Котельний агрегат

 


  • ЗМІСТ

 

ВВЕДЕННЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .

  1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА
    1. Вихідні дані. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
    2. Опис котлоагрегату . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА  . . . . . . . . . .
    1. Характеристика палива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
    2. Розрахунок об'ємів повітря й продуктів згоряння . . . . . . . . . . . . .
    3. Тепловий баланс котлоагрегату й витрата палива . . . . . . . . . . . . . .
    4. Розрахунок топлення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
    5. Розрахунок конвективної поверхні . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
    6. Розрахунок економайзера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
    7. Перевірочний тепловий баланс котлоагрегату . . . . . . . . . . . . . . .

ВИСНОВКИ………………………………………………………………..

ЛІТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕННЯ (ЗРАЗОК)

 

 

Котельний агрегат - це комплекс складних пристроїв, призначених для виробництва заданих кількостей водяної пари або гарячої води певних параметрів. Цей комплекс складається з ряду теплообмінних пристроїв, зв'язаних між собою і яки призначені для передачі тепла від продуктів згоряння палива до води й пари.

Вихідним робочим тілом  у котельній установці є вода. Вихідним носієм енергії для утворення пари або одержання гарячої води служить паливо.

Основними робочими процесами  в котлоагрегаті є:

- процес горіння палива;

- процес теплообміну  між продуктами згоряння палива  й водою або парою;

- процес нагрівання води і паротворення її в насичену або перегріту пару.

Основними елементами котла є:

- топковий пристрій, що служить для спалювання палива і перетворення його хімічної енергії в теплоту нагрітих газів;

- поверхні нагрівання, розташованої в газоходах котла, у яких циркулює вода;

- хвостові поверхні нагрівання: економайзер і повітропідігрівник.

Основними характеристиками котельних агрегатів є паропродуктивність або теплова потужність, параметри виробленого теплоносія - тиск і температура, коефіцієнт корисної дії.

 

 

 

 

 

 

 

1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

 

1.1 Вихідні дані

 

Для повірочного теплового  розрахунку котла необхідні слідуючи данні:

Тип котлоагрегату  ДЕ-4-14

Паливо    мазут сірчистий

Абсолютний тиск пари            Р = 1,4 МПа

Пара     насичений

Продуктивність             D =      т/год

Температура живильної  води  tж.в. =    °C

Температура газів, що йдуть,  tвих =        °C

Продувку прийняти рівної  p =    %

Креслення котла.

1.2 Опис котлоагрегату

1.2.1 Конструктивна характеристика 

Парові котли серії ДЕ (Д - образний, Е - із природною циркуляцією) призначені для спалювання газоподібного й рідкого палива.

Котел ДЕ-4-14 номінальною продуктивністю 4 т/год і абсолютним тиском 1,4 МПа призначений для виробництва насиченої пари.

Котел двохбарабанний, діаметр верхнього й нижнього барабанів 1000 мм, довжина циліндричної частини барабанів 2240 мм. У кожному барабані в переднім і заднім днищі встановлені лазові затвори, що забезпечує доступ у барабани при ремонті. Верхній і нижній барабани виготовлені зі сталі 16ГС. Відстань між барабанами 2750 мм.

У водяному просторі верхнього  барабана розташовані підживлювальна труба й труба для уведення фосфатів. У паровому просторі встановлене сепаратне устаткування.

У нижньому барабані котла розташована перфорована труба для безперервної продувки котла, з'єднана з періодичною продувкою котла. Нижній барабан обладнаний пристроєм для парового прогріву котла при розпалюванні й штуцерами для спуска води.

На верхньому барабані розташовані водомірні стекла, манометр, запобіжний клапан, засувки і вентилі для регулювання витрат робочої речовини .

Топка котла камерна, газомазутна. Розташування топкової камери праворуч від поверхні нагрівання конвективних пучків (вид із фронту) і має глибину, рівну довжині котла, що запобігає перегріву верхнього барабана й зменшує площу поверхонь, що обгороджують. Топка повністю екранована трубами діаметром 51 х 2,5 мм. Задній і бічний екрани щільні. Бічні екрани ввальцовані в барабани.

Топкова камера відділена  від конвективного пучка глухою мембранною стінкою, виконаною із труб з увареними між ними сталевими смужками (проставками).

Ширина топкової камери становить 1830 мм, глибина - 1980 мм.

