Котельные установки и парогенераторы

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ АРКТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт прикладных арктических технологий

Кафедра «Строительства, энергетики и транспорта»

Курсовой проект по дисциплине

«Котельные установки и парогенераторы»

Специальность 13.03.01«Теплоэнергетика и теплотехника»

Профиль подготовки: «Энергообеспечение предприятий»

Выполнил: студент Маринина В.И.

Мурманск 2024



№ вар

Тип котла

Паропроизводит.

РК МПа (изб.)

Пит. вода

Воздух

Топливо

б

х

Dобщ кг/с

Dпер кг/с

Dн кг/с

tпв єС

t3эк єС

tхв єС

tгв єС

13

ДЕ-6,5-14ГМ

1,8

-

1,8

1,4

90

140

25

120

Газ

1,08

Тип котла и его характеристики:

Вид и состав топлива:

№ варианта	Марка	СН4,%	С2Н6,%	С3Н8,%	С4Н1о,%	С5Н10,%	N2,%	СН4,%
13	Ставро-польский	98	0,4	0,2	0,4	-	1



Краткое описание котлоагрегата

Котлы типа ДЕ (Е) состоят из верхнего и нижнего барабанов, трубной системы и комплектующих. В качестве хвостовых поверхностей нагрева применяются стальные или чугунные экономайзеры. Котлы могут комплектоваться как отечественными, так и импортными горелками. Котлы типа ДЕ, могут оборудоваться системой очистки поверхностей нагрева.

Для всех типоразмеров котлов внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов составляет 1000 мм. Поперечное сечение топочной камеры также одинаково для всех котлов. Однако, глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности котлов.

Топочная камера котлов ДЕ размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Топочный блок образуется конвективным пучком, фронтовым, боковым и задним экранами. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой, в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Для поддержания необходимого уровня скорости газов в конвективных пучках устанавливаются продольные ступенчатые перегородки, изменяется ширина пучка. Дымовые газы, проходя по всему сечению конвективного пучка, выходят через переднюю стенку в газовый короб, который размещён над топочной камерой, и по нему проходят к расположенному сзади котла экономайзеру.

В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба и труба для ввода сульфатов, в паровом объёме - сепарационные устройства. В нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды, перфорированные трубы непрерывной продувки.

В котлах типа ДЕ применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная подогретая вода подается в верхний барабан под уровень воды. В нижний барабан вода поступает по экранным трубам. Из нижнего барабана вода поступает в конвективный пучок, под нагревом превращаясь в пароводяную смесь, поднимается в верхний барабан.

На верхнем барабане котла устанавливается следующая арматура: главная паровая задвижка, клапаны для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. Каждый котел снабжен манометром, двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольным клапаном. Для удобства обслуживания котлы ДЕ оснащаются лестницами и площадками.

Технические характеристики котла

Наименование показателя	Значение
Тип котла	Паровой
Вид расчетного топлива	Газ, жидкое топливо
Паропроиз-ть, т/ч	6,5
Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на выходе, МПа (кгс/см2)	1,3 (13,0)
Температура пара на выходе, °С	насыщенный, 194; перегретый, 225
Температура питательной воды, °С	100
Расчетный КПД, %	92
Расчетный КПД (2), %	90
Расход расчетного топлива, кг/ч	466
Расход расчетного топлива (2), кг/ч	443

Краткое описание принятых к установке топочных устройств и горелок

котлоагрегат парогенератор нагрев

Горелка ГМ-4,5

Распыливание жидкого топлива в горелке ГМ-4,5 производится быстросъёмной форсункой, которая состоит из:

топливного ствола;

паровой трубы;

топливного завихрителя;

парового завихрителя;

распределительной шайбы;

накидной гайки;

корпуса;

фланца;

скобы и винта.

Топливный ствол и паровая труба крепятся к корпусу. Он располагается концентрично внутри паровой трубы.

Жидкое топливо по топливному штуцеру и пар по паровому штуцеру, подаются в топливный и паровой каналы фланца соответственно и дальше в одноименные каналы в корпусе. Из корпуса жидкое топливо попадает в топливный ствол, а пар в кольцевой канал между наружной поверхностью топливного ствола и внутренней поверхностью паровой трубы.

В распыливающей головке, состоящей из топливного и парового завихрителей, распред. шайбы и накидной гайки, жидкое топливо через отверстия распределительной шайбы поступает в кольцевой канал топливного завихрителя и далее, по тангенциальным каналам, попадает в камеру завихрения, приобретая поступательно-вращательное движение. Выходя из сопла топливного завихрителя в виде пленки, жидкое топливо распределяется на мелкие капли, образуя конус распыла.

