Конструкция утилизационного парового котла
ФГОУ ВПО
КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Судовые
энергетические установки и теплоэнергетика»
Курсовой проект
по
дисциплине “теплогенерирующие
установки”
Выполнил студент гр. 08-ТВ
Махов С. Ю.
Проверил: Филонов
А.Г.
Калининград 2011
Содержание
Введение
1
Конструкция утилизационного
1.1 Задание
1.2 Описание конструкции
утилизационного парового
выбора основных его узлов
2 Тепловой расчет
2.1 Исходные данные
2.2 Расчет состава рабочей массы топлива
2. 3 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
2.4
Определение теплосодержания
2.5 Тепловой баланс парового котла
2.6
Расчет теплообмена в
2.7
Расчет теплообмена в
3
Газодинамический расчет
3.1 Исходные данные
3.2 Расчет газового тракта
4 Расчет сепаратора
4.1 Исходные данные
4.2 Определение конструктивных размеров сепаратора
5 Расчет на прочность парового котла и сепаратора
5.1 Исходные данные
5.2 Расчет на прочность
6 Результаты расчета
7
Перечень мероприятий по
8
Охрана труда и техника
9 Охрана окружающей среды
10 Литература
11 Графическая часть
11.1 Чертеж УПК
11.2 Чертеж сепаратора
1 Конструкция утилизационного парового котла
1.1 Задание
| Наименование | Обозначение | Единицы измерения | Числовое значение |
| Вариант | 53 | ||
| Мощность двигателя | Ne | кВт | 4200 |
| Удельный расход топлива | be | Кг/кВт ч | 0,214 |
| Коэффициент избытка воздуха | a | - | 2,2 |
| Температура газов на входе в утилькотел | tг | °С | 440 |
| Марка топлива | - | - | Моторное |
| Давление пара в сепараторе | Рк | МПа | 0,8 |
| Температура питательной воды | tПВ | °С | - |
Расчетная схема утилизационного котла
- Испарительная поверхность;
- Экономайзер;
- Сепаратор;
- Отбойный козырек;
- Подводящий котел;
- Вертикальный жалюзийный пакет;
- Циркуляционный насос;
- Питательный насос.
1.2 Описание
конструкции утилизационного
Утилизационные паровые котлы
Утилизационные паровые котлы устанавливают на строящихся и находящихся в эксплуатации судах. Котлы нашли применение на транспортном флоте как эффективное средство экономии топлива. Применяются они для утилизации тепла дымовых газов дизельных и газотурбинных установок. На промысловом флоте, где 95 % судов – дизельные, утилькотлы не нашли пока широкого применения. Одной из основных причин такого положения послужила длительная эксплуатация энергетических установок промысловых судов на переменных режимах. В настоящее время применяются самые разнообразные типы утилькотлов: огнетрубные и водотрубные, горизонтальные и вертикальные, с естественной и принудительной циркуляцией.
Паровой
котел имеет поверхность
Паровой
котел прикреплен к фундаменту двумя
горизонтальными опорами на приемной
камере поз. 10 и одной вертикальной опорой
поз. 11 на выпускной камере. Последняя
состоит из обечайки, конусного днища
и выпускного газового патрубка. Для транспортировки
парового котла предусмотрены два обуха
поз. 12.
В приемной камере
поз. 5 смонтировано газоперепускное устроиство,
состоящее из газоперепускной трубы поз.