Конвективна поверхня утворена трубами діаметром 51 х 2,5 мм із коридорним розташуванням. Поздовжній крок труб 90 мм, поперечний – 110 мм. У середньому ряді поперечний крок – 120 мм. Продукти згоряння в конвективну частину надходять із топкової камери через вікно, розташоване з лівої сторони. Конвективна поверхня розділена на дві частини поздовжньою перегородкою Відвід продуктів згоряння вииконується з боку задньої стінки через вікно, до якого приєднується газохід, що направляє їх у водяний економайзер.

У верхній частині  фронтової стіни встановлено два запобіжних вибухових клапани: один - топкової камери, іншої - конвективного газоходу.

Котел обладнаний двома пальниками типу ГМГМ.

Котел не має каркаса й опирається на фундамент твердою рамою. Поставляється в обмуровуванні й в обшиванні в одному блоці, рис.1 .



Економайзер типу ЭП чавунний одноколонковий. Поставляється у вигляді транспортабельних, зібраних на заводі блоків.




Рис.1. Котел ДЕ – 4 – 14ГМ

 

1.2.3 Технологічна характеристика

Газоповітряний тракт. Паливо й повітря подаються в пальники 16 топлення, де утвориться факел горіння. Теплота від топкових газів у топленні, за рахунок радіаційного й конвективного теплообміну, передається всім екранним трубам (радіаційним поверхням нагрівання), де ця теплота за рахунок теплопровідності металевої стінки труб і конвективного теплообміну від труб передається воді, що циркулює по екранах.

Потім топкові гази трьома потоками проходять через два ряди труб напрямного екрана 15, звідки з температурою 980…1060°С виходять із топки через вікно переходять у перший газохід 3 і спочатку направляються від задньої стіни котла до фронтового, де передають теплоту конвективному пучку труб.З температурою близько 650°С топкові гази обгинають металеву перегородку 5 і повернувши на 180°, входять у другий газохід 4 де віддають тепло кип'ятильному пучку труб. З температурою близько 270…370°С гази виходять із котла і направляються у водяний економайзер.

Основні контури  природної циркуляції котлів ДЕ-4-14 ГМ.

Після зм'якшення і деаерації (з деаератора і водяного економайзера) по двох трубопроводах живильної лінії живильна вода підводиться у водний об'єм верхнього барабана 1, де змішується з котловою водою. У водному об'ємі верхнього барабана перебуває і труба уведення фосфатів, а паровому об'ємі - сепараційні пристрої.

У отліі є п'ять контурів природної циркуляції.

• 1-й контур (по кип'ятильних трубах). Котлова вода з верхнього

барабана 1 опускається в нижній барабан 2 по кип'ятильних трубах 4 конвективного пучка, розташованого у другому газоході – в області більш низьких температур топкових газів.  Пароводяна суміш, що утворюється (ПВС) піднімається у верхній барабан по трубах газоплотного екрана 6 і кип'ятильним трубам 3, розташованим у першому газоході - в області більш високих температур топкових газів.

• 2-й контур (по фронтовому топковому екрані) - котлова вода з

нижнього барабана піднімається по чотирьох трубах 14 нагору і у вигляді ПВС надходить у верхній барабан.

• 3-й контур (по подовому, правому бічному і стельовому екрані) - котлова вода з нижнього барабана заповнює всі труби і у вигляді ПВС надходить у верхній барабан.

• 4-й контур (по задньому топковому екрані) – котлова вода з нижнього барабана надходить у нижній колектор 11 екрана, розподіляється по екранних трубах, а утворившаяся в них ПВС піднімається у верхній колектор 12. За рахунок розшарування потоку у верхньому колекторі 12 пар іде у верхній барабан, а вода,що відділилася із ПВС опускається в нижній колектор 11 по опускній необігрівємій трубі,  13.

• 5-й контур (по трубах напрямного екрана) – котлова вода з нижнього барабана заповнює всі дванадцять труб 15, а ПВС що утворилася піднімається у верхній барабан.

Отримана волога насичена пара у верхньому барабані проходить паросепараційні пристрої, у результаті чого його вологість зменшується і утворюється суха насичена пара, що по паропроводу йде до споживача або в пароперегрівник, якщо споживачеві потрібна перегріта пара.

 

Найменування показників котла

ДЕ-4,0-14ГМ

Паропродуктивність, т/год     

4,0

Тиск пари,    МПа  ,   абс.

1,4

Температура    насиченої/ перегрітої пари, °С.

