Тепловой расчет теплогенератора

38

Размещено на http://www.allbest.ru

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра энергоснабжение и теплотехника

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 также 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 также для коммунально-бытовых нужд населения. Теплогенерирующие установки предназначены для производства тепловой энергии из первичных источников энергии.

Тепловая энергия - это один из видов энергии, используемой человеком для обеспечения необходимых условий его жизнедеятельности, как для развития и совершенствования общества, в котором он живет, так и для создания благоприятных условий его быта. Тепловая энергия, производимая человеком из первичных источников энергии, в основном используется для получения электрической энергии на тепловых электростанциях, для технологических нужд промышленных предприятий, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.

Комплексы устройств, производящих тепловую энергию и доставляющих ее в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха потребителю, называются системами теплоснабжения. В зависимости от мощности систем и числа потребителей, получающих от них тепловую энергию, системы теплоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные. Условно принято считать систему теплоснабжения централизованной, если единичная мощность включенных в нее теплогенерирующих установок равна или превышает 58 МВт. Если мощность установок, производящих тепловую энергию в системе, меньше 58 МВт, то система теплоснабжения считается децентрализованной.

В централизованных системах теплоснабжения тепловая энергия производится либо в мощных комбинированных установках, производящих как тепловую, так и электрическую энергию, называемых теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), либо в крупных установках, производящих только тепловую энергию, называемых районными тепловыми станциями или котельными. топливо теплогенератор паровой котельный

В децентрализованных системах теплоснабжения тепловая энергия производится в небольших отопительных тепловых станциях. Развитие теплогенерирующих установок определяется тенденциями развития общества в целом, в том числе и его народного хозяйства.

Теплогенераторы ближайшего будущего - это полностью механизированные агрегаты с высокой степенью автоматизации производства тепловой энергии, работающей на твердом или жидком топливе и газе, включая местные виды топлива, а также на атомной энергии.

Рост себестоимости добычи традиционных видов топлива сделал экономически целесообразным развитием теплогенерирующих установок на так называемых нетрадиционных источниках энергии: солнечной, геотермальной и др. Все это, вместе взятое, и определяет тенденции развития теплогенераторов и теплогенерирующих установок в целом в ближайшем будущем.

1 . ЗАДАНИЕ

Для выполнения курсовой работы необходимо произвести поверочный расчет котельного агрегата с элементами конструктивного расчета отдельных поверхностей нагрева. Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность при заданных условиях.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Устройство и работа теплогенератора ДЕ-10-14

Газомазутные котлы ДЕ предназначены для выработки насыщенного или слабо перегретого пара с абсолютным давлением 14 кгс/см² или 24 кгс/см² . Основные характеристики котла приведены ниже в таблице 2.

Принципиальная схема устройства и работы теплогенератора ДЕ-10-14 ГМ приведена в приложении 1.

Газомазутный котел ДЕ-10-14 имеет опорную наклонную раму, которая опирается на фундамент. На раму передается масса элементов котла и воды, обвязочного каркаса, натрубная обмуровка и обшивка. Переднее днище нижнего барабана имеет неподвижную опору, а остальные опоры скользящие. На заднем днище нижнего барабана установлен репер (указатель) для контроля теплового расширения элементов котла при работе и растопке.

Теплогениратор состоит из верхнего 1 и нижнего 2 барабанов одинаковой длины, которые соединены между собой коридорно-расположенными вертикальными изогнутыми трубами и образуют соответственно первый 3 и второй газоходы конвективной поверхности нагрева.

Топочная камера находится сбоку (справа) от конвективного пучка и отделена от него слева газоплотной перегородкой 6. Подовой 7, правый боковой топочный экран 8 и потолок топки 9 образованы длинными изогнутыми трубами. Под (нижняя часть топки) в топке выложен слоем огнеупорного кирпича - торкрет 17.

Вертикальные трубы заднего топочного экрана 10 не имеют обсадных концов и приварены к нижнему 11 и верхнему 12 наклонным коллекторам.

Фронтовой экран топки котлов образован четырьмя изогнутыми трубками 14, развальцованными в верхний и нижний барабаны, что позволяет разместить на фронтовой стене амбразуры горелки 16 и лаз.

2.2 Основные контуры естественной циркуляции

Питательная вода после умягчения и деаэрации по двум трубопроводам питательной линии подается в водный объем верхнего барабана 1, где смешивается с котловой водой. В котле имеется пять контуров естественной циркуляции.

1-й контур (по кипятильным трубам). Котловая вода из верхнего барабана 1 опускается в нижний барабан 2 по кипятильным трубам 4 конвективного пучка, расположенным во втором газоходе - в области более низких температур топочных газов. Образующаяся пароводяная смесь (ПВС) поднимается в верхний барабан по кипятильным трубам 3, расположенным в первом газоходе.

2-й контур (по фронтовому экрану) - котловая вода из нижнего барабана 2 поднимается по четырем трубам 14 вверх и в виде ПВС поступает в верхний барабан.

3-й контур (по подовому, правому боковому и потолочному экрану) - котловая вода из нижнего барабана заполняет все трубы и в виде ПВС поступает в верхний барабан.

4-й контур (по заднему топочному экрану) - котловая вода из нижнего барабана 2 подводится к нижнему коллектору 13 левого бокового экрана; к коллектору 13 подводится также вода из нижнего барабана 2, по перепускным трубам 14, после чего вода распределяется по коллектору, а образующаяся ПВС по трубам 12 левого бокового экрана, расположенным в топке, поднимается в верхний барабан.