4, регулирующей заслонки поз. 13 консольного
типа и привода поз. 14 к ней. Изоляция наружных
поверхностей парового котла представляет
собой слой совелитовой штукатурки, накладыываемый
на стальной лист кожуха. Поверх слоя уложены
совелитовые плиты, на которые натянута
металлическая сетка, прикрепленная к
кожуху приваренными шпильками. Далее
следует слой совелитовой штукатурки,
покрытый тонколистовой оцинкованной
сталью. Фланцевые соединения, коллекторы,
съемные щиты изолированы асбестовыми
матрацами, выполненными из асбестовой
ткани с наполнителем из совелитового
порошка. Арматура парового котла включает
клапаны циркуляционной воды поз. 15 , два
клапана осушения поз. 16, предохранительный
клапан поз. 17, клапан выпуска воздуха
поз. 18. Обмывочное устройство располагается
над трубным пакетом и предназначено для
обмывки наружных поверхностей змеевиков
горячей водой. Оно состоит из кольцевой
трубы поз. 19 с тремя рядами отверстий
диаметром 4 мм. Труба крепится кронштейнами
и хомутами к верхней крестовине поз. 2.
Сепаратор
Сепаратор
парового котла с принудительной
циркуляцией является емкостью с
запасом воды, достаточным для
компенсации возможных
В мощных утилизационных
установках с паропроизводительностью
D = 20 000 кг/ч и более применяют более сложные
гидравлические регуляторы питания ДРП
– 80.
2 Тепловой расчет парогенератора
2.1 Исходные данные
| Наименование | Обозначе-ние | Единицы измере-ния | Числен-ное значение |
| Элементарный состав горючей массы Дизельного топлива | СГ | % | 86,5 |
| НГ | % | 12,6 | |
| NГ | % | 0,3 | |
| ОГ | % | 0,2 | |
| SГЛ | % | 0,4 | |
| Зональность топлива | АР | % | 0,05 |
| Влажность топлива | WР | % | 1,5 |
| Теплота сгорания сухой массы топлива | QpН | МДж/кг | 40,8 |
| Мощность двигателя | NЕ | кВт | 4200 |
| Удельный расход топлива | bе | Кг/кВт.ч | 0,214 |
| Коэффициент сохранения тепла (приближенный) | j | - | 0,95 |
| Температура газов на входе в котел | tГ | °С | 440 |
| Энтальпии газов на входе в котел | JГ | кДж/кг | 15091 |
| Давление пара в сепараторе | РК | МПа | 0,8 |
| Температура насыщения пара | ts | °С | 169,61 |
| Энтальпия сухого насыщенного пара | i11 | кДж/кг | 2767,5 |
| Теплота парообразования | r | кДж/кг | 2050,3 |
| Энтальпия кипящей воды | i1 | кДж/кг | 717,2 |
| Температура питательной воды | tПВ | °С | 50 |
| Энтальпия питательной воды | iПВ | кДж/кг | 210 |
| Влажность пара | у | - | 0,005 |
| Продувка воды из сепаратора | р | % | 5,0 |
| Коэффициент учитывающий стоимость монтажа оборудования | КМ | - | 1,2 |
| Температура холодного воздуха | tХВ | °С | 30 |
| Энтальпия холодного воздуха | J0ХВ | кДж/кг | 800 |
| Температура газов за котлом (уточненная) | tУХ | °С | 250 |
| Энтальпия газов за котлом | JУХ | кДж/кг | 8500 |
| Плотность трехатомных газов | rRO2 | кг/м3 | 1,965 |
| Плотность двухатомных газов | rR2 | кг/м3 | 1,25 |
| Плотность водяных паров | rН2О | кг/м3 | 0,804 |
| Плотность влажного воздуха | rВ | кг/м3 | 1,293 |
| Объем трехатомных газов | VRO2 | кг/м3 | 1,59 |
| Объем двухатомных паров | VR2 | кг/м3 | 8,52 |
| Объем водяных паров | V0Н2О | кг/м3 | 1,57 |
| Объем влажного воздуха в дымовых газах | V0вл.в | кг/м3 | 10,9 |