194/—

Температура живильної води, °С

100

Обєм топки, м3

8,01

Площа поверхні топки, м2

23,8

Радіаційна    поверхня нагрівання, м2

21,81

Конвективна     поверхня нагрівання, м2

48,5

Поверхня нагрівання пароперегрівника, м2

—

Водяний об'єм котла, м3   .

4,42

Внутрішній    діаметр  барабанів,  мм     

1000

Товщина  стінки  барабанів,

13

Довжина  циліндричної   частини   верхнього   барабана, мм

2240

Довжина  циліндричної  частини  нижнього  барабана, мм

2240

Діаметр екранних і конвективних   труб,   мм

51х2,5

Діаметр   труб   пароперегрівника, мм      ....

–

Крок труб бічних екранів, мм   

55

Поздовжній     крок труб конвективного  пучка,   мм

90

Поперечний   крок  труб   конвективного пучка, мм .

110

Пальник

ГМ-2.5

Економайзер

ЭП2-94.   -


 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕПЛОВИЙ ПЕРЕВІРОЧНИЙ  РОЗРАХУНОК КОТЛА

 

Тепловий перевірочний розрахунок котла виконується для визначення основних показників роботи котлоагрегату, а також реконструктивних заходів.

Тепловий розрахунок виконується  відповідно до Нормативного методу теплового розрахунку котельних агрегатів.

 

2.1 Характеристики палива

 

Відповідно до завдання паливом є мазут сірчистий.

Склад робочої маси палива у відсотках:

Wр = 2,0%; Ар = 0,15%;  = 0,95%; Ср = 83,8%; Нр = 11,7%; Nр = 0,5%;

О р = 0,5%. 

Нижча теплота згоряння = 39,73 МДж/кг.

 

2.2 Розрахунок об'ємів повітря й продуктів згоряння

 

2.2.1 Визначення  теоретичного об'єму повітря, м3/кг:

Vо = 0,089 ∙ (Ср + 0,375∙

) + 0,265∙ Нр – 0,0333∙ Ор;

Vо =

 

2.2.2 Теоретичний об'єм двохатомних газів, м3/кг:

VR2 = 0,79∙ Vо + 0,8∙ Nр/ 100 =

 

2.2.3 Теоретичний об'єм триатомних газів, м3/кг:

VRO2 = 0,0186∙ (Ср + 0,375∙

) =

 

2.2.4 Теоретичний об'єм водяних пар, м3/кг:

VH2O = 0,111∙ Нр + 0,0124∙ Wр + 0,0161∙ Vo;

VH2O =

2.2.4 Сумарний об'єм димових газів, м3/кг:

= VRO2 + VR2 + VН2O =

Сполука продуктів згоряння й об'ємна частка триатомних газів у різних газоходах котла наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 Характеристика продуктів згоряння в газоходах котла

 

Найменування величини і спосіб визначення

Од. вим.

Vо = /кг;  VR2 = м3/кг;  VRО2 =  м3/кг;          

VН2О = м3/кг;

= м3/кг

Ділянки газового тракту

Топка,

Перший газохід,

Другий газохід,

Економай-зер

Присос повітря, Daі

-

        

Коефіцієнт надлишку повітря, aі =  (1 + Daі )

-

        

Середній коефіцієнт надлишку повітря,

aср = 0,5(a¢ + a¢¢)

-

        

Об'єм повітря

Vпв= Vоaср

м3/кг

        

Об'єм триатомних газів VRO2 = VoRO2

м3/кг

        

Об'єм двохатомних газів VR2 = VoR2 + (aср-1)∙ Vо

м3/кг

        

Об'єм водяних пар

VH2O = VoH2O+ 0,0161∙ (aср-1)∙ Vо

м3/кг

        

Сумарний об'єм димових газів Vг

м3/кг

        

Об'ємна частка триатомних газів

rRO2 = V RO2/ Vг

-

        

Об'ємна частка водяного пару rН2О = V Н2O/ Vг

-

        

Сумарна об'ємна частка rn

-

        

 

 

 

2.3 Розрахунок ентальпій повітря й продуктів згоряння

 

Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння виконуємо в послідовності:

Обчислюємо ентальпію теоретичного об'єму повітря по формулі, кДж/м3:

= Vо (с J)пв,

де (с J)пв – ентальпія 1 м3 повітря для заданої температури [2, табл. 3.4].

Ентальпія надлишкового повітря для всього обраного діапазону температур, кДж/м3:

= (aі – 1)∙
.

Ентальпію теоретичного об'єму продуктів згоряння визначаємо по формулі, кДж/м3:

,

Де , , – ентальпії відповідних газів при обраній температурі (2, табл. 3.4).

