Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный аграрный университет»

Инженерный факультет

Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Теплоэнергетические установки и системы»

по теме: «Тепловой расчет парового котельного агрегата ДКВР 6,5-13»

Выполнил: студент 31б группы профиль подготовки: «Электрооборудование и электротехнологии»

очной формы обучения

Землянский И. А

Проверил: преподаватель

Байков А.С

Оренбург 2014



Содержание

Введение

Рабочее задание

1. Описание котла типа ДКВр 20-23

2. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

2.1 Определение коэффициентов избытка воздуха по газоходам

2.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

2.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

3. Расчетный тепловой баланс и расход топлива

3.1 Расчет потерь теплоты

3.2 Расчёт КПД и расхода топлива

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Котел - это техническое устройство, снабженное топкой обогреваемой продуктами сгорания сжигаемого топлива предназначенного для выработки пара (паровой), воды (водогрейный) с давлением выше атмосферного используемого вне его. Рабочим телом в нем для получения пара является вода, а теплоносителем служат продукты сгорания различных органических топлив (сланцев, углей, газообразных, жидких). Необходимая тепловая мощность парового котла определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных температуры и рабочего давления перегретого пара. При этом в топке сжигается расчетное количество топлива.

При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара (свежего и вторично-перегретого) и, как правило, давление должны сохраняться (в заданном диапазоне нагрузок), а остальные параметры меняются.

При выполнении расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в определении температур и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла (поверочный метод).

Целью работы является поверочный расчет котла или отдельных его элементов. Расчет выполняется для существующих конструкций котла с целью определения показателей его работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузок или параметров пара, а так же после проведенной реконструкции поверхности нагрева.



Рабочее задание

Выполнить поверочный расчет котла ДКВр 20-23

Таблица 1 Исходные данные.

Расчётная паропроизводительность котла	8,2 т/ч (2,277кг/с)
Топливо	Промысловка -Астрахань
Котельный агрегат	ДКВр 20-23
Пар насыщенный	194
Температура питательной воды	100
Продувка	3%

Таблица 2 Основные расчётные параметры топлива

Газопровод	Состав газа, % по объему	Qнс, кДж/м3 (ккал/м3)	р, кг/м3
Промысловка-Астрахань	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2	СО2
	97,1	0,3	0,1	0	0	2,4	0,1	35040	0,733



1. Описание котла типа ДКВр 20-23

Котел ДКВр-20-23 двухбарабанный, вертикально водотрубный предназначеный для, выработки насыщенного, идущего на технологические нужды промышленного предприятия, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Котел ДКВр-20-23 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 топочная камера котла ДКВр-2,5; ДКВр-4; ДКВр-6,5 делится шамотной перегородкой на две части: собственную топку и камеру догорания. На котлах ДКВр-20 камера догорания отделена от топки трубами заднего экрана. Между первым и вторым рядом труб котельного пучка всех котлов также устанавливается шамотная перегородка, отделяющая пучок от камеры догорания. Внутри котельного пучка имеется чугунная перегородка которая делит пучок на первый и второй газоходы и обеспечивает горизонтальный разворот газов в пучке при поперечном омывание труб.

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

При наличие пароперегревателя часть кипятильных труб не устанавливается; пароперегреватели размещаются в первом газоходе после второго-третьего рядов кипятильных труб. Котлы имеют два барабана - верхний (длинный) и нижний (короткий) - и трубную систему. Для осмотра барабанов и установки в них устройств, а также для чистки труб шарошками на днищах имеются овальные лазы размером 325х400 мм.

Барабаны котла ДКВр-20-23-370 ГМ, рабочим давлением 1,4 или 2,4 МПа, изготавливается из стали 16ГС, 09Г2С, стенка толщиной 13 или 20 мм соответственно.

Экранные и кипятильные пучки котла ДКВр 20-23 изготавливаются из стальных бесшовных труб Ш 51 мм стенка 4 мм. Для удаления шламов в котлах имеются торцевые лючки на нижних камерах экранов, для периодической продувки камер имеются штуцера Ш 32х3 мм.