Паровой завихритель имеет тангенциальные каналы для закручивания парового потока, камеру завихрения и выходное отверстие.

Пар, который выходит закрученным потоком рядом с соплом топливного завихрителя, участвует в процессе распыливания топлива.

Лопаточный завихритель правой или левой закрутки воздушного потока тоже является одним из основных узлов в проточной части воздухонаправляющего устройсва горелки. Завихритель состоит из профильных лопаток, внутренней и внешней обечаек. Профильные лопатки позволяют уменьшить аэродинамическое сопротивление ВНУ.



Характеристики горелки

Наименование характеристики	Значение для ГМ-4,5
Номинальная тепловая мощность, МВт (Гкал/ч)	5,2 (4,5)
Габариты, LxBxH, мм	730х770х770
Коэф. рабоч. регулир. по теплоте, мощн.	5
Номин. давл. мазута перед форсункой, МПа (кгс/см2)	1,8 (18)
Номин. давл. газа перед горелкой, кПа (кгс/см2)	25(2500)
Номин. расход мазута, кг/ч	465
Номин. расход газа, нм3/ч	532
Содержание окиси углерода (СО), %, газ	0.05
Содержание окиси углерода (СО), %, мазут	0.05
Содержание оксидов Азота (Nox) мг/м3, газ	210
Содержание оксидов Азота (Nox) мг/м3, мазут	350
Применяемость к котлам	ДЕ-6.5-14 ГМ-О; ДЕВ-6.5-14 ГМ-О
Масса, кг	120

Обоснование выбранной температуры уходящих газов

Температура уходящих газов - 120 градусов по Цельсию, согласно Таблице 2.3(Учебник Г.В. Пак «Котельные установки промышленных предприятий»[1])

г)выбор и описание принятых к установке хвостовых поверхностей нагрева;

Для котла на газовом/мазутном топливе температура подогретого воздуха находится в пределах 250-300 гр. Цельсия, согласно таблице 2.4 [1] выбираем 300 гр. Цельсия, по этому устанавливается водяной водяной экономайзер и воздухоподогреватель. В таком случае температура воздуха на входе в воздухоподогреватель, согласно Таблице 2.5 [1], принимается в 30 гр. Цельсия.

е)расчет объемов воздуха и продуктов сгорания при сжигании топлива;

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания при сжигании газообразного топлива, м3/м3:

VО=0,0476*[0,5*CO+0,5*H2+1,5*H2S+ У(m+n/4)*CmHn-O2]; [3.5]

VО=0,0476*[0,5*CO+0,5*H2+1,5*H2S+ У(m+n/4)*CmHn-O2]=

=0,0476*[((1+4/4)*98)+((2+6/4)*0,4)+((3+8/4)*0,2)+((4+10/4)*0,4)]=5,96

VN2O=0,79*VO+(N2/100); [3.6]

VN2O=0,79*VO+(N2/100)=0,79*5,96+(1/100)=4,72

VRO2=0,01*[CO2+CO+H2S+ Уm*CmHn]; [3.7]

VRO2=0,01*[CO2+CO+H2S+ Уm*CmHn]=0,01*[(1*98)+(2*0,4)+(3*0,2)+(4*0,4)]=1,01

VH20O=0,01*[H2S+H2+У(n/2)* CmHn+0,124*dг.тл]+0,0161*VO. [3.8]

VH20O=0,01*[((4/2)*98)+((6/2)*0,4)+((8/2)*0,2)+((10/2)*0,4))+0,124*10]+0,0161*5,96=

=2,11

VгO= VN2O+ VRO2+ VH20O. [3.9]

VгO=4,72+1,01+2,11=7,84

Действительные объёмы продуктов сгорания по отдельным газоходам котла определяются с учетом рекомендуемых значений коэффициента избытка воздуха в конце топки б т=1,1 и соответствующих нормативных присосов:

Топочные камеры и газоходы	Присос воздуха
Топки газомазутные с металлической обшивкой	0,05
Первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева	0,05
Чугунный водяной экономайзер с обшивкой	0,1
Водонагреватель пластинчатый на каждую ступень	0,1+0,1

VH20= VH20O+0,0161(б ср-1) VО [3.10]

Vг= VRO2+ VN2O+ VH20O+( б ср-1) VО [3.11]