Ентальпія продуктів згоряння з коефіцієнтом надлишку повітря     a >1 визначаємо по формулі, кДж/ м3:

Iг =

+ (aі – 1)∙
.

Результати розрахунку ентальпії продуктів згоряння в газоходах теплогенератора зведені в таблицю 2.2.

Ентальпию по газовому тракті котла для різних температур продуктів згоряння визначаємо по формулі:

Iх = (Iб – Iм)/ 100 ∙ (tх – tм) + Iм.

Температуру продуктів  згоряння по энтальпии визначаємо з вираження:

tх = tм + (Iх – Iм)/ (Iб – Iм) ∙ 100;

де Iм  і tм – менші значення величин стосовно обумовленого;

Iб  і tб – більші значення величин стосовно обумовленого;

Iх  і tх – значення обумовлених величин.

Таблиця 2.2 Ентальпии продуктів згоряння (I-JT – таблиця)

 

Поверхня нагрівання

Температура після поверхні нагрівання,

оС

Ентальпії, кДж/ м3

кДж/ кг

,

кДж/ кг

,

кДж/ кг

Iг,

кДж/ кг

Топка, 

aт = 1,15

2000

        

1500

        

1000

        

800

        

I газохід,

aI = 1,2

700

        

500

        

300

        

II газохід,

aII = 1,3

500

        

300

        

200

        

Економайзер,

aек = 1,4

400

        

200

        

100

        

30

        

 

 

    1. Тепловий баланс теплогенератора і витрата палива

 

Тепловий баланс теплогенератора складається з метою визначення коефіцієнта корисної дії котлоагрегату й необхідної витрати палива.

Розрахунок теплового  балансу проводимо в табличній формі (таблиця 2.3).

 

 

Таблиця 2.3 Тепловий баланс котлоагрегату

 

Найменування величини й одиниця виміру

Позн.

Спосіб визначення

Розрахунок

Значення величини

1

2

3

4

5

Нижча теплота згоряння палива,

кДж/ кг

за завданням

    

Тепло, внесене через форсунку

Qф

iф – 2520

    

Розташовувана теплота,

кдж/ кг

Qрр

 =
+ Qф

    

Температура холодного повітря,

оС

tхп

прийнята

    

Энтальпия холодного повітря,

кДж/ м3

Iхп

I-t - таблиця

    

Температура газів, що йдуть,

оС

tвх

задана

    

Энтальпия газів, що йдуть,

кДж/ м3

Iвх

I-J - таблиця

    

Втрати тепла газами, що відхо-дять, %

q2

(Iвх – aвх∙ Iхп)∙

∙ (100-q4)/

   

Втрати тепла від хімічної неповноти згоряння, %

q3

табл. 4.4 [1]

    

Втрати тепла від механічної неповноти згоряння, %

q4

табл. 4.4 [1]

    

Втрати тепла від зовнішнього  охолодження котла, %

q5

табл. 4.5 [1]

    

ККД котла брутто, %

η

100-(q1+q2+q5)

    

Корисна потужність котла,

кВт

Qn

Dнп∙ (iнп+iжв)+

+0,01∙ р∙ Dнп∙ ( i-iжв)

    

Розрахункова витрата палива,

кг/ з

Вр

100Qn/(Qpp∙ ηбр)∙

   

Коефіцієнт збереження теплоти

φ

1 – q5/ (ηбр+q5)

    

 

2.4 Розрахунок топки

 

При проектуванні й експлуатації котлоагрегатів виробляється перевірочний розрахунок топкі. При перевірочному розрахунку необхідно знати конструктивні й теплотехнічні характеристики топкової камери (табл. 2.4).

Розрахунок топки проводиться в табличній формі (табл. 2.5)

 

Таблиця 2.4 Конструктивні  й оптичні характеристики топки

 

Найменування величини

Познач.