Котел ДКВр20-23 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-20-23 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. Все котлы в верхнем барабане снабжены внутрибарабанным паросепарационным устройствами для получения пара.

Котел ДКВр-20-23, поставка которого может осуществляться одним транспортабельным блоком и в разобранном виде, имеют опорную раму сварной конструкции, выполненную из стального проката. Котёл ДКВр-20-23 опорной рамы не имеют. 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.

Котел снабжен контрольно-измерительными приборами и необходимой арматурой. На котел ДКВр-20-23 устанавливается следующая арматура: предохранительные клапана; манометры и трехходовые краны к ним; рамки указателей уровня со стеклами «Клингера» и запорными устройствами указателей уровня; запорные вентили, регулирующий и обратные клапана питания котлов; запорные вентили продувки барабанов, камер экранов, регулятора питания и пароперегревателя; запорные вентили отбора насыщенного пара (для котлов без пароперегревателя); запорные вентили для отбора перегретого пара (для котлов с пароперегревателями); запорные вентили на линии обдувки и прогрева нижнего барабана при растопке котлов (для котлов ДКВр-20); вентили для спуска воды из нижнего барабана; запорные вентили на линии ввода химикатов; вентили для отбора проб пара. Для котлов типа ДКВр-20 поставляются также запорный и игольчатый вентили для непрерывной продувки верхнего барабана.

Для обслуживания газоходов на котле ДКВр-20-23 устанавливается чугунная гарнитура.

В котле ДКВр-20-23, при сжигании газа и мазута применяются двухзонные вихревые газомазутные горелки типа ГМГ (по 2 горелки на котле).

Котлы типа ДКВр, работающие на мазуте, комплектуются чугунными экономайзерами, при использовании только природного газа для комплектации котлов могут использоваться стальные экономайзеры.

Рисунок 1 Общий вид котла ДКВр 20-23



Таблица № 3 Характеристики двухбарабанных котлов типа ДКВр на избыточное давление 2,3МПа.



2. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания

2.1 Определение коэффициентов избытка воздуха по газоходам

Коэффициент избытка воздуха принимается в зависимости от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки.

Коэффициент избытка воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к б соответствующих присосов воздуха

где i - поверхность нагрева после топки по ходу продуктов сгорания;

б_m - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки находим по таблице 2.2 методического указания.

Для камерной топки при сжигании природного газа коэффициент избытка воздуха на выходе из топки равен:

б_m =1,1

Значения расчетных присосов воздуха для промышленных паровых котлов находим по таблице 2.1 в методическом указании.

Коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем:

б_пп =0(т.к отсутствует отбор перегретого пара)

Коэффициент избытка воздуха за первым и вторым котельным пучком конвективной поверхности нагрева:

присос воздуха для первого котельного пучка конвективной поверхности нагрева котлов производительностью D ? 50 т/ч (таблица 2.1)

присос воздуха для второго котельного пучка конвективнойповерхности нагрева котлов производительностью D ? 50 т/ч

Коэффициент избытка воздуха за водяным экономайзером

присос воздуха для водяного экономайзера из стали котлов производительностью D ? 50 т/ч (таблица 2.1).

2.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Определим теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания:

где m - число атомов углерода;

n - число атомов водорода.

Определим теоретический объем азота в продуктах сгорания:

Определим объем трехатомных газов:

При расчете следует учитывать, что диоксид углерода и сернистый газ принято объединять и называть «сухие трехатомные газа», обозначая через.

Определим теоретический объем водяных паров:

)+0,0161*

где - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1сухого газа.

Определим средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева

где - коэффициент избытка воздуха перед газоходом;

- коэффициент избытка воздуха после газохода.