| Паропроизводительность котла | Dк | кг/с | 0,62 |
| Расход топлива на двигатель | В | кг/с | 0,25 |
| Коэффициент сохранения тепла | j | - | 0,968 |
| Температура газов за пучком | tЗП | °С | 285 |
| Объем продуктов сгорания | VГ | кг/м3 | 24,76 |
| Диаметр труб парогенератора | d | м | 0,029 |
| Поперечный шаг труб | S1 | м | 0,042 |
| Продольный шаг труб | S2 | м | 0,042 |
| Коэффициент теплоотдачи испарительного пучка | aк | Вт/м2.К | 108,8 |
| Поправочный коэффициент, учитывающий число труб | Сп | - | 1,0 |
| Коэффициент, учитывающий шаг труб | Св | - | 1,0 |
| Коэффициент,
учитывающий парциальное |
Сф исп | - | 1,0 |
| Коэффициент загрязнения труб испарительного пучка | eисп | м2К/ВТ | 0,004 |
| Коэффициент омывания пучка труб | w | - | 0,97 |
2.2 Определение состава рабочей массы топлива
| Наименование | Обозна-
чение |
Размерность | Расчетная формула или источник | Расчет и результат |
| Элементарный состав рабочей массы | СР | % | СГ· |
86,5*(100-0,05-1,5)/100 =85,2 |
| НР | % | НГ· |
12,6*(100-0,05-1,5)/100 =12,4 | |
| NР | % | NГ · |
0,3*(100-0,05-1,5)/100 =0,295 | |
| ОР | % | ОГ · |
0,2*(100-0,05-1,5)/100 =0,197 | |
| SРЛ | % | SГЛ · |
0,4*(100-0,01-1,5)/100 =0,395 | |
| Теплота сгорания рабочей массы топлива | QРН | % | |
40800*(100-1,5)/100 =40200 |
| Коэффициент избытка воздуха в газах | a | - | Задано | 2,2 |
2.3 Определение объемов воздуха и продуктов сгорания
| Наименование | Обозна-
чение |
Размерность | Расчетная формула или источник | Расчет | Результат |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Теоретическое количество сухого воздуха на 1 кг топлива | 0,0889*(85.2+0,375*
*0,395)+0,265*12.4- |
10.78 | |||
| Объем трехатомных газов | 0,01866*(85.2+0,375* 0,395) | 1,59 | |||
| Объем двухатомных газов (теоретически необходимый) | (0,79*10.78)+0,008*
*0.295 |
8,52 | |||
| Объем
водяных паров
(теоретически необходимый) |
0,111*12.4+ 0,0124*1.5+0,0161*10.78 | 1,57 | |||
| Теоретическое количество влажного воздуха | 1,0161*10.78 | 10.9 | |||
| Действительный объем продуктов сгорания (при н.у) | 1,59+8,52+1,57+ +(2,2-1)*10.9 |
24.76 |
| tг | Трехатомные | Двухатомные | Водяные пары | J0г | Влажный воздух | (α-1)·J0ВЛ.В. | Jг | ||||
| (c·t)RO2 | VRO2·(c·t)RO2 | (c·t)R2 | V0R2·(c·t)R2 | (c·t)H20 | V0H20·(c·t)H20 | J0RO2+J0R2+J0H20 | (c·t)ВЛ.В. | V0ВЛ.В.·(c·t)ВЛ.В. | J0Г+(α-1)·J0ВЛ.В. | ||
| ºС | кДж/м3 | кДж/кг | кДж/м3 | кДж/кг | кДж/м3 | кДж/кг | кДж/кг | кДж/м3 | кДж/кг | кДж/кг | кДж/кг |
| 100 | 170 | 270 | 131 | 1116 | 151 | 237 | 1623 | 132 | 1439 | 1727 | 3350 |
| 200 | 357 | 568 | 260 | 2215 | 302 | 474 | 3257 | 266 | 2899 | 3479 | 6736 |
| 300 | 557 | 886 | 392 | 3340 | 461 | 724 | 4950 | 402 | 4382 | 5258 | 10208 |
| 400 | 770 | 1224 | 527 | 4490 | 627 | 984 | 6698 | 542 | 5908 | 7090 | 13788 |
| 500 | 995 | 1582 | 652 | 5555 | 795 | 1248 | 8385 | 685 | 7467 | 8960 | 17045 |
| 600 | 1225 | 1948 | 805 | 6859 | 970 | 1523 | 10330 | 830 | 9047 | 10856 | 21186 |
| 700 | 1460 | 2321 | 946 | 8060 | 1145 | 1798 | 12179 | 980 | 10682 | 12818 | 24997 |
2.4 Определение теплосодержания дымовых газов
Диаграмма продуктов сгорания моторного топлива при α=2,2.