Для топки:

VH20т=2,11+0,0161*(((1,1+(1,1+0,05))/2)-1)*5,96=2,12

Vг= 1,01+4,72+2,11+(((1,1+(1,1+0,05))/2)-1)*5,96=8,59

Для конвективного пучка:

VH201=2,11+0,0161*(((1,15+(1,15+0,05))/2)-1)*5,96=2,13

Vг= 1,01+4,72+2,11+(((1,15+(1,15+0,05))/2)-1)*5,96=8,88

Для пароперегревателя:

VH20вп1=2,11+0,0161*(((1,2+(1,2+0,1))/2)-1)*5,96=2,134

Vг= 1,01+4,72+2,11+(((1,2+(1,2+0,1))/2)-1)*5,96=9,33

Для воздухоперегревателя:

VH202=2,11+0,0161*(((1,3+(1,3+0,1))/2)-1)*5,96=2,144

Vг= 1,01+4,72+2,11+(((1,3+(1,3+0,1))/2)-1)*5,96=9,93

Для экономайзера:

VH20вп2=2,11+0,0161*(((1,4+(1,4+0,1))/2)-1)*5,96=2,153

Vг= 1,01+4,72+2,11+(((1,4+(1,4+0,1))/2)-1)*5,96=10,522

Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания при сжигании топлива

Энтальпия продуктов сгорания 1 м3 газообразного топлива, кДж/м3, определяется как сумма энтальпий газообразных продуктов сгорания, избыточного воздуха и золы. Расчет энтальпии продуктов сгорания проводится на выходе из каждой рассматриваемой поверхности нагрева при соответствующем значении б'' по уравнениям (3.17-3.19):

Hг=Hго+Hво * ( б''-1); (3.17)

Hго= VRO2 * (cv)RO2+ VN2O * (cv)N2+ VH2OO * (cv)H20; (3.18)

Hво= VвO * (cv)в; (3.19)



Таблица 3.3

Температура, °C	Hво, кДж/м3	Hго, кДж/м3	Энтальпия продуктов сгорания за поверхностью нагрева Hг, кДж/м3
	За топкой, фестоном	За пароперегревателем	За котельным пучком	За воздухоподогревателем	За экономайзером
100	792.7	1103.9				1234.2	1344.6
200	1591.3	2238.1				2486.5	2710.4
300	2407.8	3400.6			3088.0	3768.1	4108.1
400	3236.3	4599.0			4156.1
500	4088.6	5834.2			5255.4
600	4958.7	7089.3		7085.5	6376.6
700	5852.7	8388.6		8369.3	7530.4
800	6758.6	9726.6	8217.6	9676.6	8704.0
900	7658.6	11088.6	9321.9	10985.2
1000	8582.4	12480.0	10454.4	12326.4
1100	9536.0	13882.2	11618.3	13700.7
1200	10489.6	15293.2	12783.6
1300	11437.2	16738.9	13948.1
1400	12414.7	18425.7	15178.5
1500	13392.1	19682.1	16344.4
1600	14369.6	21173.3	17545.6
1700	15341.0	22674.5	18742.2
1800	16318.5	24659.8	20017.4
1900	17319.8	25720.9	21177.9
2000	18321.0	27251.4	22408.8
2100	19322.3	28799.2	23642.2
2200	20323.6	30353.3	24876.6

Расчёт предварительного баланса котла

Целью составления теплового баланса котлоагрегата является определение коэффициента полезного действия котла, расхода топлива и тепловых потерь по статьям расхода.

Уравнение теплового баланса, устанавливающее равенство между приходом и расходом тепла, составляется для установившегося теплового режима работы котла и относится к 1 м3 газообразного топлива

Qрр=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6, (4.1)

где Qрр - располагаемая теплота, кДж/м3; Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 - потери теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения, с физической теплотой удаляемого шлака и с водой, охлаждающей панели и балки, не включенных в циркуляционный контур котла, кДж/м3.

В общем виде располагаемая теплота Qрр для газообразного топлива определяется:

Qрр=Qcн+Qф.т.+Qв.вн, (4.3)

где, Qcн - низшая теплота сгорания сухой массы газообразного топлива, Qф.т. - физическое тепло топлива, Qв.вн - теплота, внесенная воздухом, подогретым вне котельного агрегата.