для топки:

для конвективного пучка:

для экономайзера:

Определить избыточное количество воздуха для каждого газохода:

для топки:

для конвективного пучка:

;

для экономайзера:

Определим действительный объем водяных паров для твердого топлива м³ по формуле:

для топки:

для конвективного пучка:

для экономайзера:

Определить действительный суммарный объем продуктов сгорания для твердого и жидкого топлива (м³/кг), для газа (м³/м³) по формуле

для топки:

для конвективного пучка:

для экономайзера:

Определить объемные доли трехатомных газов и водяных паров, а также суммарную объемную долю по формулам:

для топки:

для конвективного пучка:

для экономайзера:

Результаты расчета действительных объемов продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата сводим в таблицу 4



Таблица 4 Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов

Величина	Обозначение	Теоретические объемы: V0=9,318 м3/кг; V0N2=7,38 м3/кг; VRO2=0,981 м3/кг; V0H2O=2,105м3/кг.
		Газоход
		Топка	Конвективные пучки	Экономайзер
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева	б	1,1	1,25	1,33
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева	бср	1,1	1,175	1,29
Избыточное количество воздуха, м3/кг		0,932	1,631	2,702
Объем водяных паров, м3/кг		2,12	2,131	2,149
Полный объем продуктов сгорания, м3/кг		11,413	12,123	13,212
Объемная доля трехатомных газов		0,086	0,081	0,074
Объемная доля водяных паров		0,186	0,174	0,159
Суммарная объемная доля		0,272	0,255	0,234

2.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

1. Вычисляем энтальпию теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур котел газоход экономайзер

, кДж/

где - энтальпия 1 м³ воздуха, кДж/м³ (принимается для каждой выбранной температуры по таблице 2.4 методического указания); - теоретический объем воздуха, необходимый для горения (см. таблицу 2).

для топки:

для конвективного пучка:

для экономайзера:

2. Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур

, кДж/кг

где , , - энтальпии 1 м³ трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров (принимаются для каждой выбранной температуры по таблице 2.4 методического указания); , , - объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара (см. таблицу 4).

для топки:

для конвективного пучка:

для экономайзера:

3. Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур

, кДж/м³

для топки:

для конвективного пучка:

,

для экономайзера:

,

4. Определяем энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха

кДж/м³

для топки:

для конвективного пучка:

для экономайзера:

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам сводим в таблицу 5

Таблица 5 Энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг

Поверхность нагрева	Температура после поверхности нагрева, 0С				I
Bepх топочной камеры, фестон, бm =1,1	2000	28642,610	34999,617	2864,261	37863,878
	1900	27077,236	33055,256	2707,724	35762,980
	1800	25511,863	31094,759	2551,186	33645,945
	1700	23983,760	29164,763	2398,376	31563,139
	1600	22464,975	27249,587	2246,497	29496,084
	1500	20936,872	25341,479	2093,687	27435,166
	1400	19408,769	23469,148	1940,877	25410,025
	1300	17880,666	21577,881	1788,067	23365,947
	1200	16399,152	19728,419	1639,915	21368,334
	1100	14908,320	17924,338	1490,832	19415,170
	1000	13417,488	16126,201	1341,749	17467,950
	900	11973,245	14341,473	1197,324	15538,798
	800	10566,272	12585,930	1056,627	13642,557
Конвективные пучки, бк =1,25	700	9149,981	10864,812	2287,495	13152,307
	600	7752,326	9192,998	1938,082	11131,080
	500	6391,942	7572,918	1597,986	9170,903
	400	5059,511	5977,980	1264,878	7242,858
	300	3764,351	4427,480	941,088	5368,568
	200	2487,826	2920,436	621,956	3542,393
	100	1239,254	1444,051	309,814	1753,865
Водяной экономайзер, бвп =1,33	400	5059,511	5977,980	1669,639	7647,619
	300	3764,351	4427,480	1242,236	5669,716
	200	2487,826	2920,436	820,983	3741,419
	100	1239,254	1444,051	408,954	1853,005

Определим энтальпию продуктов сгорания по данным таблицы 5.