2.5 Тепловой баланс парогенератора
| Наименование | Обозначение и размерность | Расчётная формула или источник | Расчёт | Результат | ||
| Расход топлива на двигатель | В, кг/c | Nl*bl/3600 | 4200*0,214/3600 | 0,25 | ||
| Температура газов на выходе из парогенератора | t’ух, С | принимается | - |
190 | 210 | 230 |
| Энтальпия газов на выходе из парогенератора | J ‘ух, кДЖ/кг | Из. табл. 2.4 | - |
6450 | 7000 | 7910 |
| паропроизводительность парогенератора (приблизительно) | D”к, кг/с | B* φ”*(Jг – J’ух)/ (I” – I пв) | 0,25*0,95*(15091 – J ‘ух )/(2767,5 -210) | 0,802 | 0,751 | 0,667 |
| Потери тепла в окружающую среду с теплообменом | q”s, % | 2,6/(D”к)^0,448 | 2,6/( D”к)^0,448 | 2,87 | 2,96 | 3,12 |
| К - т сохранения тепла ( уточнённый) | φ’ | 1 - q”s/100 | 1 - q”s /100 | 0,971 | 0,970 | 0,969 |
| Паропроизводительность парогенератора (уточнённая | D’к кг/с | B* φ’*(Jг – J’ух)/ (I” – I пв+p/100*(I’ – iпв)) | 0,25* φ’*(15091 – J ‘ух )/(2767,5 -210 + 5/100*(717,2 – 210)) | 0,812 | 0,760 | 0,674 |
| К – т испоьзования тепла в парогенераторе | η’ут, % | φ’*(Jг – J’ух)/ (Jг – J [в)*100 | (φ’*(15091 – J ‘ух)/(15091 -800))*100 | 58,71 | 54,9 | 48,69 |
| к – т
теплопередачи (приближ.)
|
K’п, Вт/м^2/K | принимаем | 60 | |||
| Среднелогарифмический перепад температур | Δt’, К | (tг – t’ух)/(ln ( tг – |
(440 – t’ух)/(ln(440 – 169,61)/( t’ух – 169,61)) | 96,7 | 121 | 140 |
| Поверхность нагрева парогенератора (приближ) | H’ м^2 | φ’*B*(Jг – J’ух)/ (Δt’ * K’п)*1000 | (φ’*0,25*(15091-
J’ух)/ Δt’60)*1000 |
361,5 | 270,3 | 207,1 |
| Эффективность парогенератора | Э, кг/м^2/C | D’к* η’ут/ H’ | 0,132 | 0,154 | 0,159 | |
| Оптимальная температура уходящих газов | tух, C | Принимаем, в связи с характеристикой утиль. котла в зависимости от температуры уходящих газов. | 250 | |||
| Масса 3-х атомных газов | 1,965∙1,59 | 3,12 | ||||
| Масса 2-х атомных газов | 1,25∙8,52 | 10,65 | ||||
| Масса водяных паров | 1,26 | |||||
| Масса влажного воздуха | 14,09 | |||||
| Масса дымовых газов, образовавшихся при сжигании 1 кг топлива | 3,12+10,65+1,26+
(2,2-1)∙14,09 |
31,94 | ||||
| Расход газов через парогенератор | Gг, кг/c | В*Мг | 0,25*31,94 | 7,985 | ||
| Прототип | КУП –90С | |||||
| Паропроизводительность парогенератора (уточнённая) | Dк | B* φ*(Jг – Jух)/ (I” – - r*y -Iпв+p/100*(I’ – iпв)) | 0,25*0,968*(15091 – 8500)/((2767,5 – 2050,3*0,005 – 210+ (5/100)*(717,2 –210) | 0,62 | ||
| К – т
использования тепла в |
