На выходе из хвостовой поверхности:

_Э''=_Э' +?

? = 0,1 экономайзер чугунный с обшивкой (Эстеркин Р.И. стр. 35)

_Э''=1,26+0,1=1,36

Состав и количество продуктов сгорания

Наименование величин в м3/кг	Формула для расчёта	Коэффициент избытка воздуха
		т=1,1	к=1,25	=1,26	э=1,36
Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания	V0=0,089·(СР+0,375·SPop+k)+0.265HP-0.033 OP	V0=0,089 (86,3+0,375*0,3) + 0,265*13,3 - 0,033*0,1 = 11,212
Величина (-1)	(-1)	0.1	0.25	0.26	0.36
Объём избыточного воздуха	ДV = (б - 1) V0	1,121	2,803	2,915	4,036
Объём свободного кислорода	V02 = 0.21 (-1) V0	0,235	0,589	0,612	0,848
Избыточный объём водяных паров	0.016 (-1) V0	0,0179	0.0448	0,0466	0,0646
Теоретический объём: трёхатомных газов	V RO2=0.0187· ·(СР+0,375·SPop+k)	V RO2=0.0187·(86,3+0,375*0,3) = 1,616
двухатомных газов	Vмин R2 = 0,79V0+0.01·N2	Vмин R2 = 0,79·11,212+0.01·28 = 9,137
азота	VN2 = = 0,79··V0+0,008·NP	9,301	10,629	10,718	11,604
водяных паров	V0H2O=0.111·HP+ +0.0124 WP+0.0161V0	1,703	1,730	1,732	1,750
Действит. объём: сухих газов	Vс..г.=VRO2+ Vмин R2 + ДV	11,314	12,995	13,108	14,229
водяных паров	V H2O =V0 H2O +0.0161·(-1) V0	1,712	1,766	1,770	1,806
Общий объём дымовых газов	V=Vс.г.+V H2O	13,026	14,761	14,878	15,035
Объёмная доля: трёхатомных газов		0,124	0,109	0,108	0,107
азота		0,714	0,720	0,7203	0,771
водяных паров		0,131	0,119	0,118	0,120
Общая объёмная доля трёхатомных газов		0,255	0,228	0,226	0,227
Температура точки росы 0С	tт.р. = f (PH2O) Гусев Ю.Л., стр. 95	64,7	60,5	60,1	60,3

Исходные данные взяты из Роддатис К.Ф., стр. 35.

Формулы для расчетов взяты из - Гусев Ю.Л., стр. 90.

3. Составление теплового баланса котла

Уравнение теплового баланса может быть представлено в виде

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ =100%

Коэффициент полезного действия определяется из выражения

_к = 100 - (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆) %, где

q₁ - полезная теплота

q₂ - тепловые потери с физической теплотой уходящих газов

q₃ - тепловые потери с химической неполнотой сгорания

q₄ - тепловые потери с механической неполнотой сгорания

q₅ - тепловые потери за счёт наружного охлаждения котла и экономайзера

q₆ - тепловые потери с физической теплотой шлака и золы

Для данного топлива и данного котла имеем:

q₃ = 0,5% (Эстеркин Р.И., стр. 49 табл. 4.4)

q₄ = 0%

q₅ = 1,451% (Эстеркин Р.И., стр. 50 табл. 4.6)

q₆ = 0%

Потери тепла с уходящими газами найдем по формуле

q₂=(I_ух - _ухI_х.в.) (100-q₄) / Q_н^р

Низшая теплота сгорания топлива

Q_н^р = 40280 кДж/кг (Эстеркин Р.И., стр. 14 табл. 2.1)

Температуру уходящих газов принимаем

t_ух.=150⁰С.

Отсюда по таблице 1.3 энтальпия уходящих газов будет равна

I_ух.=3390,147 кДж/кг

Коэффициент избытка воздуха

_ух=1,36

Теплосодержание поступающего воздуха

I_хв.=39,8*V₀

I_хв. = 39,8*0,803 = 31,9594 кДж/кг

Получаем

q₂ = (3390,147 - 1,3631,9594) (100 - 0) / 40280 = 8,31%

Значит

_к=100 - (8,31 + 0,5 + 0 + 1,451 + 0) = 89,74%

Величину коэффициента сохранения тепла определим по формуле

= 1 - q₅ / 100

= = 0,984

Определение расхода топлива:

В = (Q_р*3600) * 100 / (Q_н^р*_к)

В = (11630*3600)*100 / (40280*89,74) = 1158,262 кг/ч

4. Поверочный расчет топочной камеры

Определение лучевоспринимающей поверхности

Определим площадь ограждающих поверхностей.