Qcн=37,01 МДж/м3=37010 кДж/м3 - по таблице П. 1.3 [1]

Физическое тепло топлива учитывается при наличии предварительного подогрева мазута для обеспечения требуемой его текучести или сушки высоковлажных твердых топлив перед топкой котла

Расчет количества теплоты Qв.вн, поступающего с воздухом, подогретым вне котла (до воздухоподогревателя) внешним тепло-источником, проводится по уравнению

Qв.вн=( бт- Дбт + Дбвп)*(Hвп-Hх.в.), (4.7)

Где бт - коэффициент избытка воздуха в топке, соответствующий составу газов в конце топки, Дбт, Дбвп - присосы воздуха в топке и в воздухоподогревателе, Hвп, Hх.в - энтальпии воздуха на входе в воздухоподогреватель и холодного воздуха. Температура холодного воздуха принимается равной 25 градусам по Цельсию.

Qв.вн=( 1,08-0,05+0,1)*(30,18-25,14)=5,7 кДж/м3

Qрр=37010+5,7=37015,7 кДж/м3

Коэффициент полезного действия, определяется из уравнения обратного теплового баланса

зк =100-(q2+q3+q5), (4.10)

Где q3=0,5

Потери теплоты с уходящими газами q2, рассчитываются по зависимости

Q2=(Hу.г.- бу.г.* Hх.в) (4.12)

Q2=(Hу.г.- бу.г.* Hх.в)=(2710,4-1,5*5,7)= 2701,85 кДж/м^3

q2=(Q2/Qpp)*100=7,29 %

Согласно таблице 4.1 [1] потери теплоты от наружного охлаждения при паропроизводительности 6 т/ч для котла с хвостовыми поверхностями q5=2,4%

Соответственно, зк =100-(7,29+0,5+2,4)=89,81 %

Расход топлива B, м^3/с, определяется по уравнению

B=[Qка/( Qрр зк)]*100 (4.17)

Qка=D(h-hп.в.)+D(hк.в.-hп.в.) (4.18)

Qка=D(hн.п.-hп.в.)=1,8*(2788,85-377,04)=4341,26 кВт

B=[4341,26/( 37015,7 * 89,81)]*100=0,13 м^3/c

Расчет топки

Геометрические характеристики топки принимаются равными согласно чертежу, приложенному к данному КП:

Объем топочной камеры - 11,2 м3

Конвективная площадь нагрева - 67 м2

Радиационная площадь нагрева - 28 м2

Полная поверхность стен топки - 29,97 м2

Расчетная поверхность нагрева - 68,04 м2

Расчет теплопередачи в топочной камере

Уравнение количества воспринятой теплоты в топке Qл:

Qл=ф(Qт-H''р) (5.4)

Где ф - коэффициент сохранения теплоты, определяемый по уравнению

ф=1-(q5/( зк+ q5)). (5.5)

Полезное тепловыделение в топке Qт, рассчитывается по уравнению

Где Qв - тепло, вносимое в топку воздухом

Qв=( бт- Дбт)*Hвп + Дбт * Hх.в., (5.7)

Qв=( 1,08- 0,05)*30,18 + 1,08 * 25,14=58,24 кДж/м3

Qт=36888,86 кДж/м3

ф=1-(2,4/( 89,81+ 2,4))=0,97

H''р=8217,6 кДж/ м3, при температуре 800 гр. Цельсия, по таблице 3.3

Qл=0,97*(36888,86-8217,6)=27811,12 кДж/ м3

Уравнение теплообмена в топочной камере получено в ЦКТИ в результате анализа и обработки обширного экспериментального материала.

(5.8)

Где - безразмерная температурная продуктов сгорания на выходе из топки; Тт и Та - температура газов на выходе из топки и адиабатная температура горения топлива, К; Bo - критерий Больцмана; Bu - эффективное значение критерия Бугера; M - параметр, учитывающий распределение температуры по высоте топочной камеры.

(5.9)

Где - коэффициент сохранения теплоты; - расчетный расход топлива, кг/с; - средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг топлива, кДж/(кгК); - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 *10-8 кВт/(м2*К4); - среднее значение коэффициента тепловой эффективности поверхностей нагрева; - площадь поверхности стен топки, м2; - адиабатная температура продуктов сгорания, К.