η ут, % | φ*(Jг – Jух)/ (Jг – J хв)*100 | 0,968*(15091 – 8500)*100/(15091-800) | 44,64 | ||
| Производительность питательного насоса (минимальная) | W’пн, кг/c | 1,2 * Dк | 1.2 * 0,62 | 0,744 | ||
| Марка питательного насоса | ЭПМН 3/70 | |||||
| Производительность циркуляционного насоса (минимальная) | W’ц, кг/c | K’*Dк | 2*0,62 | 1,24 | ||
| Марка циркуляционного насоса | ЦНГ-10 | |||||
| Кратность циркуляции (уточнённая) | K | Wц/Dк | 2,78/0,62 | 4,48 | ||
2.6 Расчёт теплообмена в испарительном пучке
| Наименование | Обозначение и размерность | Расчтёная формула или источник | Расчёт | Результат |
| Количество тепла переданное через поверхность нагрева испарительного пучка | Q исп, кВт | Dк*(I”- ry- I’) | 0.62*(2767,5 – 2050,3*0.005- 717,2) | 1265 |
| Энтальпия газов за испарительным пучком | Jзп, кДж/кг | Jг – Qисп/B*φ | 15091 – 1265/0,968*0,25 | 9864 |
| Среднелогарифмический температурный напор | Δtисп, K | (tг – tзп)/ln ((tг- ts)/(tзп – ts)) | (440 – 285)/(ln(440 – 169,61)/(285 – 169,61)) | 182 |
| Внутренний диаметр парогенератора | dк, м | 0.03*(Nl)^0.5 | 0.03*(4200)^0.5 | 1.94 |
| Сечение газоперепускной трубы | Fгт, м^2 | B*Vг*(tг+273)/50*273 | 0.25*34,76*(440+273)/50*273 | 0.323 |
| Наружный диаметр газоперепускной трубы | dгт, м | 1,13*(Fгт)^0.5 | 1,13*(0.323)^0.5 | 0.64 |
| Число витков спирали в одном ряду труб | n, шт | 0.5*(dк - dгт)/S1 -1 | (0.5*(1,94-0,64)/0.042) -1 | 14,48 |
| средний диаметр спирали секции | d сп, м | 0.5*(dк + dгт) | 0.5*(1,94+0,64) | 1.29 |
| Длинна спирали одной секции | lсп, м | 2*π*dсп*n | 2*3.14*1.29*14,48 | 117,3 |
| поверхность нагрева одной секции | Hсп, м^2 | π*d*lсп | 3.14*0.029*117,3 | 10,68 |
| Площадь живого сечения для прохода газов | Fг, м^2 | π/4*(dк^2-dгт^2)*(S1 – d)/S1 | 3.14/4*(1.94^2 – 0.64^2)*(0.042 – 0.029)/0.042 | 1,01 |
| Средняя температура газов в пучке | tср. исп., С | 0.5 * (tг + tзп) | 0.5* (440 + 285) | 362,5 |
| Средняя скорость газов в пучке | wисп, м/с | B*Vг*(tср. исп. +273)/Fг*273 | 0,25*24,76*(362,5+273)/1,01* |
14,27 |
| к –т теплоотдачи от газов к стенке | αк. исп, Вт/(м^2*K) | 0.2*λ/d*(w*d/υ)^0.65 *Pr^0.33*Cz*Cs | 0,2*0.0538/0.029*(14,27*0.029 /0,0000526)^0.65*0.64^ 0.33 * 1,0*1,0 | 108,8 |
| к – т теплоотдачи испарительного пучка | Kисп, Вт/(м^2*K) | ω* αк. исп/(1+ αк. исп* ω*E) | 0,97*108,8/(1+
108,8*0.004*0.97) |
74,2 |
| Поверхность нагрева испарительного пучка ( расчётная) | H’исп, м^2 | (Q исп/Kисп* Δtисп)*1000 | (1265/74,2* 182)*1000 | 93,7 |