Спосіб визначення

Розрахунок

1

2

3

4

1. Діаметр екранних  труб,мм

d

по кресленню

  

2.     Крок    екранних труб,м

S

по кресленню котла

  

3. Відстань між екранними трубами й обмуровуванням, мм

1

по кресленню котла

  

4. Відносний крок екранних труб

-

S /d

  

5. Відносна відстань між обмуро-вуванням і екранними трубами

-

1/ d

  

6. Кутовий коефіцієнт екранів

Хэ

6.мал. 5-36

  

7. Кутовий коефіцієнт стелі

Xст

приймається

  

8.  Коефіцієнт забруднення екранів

ξе

6.табл 5-10

  

9. Коефіцієнт забруднення стелі

ξ ст

по таблиці

  

10. Коефіцієнт теплової ефективності стелі

Y'ст

Yст · ξст

  

11. Коефіцієнт теплової ефективності екранів

Yе

Yст·ξст

  

12. Сумарна площа стін топки, м2

Fст

 

по кресленнях

  

13. Об'єм топкової камери, м3

Vт

по кресленнях

  

14. Повна радіаційна поверхня топки, м2

Нр

по кресленнях

  

15. Ефективна товщина випромінюючогоо шару, м

S

3,6 ∙ Vт/ Нр

  

16. Середній коефіцієнт теплової ефективності топлки

Ycp

ξ∙ Нр/ Fст

  

17. Відносне місце положення мак-симальної температури полум'я

Хт

по кресленнях

  
       

   

Таблиця 2.5 Розрахунок топки

Найменування величини

і одиниця виміру

Познач.

Спосіб визначення

Розрахунок

Значення величини

1

2

3

4

5

Об'єм топкової камери, м3

Vт

конструктивна характеристика

    

Площа поверхні топки, м2

Fст

- “ -

    

Повна радіаційна поверхня топки, м2

Нр

- “ -

    

Діаметр труб екрана, мм

d

- “ -

    

Відстань між осями труб бічних екранів, мм

Sе

- “ -

    

Відстань від осі труби до поверхні стінки, мм

l

0,8∙ d

    

Відносна відстань між осями труб екрана

Sе / d

Sе / d

    

Температура на виході з топки, °С

J”т

приймається

    

Ентальпія продуктів згоряння, кДж/ кг

I”т

I-J- таблиця

    

Корисне тепловиділення в топленні, кДж/ кг

Qт

Qрр∙ (100 – q3)/ 100 + Qпв

    

Теоретична температура горіння  в топленні, °С

Та

I-J– таблиця

    

Коефіцієнт теплової ефективності екранів

ψср

ξ∙ Нр/ Fст

    

Ефективна товщина випромінюючого шару, м

s

3,6 ∙ Vт/ Нр

    

Коефіцієнт ослаблення випромінювання трехатомными газами, м∙ МПа-1

кг

номограма (5.4)

    

Коефіцієнт ослаблення променів сажистими частками

кс

0,3∙ (2-aт)(1,6∙ J”/1000-0,5) ∙

∙ Ср/Нр

    

Коефіцієнт ослаблення променів

к

rn∙ кг + кс

    

Ступінь чорності світного факела

асв

   

Ступінь чорності несвітлової частини факела

анс

   

 

Продовження табл. 2.5

1

2

3

4

5

Параметр

m

прийнятий

-

  

Ступінь чорності факела

аф

m∙ асв + (1- m)∙ анс

    

Ступінь чорності топки

ат

аф/(аф+(1- аф))∙ ψср

    

Відносне положення максимуму температури

хт

hт/ Нт

    

Параметр

м

0,54 – 0,2хт

    

Середня сумарна теплоємність продуктів  згоряння

JCср

(Qт – I”т)/ (Та – J”т)

    

Параметр

Вр∙ Qт/Fт

Вр∙ Qт/ Fст

    

Дійсна температура на виході з топлення

Jт¢”

за графіком (1)

    

Теплосприйняття топки

Qт1

φ∙ (Qт – I”т)

    

Теплова напруга топкового об'єму

qv

Вр∙ Qpн/ Vт

    

 

2.6 Розрахунок конвективної поверхні

 

Ефективність роботи конвективних поверхонь нагрівання залежить від інтенсивності теплопередачі - передачі теплоти від продуктів  згоряння до води й пари через поділяючу стінку. При розрахунку використовуються рівняння теплопередачі й рівняння теплового балансу, а розрахунок виконується для 1 кг рідкого палива при нормальних умовах. Для парового котельного агрегату розрахунок виконується для кожного  газоходу, в наступній послідовності.

1. Визначають конструктивні  характеристики: площі поверхні  нагрівання, живий перетин для  проходу газаів лик, крок труб і рядів, діаметр труб і ін.

2. Попередньо задаються температурами на виході з розрахункової поверхні.

3. Визначають теплове  використання поверхні котла  з рівнянь теплового балансу  і теплосприйняття. Пхибкка між  ними не повинна перевищувати 2%.

Котельний агрегат 📙 Курсовая → 🆔 111507

Котельний агрегат 📙 Курсовая → 🆔 111507

Котельний агрегат