Подставив значения критерия Больцмана в уравнение (5.8) и решая его относительно получают формулу, используемую в поверочном расчете, для определения температуры продуктов сгорания на выходе из топки:

, (5.10)

Значение параметра М, учитывающего относительное положение максимума температуры факела в топке, для газомазутной топки определяется:

, (5.12)

Где - коэффициент, выбираемый в зависимости от типа топочного устройства, вида топлива, расположения топливосжигающих устройств и т.д.; - параметр забалластированности топочных газов, м3/м2; - отношение площади зеркала горения слоя к поверхности стен топки

Параметр забалластированности топочных газов rv, определяется по уравнению

(5.16)

Коэффициент тепловой эффективности экранов для случая если стены топки закрыты экранами с разными угловыми коэфициентами или на части поверхности стен топки отсутствуют экраны

(5.18)

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания, определяется по зависимости

(5.19)



S=1,417 - эффективная толщина излучающего слоя

Критерий Бугера

(5.20)

k=m*kc (5.25)

kc=0,25 - согласно (5.26) и (5.27) [1].

k=m*kc=0,1*0,25=0,025

Эффективное значение критерия Бугера определяется по уравнению

(5.21)

Расчет конвективных пучков

Расчет теплообмена конвективной части сведено в таблицу 6.1

Таблица 6.1

№	Наименование	Обозначение	Ед.	Расчетная формула	Числовое
п/п	величины		измерения		значение
					1 пучок
1	Температура газов перед рассматриваемым газоходом	t1	оС	Из предыдущих расчетов	1613
2	Энтальпия газов перед газоходом	I1	кДж/кг	Из предыдущих расчетов	18245
3	Коэффициент сохранения тепла	j	кДж/м3	Из предыдущих расчетов	0.968
4	Температура газов на выходе из газохода.	t2'	оС	Принимаются три значения	400
		t2''	оС		500
		t2'''	оС		600
5	Энтальпия газов на выходе из газохода	I2'	кДж/кг	По I - t диаграмме	0
		I2''	кДж/кг		0
		I2'''	кДж/кг		0
6	Расход топлива	B	кг/с	Из предыдущих расчетов	0.130
7	Количество теплоты, отданное газами в пучке	Q1'	кВт	jВ(I1-I2')	2295
		Q1''	кВт	jВ(I1-I2'')	2295
		Q1'''	кВт	jВ(I1-I2''')	2295
8	Наружный диаметр труб	dн	м	По справочнику	0.051
9	Число рядов труб	z2		По справочнику	8
10	Число труб в одном ряду	z1		По справочнику	18
11	Шаг труб:
	-поперечный	S1	м	По справочнику	0.09
	-продольный	S2	м		0.11
12	Средняя длина труб в газоходе:
	-установленная	lуст	м	По чертежу	2.65
	-активная	lакт	м		1.8
13	Коэффициент омывания	w		lакт/ lуст	0.68
14	Активно омываемая поверхность нагрева	Накт	м2	pd lакт z1 z2	41.5
15	Относительные шаги труб:
	- продольный	S2/d		S2/d	2.16
	- -поперечный	S1/d		S1/d	1.76
16	Площадь живого сечения для прохода газов	Fж	м2	Вычисляется с учетом данных чертежа и справочника	0.501
17	Эффективная толщина излучающего слоя газов	Sэф	м		0.177
18	Температура кипения воды при рабочем давлении	ts'	оС	Из таблиц водяного пара при рабочем давлении	195
19	Средняя температура газового потока	t'ср	оС	0,5(t1 + t'2)	1007
		t''ср	оС	0,5(t1 + t''2)	1057
		t'''ср	оС	0,5(t1 + t'''2)	1107
20	Средний расход газов	V'ср	м3/с		5.410
					5.622
					5.833
		V''ср	м3/с
		V'''ср	м3/с
21	Средняя скорость газов	W'г	м/с		10.80
					11.22
					11.64
		W''г	м/с
		W'''г	м/с
22	Средняя температура загрязненной стенки	tз	оС	tз= tн+(60-80)= ts'+(60-80)	255
23	для определения aк	бн		По номограмме в зависимости от характера омывания и строения пучка	54
	-коэффициент теплоотдачи				55
	Поправочные коэффициенты:				58
		Сz			0.98
	- на количество рядов	Сs			1
	- на относительные шаги	Сф			1.08
	- на изменение физических характеристик
24	Коэффициент теплоотдачи конвекции определенный по формуле	a'к	Вт/м2к	aн СzСsСф	57.15
		a''к			58.21
		a'''к			61.39
	Коэффициент ослабления лучей топочной среды	k	1/(Мпа м)	kг+ Kк+ Кзл	3.30
	Степень черноты продуктов сгорания	a			0.37
25	Коэффициент теплоотдачи излучением	a'л	Вт/м2град	бна	20.19
	для не запыленного газового потока	a''л			20.56
		a'''л			21.68
26	Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке	a'1	Вт/м2град	a1=w (aк + aл)	52.53
		a''2			53.51
		a'''3			56.43
27	Коэффициент тепловой эффективности	ш		Принимаем табл. 6.3	0.61
28	Коэффициент теплопередачи	К'1	Вт/м2град	шa1	32.05
		К''2			32.64
		К'''3			34.42
29	Средний температурный напор	Dtср	оС		627.20
					724.28
					808.39
30	Тепловосприятие поверхности нагрева конвективного пучка		кВт		834.27
					981.25
			кВт		1154.93
			КВт
31	Температура газов за пучком	t2	оС	Графическая интерполяция	451.72
32	Количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева	Qк	кВт	Графическая интерполяция	548.52
33	Энтальпия газов за пучком	I2	кДж/кг	По I-t диаграмме	4725
34	Энтальпия питательной воды	iпв	кДж/кг	По таблицам воды и водяного пара (iпв=10 по заданию)	378.07
35	Энтальпия влажного пара	iх	кДж/кг	По таблице водяного пара	2789
36	Количество пара, вырабатываемое в рассматри-	Dк	кг /с		0.228
	ваемой конвективной поверхности