F_бок.ст. = 3,904*3,375 = 13,176 м²

F_пер.ст. = 2,944*3,375 - F_гор = 8,736 м²

F_зад.ст. = 2,944*3,375 = 9,936 м²

F_верх = F_низ = 2,944*3,904 = 11,494 м²

F_фест = 7,2 м²

F_пов.ст. = 2,074 * 2,944 * 2 = 12,212 м²

Общая площадь ограждающих поверхностей котельного агрегата составила:

F_ст = (13,176 + 11,494)*2 + 8,736 + 9,936 = 68,012 м²

Лучевоспринимающая площадь поверхности нагрева настенных экранов:

H_л=F_плХ, где

F_пл - площадь, занятая экраном

Х - угловой коэффициент экрана, определяемый по рис 5.3, Эстеркин стр. 57

Х = 0,97

Тогда

Н_л = 68,012*0,97 = 53,6 м²

Степень экранирования топки:

= Н_л / F_ст

= 53,6 / 68,012 = 0,788

Расчёт теплообмена в топочной камере

Температуру продуктов сгорания на выходе из топки принимаем t» = 1050 ⁰С

Энтальпия при данной температуре I» = 20659,927 кДж/м³

Полезное тепловыделение в топке, кДж/м³:

Q_т = Q_н^р*(100-q₃) / 100 + Q_в, где

Q_в - тепло вносимое воздухом

Q_в = _т V₀ C_в t_в

С_в. - объемная теплоемкость воздуха, С_в.=1,3 кДж/м³⁰С

t_в - температура воздуха, t_в=30 ⁰С

Q_в = 1,1*10,625*1,3*30 = 455,813 кДж/м³, тогда

Q_т = 40280*(100-0,5) / 100 + 455,813 = 40534,413 кДж/м³

(Гусев Ю.Л., стр. 99)

Исходя из полученного теплосодержания по графику 1 определяем температуру горения: t = 1920 ⁰С

Коэффициент тепловой эффективности экрана:

 х*, где

- коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Принимается по табл. 5.1, Эстеркин Р.И., стр. 62.

х - угловой коэффициент, отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Принимается по рис. 5.3, Эстеркин Р.И., стр. 57.

0,82 * 0,55 = 0,451

Эффективная толщина излучающего слоя, м:

s = 3,6*V_т / F_т, где

V_т - объем топочной камеры, м³

F_т - поверхность стен топочной камеры, м²

s = 3,6*44,469 / 68,012 = 2,354 м

Коэффициент ослабления лучей

k = k_г * r_п + k_с, где

rп - суммарная объемная доля трехатомных газов

k_г - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

k_г = () * (1 - 0,37T _н^» / 1000), где

r_Н2О - объемная доля водяных паров

p_п - парциальное давление трехатомных газов МПа, p_п = r_п * 0,1

T _н^» - абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К

k_г = () * (1 - 0,37*(1050 + 273)/1000)

k_г = 13,111 * 0,436 = 5,716

k_с - коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

k_с = 0,3 (2 - б_т) * (1,6 T _н^» / 1000 - 0,5) * C_p / H_p

б_т - расчётное значение коэффициента избытка воздуха на выходе из топки

C_p - содержание углерода в природной массе топлива

H_p - содержание водорода в природной массе топлива

k_с = 0,3 (2 - 1,1) * (1,6*1050 / 1000 - 0,5) * 86,3/ 13,3

k_с = 2,945

Тогда коэффициент ослабления лучей

k = 5,716* 0,243 + 2,945 = 4,334 (м*МПа)^-1

Степень черноты факела:

, где

m - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по Эстеркин Р.И., стр. 65 табл. 5.2

а_св - степень черноты светящейся части факела

а_св = 1 -

а_св = 1 - = 0,610

а_г - степень черноты несветящихся трехатомных газов

а_г = 1 -

а_г = 1 - = 0,287

Тогда степень черноты факела

а_ф = 0,55*0,610 + (1 - 0,55)*0,287 = 0,464

Степень черноты топки

а_т =

а_т = = 0,658

Определяем параметр М:

М = 0,54 - 0,2 х_т, где

х_т = h_г / Н_т - относительное положение максимума температуры

х_т = 1650 / 2050 = 0,8

Тогда

М = 0,52 - 0,3 * 0,8 = 0,28

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1м³ газа при нормальных условиях:

Q_т - энтальпия продуктов сгорания

I_т« - энтальпия пр. сгорания при принятой температуре на выходе из топки

T_а - теоретическая температура горения

T_т« - абсолютная температура на выходе из топки, К

22,844

Действительная температура на выходе из топки, 0С:

Полученная температура ниже принятой на 16,1 ⁰С, что входит в допустимые пределы 50 ⁰С. Следовательно, расчет считаем оконченным.

Тепло переданное излучением в топку, кДж/кг

Q_Л = (Q_T - I_г)

Q_Л = (40534,413 - 20659,927) 0,985 = 19576,368 кДж/кг

5. Поверочный расчет конвективных поверхностей нагрева

Расчет первого конвективного пучка

Таблица 1.4 - Конструктивные характеристики 1-го конвективного пучка

Наименование величины	Условные обозначения	Формула	Значения	Результат
Площадь поверхности нагрева	Н	Н=dln	3,142*0,028*2*2100	71,261
Поперечный шаг труб	S1	-	-	0,064
Продольный шаг труб	S2	-	-	0,04
Относительный поперечный шаг	1	1=S1/d	0,064 / 0,028	2,286
Относительный продольный шаг	2	2=S2/d	0,04 / 0,028	1,429
Площадь живого сечения	F	F=ab-z1ld	2,944*0,768 - 9*2*0,028	2,205

d - наружный диаметр труб

l - длина труб, расположенных в конвективном пучке

n - общее число труб в конвективном пучке

a, b - параметры пучка в расчетных сечениях

z₁ - число труб в ряду

Размещено на Allbest.ru