| Число параллельно включенных секций испарительного пучка (расчётное) | z’исп, шт | H’исп/Нсп | 93,7/10,68 | 8,77 |
| Число параллельно включенных секций испарительного пучка | zисп, шт | принимается конструктивно | 9 | |
| Поверхность нагрева испарительного пучка | Hисп, м^2 | Hсп*zисп | 10,68*9 | 96,12 |
| Размеры испарительного пучка по высоте | Lисп, м | 2*S2*zисп | 2*0.042*9 | 0,756 |
2.7 Расчёт теплообмена в эконмайзере
| Наименование | Обозначение и размерность | Расчётная формула или источник | Расчёт | Результат |
| Энтальпия циркуляционной воды на входе в экономайзер | i ц, кДж/кг | ((K-1)*I’+iпв)/K | ((4.48 -1)*717,2+210)/4.48 | 604 |
| Количество тепла переданное через поверхность экономайзера | Qэк. кВт | K*Dк*(I’ – Iц) | 4.48*0.62*(717,2 – 604) | 314,4 |
| Температура циркуляционной воды на входе в экономайзер | t ц, C | i ц/4,19 | 604/4,19 | 144,2 |
| среднелогарифмический
температурный напор |
Δtэк, K | (tзп – ts- tух + tц)/ln ((tг- ts)/(tзп – ts)) | (285 – 169,61-250+144,2)/(ln(285 – 169,61)/( 250-144,2)) | 110,5 |
| Средняя температура газов в пучке | Δtэк. ср, C | 0.5(tзп + tух) | (285 + 250)*0.5 | 267.5 |
| Средняя скорость газов в пучке | w эк м/c | B*Vг*(tср. эк. +273)/Fг*273 | 0,25*24,76*(267,5+273)/1,01* |
12,1 |
| К – т теплоотдачи от газов к стенке | αк эк, Вт/(м^2*К) | 0.2*λ/d*(w*d/υ)^0.65 *Pr^0.33*Cz*Cs | 0,2*0.046/0.029*(12,1*0.029 /0,0000399)^0.65*0.66^ 0.33 * 1,0*1,0 | 102,2 |
| К – т теплоотдачи экономайзера | Kэк, Вт/(м^2*К) | ω* αк эк/(1+ αк эк* ω*E) | 0,97*102,2/(1+
102,2*0.004*0.97) |
71 |
| поверхность нагрева экономайзера (расчётн.) | H’эк, м^2 | Qэк/Kэк* Δtэк. ср* 1000 | 314,4*1000/71*267,5 | 16,6 |
| Число параллельно включенных секций экономайзера ( расчётное) | z’эк, шт. | H’эк/ Hсп | 16,6/10,68 | 1,6 |
| Число параллельно включенных секций экономайзера | zэк, шт. | принимаем | 2 | |
| Поверхность нагрева экономайзера | Hэк, м^2 | Zэк* Hсп | 2*10,68 | 21,36 |
| Размеры экономайзера по высоте | Lэк, м | 2*Zэк*S2 | 2*2*0.042 | 0.168 |

- Конструкция химического аппарата
- Конструкция юридического лица
- Конструкція гідронасоса
- Конструривания платье
- Конструювання і моделювання атласної сукні
- Констуювання
- Консульская служба
- Конструкция роликомаятниковой мельницы
- Конструкция роторов
- Конструкция самолета СУ 24
- Конструкция самолета ТУ-160
- Конструкция тепловой работы доменной печи
- Конструкция толкательных методических печей
- Конструкция, условия работы и ремонта токоприёмника ТЛ-13У