Расчет хвостовых поверхностей нагрева

Тепловой расчёт водяного экономайзера

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении -- стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов (6.2)

,

где - коэффициент сохранения теплоты ;

- энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется по таблице 3 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности;

- энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева;

- присос воздуха в экономайзер;

- энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30?С .

.

2. Определяем энтальпию воды после водяного экономайзера

,

где - энтальпия воды на входе в экономайзер [3], кДж/кг;

D - паропроизводительность котла, кг/с;

Dпр - расход продувочной воды, кг/с.

,

.

Температура воды после экономайзера [3].

3. Определяем температурный напор

,(6.18)

где и - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.

,(6.19)

,(6.20)

.

4. Выбираем конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера (таблица 10)



Таблица 10

Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров [3]

Характеристика одной трубы	Экономайзер ВТИ
Длина, мм	2000
Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2	2,95
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2	0,12

Число параллельно включенных змеевиков в пакете

,

где D - расход воды через экономайзер, кг/с;

- массовая скорость воды на входе в экономайзер (принимается равной 600кг/(м2·с));[3]

dвн - внутренний диаметр трубы (рисунок 12), мм.

5. Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере

,(6.22)

где - расчётный расход топлива, кг/с;

VГ - объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха ;

- среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, ?С;

Fэк - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2.

,(6.23)

где Fтр - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы (таблица 10);

z1 - число труб в ряду (принимается равным 10).

,(6.24)

где и - температура продуктов сгорания на входе и выходе из экономайзера, ?С.

.

6. Определяем коэффициент теплопередачи

,(6.25)

где и - коэффициенты определяются с помощью монограммы (приложение 1, рисунок 12).

7. Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера

.(6.26)



8. Окончательно устанавливаем конструктивные характеристики экономайзера

Общее число труб ,(6.27)

где - площадь поверхности нагрева одной трубы (таблица 10), м2.

Число рядов .(6.28)

Составляем сводную таблицу.

Таблица 10

Теплотехнические и конструктивные характеристики экономайзера

Наименование величины	Условное обозначение	Расчётная формула	Результат
Температура дымовых газов перед экономайзером, ?С		рисунок 6	360
Теплосодержание дымовых газов перед экономайзером, кДж/кг		(5.7)	5716,8
Температура дымовых газов после экономайзера, ?С		принято	160
Теплосодержание дымовых газов после экономайзера, кДж/кг		(5.7)	2610,869
Тепловосприятие в водяном экономайзере, кДж/кг	Qб	(6.2)	3069,5
Температура питательной воды перед экономайзером, ?С		из условия	100
Температура питательной воды после экономайзера, ?С		[4]	183
Энтальпия питательной воды перед экономайзером, кДж/кг		[4]	419,1
Энтальпия питательной воды после экономайзера, кДж/кг		(6.15)	489,7
Температурный напор, ?С	Дt	(6.16)	133
Действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с		(6.22)	2,28
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2	Fэк	(6.23)	1,2
Среднеарифметическая температура продуктов сгорания, ?С		(6.24)	260
Число труб в ряду	z1	принято	10
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)	K	(6.25)	16,97
Площадь поверхности нагрева водяного экономайзера, м2	Hэк	(6.26)	178,2
Общее число труб	n	(6.27)	61
Число рядов	m	(6.28)	6,1