5-й контур (по трубам направляющего экрана) - котловая вода из нижнего барабана заполняет все двенадцать труб 15 , а образующаяся ПВС поднимается в врехний барабан.

Вода и пароводяная смесь (ПВС) из всех контуров циркуляции поднимается в верхний барабан, где в паросепарационных устройствах 24 отделяется пар, а вода смешивается с котловой водой и процесс циркуляций повторяется. После паросепарационных устройств полученный сухой насыщенный пар идет к потребителю по паропроводу 25 .

2.3 Горелочные устройства

В котлах ДЕ устанавливают горелки ГМ или ГМП. На фронтовой стене каждого котла расположена одна горелка, которая крепится с помощью специального фланца. Отверстие, образующееся при снятии фланца с завихрителем, используется в качестве лаза.

Общий вид горелки ГМ приведен в приложении 2. Горелка состоит из форсуночного узла, периферийной газовой части и однозонного воздухонаправляющего устройства. В форсуночный узел входит паромеханическая форсунка 1, расположенная по оси горелки и устройство 2, смещенное относительно оси.

Газовая часть горелки состоит из газового кольцевого коллектора 3 прямоугольной формы. К торцу коллектора приварен кольцевой обод полукруглой формы. Воздухонаправляющее устройство 4 представляет собой лопаточный завихритель осевого типа с неподвижными профильными лопатками. Воздух, поступающий по воздуховоду, ограниченному фронтом 5 котла и металлической стенкой 6, делится на два потока: первичный направляется в воздушный короб 7 горелки, закручивается в завихрителе 4 и, смешиваясь с газом, участвует в процессе сжигания в первой половине футерованной камеры сгорания котла; вторичный воздух поступает в камеру сгорания через щель, обеспечивая полное сгорание газа.

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Состав топлива, конструктивные характеристики теплогенератора и параметры теплоносителя

Газопровод - «Коробки - Волгоград»

Таблица 1

Конструктивные характеристики котла ДЕ-10-14

3.4 Расчет топочных камер

При расчете топки по чертежам или конструктивным данным необходимо определить:

- объем топочной камеры,

- степень ее экранирования,

- площадь поверхности стен,

- площадь радиационных поверхностей нагрева,

- конструктивные характеристики труб экранов.

Последовательность поверочного расчета топки:

Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры. Для промышленных паровых котлов рекомендуется принимать эту температуру, при сжигании газа - 950…1150 °С.

Для принятой температуры энтальпия сгорания на выходе из топки определяется по диаграмме I - .

Вычисляются коэффициенты и параметры топочной камеры:

* коэффициенты загрязнения и тепловой эффективности экранов;

* эффективная толщина излучающего слоя;

* суммарная поглощательная способность трехатомных газов и водяных паров;

* коэффициент ослабления лучей;

* степень черноты светящейся и несветящейся части факела;

* видимое теплонапряжение топочного объема;

* эффективная степень черноты факела;

* степень черноты топки;

* полезное тепловыделение в топке;

* теоретическая температура горения;

* средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания.

4) Вычисляется действительная температура газов на выходе из топки.

5) Полученная температура сравнивается с принятой ранее. Расхождение не должно превышать более ± 50°С.

Расчет сводится в таблицу 6.

Тепловой расчет топки.

Таблица 6.

3.5 Расчет конвективных поверхностей нагрева

Конвективные поверхности нагрева играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах - это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 м³ газа при нормальных условиях.

Для парового котла расчет выполняется для каждого (или общего) газохода

Последовательность расчета:

Определяются конструктивные характеристики.

Предварительно принимаются два значения температур продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева.

По уравнению теплового баланса определяется количество теплоты в кипятильном пучке парового котла - Q_к. Затем вычисляют средний температурный напор и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания.

По номограммам определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, вычисляется коэффициент теплопередачи и тепловосприятия поверхностью нагрева - Q_T.

Расчеты конвективных поверхностей нагрева сводят в таблицу 7.

Расчет кипятильного пучка - газохода парового котла.

Таблица 7.

3.6 Расчет водяных экономайзеров

Водяные экономайзеры предназначены для нагрева питательной или сетевой воды за счет теплоты уходящих топочных газов, благодаря чему повышается КПД. В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры ВТИ, а при большем давлении - стальные. Общая схема устройства и обвязки чугунного водяного экономайзера показана на рис. 5.

Расчет чугунного водяного экономайзера сводят в таблицу 8.

Расчет водяного экономайзера.

Таблица 8.

3.7 Расчет невязки теплового баланса

Тепловой расчет парового котельного агрегата заканчивается определением относительной погрешности невязки теплового баланса. При правильном расчете относительная погрешность невязки не должна превышать 0,5 % , при этом должно выполняться условие: ± 0,5 %.

Расчет невязки теплового баланса сводится в таблицу 9.

Невязка теплового баланса.

Таблица 9.

4. СХЕМА ОБВЯЗКИ ЧУГУННОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

5. ЛИТЕРАТУРА

1. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности, 1989 г;

2. Фокин В.М., Тепловой расчет теплогенератора: учебное пособие - Волгоград: ВолгГАСА, 2000 г;

3. Фокин В.М., Эксплуатация теплогенерирующих установок: учебное пособие - Волгоград: ВолгГАСА, 1999г:

4. Фокин В.М., Котельные агрегаты: учебное пособие - Волгоград: ВолгГАСА, 1997г.

5. Фокин В. М., Тепловые схемы котельных: учебное пособие - Волгоград: ВолгГАСА,1998

Размещено на Allbest.ru