Линейную интерполяцию производим в интервале температуры 100 ⁰С.

где энтальпии соответствующие большей и меньшей температурам искомого интервала температур, приведенных в таблице 4 ().

температура уходящих газов (таблица 3)

температура, соответствующая меньшей энтальпии искомого интервала;

Строим график зависимости энтальпии от температуры .

Рисунок 2 График зависимости энтальпии от температуры .

3. Расчетный тепловой баланс и расход топлива

3.1 Расчет потерь теплоты

При работе парового или водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях имеет вид

где распологаемая теплота кДж/кг или кДж/м³;

полезная теплота содержащаяся в паре или горячей воде, кДж/кг или кДж/м³;

потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения кДж/кг или кДж/м³.

· Потеря теплоты с уходящими газами () обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле

где -- энтальпия уходящих газов (см. стр 21)

коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берем из таблице 3 в сечении газохода после последней поверхности нагрева

потеря теплоты от механической неполноты горения

энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при по формуле:

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания, обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов . Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива и содержания в нем летучих, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания при сжигании природного газа:

Потеря теплоты от наружного охлаждения ( ) обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности парового или теплопроизводительности водогрейного котла.

Потеря теплоты от наружного охлаждения определим по формуле

где расчетная нагрузка парового котла т/ч;

номинальная нагрузка парового котла, определим из таблицы 3

( )

потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке котла, определяются по таблице 3,2 методического указания.

(По таблице выбираем значение , которому соответствует номинальная нагрузка ).

Определим располагаемую теплоту:

где -- низшая теплота сгорания сухой массы газа

3.2 Расчёт КПД и расхода топлива

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового или водогрейного котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды расходуется пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия -- для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте -- нетто.

По уравнению обратного баланса определим КПД брутто:

2) Из уравнения прямого теплового баланса находим расход топлива, подаваемого в топку (равному расчетному расходу топлива)

;

где - полезная мощность котла, кВт;

где =0 т/ч расход выработанного перегретого пара(пароперегреватель отсутствует в конструкции котла)

расход выработанного насыщенного пapa ( )

- энтальпия насыщенного пара Р=2,3МПа [10]

кДж/кг - энтальпия питательной воды при 100[10];

кДж/кг - энтальпия кипящей воды в барабане котла при Р=2,3МПа [10];

Р непрерывная продувка парового котла, учитывается только при %, величину Р принимаем равной 3%.

Расчетный расход топлива с учетом потери тепла от механической неполноты горения найдем по формуле:

Определяем коэффициент сохранения теплоты



Заключение

В результате выполнения расчетно-графической работы произведен поверочный расчет парового котла ДКВр 20-23, работающем на природном газе. Определены коэффициенты избытка воздуха по газоходам, объем воздуха и продуктов сгорания, энтальпию воздуха и продуктов сгорания, потерю теплоты, КПД брутто, расход топлива.



Список используемой литературы

1. Байков А.С. Конспект лекций по курсу «Теплоэнергетические установки и системы» Оренбург, 2011 г.

2. В.М. Токарев. Тепловой расчет котельного агрегата. Учебное пособие к курсовому проекту. Челябинск. 2011 г. - 41 с.

3. Бойко, Е. А. и др. Котельные установки и парогенераторы (тепловой расчет парового котла): Учебное пособие / Е. А. Бойко, И. С. Деринг, Т. И. Охорзина. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. - 96 с.

4. Фокин В.М. Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2006. 240 с.

5. Блинов Е.А. Котельные установки и парогенераторы: Методические указания к выполнению курсового проекта. - СПб.: СЗТУ, 2004. - 35 с.

6. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.

7. Эстеркин Р.И. Промышленные парогенерирующие установки.

8. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. - 2-e изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985.

9. Роддатис К.Ф. Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности/ Под ред. К.Ф. Роддатис. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.: ил.

10. Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М.: «Энергия», 1980. - 424 с.

Размещено на Allbest.ru