Расчет воздухоподогревателя

В современных паровых и водогрейных котлах, особенно при сжигании влажных топлив, широко применяются воздухоподогреватели. Подача горячего воздуха в топку котлоагрегата ускоряет воспламенение топлива и интенсифицирует процесс его горения, уменьшая потери теплоты от химической и механической неполноты горения. Установка воздухоподогревателя позволяет также снизить температуру уходящих газов, что особенно существенно при предварительном подогреве питательной воды, поступающей в водяной экономайзер.

Температура подогрева воздуха выбирается в зависимости от способа сжигания и вида топлива.

При камерном сжигании топлива рекомендуются следующие температуры подогрева воздуха: природного газа и мазута 250-300 °С.

Продукты сгорания, поступающие в воздухоподогреватель, охлаждаются в нем медленнее, чем нагревается воздух. Так, в среднем при охлаждении продуктов сгорания на 1 °К воздух нагревается на 1,15-1,45 °К. Это обусловлено тем, что количество продуктов сгорания и их теплоемкость больше, чем у нагреваемого воздуха, и для достижения высокого подогрева воздуха при одноступенчатом подогреве потребовалась бы поверхность нагрева воздухоподогревателя весьма больших размеров. Поэтому при необходимости высокого подогрева в современных котлоагрегатах применяют двухступенчатый подогрев, размещая воздухоподогреватель в рассечку с водяным экономайзером.

Для промышленных паровых и водогрейных котлов в основном применяются трубчатые воздухоподогреватели, чаще всего устанавливаемые после водяного экономайзера.

Расчет трубчатых воздухоподогревателей, установленных после водяного экономайзера, производится в такой последовательности

1. При конструктивном расчете воздухоподогревателя выбрать диаметр труб, поперечный S1/d и продольный S2/d относительный шаг, площади поперечного сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха, число ходов. Для трубчатых воздухоподогревателей применяются трубы с наружным диаметром 33ч40 мм при толщине стенки 1,5 мм. При сжигании газа допускаются трубы диаметром 29 мм. Относительный поперечный шаг обычно принимается S1/d = 1,54ч1,6, а продольный S2/d = 1,05ч1,1. Площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания выбирается из расчета получения скорости газов 9ч13 м/с, а для прохода воздуха - из расчета 4,5ч6 м/с.

При поверочном расчете существующего воздухоподогревателя перечисленные характеристики и его поверхность нагрева определяются из чертежей.

2. Определим минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя (°С):

(6.29)

где ы'вп - температура продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель, известна из расчета предыдущей поверхности нагрева;

tгв - температура горячего воздуха, принята при составлении уравнения теплового баланса котлоагрегата, °С.

(6.30)

3. Определим тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе. При предварительном подогреве воздуха в калорифере тепловосприятие в воздухоподогревателе:

(6.31)

где вг.в - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому,

(6.32)

где бт, ?бвп, ?бпл - присосы воздуха в топку, воздухоподогреватель и системы пылеприготовления (определяются из табл. 10 и 4.7[2]);

I0г.в и I0вп - энтальпия теоретического количества воздуха на входе в воздухоподогреватель и на выходе из него, определяется из табл. 18 для соответствующих температур, принятых при составлении уравнения теплового баланса котла.

4. Из уравнения теплового баланса определить энтальпию продуктов сгорания после воздухоподогревателя

(6.33)

Полученное значение I"вп сравниваем с предварительно принятым при составлении теплового баланса значением энтальпии уходящих газов.

Так как расхождение не превышает 0,5 % располагаемой теплоты, то расчет выполнен правильно.

5. В зависимости от взаимного движения воздуха и продуктов сгорания определим температурный напор в воздухоподогревателе. При прямотоке и противотоке температурный напор определяем по уравнению:

(6.34)

где ?tб и ?tм - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости;

а при последовательно-смешанном и перекрестном токе - по уравнению:

(6.35)



где - температурный напор при противотоке, определяемый по формуле;

ш - коэффициент пересчета от противоточной схемы к последовательно-смешанному току, определяемый по номограмме.

Поправочный коэффициент при последовательно-смешанном токе определяется по номограмме, а параметры А, Р и R, необходимые для пользования номограммой, - по формулам:

(6.36)

(6.37)

(6.38)

где Нпрм - поверхность нагрева, в которой осуществляется прямоток, м2;

Н - полная поверхность нагрева рассчитываемой части, м2;

ы' и ы" - температура продуктов сгорания на входе и выходе рассчитываемой части поверхности нагрева, °С;

t' и t" - температура подогреваемой среды на входе и выходе рассчитываемой части поверхности нагрева, °С.

6. Определим скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе (м/с)

(6.39)

где Вр - расчетный расход топлива, кг/с или м3/с;

VГ - объем продуктов сгорания, берется из проведенного ранее расчета в табл. 18;

ы - среднеарифметическая температура продуктов сгорания на входе и выходе из воздухоподогревателя, °С;

FBn - площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания, м2 .

7. Определим скорость воздуха в воздухоподогревателе (м/с)

(6.40)

где V0 - теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, берется из проведенного ранее расчета в табл. 18;

вг.в - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому, определена ранее;

t - среднеарифметическая температура воздуха на входе и выходе из воздухоподогревателя, °С;

F - площадь поперечного сечения для прохода воздуха, м2.



8. Определим коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков

бк = бн·сZ·сS·сф; (6.41)

при продольном омывании

бк = бн·сф·сl , (6.42)

где бн - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - по рис. 11, при продольном омывании - по рис. 12;

сZ - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - по рис. 11;

сS - поправка на компоновку пучка, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - по рис. 11;

сф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков труб - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков труб - по рис. 11, при продольном омывании труб - по рис. 12;

сl - поправка на относительную длину, вводится при l / d < 50 в случае прямого входа в трубу, без закругления; при продольном омывании продуктами сгорания поправка вводится для котельных пучков и не вводится для ширм (см. рис. 12).

9. Определим суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2 ·К),

б1= о (бк + бл),

где бл - коэффициент теплоотдачи излучением, для трубчатых воздухоподогревателей первой ступени (по ходу воздуха) принимается бл = 0;

о - коэффициент использования, при сжигании АШ, фрезерного торфа, мазута и древесного топлива принимается равным 0,8, а для всех остальных топлив - равным 0,85.

10. Определим коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к воздуху, Вт/(м2 ·К).

При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков

б2 = бн·сz·сS·сф,

где бн - коэффициент теплоотдачи по номограмме, при поперечном омывании коридорных пучков определяется из рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков - из рис. 11;

cz, сS, сФ - поправки, определяемые при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 10, а при поперечном омывании шахматных пучков - из рис. 12.

Для определения перечисленных выше поправок вычислим среднюю температуру воздуха

относительные шаги

11. Определим коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)

12. При конструктивном расчете из уравнения теплопередачи определим площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя (м2)

При поверочном расчете (поверхность нагрева воздухоподогревателя известна) из уравнения теплопередачи определяется теплота, воспринятая воздухом (кДж/кг или кДж/м3)

По значению QВП определяем энтальпию горячего воздуха после воздухоподогревателя (кДж/кг или кДж/м3)

По величине определяем температура горячего воздуха после воздухоподогревателя tг.в.

tг.в = 105 0С

Расчёт окончательного баланса котла

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула или источник	Результат
1	Располагаемая теплота топлива	Qpp	кДж/м3	П. 3,2	37016
2	Расход топлива	В	кг/с	П. 3,1	0.130
3	Количество тепла, переданное в топке	Qл	кВт	П.3,2	2939
5	Количество теплоты, переданное в 1-м конвективном пучке	Qk1	кВт	П.3,3	548.52
6	Количество теплоты переданное в воздухоподогревателе	Qвп	кВт	п.6,12	427.8
7	Энтальпия питательной воды	iпв	кДж/кг	Из задания по температуре питательной воды	378.07
8	Энтальпия воды за экономайзером	iгв	кДж/кг	Из задания по температуре воды за экономайзером	589.1
9	Полная производительность котла	D'	кг/с	Из задания	1.8
10	Количество теплоты, переданное воде в экономайзере	Qэк	кВт	D'(iгв - iпв)	379.9
11	Полученная производительность котла	D	кг/с		1.60
12	Коэффициент полезного действия	hк	%		89.81
13	Невязка баланса	DQ	кДж/кг		0
		dQ	%		0



Литературный список

Пак Г. В. Котельные установки промышленных предприятий. Тепловой расчет

Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов/ Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 280 с.

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

Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: «Энергия», 1972. - 200 с.

Размещено на Allbest.ru